谷物联合收割机

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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 。
B vmW 1 q 1 C
(10-1)
C ——常数,其作用是将单位产量化成 kg/m2,当W 以t/hm2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. vm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
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 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
图10—2 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5kg/s,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、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
10. 2 联合收割机的动力选择
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、
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, 虽然功率有剩余,但损失已超出,不能作 为工作点。
谷物联合收割机的工作速度是:全喂入自 走式一般为4~ 6km/h (1.11~1.65m/s), 全喂入悬挂式为3~4km/h ( 0.83~1.11m/ s ) ,半喂入自走式为 1.3~3km / h ( 0.35~ 0.83m/s)。
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102 )。 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。
从式中可以看出,h与Bz 、η成反比, Bz 增加 h 减少,同样η增加 h 也减少。 B和滚筒长度有关,与纹杆滚筒配合工 z 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。 η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/Lg C = 1.5~2.5时,取η = 0.9;C = 2.5~3.5
(M e,max M eN ) / M eN %
K s M e,max / M eN
(10-14) (10-15).
不带校正器的发动机, μ 值在 5 %~ 15 %范 围内,带校正器的发动机则可达 10 %~ 20 %。μ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。
可根据q 、β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。
图10—1 谷物联合 收割机前进速度列 线图
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 1.7~2.5m ,大中型为 3.0~5m ,少数 大型机达 6 、 7m ;半喂入谷物联合收割机 的割幅为1.0~1.75m。
0.33M P
(10-9)
(10-10)
M max M P 3 2M P
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 11 %~ 25 %,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1/3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:
来自百度文库
(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,当负荷变化时,转速变化不超过 5%~10%,发动机工作可靠和节省油料。
发动机常用扭矩储备系数μ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:
发动机有近20%的功率储备 ( Nb ),即:
Nb ( N N g Nt N x N y ) / N ( % ) (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10—3 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,σ为其均方 差,则扭矩变异系数Wn的值为: (10-8) Wn ( / M p ) 100 % 由误差理论可知,在 Mp±3σ 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:
N N P 3Wn N P (1 Kb ) N P 1.33N P
(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Nb,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/(kg· s-1)] 表示。联合 收割机的平均功率NP 可以用式 (10-12)表示: N P p q ( kW ) (10-12) (b) 收割机的储备功率: Nb Kb N P Kb P q ( kW ) (10-13)
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。
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) 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:
时,取η = 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 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。
(1 ) q h Bz v j
(10-2)
δ——谷物中谷粒的含量,以质量百分比计。 (β为谷草比);

1
η 一逐稿器宽度利用系数; γ— 茎秆在自然 状态时的容重,分离小麦时γ=15~25kg/m3; 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 = 0.4m/s。
③ 创造良好的驾驶工作条件。 ④ 便于使用、调整、维修。特点 ⑤ 注意机器的外形美观。 10. 3. 2 全喂入传统型自走式谷物联合收 割机的总体布置 特点: 1 ) 收割台悬挂在脱粒(主)机的正前方, 构成T型配置; 2 ) 前轮驱动,后轮转向; 3 ) 主要工作部件基本按联合收割机的纵
轴对称布置; 4 ) 驾驶台位于脱粒机的前上方,视野开阔; 5 ) 发动机配置在脱粒部分的顶盖上 ( 或驾 驶室侧面 ),通风散热好; 6 ) 粮箱容积大,班次生产率高。 10. 3. 2. 1 割台、脱粒、清粮部件的相互配 置 1) 收割台与总体的相互配置
1° 收割台的配置应该尽可能对称,小机 型偏右; 2° 割台应该尽量布置得靠近前轮; 3° 割台的提升高度一般为400~750mm, JD-7700割台的提升高度为850mm。 2)割台各部件的配置( T型) 1°护刃器梁至螺旋推运器中心的距离一般 Lh = 1.2~1.4Dj;(Dj—叶片的外缘直径) 2° 推运器叶片的外缘与割台的底板和后 挡板之间的间隙Δ下=10~20,Δ后〈 6;
2)轮距 B0 (10-3) 1° 与割幅相适应 B0 B 2 b Δ——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
B0 Bt 1 2 b
(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。
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: ① 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。 ② 正确配置机器的重心。
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