4LZ-1200型水稻联合收割机割台系统的设计

密级：
JINGGANGSHAN UNIVERSITY
本科毕业设计论文
题目4LZ-1200型收割机的割台设计
学院工学院
专业机械设计制造及其自动化
班级
学号
姓名
指导教师
起讫时间2008.12-2009.5
4LZ-1200型收割机的割台设计
作者：
（井冈山大学工学院，江西吉安 343009）
指导老师：
[摘要]:我国是农业大国，水稻生产机械化对水稻种植至关重要，水稻联合收割机是实现水稻收割机械化的重要工具，而水稻联合收割机小型化、微型化是在南方山区、丘陵地区实现农业机械化的关键。

因此，研究小型水稻联合收割机具有重要的现实意义。

本文分析了现有的联合收割机在南方山区、丘陵地区使用时存在的问题，对联合收割机的偏心拨禾轮、往复式切割器、脱粒机的功率耗用作了较深的研究，研究开发具有自主知识产权的4LZ—1200型全喂入水稻联合收割机。

首先，采用特殊的全喂入脱粒形式，将现有联合收割机的割台、输送、脱粒机三大部分简化一体，大大地简化联合收割机的结构，从而使联合收割机小型化、微型化。

在稻杆的夹持，输送上做了大量的改进，将联合收割输送夹持链、脱粒夹持链简化成一根链条完成，使夹持、输送更加顺畅，故障大大降低，工作效率有了较大的提高。

脱粒滚筒采用多头不等距螺旋排列，使脱粒机的功耗降低，提高了谷物的脱净率。

实验证明，本文设计的4LZ—1200型全喂入水稻联合收割机的各项性能指标均达到或超过了国家标准。

[关键词]：全喂入水稻联合收割机;拨禾机构;往复式切剂器;脱粒机
Design Cutting table of 4LZ-1200Combine
harvester
Author:
（School of Engineering Jinggangshan University, Ji’an JiangXi 343009）
Directive teacher:
[ABSTRACT]The mechanization for harvesting rice crop products is very important in our country, a large agricultural country. The combine is one of main tools to achieve mechanization for harvesting rice crop product. In southern mountainous area and hilly area, the micro and mini combines play important role for harvesting grain products. So it is worth to study the mini combine.
In this paper, some existing problems with using combines in southern mountainous area and hilly area were analyzed. And the eccentric poking grain wheel, reciprocating cutter and the energy consumption of the thresher of the combine have been researched deeply. A 4LZ-1200 Entire-feed-carrier combine harvester with self-copyright for grain crop has also been studied. Firstly, the three parts of the combine, cutting, transporting and threshing parts, were simplified into account by adopting special Entire feed carrier threshing style, and largely simplified the structure of the combine, thereby make it become micro and mini.
The largely improvement has been done in the clamp and transport of the crop poles, make the transport chains of clamping and threshing simplified into one chain, the clamp and transport become much more smoothly, the fault has been reduced prominently and the work efficiency has also a great improvement.
The working energy consumption can be reduced and the cleaning quotient of crop can be largely improved by adopting multi head and differing distance for helix in the threshing roller.
The experiment results showed that the target aim of 4LZ—1200 Entire-feed-carrier combine have been reached or even exceeded the national criterion. The product has gained the state patent.
[KEYWORDS]Entire-feeding combine; poking grain mechanism; reciprocating cutter; threshing machine
目录
第一章绪论 (1)
1.1我国水稻生产概况 (1)
1.2全喂入水稻联合收割机的现状和发展趋势 (1)
1.2.1水稻收获机械的发展慨况 (1)
1.2.2国内外全喂入水稻联合收割机的现状及发展趋势 (2)
1.3小型全喂入水稻联合收割机的研究意义 (3)
1.3.1在中国农村现实经济条件下引进国外产品的困难 (3)
1.3.2国内全喂入水稻联合机的不足 (4)
1.3.3小型全喂入水稻联合收割机的研究意义 (4)
第二章往复式切割器割台的分析 (6)
2.1引言 (6)
2.2往复式切割器 (6)
2.2.1双刀距行程型切割器 (6)
2.2.2低割型切割器 (7)
2.2.3标准型切割器 (7)
2.2.4往复式切割器的构造和标准化 (7)
2.34LZ-1200型往复式切割器选用设计 (8)
第三章往复式切割器割台的设计 (9)
3.1课题研究的内容和方法 (9)
3.2割台设计的方案分析 (9)
3.3往复式切割器的设计 (9)
3.4刀片几何形状的分析 (10)
3.5曲柄连杆(滑块)机构的割刀运动分析 (12)
3.6割刀惯性力的平衡 (13)
3.7本章小结 (16)
第四章总结 (17)
第一章绪论
1.1我国水稻生产概况
水稻是世界主要粮食作物之一，占世界粮食总产量的25.5%。

水稻主要产区集中分布在亚洲，这一地区的稻米产量约占世界稻米产量的90%以上。

我国是世界主要水稻生产国之一，水稻栽培己有六千余年的历史，种植面积为3418.1万公顷，占世界水稻总面积的23.5%，水稻产量占世界水稻总产量的35.6%，居首位。

稻米是我国主要粮食作物之一，占粮食种植面积:30%左右，为全国提供二分之一的主食。

水稻产区分布很广，除青海外，各省、市、自治区都有水稻种植。

其中主要集中在南方十三省、市、自治区，水稻种植面积占全国水稻总面积的94%左右，水稻产量占全国水稻总产量的93%。

东北地区的水稻种植面积约占全国水稻种植面积的3%，近年来有所发展。

西北五省约占41%，华北三省及河南、山东约占2%.
不同的气象条件对水稻的收获影响较大。

华南地区:无霜期长，一般在250-350天，早稻收获时雨量较多，平均12天左右。

有时有台风侵入，水稻成片倒伏。

晚稻收获时气候条件较好。

长江流域地区:早晚稻收获时经常连续阴雨。

无霜期较短，一般在200-250天，且早霜到来较早，对晚稻产量影响很大，要求早稻及时收获、插秧。

北方地区:华北无霜期在180-220天。

东北为130-150天，西北为150-180天，尤其是东北无霜期短，收获时常遇早霜，所以常在霜后收获水稻。

1. 2全喂入水稻联合收割机的现状和发展趋势
1.2.1水稻收获机械的发展慨况
从20世纪50年代中期到60年代初期，我国水稻收获机械是以研制简易的人畜力机械为主，同时引进国外样机进行试验、研究、探索我国收获机械化道路。

这一阶段的前期，我国还没有自己的拖拉机和动力机械工业，后期用于水田作业配套的拖拉机和柴油机，汽油机的品种和数量也很少，以发展半机械化为主。

这一时期我国水稻联合收割机技术发展较快，1972年组织了水稻联合收割机歼灭战课题组，分别在广东的东莞、惠阳，江西的泰和及湖南等地集中了近六十名技术人员，进行了五
种产品的研制工作，并定型了这类机型。

采用了卧式割台的输送装置、全喂入倒吊脱粒以及半全通用脱粒装置等，使全喂入联合收割机作业质量有显著提高。

但机器重量大、水田通过性和对倒伏作物适应性差，影响了推广使用。

1973年后，为解决倒伏水稻收获问题，在试验和分析日本引进的带伏倒器立式割台全喂入联合收割机基础上，福建、上海、江西、四川、安徽和辽宁等省的农机所先后开展了全喂入联合收割机的研制工作。

1986年前后，中国农机院和浙江省农机所为减少大倾角割台落粒损失，分别研制了小倾角立式割台。

浙江省将这种割台成功地运用到全喂入联合收割机，研制鉴定了“浙江-120型”，但其扶倒能力不如大倾角立式割台。

1998年北京十二国农机展览之后，由中国农机院和广东及江西省农机所共同组织了五种样机的试验和分析工作，为我国水稻收获机械的发展起了一定的促进作用。

2002年以后，水稻联合收割机进入了进一步改进提高阶段。

出现了新的机型，如“湖州100-12”和“龙江-120”型等，此外，还有江苏、上海和云南三省在“龙江-120型”基础上研制鉴定了“江南-120型”，湖北、江西等省研制的与12马力机耕船配套的全喂入联合收割机，分别于1980年前后鉴定定型。

1.2.2国内外全喂入水稻联合收割机的现状及发展趋势
日本是世界上全喂入式水稻联合收割机(以下简称全喂入联合收割机)技术最先进的国家。

全喂入式联合收割机完全摆脱了欧美全喂入式的传统结构，具有机器小、适应性强、可靠性高、效率高、损失小，拆装简便、操作舒适、电子自动监控、稻、麦均可收获等特点，能在小田块、高湿烂田进行作业。

经过儿十年的研究和改进，日本全喂入联合收割机技术非常成熟。

近年来，以日本为代表的全喂入联合收割机，整机造型更加美观。

以人机工程为基础，考虑了老年人、妇女操作的轻便性、安全性和舒适性。

广泛采用自动控制及报警系统、轻型材料、零部件的快速装拆机构、电动式喂入深度调节机构、整机润滑系统等;进一步加大发动机的配套动力;强化主要零部件、机架、割台的强度和刚度，延长使用年限，从而降低使用成本
我国从58年开始研究开发水稻联合收割机。

70年代至80年代初，中国农机院组织有关研究所，从原理到结构，从试验性能到结构工艺性，对日本四大公司的全喂入联合收割机作了全面剖析，并进行了大量的零部件试验、研究，掌握了设计技术。

从97年开始，在各级政府的大力支持下，国内许多企业瞄准国际先进水平，加大了全喂入联合收割机的研制力度。

目前国内正在研制和准备研制的企业有:无锡拖拉机厂、杭州拖拉机厂、湖州联合收割机厂、兵器工业总公司615厂、洛阳一拖集团、北汽福田能限责任公司、中国纺织机械集团等。

从国内外相关资料可以看出，全喂入水稻联合收割机将朝着单人操作、智能化、高效、可靠、经济实用方向发展。

单人操作是指由驾驶员一人完成全部作业内容。

目前，大部分机型需要一名辅助接粮人员(带粮仓的机型除外)，只有少数机型上装有粮箱显示器，并有满箱报警装置。

这种装有粮箱显示器、满箱报警装置，能够实现单人操作的技术将会随着劳动力价格的上涨而被普遍采用。

智能化，是指通过电脑对主要零部件的工作状况进行监控、显示、故障报警、自动选择最佳工作状态、执行驾驶员指令、自动停机等。

由于各国国情不同，智能化适度有一定的差异。

高效可靠、经济实用是指:
a、通过增大发动机功率，强化结构，拆装简便、省力省时，减少非作业时间，提高生产率。

b、进一步完善、简化结构，降低制造成本，提高整机可靠性。

c、技术上将会强化“实用、先进”的原则，追求联合收割机的最大经济效益，即生产企业效益、农机经营户机收效益的最优化。

另外，改善驾驶员的作业环境，减轻劳动强度，等效寿命设计等也是发展重点。

1.3小型全喂入水稻联合收割机的研究意义
1.3.1在中国农村现实经济条件下引进国外产品的困难
推广水稻联合收获除充分考虑机器的适应性和可靠性外，其中最关键的问题应该是经济性。

在市场经济的条件下，农机推广首先是一项经济活动，一种新的机型是否有市场，在同等或相似的技术指标和性能条件下，价格将起决定性的作用。

日本机在具备高昂售价的同时，其配件价格更是高得出奇，一般是装机件的三倍。

目前，上海地区农民多次向市、区反映:日本的收割机尽管具有适应性强、质量好、可靠性高、效率高等优点，深受中国农民欢迎，但是我们买得起，用不起。

1.3.2国内全喂入水稻联合机的不足
尽管随着农村经济的迅速增长和农村专业户队伍的迅速推广，继北方小麦联合收割机火爆后，以淮河流域以南的水稻种植地区对水稻联合收割机，特别是全喂入联合收割机需求强烈。

但在我国全面推广水稻联合收获的装备条件还不成熟，市场亟需质量上乘、价格更优、能够适应中国国情的全喂入水稻联合收割机。

根据我们调查掌握的情况和国家农机主管部门公布的资料显示，制约我国全喂入联合收割生产发展的主要因素和存在的主要问题是：
1、发动机质量不过关、可靠性差
全喂入联合收割机使用的柴油发动机由于工作环境属于高温、高潮湿、高粉尘、长时间满负荷状态，同时，要求发动机重量轻、冷却系统温度必须达到110℃以上，国内外发动机很难满足。

2、液压元器件的可靠性差，是故障发生率较高的部分。

同发动机问题一样，液压元件质量的可靠性直接影响到整个机器的整体质量，目前，国产全喂入联合收割机液压系统中除HST泵进口韩国产品外，其余元件均采用国产元件。

3、关键件原材料质量不过关，部分关键件出现断裂。

4、传动皮带寿命短、质量不过关。

5、电气控制系统元件质量不过关，可靠性差、环境适应能力不强。

6、未能像日本机安装中央润滑系统，实现定时润滑，造成润滑不良，运动部件寿命严重降低。

7、用途单一，除用于收割外，不能作为他用
8、价格还不能降低到部分农民能够购买，只能由收割专业户购买。

9、在重量和体积上还不能用于更小的田块和梯田作业。

1.3.3小型全喂入水稻联合收割机的研究意义
全喂入式联合收割机完全摆脱了欧美全喂入式的传统结构，成功地实现了机器小型化和橡胶履带行驶，能在小田块、高湿烂田进行作业。

用该机型收割水稻仅将穗端进入脱粒筒中进行脱粒、分离，清选量小，收割效率高，损失少，特别适宜于水稻机械化收获;秸杆可以切碎返田，也可以用于手工编织和家畜饲养，满足不同经济水平地区农民的需要，是国家重点推广的用于水稻收获的机型。

随着我国改革开放的深入进行，广大农村发生了天翻地覆的变化，农村劳动力大量流向第二和第三产业，己没有足够的劳动力来按传统的生产方式进行农业生产，农业机械化的进程大大落后于农业生产发展的需要，已成为我国农业现代化的瓶颈所在。

在我国北方部份地区也基本上实现了收割机械化，但在我国南方和其他的广大山区，由于水稻田块小，梯田多，夏收带水作业现象多，收割机械化的推广仍存在很大困难。

现有国内外较成熟的收割机要么体积庞大、笨重，要么价格高、结构复杂，带水作业性能差，不适合南方和其他山区的地形特点，自然条件和种植习惯，农民难以接受。

所以在我国南方和其他山区，水稻收割还是以手工作业为主。

因此，只有研究出一种既实用又与现实农村购买力相适应的联合收割机，才能将广大的农民从繁重的体力劳动中解放出来，促进农村劳动力的流动和转移，从而既能提高农村的生活水平，实现我国农村生活水平“小康”的奋斗目标。

从我国水稻生产情、地形和气候特点以及现有联合收割机的使用情况等方面可以看出小型全喂入水稻联合收割机的研制是最终实现水稻收获机械化的关键所在。

第二章往复式切割器割台的分析
2.1引言
切割器是谷物收获机用来割断作物茎秆的重要工作部件，它是收获机重要的通用部件之一。

它的功用是将田间作物全部整齐地割断，其工作性能应满足以下要求：一、切割质量好，割茬整齐，不漏割，不重割，不堵刀，不推倒谷物，不扯断和撕裂茎秆，切割时谷物损失小。

二、切割省力，功率消耗少，工作时机器振动轻。

三、通用性好，能切割多种作物，如稻、麦和豆。

收割豆和稻类时，能进行低害，以减少损失。

四、结构简单，调整使用方便，安全可靠。

切割器按收获作物茎秆的粗细基本分为两大类:用于细茎秆谷物收获的有往复式切割器、圆盘回转式和甩刀回转式切割器三种;用于切割粗茎秆谷物收获的主要是圆盘回转式切割器。

按割刀的运动形式可分为往复式和回转式，回转式包括圆盘式和甩刀式。

2.2往复式切割器
往复式切割器的割刀作直线往复运动，在护刃器配合一进行有支承切割。

割刀平均速度低，一般在1-2s左右。

切割性能好，机构简单，工作可靠，适应性强。

其缺点是工作时惯性力较大，机械振动较大，有重复切割现象。

目前在谷物收割机，牧草收割机，谷物联合收获机上应用相当广泛。

它能适应一般或较高的作业速度的要求(6-10km/h)。

往复式切割器有三个重要的参数:割刀行程S，动刀片间距T和定刀片间距T0。

割刀行程S是指割刀在往复运动过程中两端极限位置之间的距离。

动刀片间距T和定刀片间距T0分别是两片动刀片和两片定刀片之间的距离。

根据割刀行程，动刀片间距和定刀片间距三者的不同组合关系，分成下列三种型号切割器。

2.2.1双刀距行程型切割器
双刀距行程型特点为:割刀往复运动的频率低，曲柄转速较慢，因而工作时惯性力较小。

对抗振性较差的小型收割机具有特殊意义，适用于小型收割机。

2.2.2低割型切割器
切割器割刀行程和动刀片间距相等，是护刃齿间距的两倍，护刃齿间距较小。

切割谷物时，茎秆横向倾斜量小，割茬较低，对收割大豆和收割牧草较为有利，但对粗茎秆作物的适应性较差。

低割型切割器由于切割时割刀速度利用段较低，在茎秆青涩和杂草较多时，切割质量较差，割茬不齐并有堵刀现象。

目前这种一切割器在麦稻收割机上应用日趋减少。

2.2.3标准型切割器
标准型切割器也叫单刀距行程型。

其特点是:割刀的切割速度较高，切割性能较好，对粗细茎秆的适应性较好。

但切割茎秆时茎秆倾斜度大，割茬变化较大。

这种一切割器在国内外应用相当广泛，多用于麦稻类作物及牧草收割机。

其特点是:动刀片较窄长，护刃器无护舌，用于立卧式割台的收获机上对谷物输送较有利。

其割茬较低，损失少。

综上所述，通过三种切割器的对比看出，就切割质量，惯性力，功率消耗，刀片
刃口的总负荷及使用可靠性等方面的综合性能来说，以标准型最好，所以应用很广。

2.2.4往复式切割器的构造和标准化
1.往复式切割器的构造
往复式切割器主要由往复运动的割刀和固定不动的支承部分组成。

割刀由刀杆、动刀片和刀几头铆合在一起。

刀杆头与传动机构相连接，用以将动力传递给动刀。

固定支承部分包括护刃器梁、护刃器、铆合在护刃器上的定刀片、压刃器和摩擦片等。

工作时动刀做往复运动。

护刃器尖将谷物分成小束并引向割刀，动刀在运动中将禾秆下进行推向定刀片，在定刀片配合切割。

2切割器的标准化
为了便于组织专业化生产和零配件供应，1975年公布了切割器的国家标准(GB1209-1213-75)。

切割器分为三种型式:
(1)Ⅰ型切割器其T=T0=76.Zmm刀片为光刃，刀片水平倾角为6°30’护刃器为单齿，有摩擦片，适用于割草机。

(2)Ⅱ型切割器其T=T0=76.2mm刃器为双齿有摩擦片，动刀片为齿纹刃，用于谷物收割机和联合收获机。

(3)Ⅲ型切割器其T=T0=76.2动刀片为齿纹刃，护刃器为双齿，没有摩擦片，用于谷物收
割机和联合收获机。

2.3 4 LZ-1200 型往复式切割器选用设计
由于各类型往复式切割器是成熟产品，在此计算说明不再赘述。

结合往复式切割器结构特点和低割装置的使用要求，JIJ1075联合收获机低割装置切割器仅作选用设计。

如上所述往复式标准11型切割器切割质量，惯性力，功率消耗，刀片刃口的总负荷及使用可靠性等方面的综合性能较好，能符合低割装置的使用要求。

为此4LZ—1200型联合收获机低割装置设计采用谷物收获机械应用广泛的往复式标准11型切割器，传动机构为曲柄连杆机构，割刀行程和动刀片间距、定刀片间距相等，为76.2毫米。

切割器的动刀片和定刀片经热处理后，淬火区的硬度齿纹刀片为HRC48-58、光夕J片为HRC50-60，非淬火区硬度动刀片距孔边3mm、定刀片距孔2mm范围内不允许淬火，其硬度为HRC共35。

齿纹刀片的刃口厚度不大于0.lmm。

动刀片和定刀片相互接触的平面不平度不大于0.2mm，工作表面的粗糙度为3.2。

工作面动刀片距刃边10mm，定刀片距刃3mm内，不允许有烧伤的麻点。

切割间隙前端应互相接触，允许有不大于0.5mm的间隙，但其数量不能超过四分之一，后端间隙不大于1.5mm。

此装置割刀刀杆在收割台正下方双层布置，与机器原来切割器平行，相邻刀杆间距为巧厘米，能够两次切割割茬，设定经低割装置处理后的割茬高度为10厘米。

第三章往复式切割器割台的设计
3.1课题研究的内容和方法
1、割台系统分析（包括明确设计要求；分析系统工况，确定主要参数；拟定割台系统草图；选择元件；割台系统性能验算等）。

2、割台系统设计计算（包括负载、速度分析及其原理图的绘制）。

3、利用Flash软件对液压系统工作过程进行运动仿真。

4、操纵控制阀时，割台的运动仿真。

5、对整机的其它部位，如果可以采用液压控制的，提出改进措施，并绘出控制原理图。

3.2割台设计的方案分析
根据我国水稻种植现状，在国内外相关技术调研的基础上，充分考虑到兼收的需要和各项技术经济指标，经讨论研究现提出两种立式割台设计方案。

方案一：滚刀切断植株，利用卧式摘辊摘蕙，由螺旋输送器汇集茎秆到喂入组辊喂入到卧式滚刀切碎茎秆，本方案是借鉴乌克兰生产的KCKY-7AC玉米收获机技术，由大量资料研究表明，该项技术成熟，但是水稻植株切断采用滚刀转速高制造难度大，茎秆切碎质量差。

方案二：由往复式割刀切断植株，经夹持输送链输送到立式摘辊摘蕙，摘蕙后的茎秆进入立式茎秆切碎装置切碎，立式割台配置立式切碎装置属创新设计，其特点是立式摘辊拉茎辊兼作切碎装置的喂入装置，结构紧凑，碎茎秆容易收集
对提出的方案进行对比分析，分别对现有的计息进行考察试验，对关键技术进行反复分析讨论，进行了模型试验，基于此，最终确定方案二为实施方案。

3.3往复式切割器的设计
往复式切割器是联合收割机的主要组.成部分，在联合收割机中广泛采用。

往复式切割器的工作原理是通过曲柄连杆机构、将圆周运动转变成刀杆的往复运动、作物在动刀片和定刀片之间进行切割。

往复式切割器主要由曲柄、连杆、动刀杆、动刀片、定刀片、护刃器等组成，如图4-1示。

它具有结构简单，适应性较广等特点，但刀片的切割角的大小，对切割质量有较大的影响。

此外，由于工作时曲柄转速高，赞胜力大，使机器产生振动而影响零部件的使用寿命和工作质量。

同时在切割时，由于振动时茎杆有倾斜和晃动，对部分易落粒的作
物产生落粒损失，对于粗茎杆作物，由于切割时间长和茎秆有多次切割现象，出现割茬不够整齐等现象，因此必须对刀片和切割器作研究。

图4-1 往复式切割器
1．定刀片 2.压刃器 3.护刃器 4.动刀片 5.连杆 6.曲柄
3.4刀片几何形状的分析
往复式切割器是将作物茎秆夹持在动、定刀片之间进行剪切的。

动刀片的几何形状对切割器的工作可靠性和功率消耗有较大的影响。

动刀片的结构参数如图4-2A 示，当刀片宽度α一定时，切割角a 是决定刀片刃部高度的主要参数，也是影响切割阻力的重要因素。

试验表明(图4-2C 切割角a 增大，则切割阻力减小，当a 角由15°增至45°时，切割阻力将减小一半。

减小阻力的原因主要有两方面:一是由于切割角α增加印钓时，使刀片对茎秆的滑动速度
1ν亦增大(因为αννsin 1=)(图4-2A);二是因为α增加时，
图4-2 刀片刃的主要参数
刀刃沿运动方向切入茎秆的切角角r i 变小(图4-2B)。

但α角过大时，将引起茎秆在动、定刀片的夹持中的不稳定(从剪口向前滑出)，切割不可靠。

为此，以茎秆被刀片夹住为前提。