谷物收獲作業(yè)機(jī)械化的重要意義課件

1、谷物收獲作業(yè)機(jī)械化的重要意義課件谷物收獲作業(yè)機(jī)械化的重要意義課件3. 1 莖稈切割過程的影響因素 1) 割刀：1 刃角：動(dòng)刀 18 25 2 刃厚：以內(nèi)切園柱直徑表示機(jī)型刃厚m初始終了聯(lián)合收割機(jī)光刃2040齒刃127127青飼料收割機(jī)1530剪毛機(jī)483. 1 莖稈切割過程的影響因素 1) 割刀：1 刃角：2) 莖稈的物理機(jī)械性質(zhì)切割阻力、折斷阻力、彎曲阻力、彈性模數(shù)和摩擦系數(shù)等。這些性質(zhì)隨莖稈的品種、成熟度和濕度的不同而在很大范圍內(nèi)變化。 莖稈的橫斷面大都呈圓形或略帶橢圓形，而葉片則呈扁平形或槽形。 3) 切刀與莖稈的相對(duì)位置。4) 切割的速度和方向。2) 莖稈的物理機(jī)械性質(zhì)3. 1. 刃厚

2、及刃角對(duì)切割阻力的影響首先討論割刀在對(duì)材料進(jìn)行正切 ( 切割力與切割速度均垂直于刃口 ) 時(shí)，割刀的受力狀態(tài)。3. 1. 刃厚及刃角對(duì)切割阻力的影響若在刀刃楔角 ( 又稱刃角 )的兩邊各增加一個(gè)摩擦角 ，即把刀刃看作一個(gè)假想楔 。對(duì)單面楔來說 ，根據(jù)平衡原理就有若在刀刃楔角 ( 又稱刃角 )的兩邊各增加一個(gè)摩擦角 ，刀刃所需的切割力為 式中 P刃口切入莖稈的阻力，莖稈相同時(shí)決定于刃口厚度；其方向垂直于刃口；N、N1楔面壓縮莖稈纖維的正壓力。（3-1）式中 P刃口切入莖稈的阻力，莖稈相同時(shí)決定于刃口厚度； 同理，可得對(duì)稱的兩面楔 ( 圖3-1b ) 克服阻力所需的切割力為 （3-2）由式 (3-

3、 1) 及 (3-2 ) 可見，正切時(shí)所需的切割力和刃口厚度及刃角成正比。 （3-2）由式 (3- 1) 及 (3-2 ) 可見，正3. 1. 2 滑切與切割阻力的關(guān)系 戈里亞奇金 () 于1930年提出了刃切過程的理論，他所做的試驗(yàn)表明：刀刃沿材料的切向位移愈大，切割時(shí)所需的法向壓力便愈小。 切向滑移量(mm)1.52.07.92099159法向壓力(N)6543213. 1. 2 滑切與切割阻力的關(guān)系 切向滑移量(mm)11) 正切與滑切割刀速度的方向與刃口垂直叫做正切；割刀速度的方向與刃口平行叫做滑切。動(dòng)刀對(duì)定刀的三種配置方法 ：1) 正切與滑切a) 垂直，b) 傾斜，c）變斜度（曲線刃

4、口）在b和c的情況下，割刀速度的方向與刃口傾斜，它可分解為垂直刃口的vn和沿刃口的vt兩個(gè)分量。vn稱為正切速度，vt稱為滑切速度。比值vt / vn =tg 稱為滑切系數(shù)， 為滑切角。 愈大、 vt愈高 ，切割便愈省力。 2) 滑切省力的原因： 1 微觀齒（鋸齒作用），2 刃角變小a) 垂直，b) 傾斜，c）變斜度（曲線刃口）圖53 滑切時(shí)刀刃楔角的變化 圖53 滑切時(shí)刀刃楔角的變化 所以 越大時(shí)，刀刃切入材料的實(shí)際楔角就越小，因此，刀刃切進(jìn)材料所需的法向力便越小。 但是試驗(yàn)表明，滑切的切割行程較長，消耗于楔面與材料間的摩擦功增加，故其總的切割功將比正切為大。 所以 越大時(shí)，刀刃切入材料的實(shí)

5、際楔角3. 1. 3 莖稈纖維方向性的影響由于作物莖稈是由纖維素構(gòu)成的，具有各向異性，所以切割時(shí)割刀與莖稈的相對(duì)位置以及切割的方向，對(duì)切割阻力和功耗有較大的影響。3. 1. 3 莖稈纖維方向性的影響由于作物莖稈是由纖維( 1 ) 橫斷切 切割面和切割方向都垂直于莖稈的軸線 ( 圖3-4a )，切割阻力和功耗最大。( 2 ) 斜切 切割面和莖稈軸線偏斜，但切割方向和莖稈軸線垂直 ( 圖3-4b )；割刀偏斜45時(shí)，切割阻力和功耗可降低3040%。 ( 3 ) 削切 切割面和切割方向都與莖稈軸線偏斜 ( 圖3-4c )；阻力降60%，功耗降30%。( 1 ) 橫斷切 切割面和切割方向都垂直于莖稈的

6、軸線 3. 1. 4 莖稈剛度的影響 割刀要切斷莖稈必須克服一定的切割阻力，但是稻、麥等作物莖稈的剛度較小，一碰就彎，所以割刀必須具有一定的切割速度，或是給被切莖稈以適當(dāng)?shù)闹С小?1) 無支承切割時(shí) ( 圖3-5a )，動(dòng)刀必須具有相當(dāng)高的速度。原來靜止的莖稈在瞬間獲得動(dòng)刀傳遞的速度，即產(chǎn)生很大的加速度以及方向相反的慣性力，以迅雷不及掩耳之勢(shì)割斷莖稈。3. 1. 4 莖稈剛度的影響 a) 無支承 b) 單支承 c) 雙支承 割斷莖稈應(yīng)滿足下列條件： Rqs ，根號(hào)內(nèi)第二項(xiàng)恒大于零，根號(hào)值小于1，故s2r，即偏置的與對(duì)心的相比，行程略微增加，增大2左右，影響不大，有急回特性。1) 行程 因l s

7、 ，根號(hào)內(nèi)第二2) 位移、速度和加速度1 位移2) 位移、速度和加速度根據(jù)二項(xiàng)式定理將上式展開，因 r/l 的值很小，可將含二次方以上的各項(xiàng)略去，得 圖中 根據(jù)二項(xiàng)式定理將上式展開，因 r/l 的值很小，可將含代入式 ( 3-6 ) 并化簡 2 速度和加速度代入式 ( 3-6 ) 并化簡 3 割刀運(yùn)動(dòng)規(guī)律的簡化在進(jìn)行簡化的近似分析時(shí)，只注意大的趨勢(shì)，以便抓住實(shí)質(zhì)；在e不大的情況下，偏距影響可以忽略不計(jì)；若 r/l 很小，可以看作簡諧運(yùn)動(dòng) 。 （3-10）（3-11）（3-12）3 割刀運(yùn)動(dòng)規(guī)律的簡化（3-11）（3-12）谷物收獲作業(yè)機(jī)械化的重要意義課件4 割刀的平均速度： 式中 r 曲柄半徑

8、 (m)； n 曲柄轉(zhuǎn)速 (rmin)。如 r = 38.1mm , n = 500 rpm , 則4 割刀的平均速度： 5.5 刀片切割莖稈的條件和速度 用剪刀剪硬東西時(shí)，如剪刀開口過大，物體會(huì)前滑。當(dāng)剪刀開口小到某一角度時(shí)，才能把物體剪斷。 動(dòng)刀片的刃口與其對(duì)稱軸線之間的夾角稱為刃口傾角或切割角。隨著角的增加，切割阻力會(huì)減少，但是如果角超過某個(gè)限度，作物莖稈也會(huì)從動(dòng)、定刀片的剪口當(dāng)中滑出去。下面分析鉗住莖稈的條件。 5.5 刀片切割莖稈的條件和速度 用剪刀剪 5. 5. 1 刀片鉗住莖稈的條件 1、2動(dòng)、定刀片刃口的滑切 角。動(dòng)刀作用力有N1、F1，合力為P1 ； 5. 5. 1 刀片鉗住

9、莖稈的條件 定刀作用力有N2、F2，合力為P2 ；只有P1和P2平衡時(shí)才能鉗住莖稈。根據(jù)二力平衡原理， P1和P2必定大小相等、方向相反、并共線。 在四邊形OACB中 OAC=OBC= 那么AOB+ ACB=, 在OAB中AO = BO = R 1=2定刀作用力有N2、F2，合力為P2 ；只有P1由靜力學(xué)可知，全約束反力的作用線必定在摩擦角之內(nèi)，11，22 而1+2 =1+2 ， 所以 1+2 1 +2 (5-27) 上式即為刀片鉗住莖稈的極限條件。 5. 5. 2 刀片切割莖稈的速度 為了討論切割莖稈時(shí)的實(shí)際速度，先分析割刀的位移及其速度之間的關(guān)系。 由靜力學(xué)可知，全約束反力的作用線必定在摩

10、擦角之內(nèi)，111) 割刀位移和速度之間的關(guān)系由 可得1) 割刀位移和速度之間的關(guān)系 上式表明，割刀的位移x與速度v之間呈一橢圓關(guān)系。如圖5-17所示，以x為橫軸，以v為縱軸，畫出橢圓，其長半軸為r，短半軸為r，這就是割刀的速度曲線 。若畫圖時(shí)取速度比例為1/，則速度曲線的長半軸就被壓縮到和短半軸相等 ，割刀的速度圖就可用以曲柄為半徑所畫的圓弧來代替 。2) 割刀切割莖稈的速度 在圖5-24中，動(dòng)刀片底部寬度為a，前橋?qū)挾葹閑，定刀片寬度為b。 上式表明，割刀的位移x與速度v之間呈一橢圓關(guān)系。如圖5-1 圖5-24 往復(fù)式切割器的切割速度動(dòng)刀刃口從AA到達(dá)CC時(shí)，動(dòng)刀刃口與定刀刃口相遇，開始切割

11、莖稈。始切速度為vs。當(dāng)AA到達(dá)點(diǎn)DD時(shí)，動(dòng)刀片刃口的最前端D與定刀片刃口相遇，表示切割莖稈終結(jié)。終切速度為vz 。而圓弧vsvz就是切割速度的變化范圍。谷物收獲作業(yè)機(jī)械化的重要意義課件3. 6 割刀速度和機(jī)器速度的關(guān)系 割刀速度和機(jī)器前進(jìn)速度之間必須有一個(gè)正確的關(guān)系。以理發(fā)為例，若推子前進(jìn)過快，就會(huì)薅頭發(fā)。割刀割麥子也是一樣，會(huì)造成割茬不整齊，甚至連根拔掉；若前進(jìn)速度過慢，會(huì)增加割刀磨損，降低生產(chǎn)率。二者之間的關(guān)系可用下列三種方法表示。 3. 6 割刀速度和機(jī)器速度的關(guān)系 割刀一、進(jìn)距： 所謂進(jìn)距是割刀完成一次行程的時(shí)間內(nèi)機(jī)器前進(jìn)的距離，用H表示 (3-30)二、切割速度比：切割速度比q是指

12、割刀平均速度與機(jī)器前進(jìn)速度之比。 （3-31)三、切割圖：切割器工作時(shí)，割刀一面作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，一面隨機(jī)器前進(jìn)，其絕對(duì)運(yùn)動(dòng)一、進(jìn)距： 所謂進(jìn)距是割刀完成一次行程的時(shí)間內(nèi)機(jī)器前進(jìn)的距離是二者的合成。用作圖法畫出刀片的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡，以分析切割器的工作過程，這種圖形通常稱為切割圖。（一）切割圖的繪制方法 現(xiàn)以標(biāo)準(zhǔn)型切割器 ( s = t = t0 ) 為例說明 1) 先按定刀間距t0畫出中心線OO和OO，在其兩側(cè)畫上定刀刃口運(yùn)動(dòng)軌跡； 2) 根據(jù)計(jì)算求出的進(jìn)距H值，畫上三條間隙為H的橫線 ，繪出動(dòng)刀片位置； 是二者的合成。用作圖法畫出刀片的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡，以分析切割器的谷物收獲作業(yè)機(jī)械化的重要意義課件3)

13、 以O(shè)為圓心，用s2為半徑作半圓 ；4) 將半圓分成 n 等份 ( 圖中為8等份 )，得1、2、n點(diǎn)；5 ) 將進(jìn)距H也分成相同的等份數(shù)，得1、2、n點(diǎn) ；6 ) 過1、2、n點(diǎn)和1、2、n點(diǎn)分別引鉛垂線和水平線，相交于1，2、n點(diǎn) ；7 ) 用光滑的曲線連接1，2、n點(diǎn)，就得到動(dòng)刀片上一點(diǎn)的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡 ； 3) 以O(shè)為圓心，用s2為半徑作半圓 ；8 ) 因?yàn)榈镀髌絼?dòng)的，故刀片上各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡均相同，只需用樣板進(jìn)行平移復(fù)制 ，即可畫出其它點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡；9 ) 因cos曲線據(jù)有對(duì)稱性，只要把軌跡樣板翻轉(zhuǎn)使用即可畫出動(dòng)刀片作回程運(yùn)動(dòng)時(shí)的軌跡。（二） H、h 對(duì)三個(gè)區(qū)的影響1) 分區(qū)：區(qū)：I區(qū)稱

14、為掃過區(qū)或一次切割區(qū)， I區(qū)中的作物，被動(dòng)刀片推至相鄰的定刀片刃口處而被切割。莖稈在切割前發(fā)生的彎斜，習(xí)慣上稱為 “橫向彎斜”。8 ) 因?yàn)榈镀髌絼?dòng)的，故刀片上各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡均相同，只區(qū)：重復(fù)區(qū)、重割區(qū)(可能但并非一定重割）。區(qū)：稱為空白區(qū)， 作物發(fā)生“縱向彎斜” 。2) H、h 對(duì)分區(qū)的影響 1）H 區(qū) 區(qū) 2) H 區(qū) 區(qū) 3) h 區(qū) 區(qū) 4) h 區(qū) 區(qū)四、割茬高度分析谷物收獲作業(yè)機(jī)械化的重要意義課件谷物收獲作業(yè)機(jī)械化的重要意義課件作物被割時(shí)相對(duì)于切割器所處的地位不同，其割茬高度也會(huì)不同?，F(xiàn)以靠著護(hù)刃器邊緣的一排作物為例來說明。 1）bc段的作物直接被割斷 ( 圖3-26b ) ，割

15、茬高度最低， hbc = h0 。 2）ab段的作物將在“橫向彎斜”的狀態(tài)下被割斷 ( 圖3-26a ) ，割茬最高，hab= 3) cd段的作物將在發(fā)生縱向彎斜的狀態(tài)下被割斷( 圖3-26c )。Hd= 作物被割時(shí)相對(duì)于切割器所處的地位不同，其割茬高度也會(huì)不同?，F(xiàn)五、確定最大橫向彎斜量q 確定橫向彎斜量q時(shí)，假設(shè)被刀刃推動(dòng)的莖稈均沿著軌跡曲線拐點(diǎn)的切線方向傾斜( 圖中未畫出 )，因此，必須求得軌跡曲線拐點(diǎn)的斜率。1、動(dòng)刀片軌跡方程和斜率1）動(dòng)刀片軌跡曲線的方程式為五、確定最大橫向彎斜量q 2）假定軌跡切線與動(dòng)刀片底邊的夾角為 ，任一點(diǎn)切線的斜率為因拐點(diǎn)前拐點(diǎn)后的斜率都大于拐點(diǎn)的斜率，所以拐點(diǎn)

16、切線的斜率應(yīng)是其最小值： 2）假定軌跡切線與動(dòng)刀片底邊的夾角為 ，任一點(diǎn)切線的2、最大橫向彎斜量在拐點(diǎn)處作切線與水平線成min角，截取切線和兩定刀刃口交點(diǎn)間的線段，即為最大橫向彎斜量q,其值可用下式計(jì)算。 由三角函數(shù)公式知2、最大橫向彎斜量由三角函數(shù)公式知 所以 分析： 1o t0、H 增加， q 增加； t0、H 減少， q 減少；2o H 增加, h減少, q 增加； H 減少, h增加, q減少。最大縱向彎斜量q 則可在切割圖上量取cd之間的距離而求得。根據(jù) q 和 q 可求出相應(yīng)的割茬高度。須指出，以上分析只是近似，未考慮作物密度和牽扯作用，與實(shí)際有差異。但通過分析可得到定性規(guī)律。谷物

17、收獲作業(yè)機(jī)械化的重要意義課件3. 7 往復(fù)式切割器慣性力的平衡 3. 7. 1慣性力的影響1) 由它所引起的曲柄徑向力R的變化，傳到機(jī)架上將導(dǎo)致機(jī)架振動(dòng)；2) 曲柄切向力T的變化，將使曲柄軸上的扭矩也交替變化而引起轉(zhuǎn)速的波動(dòng)。 現(xiàn)以一偏置曲柄連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)的切割器為例來分析其慣性力的影響。 3. 7 往復(fù)式切割器慣性力的平衡 3. 7. 1慣性力的1、割刀的慣性力 某一瞬間 ( 曲柄轉(zhuǎn)角為t ), 在連桿右端所受到的外力 Px = Pg = m2rcost 由Px 引起的導(dǎo)向槽對(duì)刀頭的垂直反力Py ,其合力為沿連桿軸線的P1 , 連桿為二力桿，其左端受到曲柄銷的大小相等，方向相反的力P1 與之相

18、平衡，后者可以分為切向力T1和徑向力R1 。1、割刀的慣性力 2、連桿移動(dòng)的慣性力 連桿移動(dòng)的慣性力Pl作用在重心G上，其大小和方向可用圖解法求得。 如不計(jì)摩擦力，刀頭導(dǎo)向槽只承受垂直方向的力。因此Pl可由垂直方向的力和通過曲柄銷的P2來平衡， P2分解為T2和徑向力R2 。 2、連桿移動(dòng)的慣性力3、連桿繞重心G作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性力矩它由連桿兩端的大小相等方向相反的兩個(gè)力形成的力矩Ms所平衡。在曲柄銷處則又分解為Ts和Rs 。平衡條件為 上述所有的力都是曲柄轉(zhuǎn)角 t的函數(shù)，并且其大小都按正弦曲線變化。 3、連桿繞重心G作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性力矩根據(jù)測定，一般每米割刀產(chǎn)生的慣性力高達(dá)600-800N，對(duì)機(jī)器壽命和工作質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重影響，因此必須對(duì)慣性力進(jìn)行平衡。根據(jù)測定，一般每米割刀產(chǎn)生的慣性力高達(dá)600-800N，對(duì)機(jī)3. 7. 2 慣性力的平衡 下面用質(zhì)量代換法來分析偏置曲柄連桿機(jī)構(gòu)的慣性力及其平衡。 3. 7. 2 慣性力的平衡 若連桿的質(zhì)量為ml ，其重心位于G點(diǎn)，則根據(jù)質(zhì)量代換原理，可用在A點(diǎn)的質(zhì)量m1和在B點(diǎn)的質(zhì)量m2來代換m1。因?yàn)?所以回轉(zhuǎn)質(zhì)量產(chǎn)生的慣性力為式中 mq曲柄銷的質(zhì)量。 若連桿的