切割阻力

第五章 收割机械第一节 概述收割机械是谷物收获机械的重要组成部分，谷物收获是农业生产过程中最为复杂的工艺过程，为了更好地了解谷物收获机械化所使用的设备，我们必须首先了解谷物收获的方法。

谷物的收获方法很多，大多是根据不同地区的不同的自然条件，不同的种植方式、经济结构、技术水平等来决定合适的收获方法。

目前全世界关于谷物的收获方法大致有三种方法：一、谷物的收获方法1、分别收获法：用多种相对独立的机械（收割机、运输车、脱粒机、扬场机等）分别对作物完成收割、运输、脱粒、清选等作业的方式。

这种方法在西方发达国家已经完全淘汰，但在发展中国家仍在大量使用。

其特点是设备简单、技术水平低、价格低廉、维护保养简便，但作业周期长、收获积累损失大。

2、联合收获法：利用联合收获机一次完成作物的收割、脱粒、分离和清选等多项作业的方式。

特点：生产率高、作业周期短、积累损失小、作业质量好。

设备投资大、机器利用率低、技术水平要求高。

3、两段收获法：先利用割晒机进行收割，待晾晒3~5天后用带有捡拾器的联合收获机进行捡拾、脱粒、分离和清选作业的方式。

特点：谷粒饱满、产量提高、作业周期长、设备投资大。

另外尚有一种割前脱粒法：利用割前脱粒式联合收获机进行先脱粒后切割或不切割作物茎秆的方式。

特点：脱粒负担大大减少、机器结构简化，但收获损失较大。

目前该机型工作质量有待提高，普及程度很小。

割前脱粒式联合收获机机构简二、谷物的机械收获系统在收获机械部分中，本课程将着重介绍收割机械、脱粒机械、联合收获机械总体参数等内容。

第二节 收割机械的类型和一般结构一、一般类型1、按照茎秆的放铺方向：收割机和割晒机收割机械工作时主要完成谷物的切割和放铺两道工序，按照放铺的方向不同，又可分为收割机和割晒机两种机型。

收割机——收割机工作时，被割刀切断的谷物茎秆形成与前进方向呈900的转向放铺，以便于捡拾和打捆。

主要用于分别收获法。

割晒机——收割机工作时，被割刀切断的谷物茎秆形成与前进方向平行的顺向放铺，以便于两段收获时的晾晒。

2、按照被割谷物茎秆的输送方式：立式收割机和卧式收割机立式收割机——割台为直立式，被割谷物茎秆是在直立状态下进行输送到收割机一侧的。

机构纵向尺寸短。

卧式收割机——割台为水平放置，被割谷物茎秆是在水平输送带上运至收割机一侧的。

输送平稳。

二、基本构成无论是立式收割机还是卧式收割机，其基本构成是相同的，即都是由扶禾装置、切割器、输送装置、传动装置等组成，立式收割机和卧式收割机只是在扶禾装置上有较大的差别。

1、立式收割机：机构组成：分禾器、扶禾星轮、切割器、立式输送带、传动装置等。

驱动工作，分禾器将行内谷物茎秆集束引向切割区，并在扶禾星轮的后向扶持作用下被切割器切割，随即靠向立式输送带被其传送到一侧放铺。

由于割台为立式，纵向尺寸小，重量较轻，置于拖拉机前方，有利于机组的纵向稳定性。

但对倒伏作物和低产谷物适应性不理想。

常用的机型有：4GL —140 / 170，V m =2~4km /h （1~2m/s ），V d =2m/s ，Q=V m B /667 （亩/时），一般为4~9亩/时。

1.铺禾杆2.后挡板3.转向阀4.上输送带5.拨禾轮6.切割器7.分禾器8.下输送带2、卧式收割机：收割机工作时，拨禾抡、输送带和切割器由拖拉机动力输出驱动工作，分禾器将行内谷物茎秆集束引向切割区，并在拨禾轮的后向推送扶持下被切割器切割，随即倒向输送带（也可能是螺旋搅龙）被传出。

1.分禾器2.拨禾轮3.后输送带4.前输送带5.切割器力输出驱动工作，分禾器将行内谷物茎秆集束引向切割区，并在拨禾轮的后向推送扶持下被切割器切割，随即倒向输送带（也可能是螺旋搅龙）被传出。

由于茎秆是在水平状态下被输送的，因此输送平稳，且拨禾抡对倒伏作物具有一定的扶起作用。

但机构纵向尺寸大，不利于拖拉机前置配置，故很少在小型拖拉机上使用。

卧式收割机的输送带有单带和双带之分：单带为割晒机使用，双带为收割机使用，如下图所示：在本章中主要讲授的内容是：切割器和扶禾器。

第三节 切割器及理论分析切割器是收割机上的重要工作部件，他主要完成对谷物茎秆的切割任务，为了有一个良好的工作质量，一般对切割器有如下的技术要求：割茬整齐、不漏割、不堵刀、功率消耗小。

一、谷物茎秆的切割理论实验结果表明，谷物茎秆的切割过程与割刀的特性、茎秆的物理机械性质、切割方式、切割速度、割刀与茎秆的相对位置等有关。

1、切割方式对切割性能的影响所谓切割方式主要是指割刀进入材料的方向，归纳起来主要有正切和滑切两种基本方式：⑴正切——割刀的绝对运动方向垂直与割刀刃口的切割方式。

由此而产生的横切、斜切、削切三种切割方式均应属正切之列。

如图所示：实验结果表明：正切中的三种切割方式因其切入茎秆的方向与茎秆本身的纤维方向存在较大的差异，切割阻力和切割功率消耗也不同。

其中，横切阻力最大，斜切比横切下降30%～40%，削切比横切下降60%。

⑵滑切——割刀的绝对运动方向与割刀刃口既不垂直又不平行的切割方式。

设：V n ——割刀运动的法向速度；V t ——割刀运动的切向速度；α——割刀运动的绝对速度方向与法向速度方向的夹角，此处定义为滑切角。

横切 斜切 削切切割理论的力学试验结果和割刀运动几何分析结果表明，滑切比正切省力。

滑切比正切省力的机理是什么？①高略契金力学试验：高略契金力学试验步骤是，在割刀上一面施加法向力P，一面使割刀刃口沿切向方向产生滑移，滑移量为S，在切割条件相同的情况下（材料、深度），产生如下一组对比数据：割刀切向滑移值S（mm）规定试验切割深度所需法向力P （g）600 1.5500 2.0400 5200 40高略契金力学试验结果表明，割刀在切割同一种材料、同一深度的物料时，切向滑移量越大，所需切割力就越小，即切割越省力。

试验过程表明，当割刀切向滑移量为零时即为正切，只要存在滑移就会产生滑切，因此，滑切比正切省力，P3S=常数，这就是著名的高略契金常数定理。

②割刀运动几何分析：对比分析割刀刃口上某质点进入材料时正切刃口角和滑切刃口角的大小，刃口角越小越省力。

将割刀刃口局部放大，设割刀在A 点切入材料，切割方式分别为正切和滑切，正切刃口角为γ，滑切刃口角为γ/，对比二者大小，进入材料的刃口角越小，切割就越省力。

当进行滑切时，几何分析结果如下：分析结果表明，滑切与正切相比，滑切进入材料时的实际刃口角γ/比正切时的刃口角γ变小了，这也是滑切比正切省力的原因之一。

从力学试验结果和割刀运动几何分析结果两方面说明了滑切比正切省力。

在对物体进行切割时，尽可能地采用滑切方式，以利于降低切割阻力和功率消耗。

滑切正切, , , cos BC DE AC tg tg DE BC AE AC AE γγα′====Q cos , cos 1 , , tg tg tg tg γγααγγγγ′′′∴=≤∴Q ＜＜2、茎秆的物理机械性质对切割性能的影响茎秆的物理机械性质主要是指茎秆本身所固有的一些特性，他包括切割阻力、弯曲阻力、弹性摸量、抗弯强度等。

而这些因素随茎秆的品种、成熟度和湿度等的变化而变化。

只要割刀克服了横切面内的切割阻力，茎秆就会被切断。

但是，在切割象小麦、水稻这样的刚度较小的作物时，只要受到较小的外力就会发生弯斜，给顺利切割造成一定的困难。

因此，要实现对茎秆的完全切割，一般可采取二种措施：具有一定的切割速度或者给被切割茎秆以适当的支承，具体技术路线是：低速有支承切割，高速无支承切割。

⑴有支承切割——在动刀片运动的反向施加一支承力的切割称为有支承切割。

用动刀片配合定刀片的切割称为单支承切割；用动刀片配合带有护刃器的定刀片的切割称为双支承切割。

有支承切割可使茎秆获得一定的抗弯能力，可在低速状态下进行切割，切割速度为：V p = 1~2 m / s。

单支承切割双支承切割无支承切割在同样切割速度的情况下，双支承切割比单支承切割能获得较好的使用参数。

在进行单支承切割时，切割速度为V p = 1~2 m / s，要保证正常的切割，动定刀片之间的切割间隙必须在δ= 0~0.5mm范围内，否则，茎秆的切割阻力增大，有可能发生撕裂现象。

而在进行双支承切割时，切割速度为V p = 1~2 m / s，相对于割刀的上下抗弯能力有较大幅度的增强，动定刀片之间的切割间隙可允许在δ= 1~1.5mm 范围内，这就给切割器的设计、使用、安装提供了比较宽松的条件，所以目前收获机械普遍采用双支承切割方式。

⑵无支承切割——只有动刀片而无定刀片直接切割茎秆的切割称为无支承切割。

由于茎秆是在没有任何扶持的状态下进行切割的，仅靠茎秆自身的抗弯能力P w是很难与动刀片的切割力相平衡的，此时，P＞＞P w。

切割速度较低时，茎秆将被推倒或折断。

但当动刀片以适当的速度进入材料时，原来静止的茎秆在瞬间获得动刀片所传递的速度并立即产生很大的加速度以及与其方向相反的惯性力P g。

速度越大则惯性力就越大，因而茎秆的抗弯能力也就越大，有利于茎秆的顺利切割。

当P = P g + P w时，可使得茎秆在直立状态下实现切割，因此，无支承切割所需的切割速度要比有支承切割大的多。

例如，切割小麦时，使用带有护刃器的往复式切割器，其切割速度仅为1~2m / s，而无支承的回转式切割器的刀片速度则需10~20m/s，如果切割牧草，则需40~50m/s，这使得机构功率消耗增大、振动增加，传动装置也将比较复杂。

3、切割速度与切割阻力的关系试验结果表明，随着切割速度的增加，切割阻力有所下降。

速度—阻力关系图如下：二、切割器的类型与构造从目前收割机和联合收获机应用情况看，切割器主要有回转式切割器和往复式切割器二种基本类型。

回转式切割器的工作部件为带刃口的回转体，如回转圆盘。

圆盘有光刃和齿刃两种。

圆盘回转为等速运动，切割速度高，回转平稳；但是它的工作幅宽受回转体直径限制，只适用于窄割幅的收割机。

往复式切割器，一般由动刀片、定刀片、护刃器、压刃器、摩擦片、刀杆等组成。

动刀片固定在刀杆上，由曲柄连杆（或摆环）机构驱动，做周期性的往复运动。

护刃器内固定有定刀片。

当刀杆做往复运动时，动刀片与定刀片形成剪切，将谷物茎秆切断，称为有支承切割，不需要很高的切割速度，平均切割速度为1~2m/s 。

往复式切割器工作可靠、适应性强、切割质量较好，可用于割幅宽的机器上，因阻力速度回转式切割器 a.光刃圆盘 b.齿刃圆盘此在割草机、收割机和谷物联合收获机上得到广泛的应用。

往复式切割器存在的问题是割刀做往复运动，惯性力大，不易平衡，工作时振动较大，切割茎秆时茎秆有倾斜和晃动现象，易造成落粒损失。

本节的重点也将针对往复式切割器的类型、结构、工作原理、参数分析等进行介绍。

1、往复式切割器的主要部件（1）动刀片 有光刃和齿刃两种，呈六角形铆接在刀杆上。