收獲機(jī)械-往復(fù)式切割器的工作原理

作物生產(chǎn)技術(shù)專業(yè)/教學(xué)資源庫(kù)往復(fù)式切割器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)工作原理新疆農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院周勇一.往復(fù)式切割器的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

往復(fù)式切割器的工作特點(diǎn)是動(dòng)刀片做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，要實(shí)現(xiàn)將動(dòng)力輸出的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)楦畹兜闹本€運(yùn)動(dòng)，方法很多，目前在收割機(jī)械上應(yīng)用較多的有三種類型：曲柄連桿機(jī)構(gòu)、擺環(huán)機(jī)構(gòu)、行星齒輪機(jī)構(gòu)，其中曲柄連桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用最廣。1.曲柄連桿機(jī)構(gòu)oABωtωxxy特點(diǎn)：機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉，但占據(jù)空間大。FLAISHFLAISHFLAISH2.擺環(huán)機(jī)構(gòu)××特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊、鉸鏈較少、工作可靠、制造成本高。3.行星齒輪機(jī)構(gòu)o1oxyA

行星齒輪的節(jié)圓直徑是齒圈節(jié)圓直徑的一半，銷軸置于割刀的運(yùn)動(dòng)直線上，曲柄回轉(zhuǎn)時(shí)，銷軸在割刀運(yùn)動(dòng)方向線上作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其行程等于齒圈節(jié)圓直徑。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊、振動(dòng)小，便于機(jī)構(gòu)配置，但成本高，機(jī)構(gòu)復(fù)雜。FLAISHFLAISH二.往復(fù)式切割器的工作原理及運(yùn)動(dòng)分析1.刀片的幾何形狀

無(wú)論使用什么樣的切割器，都必須滿足滑切的要求，而能否保證割刀直線運(yùn)動(dòng)下的滑切，割刀的幾何形狀非常關(guān)鍵。目前，比較理想的幾何形狀是梯形和三角形，而梯形更具合理性，因?yàn)槿切我坏┏霈F(xiàn)磨損，將影響割刀刃口的長(zhǎng)度，近而最終影響割刀的切割質(zhì)量。梯形刀片結(jié)構(gòu)三角形動(dòng)刀片梯形動(dòng)刀片hh1結(jié)論：梯形動(dòng)刀片比三角形動(dòng)刀片使用壽命長(zhǎng)，工作質(zhì)量高，是目前最常用的結(jié)構(gòu)形式。（還有另外一個(gè)原因，后面介紹）。磨損后磨損后梯形刀片的結(jié)構(gòu)參數(shù)bαhadβVnVAb—前橋?qū)?，a—底部寬h—刃部高

α—滑切角

一般情況下，α越大，滑切能力越強(qiáng)，切割也就越省力，當(dāng)α由150增至450時(shí)，切割阻力將減少一半?；薪铅僚c切割阻力P之間的關(guān)系曲線如下：oPαa=76b=17h=55d=24

但要特別注意的是，α的變化范圍一定要首先滿足莖稈被動(dòng)定刀片鉗住的條件：切割瞬時(shí)，兩刃口作用于莖稈的合力R1、R2

必須在同一直線上。αβCF1F2R1R2φ1φ2AN1BN2oθφ1、φ2—分別表示動(dòng)定刀片與谷物莖稈的摩擦角，φ1+φ2≤45~520，在三角形OAB中：在四邊形OACB中：將以上兩式聯(lián)立，可得鉗住莖稈的條件為：

試驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)α=290，β=6015/時(shí)，割刀的切割效果最好。

2.割刀的運(yùn)動(dòng)分析

割刀的運(yùn)動(dòng)特性對(duì)切割器性能有直接的影響，由于往復(fù)式切割器的動(dòng)刀片工作時(shí)在曲柄連桿機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下做橫向的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)是間歇的。我們通過(guò)對(duì)該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析找出割刀位移與速度之間的關(guān)系，為合理的確定割刀速度與機(jī)組前進(jìn)速度配合關(guān)系提供理論依據(jù)。建立動(dòng)刀片的運(yùn)動(dòng)方程oABωtωxxyr

可以看出，割刀速度與割刀位移之間的關(guān)系為一橢圓方程式，長(zhǎng)半軸為rω，短半軸為r，他反映了割刀在其運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，任意一點(diǎn)的速度是不相同的，有時(shí)，為了研究的方便，將圖中的長(zhǎng)半軸rω縮小ω倍，這樣割刀速度與位移之間的關(guān)系圖就可用一標(biāo)準(zhǔn)圓來(lái)表達(dá)，后面我們將會(huì)用到這個(gè)結(jié)果。orroxVxrrωAB

由于割刀的橫向直線運(yùn)動(dòng)速度是變化的，應(yīng)用起來(lái)很不方便，因此我們引進(jìn)割刀的平均速度Vp

的概念。設(shè)：t—割刀運(yùn)動(dòng)一個(gè)行程S=2r內(nèi)所用時(shí)間；

n—曲柄轉(zhuǎn)速（r/min）；如果60妙轉(zhuǎn)動(dòng)n圈，則曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)半圈所用時(shí)間為t=30/n。

在這里有一個(gè)問(wèn)題需要說(shuō)明，往復(fù)式切割器割刀的運(yùn)動(dòng)是水平橫向運(yùn)動(dòng)和直線前進(jìn)運(yùn)動(dòng)的合成，割刀橫向運(yùn)動(dòng)的平均速度Vp與機(jī)器前進(jìn)運(yùn)動(dòng)的速度Vm的配合關(guān)系，決定了割刀絕對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡，這一配合關(guān)系我們習(xí)慣上用割刀進(jìn)距（切割進(jìn)距）H來(lái)表示。割刀進(jìn)距——割刀完成一個(gè)行程S的時(shí)間t內(nèi)機(jī)組所前進(jìn)的距離。設(shè)：λ—割刀速度Vp與機(jī)組前進(jìn)速度Vm的比值。

試驗(yàn)結(jié)果表明，λ的大小對(duì)割刀的切割質(zhì)量影響很大，我們必須進(jìn)行必要的量化處理，即給出λ值的大小，確定Vp

與Vm的配合關(guān)系。通常我們用作圖的方法——切割圖，來(lái)確定λ值的大小。切割圖——利用作圖法，畫出動(dòng)刀片的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡，分析割刀的切割過(guò)程。

HHSboAHHSboA

由圖可知，在定刀片運(yùn)動(dòng)軌跡線內(nèi)的谷物莖稈將被動(dòng)刀片切割，切割區(qū)內(nèi)的莖稈在動(dòng)刀片的左右推動(dòng)下被推向定刀片實(shí)施剪切，由于λ值的不同，切割區(qū)內(nèi)莖稈被處理的程度也有些不同，有可能出現(xiàn)三種情況。ⅠⅡⅢλ=1Ⅰ區(qū)（一次切割區(qū)）：在此區(qū)內(nèi)的莖稈首先被動(dòng)刀片推至定刀片刃口線上，并在定刀片和護(hù)刃器的雙支承下被切割，由于動(dòng)刀片只有一次通過(guò)該區(qū)，故稱為一次切割區(qū)。Ⅰ區(qū)內(nèi)的莖稈由于所處的位置不同，多數(shù)莖稈是在橫向歪斜狀態(tài)下被切割的，歪斜狀態(tài)下被切割的莖稈割茬高度有所增加。λ=1.4Ⅱ區(qū)（重割區(qū)）：動(dòng)刀片刃口線兩次通過(guò)該區(qū)，有可能發(fā)生對(duì)莖稈的二次切割但并非一定。當(dāng)Ⅱ區(qū)面積較小時(shí)，且位于切割區(qū)的中部，盡管動(dòng)刀片兩次通過(guò)該區(qū)，但由于莖稈左右歪斜量大致相同，不可能發(fā)生重割。反之，當(dāng)由于割刀進(jìn)距H較小時(shí)，Ⅱ區(qū)面積增大，在第二次行程時(shí)，離動(dòng)刀片較遠(yuǎn)而離定刀片較近的莖稈就有可能被重割一次。重割將無(wú)謂地增加功率的消耗。λ=0.7Ⅲ區(qū)（空白區(qū)）：動(dòng)刀片的刃口線沒(méi)有經(jīng)過(guò)該區(qū)，如果該區(qū)面積較小時(shí)，且位于動(dòng)刀片前橋?qū)挾萣的掃描范圍之內(nèi)，莖稈將被動(dòng)刀片的前橋推向割刀下次行程的一次切割區(qū)內(nèi)被切割，但歪斜量較大，割茬較高，且為集束切割，切割阻力大，功率消耗增加。如果割刀進(jìn)距H過(guò)大，空白區(qū)增大，動(dòng)刀片前橋?qū)挾萣的掃描面積沒(méi)有全部掠過(guò)該區(qū)域，就有可能造