联合收割机割禾器的研究及设计.doc

摘要摘要：本文是对联合收割机割禾器的研究与设计，在认真分析现有联合收割机优缺点的基础上，提出了一种新的联合收割机割禾器设计方案。设计的联合收割机割禾器在满足普通收割机的功能的基础上做了一些改进，设计一种具有割禾快速，稻穗损失少，成本低，且效率更高，性能更好的割禾器。广泛的适用于中小型联合收割机。运用机械优化设计方法对割禾器各个部件进行优化设计，以降低制造成本，从而降低收割机的价格其主要内容包括系统总体方案的设计、割禾器定、动刀架的设计、割禾器动刀架传动机构的设计、割禾器动刀架的切割速度的设计、联合收割机割禾器螺旋推运器的设计、联合收割机割台的设计、外形尺寸设计。此联合收割机割台，结构简单、性能可靠，它能大大减少庄稼被压倒的现象，且它在工作时可避免庄稼的壅堵现象，从而使联合收割机的工作效率进一步提高。关键词：割禾器；刀架；螺旋推进器；Abstract and keywordsAbstract: This article is a combine harvester Wo device research and design combines a careful analysis of the existing advantages and disadvantages of proposed based on a new combine harvester Wo Design program. Wo design combine harvester harvester device functionality to meet the common basis has made some improvements have cut Wo design a rapid, less rice loss, low cost, and efficient, and better cutting performance Wo device. Widely applicable to small and medium combine. Optimal design method using mechanical devices in various parts of the cutting Wo to optimize the design to reduce manufacturing costs, thereby lowering the price of harvesters The main contents include the overall program design, cutting Wo device set, the design of fixed knife, cutting knife drive mechanism moving Wo device design, cutting Wo cutting speed on Dynamic turret design, device combines cutting Wo Screw pushing of Design, combines cutting station design, form factor design. This combine harvester platform, simple structure, reliable performance, it can significantly reduce the phenomenon of crops to be overwhelming, and it is at work to avoid crop obstruct and block, so that combines the efficiency further.Keywords: Wo cutting device; knife; screw propeller第一章 绪 论 1.1 课题背景我国是农业大国，水稻是我国最重要的粮食作物之一，水稻种植面积约4.5亿亩。全国水稻种植面积约占粮食作物面积的30，产量接近粮食总产量的一半，2009年我国粮食总产量达到10616亿斤，再创历史新高，连续6年增产。湖南处于长江中下游平原，是我国重要的粮食产地之一，而且大部分地区为丘陵地带，这些地方收割机的使用仍不多，大部分仍使用人力，一个人一天收割水稻大约一亩地，生产效率低，而且早稻收获时节恰好赶上夏天最热的时候，收割机具有收割效率高的特点，每天能收割水稻几十亩甚至上百亩，如能使用联合收割机收割水稻，可以大大减轻劳动力，提高生产率。因此，能制造出适用于湖南丘陵地区的中小型收割机具有很好的市场前景。在我国南方地区，从农村劳动力结构来看，年青力壮的劳力很多外出务工，给联合收割机的应用提供了机会，同时机收价格的降低使很多农民容易接受收割机的作业，最简单的情况就是在中国水稻产区很多农民都乐意接受利用机器来进行收割服务。因此，稻麦收割机的应用将越来越普遍。近年，国务院作出了加大粮食直补、农资综合直补、购买农机具补贴、良种补贴力度，大幅度提高粮食最低收购价的决定。在农机补贴政策的强力推动下，2009年来我国联合收割机市场发展势头强劲。国家统计局统计显示，截至8月末，国内累计生产各种型号收获机械42万余台，同比增长48.34%，创我国收获机械年度产销历史之最。由于全喂入联合收割机的市场占有率很高，本次设计是设计全喂入式联合收割机割禾器，割禾器总成是联合收割机的重要工作部件，其功能是完成待割作物的引导、切割，随即将切割后的作物连续不断地输送到一侧，并通过伸缩拨指不断地送到中间输送装置。 目前有许多生产厂家都在研究生产联合收割机割禾器，割禾器的好坏直接影响到收割机的收割效率，收割损失率，同时影响到收割机的质量。所以,联合收割机割禾器的研究与设计是目前很热门很有价值的研究课题。收割机的发展方向将是向高科技化方向发展，制造出适用性强的收割机很有发展市场，对不同地区开发出不同的收割机是很有发展前途的。由此，相应的制造出高性能的割禾器是适应收割机发展的趋势。 图1-1 HK4LZ-10型联合收割机割禾器图1-2 丰源牌联合收割机割禾器1.2 我国联合收割机的现状和发展前景1.2.1我国联合收割机的现状我国水稻收割机的发展很不平衡，除了江、浙、沪等发达地区机收率比较高以外，其它水稻主产区机收率较低，受当地经济条件的限制，受地埋环境的影响，收割机的推广与应用仍有一定阻力。然而在我国的皖、湘地区，生产厂家和当地农机部门也为此做了较大的努力，并收到了明显的效果。无论怎样都需要农机推广部门及有关厂家作出艰苦的努力。1.2.2我国联合收割机的发展前景：目前水稻产区机收率仍然较低，随着农村经济的不断发展和收割机的普及推广，预计在今后五、六年内履带水稻收割机具有广阔的市场前景。我国联合收割机市场结构也在悄然发生变化，联合收割机在收获机械总量中的比重逐年加大。2009年前8个月，联合收割机占收获机械总量的比重为19.78%。国家统计局统计显示，2009年1-8月份，我国主要制造企业累计生产各种型号的联合收割机8.31万台，同比增长32.44%。      农业庄园化、产业化、农村推广土地大面积承包，没有收割机械不行。市场亦即农民配置小型联合收割机的出发点是为了省工、省时、减轻劳动、提高效益 减少浪费， 以商业性服务盈利为目的而趵置的， 其最终也是使被服务者达到上述的目的市场对小型联合收割机的期望值如下： 价格低，售价或使用价低到符合农民目前的承受能力，对赔买者或使用者都是如此；故障少，使用中保证可靠性； 操作使用符合现在农村的技术素质能力；在谷物种类上，在适用地域上有较大的变通； 不能粗笨，外观有一定的型式美； 维修和配件应比较方便。 收割机的发展方向将是向高科技化方向发展，制造出适用性强的收割机很有发展市场，对不同地区开发出不同的收割机是很有发展前途的。由此，相应的制造出高性能的割禾器是适应收割机发展的趋势。1.3 设计的主要内容本次设计在调查湖南丘陵地区的稻田情况和水稻生长周期之后，在市场上认真比较了几种稻麦两用收割机的优缺点之后，做出的优化方案。适用于收割水稻，操作方便，维修方便，适用于平原，丘陵，梯田，三角地等大小块及烂泥田。要求收割干净，铺放平整，可条铺或堆放。 在综合考察实际情况后，选用全喂机型联合收割机，有效割幅1.6米，总损失量小于等于1.5%，破碎率小于等于2%，含杂率小于等于2%。采用全喂式机型的过程是：茎杆稻头全部进入脱粒机，经过脱粒机粉碎，稻粒通过震动筛或者滚动筛分离。茎杆排除出机器的过程。 采用全喂式机器的优点是： （1）半喂入收割机从结构原理比全喂入收割机较复杂，一旦出现故障难于排除修理，零部件贵，拆装修理较困难等问题存在。而全喂入收割机结构简单，很多零件看得见摸得着，发生故障易于修理排除，适合农民机手应用，修理费少等优点，农民愿意采用全喂入收割机作业。（2）经济效益分析，如一台洋马Ce_2M型半喂入与一台浙江三联4LZ_1.8型全喂入收割机对比验收，同一片稻田，统一时间，每台机收割2亩面积，洋马机18分42秒收割完，浙江三联19分31秒也收割完毕，三联机比洋马机相差40秒时间，可能关系到操作手技术熟练程度的问题存在。三联收割机的总损失率小于3.5%，而洋马收割机的总损失率经常大于3.5%，因为该机具利用链条传动送禾稻装置，在机械传动链条的作用力之下，就出现损失率较大。所以，农民对半喂入收割机有不同的看法。全喂入收割机，在收割速度与拨禾轮的配合，将禾稻拨入搅龙槽，保证稻谷棵粒归全，损失少。（3）南方有部分农民还有耕牛，所以，半喂入收割机在收割作业时，稻杆全身不经过脱粒机滚压过，稻杆硬和老叶有泥灰，耕牛不喜欢吃，农民晚造不愿意请半喂入收割机作业，而全喂入收割机早、晚造均适用。本次设计的主要任务为在认真分析目前已经得到广泛运用的几种联合收割机割禾器的优缺点之后，结合我国湖南地区的水稻种植实际情况，设计出了一台比较先进的联合收割机割禾器。割禾效率为3-5亩/小时，本设计结构简单、性能可靠，它能大大减少庄稼被压倒的现象，且它在工作时可避免庄稼的壅堵现象，从而使联合收割机的工作效率进一步提高。 在综合比较目前市场上的几种联合收割机优缺点之后，决定该联合收割机割禾器的设计思路为：采用皮带传动方式将联合收割机动力传到割禾器驱动轮，割禾器驱动轮将旋转运动转换为往复运动，再利用连杆将驱动轮的往复运动传到动刀架，利用动刀片与定刀片相对运动的方式来剪切稻穗，然后将剪断的稻穗利用螺旋推进器将稻穗集中到稻穗送料口，通过送料口进入脱粒机进行脱粒。该联合收割机割禾器的主要优点为：此次设计的联合收割机割禾器在满足普通收割机的功能的基础上还做了一些改进，设计一种具有割禾快速，稻穗损失少，成本低，且效率更高，性能更好的割禾器。广泛的适用于中小型联合收割机。运用机械优化设计方法对割禾器各个部件进行优化设计，以降低制造成本，从而降低收割机的价格改进的联合收割机割台，机架两侧的前部分别连有分禾器，与机架铰接的支架上装有拨禾轮，在机架内侧的工作台的前沿设有动刀片及定刀片，在工作台上设有送料绞龙，机架的左侧设有传动绞龙及拨禾轮的传动装置，机架右侧前部连有与其分体的活动分禾器，活动分禾器与机架右侧铰接，一油缸的缸体铰接在机架的右侧上，油缸的活塞杆前端与活动分禾器的外侧铰接。本实用新型结构简单、性能可靠，它能大大减少庄稼被压倒的现象，且它在工作时可避免庄稼的壅堵现象，从而使联合收割机的工作效率进一步提高。根据设计思路，本次设计主要要完成的工作为：参考其他实例分析及设计，我认为此次联合收割机割禾器的设计主要要考虑以下问题：1、系统总体方案的设计；2、联合收割机割禾器刀片的选择与使用；3、割禾器定、动刀架的设计，割禾器动刀架传动机构的设计以及割禾器割幅的设计；4、联合收割机割禾器螺旋推运器的设计，联合收割机传动带轮的设计；5、联合收割机割台的设计，外形尺寸设计；6、轴承和轴承座的设计校核，轴的设计校核与轴承的选择；第二章 系统总体方案设计2.1 水稻种植概况水稻是我国的主要粮食作物，也是我国的重要商品粮之一。水稻的播种面积和总产量均居粮食作物的首位。播种面积在世界产稻国中位居第二，总产量居世界之首。全国水稻播种面积3128.4万公顷，总产量19848.8万吨，分别占谷物播种面积的20.2%，谷物总产量的43.4%，单位面积产量达6345千克欢公顷，为谷物产量的1.28倍。由于水稻产量高而稳定，在我国粮食生产中有举足轻重的地位。 （一）稻田的分布我国稻作分布区域辽阔，南自热带的海南三亚，北至黑龙江漠河，东起台湾省，西抵新疆的塔里木盆地西缘，低至东南沿海的滩涂田，高至海拔2600米以上的西南高原，凡有水源灌溉的地方，都有水（旱）稻种植。我国稻作区域的分布，具有东南部地区多而集中，西北部少而分散，西南部垂直分布，从南到北逐渐减少的分布特点。南方稻区中，长江三角洲、珠江三角洲、皖中平原、都阳湖平原、洞庭湖平原、江汉平原、成都平原，以及云贵等省的坝地平原最为集中，浙闽等省的滨海平原、台湾省的西部平原也是稻作较集中的地区。北方稻区则以淮北平原、河南的引黄灌区、山东的济宁滨湖地区、河北的渤海湾沿岸石宁夏的银川平原、新疆的塔里木和准噶尔盆地、甘肃的河西走廊、东北的辽河平原和东南沿海平原、松花江流域和牡丹江的半山区和三江平原为多。（二）稻作的生产方式我国水稻生产以水田灌溉为主。与水稻相比，早播的种植面积很小且局限在某些地区，种植面积受水分条件的影响较大，集中分布云贵的山区，以及北方的一些地区。在80年代，北方地区曾经一度大规模发展水稻早种技术，但山于水稻早种存在一些问题，限制了面积的进一步扩大。90年代以来，水稻搜膜种植技术的研究成功，给水分条件不是很充裕的地区发展水稻生产提供了一条新的途径，水稻生产可望得到新的发展。另外，在一些低洼的水深的地区，还可以进行深水稻生产。在90年初期，研究成功了水面种稻新技术，为充分利用我国的湖泊、水库等水面资源进行水稻的生产，提供了技术储备。 （三）稻作区划 根据水稻种植区域自然生态因索和社会、经济、技术条件的比较，中国稻区可以划分为6个稻作区和16个稻作亚区。南方3个稻作区的水稻播种面积占我国水稻总播种面积的93.6%，稻作区内具有明显的地域性差异，可以清楚地看出存在着9个亚区；北方3个稻作亚区虽然仅占全国播种面积的6左右，但稻作区跨度很大，可以明显地看出存在着7个明显不同的稻作亚区。中国稻区可以划分成以下的6个稻作区： 1.华南双季稻稻作区 位于南岭以南，为我国最南部，包括福建、广东、广西、云南等省、自治区的南部地区；台湾省全部和南海诸岛。稻田种植制度是以双季稻为主的一年多熟制，双季稻面积占稻田面积的73.5%。实行水稻与甘蔗、花生、薯类、豆类、烟叶等夏秋季旱作物，当年或隔年水旱轮作。部分热带气候特征明显的地方，实行双季稻与甘薯、大豆等旱作物轮作。稻田复种指数较高。 2.华中双单季稻稻作区 本区东起东海之滨，西至成都平原西缘，南铸南岭山脉，北毗邻秦岭、淮河。包括江苏、上海、浙江、安徽、江西、湖南、湖北、四川8个省、市的全部和大部，以及陕西、河南的南部。本稻作区稻米生产的丰欠，对全国粮食生产有举足轻重的影响。本区中的太湖平原、里下河平原、皖中平原、都阳湖平原、洞庭湖平原、江汉平原等，历来都是我国著名的稻米产区。本区属亚热带溢暖湿润季风气候。耕作制度为双季稻三熟制和单季稻两熟制并存。长江以南多为双季稻三熟:kJT!季稻两熟制，双季稻面积比重较大，长江以北多为单季稻两熟或两年五熟制，双季稻面积比重较小。四川盆地和陕西南川道盆地的冬水田一年只种一季稻。 3.西南高原单双季稻稻作区位于云贵高原和青藏高原。包括湖南、贵州、云南、四川、西藏、广西、肯海等省、自治区的部分和大部分。本稻作区受印度洋季风和太平洋季风的影响，属亚热带高原型湿润季风气候。山体海拔高，江川深切，短距离内地势高差悬殊，气候垂直差异明显，具有类型多样，雨、早季分明，昼夜温差大等高原农业气候特点。稻田种植制度以单季稻两熟制为主，早稻有一定面积。水热条件好的地区有双季稻种植或杂交中稻后养留再生稻。冬水田和冬坑田一年只种一熟中稻。本区水稻病虫种类多，为害严重。 4.华北单季稻稻作区位于秦岭、淮河以北，长城以南，关中平原以东。包括北京市、天津市、山东省全部，河北省、河南省大部，山西省、陕西省、江苏省和安徽省的一部分。本区属暖温带半湿润季风气候，降水全年际间和季节间分配不匀，冬春干早，夏秋雨量染中。自然灾害较为频繁，水稻生育后期易受低温危害，水源不足，盐碱地面积大，是发展水稻的不利因素。稻区主要分布在黄淮海平原的低洼地区，沿河、滨海地带，以及有灌溉条件的城镇郊区。华北北部平原一年一熟稻或一年一季稻两熟或两年三熟（其中一熟或两熟稻）搭配种植；黄淮海平原普遍一年一季稻两熟。水稻是我国南方的主要农作物，在湖南地区普遍分布。湖南地区以丘陵为主，多梯田，三角地和小块儿烂泥地。不适合北方的大型联合收割机作业，所以需要设计一种中小型联合收割机进行农田水稻收割作业。割禾器是联合收割机的主要部分，主要担负着稻谷的收割任务，而且割倒后的稻谷要按一定的方向输送到脱粒部分。那么联合收割机割禾器在这一工作过程中起主要作用。图2-1 水稻田2.2 收割机割禾器工作原理分析 收割机当今广泛运用于水稻，小麦等作物收割过程中。通过拨禾器和割刀协同作用把成熟的水稻割断后喂入割台送入输送槽进行脱粒加工。图2-2 联合收割机简图1-拨禾器；2-割台；3-输送槽；4-滚筒；5-风机；6-抖动板 ；7-上筛 ；8-下筛；9-栅格凹板 ；10-逐稿轮 ；11-茎杆切断器；2.2.1 收割机的动力分析 设计该款收割机动力参考市场上的收割机参数，在水稻田中工作选取柴油机动力（C4102Q）：功率为40千瓦，转速为2600转/分。由输出轴输出动力，柴油机相比较于汽油机能提供较大的马力，适宜使用于相对复杂的环境，在农业机械中大量应用。柴油价格相对于汽油价格略低，对于农业机械的使用上更易于接受。所以本收割机设计中采用柴油机最为本收割机的动力选择。图2-3 农用柴油机2.2.2 割禾器动力输入装置的分析 本次设计采用带传动，带传动具有：结构简单，传动平稳，价格低廉和缓冲吸震等优点。链传动具有：制造与安装精度要求较低，成本也低。在远距离传动时其结构比齿轮轻便的多。因此该传动应用带传动适宜。2.2.3 割刀工作时离地间隙的分析 一般的农田中，地面凸凹不平整。因此要求收割机在工作中，割刀的离地间隙保持一个安全范围内。经过市场考察分析，采用工作时割刀的最下端离收割机车轮距离为140mm。2.3 收割机割禾器总体方案的设计 设计收割机以收获水稻为主，机器可以一次完成切割，脱粒，分离，清选等作业。田间作业工艺流程如下： 由割台两侧的分禾器将未割作物与待割作物分开，待割作物被拨禾轮拨送和引向割台，被往复切割器切断，割下的作物由割台螺旋输送器和助运齿板推至割台左端，再被伸缩杆送入链耙输送槽，在链耙的作用下，送入脱离装置左侧的喂入口。作物在脱离滚筒，凹板及滚筒盖的作用下由左向右作横向轴流动，完成脱粒，分离。长茎秸秆经脱离装置右侧拍草口被排草轮排出机器外面；籽粒，颖杂及短茎叶经前，后滑板的导流作用，均匀撒在清选筛上，在前，后吹风机气流的共同作用下进行清选。籽粒穿过清选筛落下，被粮食输送搅龙送入粮箱；轻质颖壳从后尾罩被吹风机吹出机器外面；未脱尽的杂余，从尾筛孔中落下，经杂余搅龙进入复脱器复脱后，回到筛面进行二次清选。联合收割机割禾器动力输入有三种方案：（1）链传动；（2）V型带传动；（3）同步带传动。图2-4 链传动图2-5 V型带图2-6 同步带表2-1传动方案分析传动效率使用寿命传动转矩成本链传动较好较好较小较贵V型带传动正常最好最大一般同步带传动最好差小昂贵 由上述分析，V型带传动具有安装容易，占地面积小，传动效率高和噪声小等优点。在我设计的收割机割禾器的传动方案上我采用V型带传动。整机技术参数（见表2-2）表2-2 设计收割机割禾器主要技术参数序号项目单位规格1结构形式/履带式全喂入2作业小时生产率公顷/小时0.200.403每公顷燃油消耗量千克/公顷18304外尺形寸长毫米5060(长)2400（宽）2800（高）宽高5整机质量千克27506割幅毫米16007喂入量千克/秒28离地最小间隙毫米2509割刀型式/往复式10割台搅龙型式/螺旋推进式11拨禾轮型式/偏心弹齿式12拨禾轮直径毫米Ø90013拨禾轮板数个514脱离滚筒型式/杆齿式15行走速度千米/小时1.029.50第三章割禾器技术设计说明3.1工作原理利用全喂入水稻联合收割机的原理，通过水平割刀与立式割刀来割禾，通过拨禾轮拨入割台进入输送带到脱粒筛通过绞笼提升稻穗到收料斗。3.2割禾器动力的选择根据设计要求收割机的行走速度是1.029.50km/h,作业小时生产率为0.200.40(公顷/小时)，选用发动机的额定功率是40（千瓦），每公顷燃油量约为1830（千克/公顷），发动机的额定转速有2600（转/分）。经上述标准选中四款配套机器：（1）全柴QC495L； （2）全柴4102AL; （3）新柴498BT; （4）云内4102CQ。表3-1 四款柴油机参数排量（L）标准功率转速油耗率全柴QC495L2.9840(kw)2600(r/min)255(g/kw.h)全柴4102AL3.43245(kw)2400(r/min)255(g/kw.h)新柴498BT3.16836.8(kw)2400(r/min)255(g/kw.h)云内4102CQ3.7666.2(kw)3000(r/min)<=238(g/kw.h)根据分析，全柴QC495L型柴油机具有体积小、重量轻、结构紧凑、动力强劲；直喷式燃烧室、油耗低、易起动；干式气缸套、机体刚性好、可靠性高；前端带液压泵动力输出接口，便于安装配套；因此采用全柴QC495L型柴油机作为本台联合收割机的动力装置。第四章 割禾器的设计4.1 结构分析本联合收割机割禾器的割刀选用往复式割刀，它是由动刀片、刀杆、定刀片、压刃器等组成。动刀片固定在刀杆上（采用铆钉铆接磨平），由曲柄滑块机构驱动作周期性往复运动。护刃器内起固定作用，当刀杆作往复运动时，动刀片与定刀片形成剪切，将杂草茎杆切断。割刀总成详见图4-1。 图4-1 割刀系统示意图定刀架与动刀架总装见图4-2和4-3，且定刀片固定，动刀片靠刀杆头3带动刀杆4一起往复运动从而形成切割。图4-2 定刀架示意图图4-3 动刀架示意图4.2割刀切割原理采用曲柄连杆机构，如图5-2传动原理图图5-2 传动原理图两动刀剪切稻穗的首要条件应能夹住或咬住茎秆，不至于滑脱，以进行稳定剪切。对两动刀片必须满足下列条件： a1，a2 r1，2式中a1、a2两刀片的刃口斜角（与刀片纵轴线的夹角）； r两刃口挟住茎秆的临界角； 1、2两动刀片对茎秆的摩擦角立式割刀能否得到良好的工作质量和切割性能，其主要参数的设计至关重要，各主要参数如下：1、两动刀片间距。立式割刀切割茎秆分两个过程，首先是两动片推至合适间隔处产生垂直方向弯曲，其次是随机器前进产生纵向弯曲，这都会使切割力增加，而茎秆切割最大变曲取决于两动刀片的间隔，枝条直接不大，所以可取小值，故取50。2、动刀片间隔。动刀片间隔取决于刀片尺寸和切割速度。因此优化设计了刀片结构尺寸，达到了增加切割速度以减少切割阻力的目的。3、通过试验对比，两动刀间隙选为0.5mm保证了较好的工作质量。刀具安装时间需注意动刀片和护刃器间隙的调整，割刀的动刀片中心线重合时，动刀片与护刃器刃口平面的间隙为：前端应互相接触，允许有不大于0.5mm（毫米）的间隙；后端间隙不大于1.5mm(毫米)，但其数量不超过全部的三分之一。该间隙是通过校正护刃器安装位置来实现的。护刃器的校正可用一端为空心的撬杠，使其空心端套在护刃器的前端，轻轻撬动或用手锤轻轻撬打护刃器来校正。若变形过大可在护刃器和护刃器梁间螺栓的一侧加调整垫片。摩擦片与刀片的间隙调整时应在刀梁全长范围内的摩擦片与刀杆间隙均可调整。松开摩擦片的紧固螺栓，对着刀杆，用手指推压摩擦片，使刀杆与摩擦片之间保持0.5mm0.8mm的间隙，然后再重新拧紧螺栓。4.3 切割器的选用立式割刀的作用主要是切断切割区和未切割区之间水稻茎杆的纠缠，以减少拉扯损失，因此该切割器的工作对象是直径较细的分枝茎秆，水稻茎杆直径约510mm不等，考虑到尽量减小割台的重量，选用小刀片、小行程的标准型往复式切割器。动刀片与护刃器之间应有适当的间隙，并可调整。尖部间隙不大于0.5mm，后部间隙不大于1.0mm，动力片多数采用刀口上面或底面带齿纹的齿纹刃片，可防止禾株从剪切口滑出，并有自磨刃作用，护刃器与动力片接触面须加工并热处理。切割器主要零部件材料及热处理要求如表4-1表4-1 切割器主要零部件材料及热处理要求零件名称材料热处理要求动刀片T9钢或45#钢（渗硼）渗硼层0.08-0.15mmi淬火区硬HRC48-56,非淬火区硬度不大于HRC35刀杆35#冷拉钢/护刃器KT33-8可锻铸铁或45号钢,35mn钢锻造护刃器与动刀接触面热处理硬度HRC40-48标准型动刀片结构见（图4-4）图4-4动刀片结构标准型动刀片L的尺寸有多个标准，见表4-2表4-2 标准型动刀片的尺寸abcdefg76-1.075+0.551+0.15中5.517-3.020+0.59+0.54.4 刀片的选用动刀片的轮廓呈六边形，其前端是平的，称为前桥，它的作用是当刀片修磨后仍可保持原有的高度。刀片的刃口有光刃和齿刃两种。光刃刀片切割阻力小，但容易磨钝，主要用于割草机;齿刃刀片虽然切割阻力较大，但是比较耐磨，可不必在紧张的收获季节中进行磨刀。齿纹如果设计得好在工作中还能产生自磨锐作用，以延长寿命，所以谷物收获机械上多半采用齿刃刀片。齿纹大多数被加工在刃面上（称为上刻齿），也有少数机型被加工在刀片的底面上（下刻齿）。齿纹斜角（齿沟在底平面上的投影和刃口的夹角）在范围内。一般在20mm长度刃口上约加工1113个齿。由于侧割刀的刀片选用还没有统一国家标准，生产厂家多各自采用原收割机使用的现成刀片。有用大刀片（GB1211-86光刃动刀片）的，有用小刀片（久保田）的，也有设计自制或定制的。选用大刀片还是小刀片好，从理论分析到实际使用效果来看，有必要达成一个统一认识，便于今后的标准化制定。图4-5收割机侧割刀照片和刀片分析图剪切时刀片对枝杆产生的向外推力面积最大，全开口面积分别是大刀片的1.67倍，小刀片（节距50）的2.35倍；半开口面积更是分别达到2.79倍和3.94倍。小刀片（节距50）的开口、开口面积均最小。 按公式Ft=tg(1/2)×Fj 计算，结果列于表4-3表4-3 割刀剪切开口面积，推力比较表大刀片节距76.2mm小刀片节距76.2mm小刀片节距50mm全开口面积()14.2323.8210.12半开口面积()1.684.691.19剪切角(度 °)604040剪切推力Ft0.5770.3640.364从前面的剪切推力计算公式知道，剪切推力与剪切角成正比，剪切角小，剪切推力也小，有利于剪切。而在剪切力相同的情况下，小刀片的剪切推力只是大刀片的63%。查阅资料得知，所有收割机主切割器的动刀片与定刀片之间的剪切角（包括有齿刀片），都不大于40度。 实际收割效果：选用小刀片（节距76.2）的侧割刀，由于剪切开口和开口面积大，无论是直播还是移栽的，蔓枝的剪切非常顺利，尤其对粗壮枝杆的切割分禾无任何拖泥带水现象；用大刀片的，对直播的和较细的水稻茎杆的剪切还比较顺利。但是对移栽的水稻，特别在剪切粗壮的枝杆时，由于剪切开口面积较小，剪切角和剪切推力又大，出现枝杆不是完全被剪断，而是拖带拉断的现象，这就加大了割台的损失率；用小刀片（节距50）的侧割刀，只能适合枝杆较细的直播水稻茎杆的分禾剪切，对移栽的分禾效果也很不理想。 上面分析的都基于使用的光刃刀片。也有观点认为，既然光刃大刀片的剪切推力大，改用有齿动刀片（GB1211-86）就可以了。实际改用有齿动刀片后，非但没有减小侧割刀剪切的推力，反倒引起了刀片齿之间的互咬至使刀杆弯曲，无法剪切。原因是侧割刀的两排刀是一样的动刀，不象主切割器有动刀和定刀之分，有齿的动刀片和光刃定刀片之间不容易产生互咬。这里根据实际情况选用用小刀片（节距50）的侧割刀。因动刀片是一种易损件，为了保证具有较好的耐磨性和一定的冲击韧性，国家标准规定用T9碳素工具钢制造，刃部需淬火和回火。淬火带从刃口内向内约1015mm。淬火带硬度光刃的应达到HRC5060，齿刃的应达到HRC4856,心部非淬火区的硬度不大于HRC35。4.5割幅（长度）、切割频率及功率 目前国内联合收割机基本是1.067m（标称割刀长度1.2m），也就是由15对节距为76.2mm的刀片组成的长度，与引进的“黑格160”的割幅一样。本课题选用16对刀片，节距为50mm，割幅为1600mm，此割幅基本已能满足各品种水稻的分禾要求。 国内现生产的收割机侧割刀普遍采用间接传动，动力直接来自主切割器，主切割器的切割频率也就确定了侧割刀的切割频率。国内普通收割机的切割频率大多在325470 l/min范围之内，如“南通”：338 l/min；“向明”：427 l/min；“黑格160”的：315 l/min。在对原较高切割频率的普通割台首要考虑的是降低原来的切割频率，即降低割台输入转速。国内水稻收割机割刀消耗功率约200W左右，最高不超过300W。从引进的“黑格160”测得，电割刀需要提供的电源功率为300W，切割频率550600 l/min，换算后割刀的平均线速度为0.730.8m/s。由于计算公式：功率=力×速度，假设割刀受力情况相似，那么速度低功率就小。而间接传动的普通侧割刀的平均线速度为0.420.57m/s，是电割刀的2/3左右，所以功率是电割刀的2/3即200W左右。4.6刀杆的设计对刀杆的基本要求是：刀杆应平直，不应有裂纹、弯曲和扭曲。动刀片的铆装要牢固、紧密。铆接在刀杆上的动刀片应在同一平面上。刀杆在导向套槽中两侧间隙应一致，以减少导向块和刀杆的磨损和阻力。状态好的割刀，用手拉动刀杆应非常轻松、不发卡。刀杆长度根据割幅来定，上面已确定割幅为1600mm,用16对小刀片，刀杆总长确定为1684 mm，两边稍留有余地即可。连接板与刀杆从左至右6，7，8铆钉同时铆钉，相应的一套刀杆上连接板要从右至左第6，7，8铆钉与刀杆同时铆钉，以形成差动。两刀杆之间的距离由导向块垫块来调节，导向块的作用有两个，一个是导向，使两刀杆只能在导向槽内作往复运动，二是限制两刀杆之间的距离。导向杆起导向与限位作用，取150 mm左右。刀架用于定位刀杆，连接传动机构。刀架承受来自刀杆和切割过程的各种震动载荷，扭矩，弯矩，所以刀架架身选用抗扭距、弯距能力强的方钢。刀架底座与刀架架身之间要安装摇臂轴，为避免轴产生偏移，左边用8mm厚的铁板连接，并在连接板的两边焊接加强筋，以保证底座不产生偏移。收割机的操作环境比较恶劣，设计时要以最不利情况来进行设计，初始设计时进行保守设计，其各个系数要比一般的工程设计取值小，以使其承载能力留有较大的余地。刀架工艺要求：方钢上面的三个120×29×7的垫块必需同一道工序加工出来，且保证垫块上表面在同一个平面上，允差为0.01，且均布；各焊缝要牢固，不许夹渣。4.7切割速度和传动、连接方式的计算与分析4.7.1切割速度为了使割刀得到往复运动，可以采用不同的传动系统，如曲柄连杆机构、摆环机构、曲柄滑块机构和曲柄摇杆机构，本课题利用原有割台主割刀的动力通过曲柄连杆机构向立式割刀传递动力。以曲柄连杆机构驱动立式割刀动刀片的运动，为一近似的简谐运动。动刀片刃口上任意点的位移、速度和加速度都是变值，分别为：式中 -曲柄转动的角速度（rad/s）；-曲柄从极左点a转过的时间（s）。由上式知，动刀片的运动速度 和它的位移是一椭圆方程式关系：上式表明动刀片刃口上某点的速度是按照椭圆曲线规律变化。当x0，某点正处于中点位置，为最大值；当时，某点正处于极左位置或极右位置， 0为最小值。图4-6 动刀片运动图解一般用动刀片的平均速度 表示动刀片的切割速度。但实际上剪切植株是在两动刀片刃口开始相遇时的点S至离开时的点E这段距离内，因此实际的剪切速度都大于平均速度。切割速度愈高，则动能愈大，愈容易切断禾株，低茬切割特别需要较高的Vp值，但过大的Vp会产生较大的惯性力，易损坏零部件和割台振动根据经验，Vp大于1.5m/s便将油菜杆切断。动刀的平均速度、始切速度 、终切速度 、平均剪切速度的计算公式分别为：式中 r曲柄半径（mm）；n曲柄转速（r/min）；S切割行程（mm）；b、e分别是动刀片的底宽和顶宽（mm）；曲柄由始切点到终切点转过的角度。往复式切割器的工作质量跟切割速度与机组前进速度的速比有密切关系。往复切割速度是指平均速度，平均速度越高，切割性能越好。但过高的切割速度是不可取的，因为会使整个机组产生较大的振动，不但增加了机组功率的消耗，而且会加速零件的磨损与破坏。经过理论计算和试验，速比在0.82.2 范围内时，工作质量比较理想，本课题确定切割速度为1.5m/s。切割器切割茎秆所需功率由三部分组成，即切割枝所消耗功率、割刀摩擦消耗功率和惯性消耗的功率，即式中 稻穗切割阻力； 摩擦阻力；往复惯性力；切割速度；切割水平分速度。根据决定的值计算曲柄