第三節(jié)摘穗器

第三節(jié)摘穗器

一.摘穗器的種類、構(gòu)造和工作過(guò)程二.摘穗器的工作原理和參數(shù)分析

一、摘穗器的種類、構(gòu)造和工作過(guò)程

現(xiàn)有機(jī)器上所用的摘穗器皆為輥式。按結(jié)構(gòu)可分為縱臥式摘輥、立式摘輥、橫臥式摘輥和縱向摘穗板四種。（一）縱臥式摘輥縱臥式摘輥1.強(qiáng)拉段2.摘穗段3.導(dǎo)錐4.可調(diào)軸承5.莖桿它多用在站稈摘穗的機(jī)型上，由一對(duì)縱向斜置（與水平線成35－400）的摘輥組成。兩軸的軸線平行并具有高度差，由于其前端高度相同，因而兩輥長(zhǎng)度不等，一般靠近機(jī)器外側(cè)的摘輥較長(zhǎng)、靠近機(jī)器內(nèi)側(cè)的摘輥較短。摘輥的結(jié)構(gòu)前、中、后三段有所不同：前段為帶螺紋的錐體，主要起引導(dǎo)莖稈和有利于莖稈進(jìn)入摘輥間隙的作用；中段為帶有螺紋凸棱的圓柱體，起摘穗作用。兩對(duì)應(yīng)摘輥的螺紋方向相反，并相互交錯(cuò)配置。摘穗輥的直徑一般為72－100mm，轉(zhuǎn)速為600－820r/min。兩摘輥之間的間隙較莖稈直徑為小，約為莖稈直徑的30－50％，移動(dòng)摘輥前軸承可以調(diào)節(jié)間隙。調(diào)節(jié)范圍為4－12mm（從摘輥中部測(cè)量）。

工作中，莖稈在兩輥和兩輥凸棱之間沿軸向移動(dòng)時(shí)被向下拉伸，由于莖稈的抗拉力較大（1000－1500N），而果穗與穗柄的連接力及穗柄與莖稈的連接力較小（約500N），因此果穗在兩摘輥碾拉下被摘落。果穗一般在它與穗柄的連接處被揪斷，并剝掉大部分苞葉。摘穗輥的后段為強(qiáng)拉段，表面上具有較高大的凸棱和溝槽（長(zhǎng)約120－320mm）。其主要作用是將莖稈的末稍部分和在摘穗中已拉斷的莖稈強(qiáng)制從縫隙中拉出和咬斷，以防堵塞。

縱臥式摘輥的主要特點(diǎn)是：在摘穗時(shí)莖稈的壓縮程度較小，因而功率耗用較小，對(duì)莖稈不同狀態(tài)的適應(yīng)性較強(qiáng)，工作較可靠；但摘落的果穗帶有苞葉較多。

（二）立式摘輥立式摘輥1.擋禾板2.上段3.下段

多用在割稈摘穗的機(jī)型上，由一對(duì)（或兩對(duì)）傾斜（與豎直線成250夾角）配置的摘輥和擋禾板所組成，每個(gè)摘輥分上下兩段，兩段之間裝有喂入鏈的鏈輪。上段為摘輥的主要部分。為了增加摘輥對(duì)莖稈的抓取和對(duì)果穗的摘落能力，該段的斷面為花瓣形（3－4花瓣）。下段為輔助部分，主要起拉引莖稈的作用。該段的斷面或與上段相同或采用4－6個(gè)梭形。摘輥的直徑一般為80－95mm，上段長(zhǎng)為300mm左右，下段為150－200mm。摘輥轉(zhuǎn)速為1000－1100r/min。

立式摘輥的主要特點(diǎn)是：摘穗中對(duì)莖稈的壓縮程度較大，果穗的苞葉被剝掉較多，在一般條件下，工作性能較好，但在莖稈粗大、大小不一致、含水量較多的情況下，莖稈易被拉斷而造成摘輥堵塞。

為了改善立式摘輥的性能，我國(guó)在研制4YL－2玉米聯(lián)合收獲機(jī)時(shí)，采用了組合式立式摘輥，即前輥采用表面具有鉤狀螺紋的輥型，主要起摘穗作用；后輥采用六棱形（成大花瓣形）拉莖輥，有較強(qiáng)的拉引作用。試驗(yàn)證明，該組合式摘輥性能較好，果穗損失率較低，工作可靠性較大；但機(jī)構(gòu)較復(fù)雜，功耗較大。組合式立式摘輥1.前摘輥2.擋禾板3.后拉莖輥

（三）橫臥式摘輥在自走式玉米聯(lián)合收獲機(jī)上有的采用橫臥式摘輥。其構(gòu)造與工作過(guò)程如下圖所示。橫臥輥式摘輥器1.撥禾輪2.喂入輪3.摘穗輥4.喂入輥5.輸送器

摘穗器由一對(duì)橫式臥輥、喂入輪、喂入輥等組成。工作時(shí)，被割倒的玉米經(jīng)輸送器送至喂入輪和喂入輥的間隙中，繼而向摘穗輪喂送。該摘穗輥在回轉(zhuǎn)中將莖稈由梢部拉入間隙并拋向后方，果穗被擠落于前方。試驗(yàn)證明：橫式摘輥由梢部抓取莖稈，抓取能力較強(qiáng)，果穗被咬傷率也較大，摘輥易堵塞，但在收獲青飼玉米時(shí)性能較好，且結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單、功耗較小。國(guó)外有的青飼玉米聯(lián)合收獲機(jī)采用了此種機(jī)構(gòu)（如俄羅斯CK－2.6）。

（四）縱向板式摘穗器主要用于玉米割臺(tái)上，由一對(duì)縱向斜置式拉莖輥和兩個(gè)摘穗板組成。其特點(diǎn)是：工作可靠，果穗咬傷率小，籽粒破碎率低；但果穗上帶有的苞葉較多，被垃斷的短莖稈也較多。拉莖輥a)四葉輪式b)四棱形c)六條圓肋式d)六條方肋式二、摘穗器的工作原理和參數(shù)分析

現(xiàn)有摘穗器多為摘輥式。按莖稈喂入摘輥的方向不同，摘輥有徑向喂入式和軸向喂入式兩種?，F(xiàn)對(duì)其工作的基本條件、工作過(guò)程和參數(shù)選擇等敘述如下：（一）摘輥工作的分析及其直徑的確定摘輥?zhàn)ト∏o桿的條件a)開始喂入b)喂入后1．摘輥工作的基本條件

（1）能抓取莖稈

設(shè)兩摘輥為圓柱形斷面，當(dāng)莖稈在喂入機(jī)構(gòu)的作用下與摘輥接觸時(shí)，則摘輥對(duì)莖稈端部便產(chǎn)生支反力N和抓取力T，摘輥能抓取莖稈的條件是Tx＞Nx即Tcosα>Nsinα

而T＝Nμj式中μj——摘輥對(duì)莖稈的抓取系數(shù)；α——對(duì)莖稈的起始抓取角。代入上式得Nμjcosα>Nsinα簡(jiǎn)化得μj＞tgα

即摘輥對(duì)莖稈的起始抓取角α的正切值應(yīng)小于抓取系數(shù)μj。需知：抓取角α在莖稈進(jìn)入摘輥間隙后則變小，為摘輥對(duì)莖稈擠壓的合力方向角α0，而α0＜α。因此其抓取能力增強(qiáng)。軸向喂入式摘輥（縱臥式摘輥），則具有此有利條件。當(dāng)其前方螺旋錐體將莖稈引入摘輥間隙后，摘輥的抓取能力已增強(qiáng)，因而工作較可靠。（2）不抓取果穗

當(dāng)莖稈在摘輥間隙中被向后拉引而穗與摘輥相遇時(shí)，摘輥對(duì)果穗端部便產(chǎn)生支反力Ng和抓取力Tg。為了使果穗不被抓取，必須滿足下述條件，即Ngsinαg>Tgcosαg式中Tg＝Ngμg;μg－摘輥對(duì)果穗的抓取系數(shù)。代入上式得擠落果穗條件

Ngsinαg>Ngμgcosαg簡(jiǎn)化得tgαg>μg

即摘輥對(duì)果穗的起始抓取角αg的正切值應(yīng)大于果穗的抓取系數(shù)μg。摘輥對(duì)莖稈和果穗的抓取系數(shù)μj及μg，因摘輥的材料和表面形狀不同而異。一般為了增加摘輥對(duì)莖稈的抓取能力以提高工作可靠性，常將摘輥制成凸凹不平的花瓣形（3－6花瓣）或帶有螺旋肋的斷面。其抓取系數(shù)為μj≈μg＝（1.6～2.3）f＝0.7～1.1式中f——摘輥對(duì)莖稈的摩擦系數(shù)，鑄鐵f＝0.4～0.5。（3）碾拉斷果穗

摘輥在工作中不斷向后方拉引莖稈，而果穗被擋在摘輥間隙之外。當(dāng)拉引莖稈的力大于莖稈前進(jìn)阻力和果穗摘斷力時(shí)，則果穗被碾拉斷，落在摘輥的前方。設(shè)摘輥對(duì)莖稈的水平拉引力為Tjx，莖稈進(jìn)入摘輥的阻力為Njx，碾拉斷果穗需的力為Rg，則碾拉斷果穗的條件為

即或因?yàn)樗詳D落果穗的受力分析式中α0——摘輥對(duì)莖稈的平均抓取角；μj——摘輥對(duì)莖稈的抓取系數(shù)；Rg——碾拉斷果穗的拉斷力，Rg＝385－527N（前者為果穗從穗柄上的拉斷力，后者為果穗連同穗柄從莖稈上的拉斷力）；Njy——摘輥對(duì)莖稈的垂直擠壓力，與莖稈壓縮率成正比，與摘輥間隙h的選擇有關(guān)。為了滿足碾拉斷果穗的上述條件，一般摘輥間隙為h＝（0.3－0.5d）。式中d為莖稈直徑，h為摘輥間隙。2．摘輥直徑的確定摘輥直徑系根據(jù)摘輥能抓取莖稈而不抓取果穗兩條件而確定。從滿足抓取莖稈條件中，可看出下列尺寸關(guān)系:簡(jiǎn)化得D、h及a的關(guān)系式中D——摘輥直徑；d——莖稈直徑；h——摘輥間隙；α——摘輥莖稈的起始抓取角。由上式可看出：當(dāng)摘輥直徑D與間隙h增大時(shí)，莖稈的起始抓取角α變小，對(duì)莖稈抓取有利；反之，則對(duì)抓取莖稈不利。因?yàn)榇肷鲜綖?/p>

即又因?yàn)閠gα＜μj，則得

上式是按抓取莖稈條件而推導(dǎo)的最小摘輥直徑公式。同理，可按不抓取果穗條件導(dǎo)出最大摘輥直徑公式為

兼顧兩者要求的摘輥直徑應(yīng)為

式中dg——果穗直徑。（二）莖稈在摘輥中的運(yùn)動(dòng)分析和摘輥長(zhǎng)度的確定摘輥工作長(zhǎng)度（摘穗段長(zhǎng)度）系根據(jù)莖稈在摘穗過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)要求而確定?，F(xiàn)按莖稈向摘輥的喂入方向不同，分別討論如下：1．莖稈在縱臥式摘輥中的運(yùn)動(dòng)及摘輥長(zhǎng)度的確定縱臥式摘輥在工作中由前部的螺旋錐體將莖稈引到摘穗段，此后由于摘輥間隙變小而且越來(lái)越小，莖稈受碾拉開始按摘輥的運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)。摘輥的圓周速度v，可分解為使莖稈沿軸向移動(dòng)的相對(duì)分速度v1和使莖稈向下拉伸的相對(duì)分速度v2。其值為v1＝vtgβ

臥輥中的莖桿運(yùn)動(dòng)分析

若不考慮摘輥表面形狀對(duì)速度的影響，令莖稈沿軸向移過(guò)L段的時(shí)間與莖稈被拉伸Lg段的時(shí)間相等，則可推得摘輥工作段的最小長(zhǎng)度L。因因或則得L＝Lgsinβ式中L——摘輥工作段的最小長(zhǎng)度；β——摘輥傾角，一般為30－400；Lg——果穗最低結(jié)穗與最高結(jié)穗的高度差，一般Lg＝0.4～0.6m(個(gè)別品種，Lg可達(dá)1m)。

舉例計(jì)算：1．如國(guó)產(chǎn)4YW－2型玉米聯(lián)合收獲機(jī)，其β＝350，如取Lg＝0.8m，代入式得：L＝0.8sin350＝0.43m而該機(jī)取摘穗段長(zhǎng)度為0.65。2.又如ZMAJ型玉米割臺(tái)，其拉莖輥傾角為30°，如取Lg＝0.8m，則L＝0.8sin30°＝0.4m。而該機(jī)的拉莖輥長(zhǎng)度為0.47m。1．莖稈在立式摘輥中的運(yùn)動(dòng)及摘輥長(zhǎng)度分析當(dāng)莖稈被喂入鏈從根部喂入摘穗輥后，迅速由摘輥的下段過(guò)渡到摘輥的上段，此后莖稈按上段的運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)。摘輥的圓周速度可分解為摘輥的軸向移動(dòng)速度v1莖稈的拉伸速度v2，即v1＝vctgβ0v2＝vcscβ0立輥中莖桿運(yùn)動(dòng)分析式中v——摘輥圓周速度；β0——由于擋禾板的作用，莖稈在上段始端A位置時(shí)的傾角（莖稈與摘輥軸線的夾角）。需知β0是一變值。當(dāng)莖稈向上移動(dòng)到摘輥末端B時(shí)，β0＝π/2。因v1及v2的平均值可由下式推得

若令莖稈由A移動(dòng)到B的時(shí)間（t）與莖稈由A點(diǎn)拉伸到C點(diǎn)的時(shí)間相等，則可得摘輥的最小工作長(zhǎng)度L0因?yàn)榛蛩?/p>

若令莖稈由A移動(dòng)到B的時(shí)間（t）與莖稈由A點(diǎn)拉伸到C點(diǎn)的時(shí)間相等，則可得摘輥的最小工作長(zhǎng)度L0

舉例計(jì)算：如4YW－2型玉米聯(lián)合收獲機(jī)的β0＝42°（設(shè)計(jì)時(shí)已確定），如取Lg＝0.6m，則而該機(jī)的摘輥工作段長(zhǎng)度為0.29m，可見符合要求，即：在一般結(jié)穗高度范圍內(nèi)的果穗均可在莖稈向上移動(dòng)中摘落，而個(gè)別結(jié)穗高度過(guò)大時(shí)可能在莖稈移動(dòng)到上端后被集中摘下。（三）摘輥速度的選擇

摘輥圓周速度是影響摘穗器性能的重要因素之一，其大小應(yīng)根據(jù)摘穗質(zhì)量和生產(chǎn)率要求而確定。現(xiàn)按摘輥配置不同分別討論。1．縱臥式摘輥的速度選擇試驗(yàn)指出：縱臥式摘輥在摘穗中，莖稈處于直立或少許向后傾斜時(shí)，摘穗損失最小。建議采用下述數(shù)據(jù)范圍：式中K——比例系數(shù)vm——機(jī)器前進(jìn)速度；v——摘輥圓周速度

β——摘輥傾角

前進(jìn)速度與摘輥速度的關(guān)系前進(jìn)速度vm及摘輥圓周速度v與損失ρ的關(guān)系機(jī)器前進(jìn)速度vm及摘輥圓周速度v分別與摘穗損失和生產(chǎn)率有著直接關(guān)系，其變化曲線下圖所示。即當(dāng)機(jī)器前進(jìn)速度增加時(shí)，摘輥速度應(yīng)相應(yīng)增加，而摘輥速度與摘輥損失為一曲線關(guān)系。當(dāng)摘輥速度過(guò)大時(shí)，由于摘輥對(duì)果穗的沖擊力加大而落粒損失增大；但如摘輥速度過(guò)低時(shí)，由于摘穗中果穗與摘輥接觸時(shí)間