谷物联合收割机讲解

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1、第10章 谷物联合收割机的 总体设计 一、谷物联合收割机总体设计的重要性 谷物联合收割机的设计包括零，部件的设计和总体 设计两个方面。一台机器设计的好坏，固然与每个 零、部件的设计有关，但对整机的性能起决定性影 响的却是总体设计。如果在设计中对整机缺乏通盘 考虑，即使各部件的设计是良好的，但合在一起却 不一定获得良好的结果。因此在设计时，必须首先 考虑总体设计，从整机的性能出发，对各部件提出 要求，使各部件能相互协调，使联合收割机能满足 技术任务书提出的要求 。 二、谷物联合收割机总体设计的任务： 1) 根据设计任务，选择整机的结构型式和 工艺流程，初步拟定总体布置和各部件的 结构方案； 2)

2、 确定整机的主要参数； 3) 进行总体布置，绘制平面布置图、割台 和拨禾轮升降的机动图、整机尺寸链图和 外形图； 4) 进行传动路线设计, 绘制传动图； 5) 设计和布置操纵机构、电路、液压系统 管路和附件等； 6) 设计测试和控制机构； 7）从整机性能出发，对各部件设计提出 要求，拟定各部件的主要参数，控制重量 和轮廓尺寸范围。 总设计师应瞄准国际水平，通观全局，并及时掌 握各部件的设计进度，随时了解各部件设计中的 问题，尽快协调参数给予合理解决。 10. 1 谷物联合收割机的总体参数 10. 1. 1 割幅、前进速度和喂入量 谷物联合收割机的割幅和前进速度主要根据脱 粒机的设计喂入量、作物

3、的单位面积产量和谷草 比来确定，它们之间的关系如下式所示： (10-1) C 常数，其作用是将单位产量化成 kg/m2，当W 以thm2为单位时， C = 10； 当W以斤亩为单位时，C = l333; a.割幅B的选择原则 由上式可知，当其 他条件不变时，割幅B和前进速度vm之间成 反比关系。对于既定的设计喂入量，是选 择较小割幅配以较快的前进速度，还是采 用较大的割幅配以较慢的速度，这要根据 具体情况进行具体分析。 b. v m的选择原则 大多数联合收割机在行 走传动中都采用变速器与变速箱排档 相配合，使行走速度可以分档无级变速 。以便充分发挥机器的效能和保证工作质 量。 设计几个割幅不同

4、的割台，如JL1065就有 3.0m, 3.6m, 4.2m, 4.8m四种割台。 c. 列线图 计算不直观，还可以用列线 图求割幅B和前进速度vm。 所谓列线图就是以各参数为坐标轴，用 图线表示各参数之间关系的图。 图101 谷物联合 收割机前进速度列 线图 可根据q 、求 出谷粒喂入量 Q，再通过产 量W求出面积 生产率A，再 通过割幅B就 可求出vm。 现有谷物联合收割机的割幅和前进速度 的范围为：小型全喂入谷物联合收割机的 割幅为1.72.5m，大中型为3.05m，少数 大型机达6、7m；半喂入谷物联合收割机 的割幅为1.01.75m。 谷物联合收割机的工作速度是：全喂入自 走式一般为

5、4 6kmh (1.111.65ms)， 全喂入悬挂式为34kmh ( 0.831.11ms )，半喂入自走式为1.33kmh ( 0.35 0.83ms)。 10. 1. 2 滚筒长度、分离器尺寸和收缩比 对全喂入谷物联合收割机工作部件的研 究表明，逐稿器的分离损失率是限制联合 收割机喂入量提高的关键。随着喂入量的 增加，茎秆层变厚 ，损失率加大，当喂入 量超过额定值时，损失率急剧增加 ( 图10-2 )。 谷粒在茎秆层中占的体积很小，假如忽 略不计，则逐稿器上茎秆层的厚度h可按下 式求得。 (10-2) 谷物中谷粒的含量，以质量百分比计 。 (为谷草比)； 一逐稿器宽度利用系数；茎秆在自然

6、 状态时的容重，分离小麦时=1525kgm3 ；vj茎秆层沿逐稿器运动的平均速度， 根据测定，一般情况下vj = 0.4ms。 从式中可以看出，h与Bz 、成反比， 增加 h 减少，同样增加 h 也减少。 和滚筒长度有关，与纹杆滚筒配合工 作时，逐稿器的宽度可等于或稍大于滚筒 的长度。采用钉齿滚筒时，B也不应大于滚 筒长度的1.4倍。 主要与机器的收缩比C ( 割幅与脱粒部分 宽度之比 ) 有关。 C = B / L g C = 1.52.5时，取 = 0.9；C = 2.53.5 Bz Bz 时，取 = 0.8。还可以增长逐稿器的长度 ，前面已讲过。 10. 1. 3 联合收割机的结构参数

7、联合收割机的结构参数主要包括行走装 置的轴距Lz、轮距 ( 轨距 ) B0、最小离地间 隙H和平均接地压力Pp。轴距和轮距 ( 轨距 )直接和通过性、机动性和稳定性有关，往 往互相矛盾。 1）轴距Lz增大，稳定性增大，机动下降 。Lz减少，稳定性减少，机动性提高。 Lz= 3000 3700mm, JD-7700 Lz= 3730。 2）轮距 B0 1 与割幅相适应 防止轮胎或履带压倒未割作物的 保护宽度，保证不压作物。 2 与脱粒装置宽度相适应 (10-4) 3与作物行距相适应。 3）最小离地间隙H 影响通过性和稳定性 。一般 H= 250 300mm。 ( 10-3) 10. 2 联合收割

8、机的动力选择 10. 2. 1 联合收割机功率消耗 (1) 联合收割机的动力需求：功率消耗 包 括行走功率和各工作部件运转时消耗的功率 两部分，变化范围大。 联合收割机所需功率是各部分所需功率的 总和，也就是各部分所需平均功率与储备功 率的总和。联合收割机在田间作业时，各部 分所需功率在总功率 P 中所占比例，经实验 统计分析，大致如图10-2所示。发动机功率 为55kW、 图102 额定喂入量为5kg,s的自走式全喂人 谷物联合收割机的功率平衡和逐稿器损失 额定喂入量为5kgs，自走式谷物联合收 割机的实际生产能力与部件功率消耗之间 的关系曲线。从图中可以看出，随着机器 喂入量的增加，分离、

9、清选、输送装置的 功率消耗没有多大的变化，割台的功率消 耗增加也不多，消耗功率最多的是脱粒滚 筒和行走部分，而且与喂入量成正比增加 。 各部分的功率消耗以占总功率的百分比 来表示。Ng为割台功率消耗；Nt为脱粒滚 筒功率消耗； Nx为行走部分功率 消耗； N为总功率；Ny为除了脱粒滚筒以 外的脱粒装置其余部分功率消耗；N-Nx为 发动机功率减去行走功率的剩余部分。两 曲线的交点为功率平衡点，交点以左发动 机的功率都没有得到充分利用。A0为正常 工作条件下；A1为恶劣工作条件下；A2为 较好工作条件下。 图中逐稿器的分离损失曲线表明机器的 允许生产能力。可以看出， A0点以右区域 ，虽然功率有剩

10、余，但损失已超出，不能 作为工作点。 发动机有近20的功率储备 ( Nb )，即： (10-7) 联合收割机负荷的不均匀性和因此引起 的功率消耗的变化，可以由田间实际测得 的行走速度、喂入量、谷层厚度、滚筒轴 上的扭矩和转速的瞬时变化的相关曲线来 分析。 图103 全喂入谷物联合收割机喂入量 和滚筒扭矩的瞬时变化 从图中可以看出，喂入量q与滚筒上扭矩M的变 化基本上是一致的，扭矩与转速的乘积即为消耗的 功率。 引起上述各测量值变异的外界条件属于随 机变化的过程，测量值的变异符合正态分 布规律。设Mp为扭矩的平均值，为其均方 差，则扭矩变异系数Wn的值为： (10-8) 由误差理论可知，在Mp3

11、的范围内，包 括了各扭矩值出现几率的99.7。根据实验 统计，脱粒滚筒功率消耗的变异系数因作 物的草谷比和湿度的不同而异，全喂入时 最大可达33，即： (10-9) (10-10） 脱粒滚筒最大功率大约为平均功率的2倍。行走功 率消耗的变异系数随地面情况和土壤特性而异， 一般可达1125，考虑到负荷峰值持续的时 间很短，并可用运动部件的动能来补偿；而且脱 粒和行走的最大功率也不会同时出现，所以通常 总功率的变异系数Wn取值为11。取13的平均 功率作为功率储备，即设Kb = 3Wn，这样发动机 的总功率N的值为： (2) 平均功率NP 和储备功率Nb：联合收割 机所需的平均功率NP和储备功率N

12、b，一般 是依靠试验测定的结果进行分析比较来确 定，或者利用经验公式来估算。 (a) 联合收割机的平均功率：不同形式的联 合收割机，其平均功率的经验公式也有所 不同；各国的经验公式也有所不同。每1kg s喂入量所需平均功率称为单位喂入量所 需平均功率，用P kW(kgs-1) 表示。联合 收割机的平均功率NP 可以用式 (10-12)表示 ： (10-12) (b) 收割机的储备功率： (10-13) (3)配套动力选择：谷物联合收割机配套动 力选择应考虑以下问题： (a) 额定功率P应有足够的功率储备，其值 的确定同前面讲述的功率N相同。 (b) 采用全程式调速器，以保证在额定转速 下，当负

13、荷变化时，转速变化不超过 510，发动机工作可靠和节省油料 。 发动机常用扭矩储备系数或适应系数Ks 来评定发动机适应短时超负荷能力的指标 。设Me,max为发动机的最大有效扭矩，则： (10-14) (10-15). 不带校正器的发动机，值在515范 围内，带校正器的发动机则可达1020 。或Ks只能作为非正常工作时应付特殊 情况的功率储备，而不能列入正常工作时 的功率储备Pb内。 (c) 发动机有足够的飞轮转动惯量，能克 服短时间的超负荷。 (d) 有良好的防水、防尘和冷却性能。 10. 3 谷物联合收割机的总体配置 进行谷物联合收割机的总体配置，就是 要合理地布置各个部件的位置，进一步确

14、 定机器的总体尺寸；估算机器的重量和重 心位置；确定动力的传动路线；设计和布 置操纵机构及驾驶台；安排其他附件等。 总体布置必须协调各个部件之间以及整 机与部件之间的关系，对各个部件的重量 、尺寸提出控制要求；核查各个运动零件 、部件的运动空间，排除一切机械 干涉现象；充分考虑机器的适应性能方 面的要求。 10. 3. 1 总体布置的要求 可以归纳为以下几点： 工艺过程连续、流畅，尤其是要特别注 意各个部件工作能力的平衡，注意交接过 渡部位的设计，保证谷物流的均匀、连续 、流畅，不发生堵塞、超负荷等故障。同 时要考虑作业过程中，对未割作物不发生 压禾、推禾、脱禾等现象。 正确配置机器的重心。 创造良好的驾驶