第三節(jié)摘穗器

第三節(jié)摘穗器

一.摘穗器的種類、構(gòu)造和工作過程二.摘穗器的工作原理和參數(shù)分析

一、摘穗器的種類、構(gòu)造和工作過程

現(xiàn)有機(jī)器上所用的摘穗器皆為輥式。按結(jié)構(gòu)可分為縱臥式摘輥、立式摘輥、橫臥式摘輥和縱向摘穗板四種。（一）縱臥式摘輥縱臥式摘輥1.強(qiáng)拉段2.摘穗段3.導(dǎo)錐4.可調(diào)軸承5.莖桿它多用在站稈摘穗的機(jī)型上，由一對縱向斜置（與水平線成35－400）的摘輥組成。兩軸的軸線平行并具有高度差，由于其前端高度相同，因而兩輥長度不等，一般靠近機(jī)器外側(cè)的摘輥較長、靠近機(jī)器內(nèi)側(cè)的摘輥較短。摘輥的結(jié)構(gòu)前、中、后三段有所不同：前段為帶螺紋的錐體，主要起引導(dǎo)莖稈和有利于莖稈進(jìn)入摘輥間隙的作用；中段為帶有螺紋凸棱的圓柱體，起摘穗作用。兩對應(yīng)摘輥的螺紋方向相反，并相互交錯配置。摘穗輥的直徑一般為72－100mm，轉(zhuǎn)速為600－820r/min。兩摘輥之間的間隙較莖稈直徑為小，約為莖稈直徑的30－50％，移動摘輥前軸承可以調(diào)節(jié)間隙。調(diào)節(jié)范圍為4－12mm（從摘輥中部測量）。

工作中，莖稈在兩輥和兩輥凸棱之間沿軸向移動時被向下拉伸，由于莖稈的抗拉力較大（1000－1500N），而果穗與穗柄的連接力及穗柄與莖稈的連接力較?。s500N），因此果穗在兩摘輥碾拉下被摘落。果穗一般在它與穗柄的連接處被揪斷，并剝掉大部分苞葉。摘穗輥的后段為強(qiáng)拉段，表面上具有較高大的凸棱和溝槽（長約120－320mm）。其主要作用是將莖稈的末稍部分和在摘穗中已拉斷的莖稈強(qiáng)制從縫隙中拉出和咬斷，以防堵塞。

縱臥式摘輥的主要特點(diǎn)是：在摘穗時莖稈的壓縮程度較小，因而功率耗用較小，對莖稈不同狀態(tài)的適應(yīng)性較強(qiáng)，工作較可靠；但摘落的果穗帶有苞葉較多。

（二）立式摘輥立式摘輥1.擋禾板2.上段3.下段

多用在割稈摘穗的機(jī)型上，由一對（或兩對）傾斜（與豎直線成250夾角）配置的摘輥和擋禾板所組成，每個摘輥分上下兩段，兩段之間裝有喂入鏈的鏈輪。上段為摘輥的主要部分。為了增加摘輥對莖稈的抓取和對果穗的摘落能力，該段的斷面為花瓣形（3－4花瓣）。下段為輔助部分，主要起拉引莖稈的作用。該段的斷面或與上段相同或采用4－6個梭形。摘輥的直徑一般為80－95mm，上段長為300mm左右，下段為150－200mm。摘輥轉(zhuǎn)速為1000－1100r/min。

立式摘輥的主要特點(diǎn)是：摘穗中對莖稈的壓縮程度較大，果穗的苞葉被剝掉較多，在一般條件下，工作性能較好，但在莖稈粗大、大小不一致、含水量較多的情況下，莖稈易被拉斷而造成摘輥堵塞。

為了改善立式摘輥的性能，我國在研制4YL－2玉米聯(lián)合收獲機(jī)時，采用了組合式立式摘輥，即前輥采用表面具有鉤狀螺紋的輥型，主要起摘穗作用；后輥采用六棱形（成大花瓣形）拉莖輥，有較強(qiáng)的拉引作用。試驗(yàn)證明，該組合式摘輥性能較好，果穗損失率較低，工作可靠性較大；但機(jī)構(gòu)較復(fù)雜，功耗較大。組合式立式摘輥1.前摘輥2.擋禾板3.后拉莖輥

（三）橫臥式摘輥在自走式玉米聯(lián)合收獲機(jī)上有的采用橫臥式摘輥。其構(gòu)造與工作過程如下圖所示。橫臥輥式摘輥器1.撥禾輪2.喂入輪3.摘穗輥4.喂入輥5.輸送器

摘穗器由一對橫式臥輥、喂入輪、喂入輥等組成。工作時，被割倒的玉米經(jīng)輸送器送至喂入輪和喂入輥的間隙中，繼而向摘穗輪喂送。該摘穗輥在回轉(zhuǎn)中將莖稈由梢部拉入間隙并拋向后方，果穗被擠落于前方。試驗(yàn)證明：橫式摘輥由梢部抓取莖稈，抓取能力較強(qiáng)，果穗被咬傷率也較大，摘輥易堵塞，但在收獲青飼玉米時性能較好，且結(jié)構(gòu)較簡單、功耗較小。國外有的青飼玉米聯(lián)合收獲機(jī)采用了此種機(jī)構(gòu)（如俄羅斯CK－2.6）。

（四）縱向板式摘穗器主要用于玉米割臺上，由一對縱向斜置式拉莖輥和兩個摘穗板組成。其特點(diǎn)是：工作可靠，果穗咬傷率小，籽粒破碎率低；但果穗上帶有的苞葉較多，被垃斷的短莖稈也較多。拉莖輥a)四葉輪式b)四棱形c)六條圓肋式d)六條方肋式二、摘穗器的工作原理和參數(shù)分析

現(xiàn)有摘穗器多為摘輥式。按莖稈喂入摘輥的方向不同，摘輥有徑向喂入式和軸向喂入式兩種。現(xiàn)對其工作的基本條件、工作過程和參數(shù)選擇等敘述如下：（一）摘輥工作的分析及其直徑的確定摘輥?zhàn)ト∏o桿的條件a)開始喂入b)喂入后1．摘輥工作的基本條件

（1）能抓取莖稈

設(shè)兩摘輥為圓柱形斷面，當(dāng)莖稈在喂入機(jī)構(gòu)的作用下與摘輥接觸時，則摘輥對莖稈端部便產(chǎn)生支反力N和抓取力T，摘輥能抓取莖稈的條件是Tx＞Nx即Tcosα>Nsinα

而T＝Nμj式中μj——摘輥對莖稈的抓取系數(shù)；α——對莖稈的起始抓取角。代入上式得Nμjcosα>Nsinα簡化得μj＞tgα

即摘輥對莖稈的起始抓取角α的正切值應(yīng)小于抓取系數(shù)μj。需知：抓取角α在莖稈進(jìn)入摘輥間隙后則變小，為摘輥對莖稈擠壓的合力方向角α0，而α0＜α。因此其抓取能力增強(qiáng)。軸向喂入式摘輥（縱臥式摘輥），則具有此有利條件。當(dāng)其前方螺旋錐體將莖稈引入摘輥間隙后，摘輥的抓取能力已增強(qiáng)，因而工作較可靠。（2）不抓取果穗

當(dāng)莖稈在摘輥間隙中被向后拉引而穗與摘輥相遇時，摘輥對果穗端部便產(chǎn)生支反力Ng和抓取力Tg。為了使果穗不被抓取，必須滿足下述條件，即Ngsinαg>Tgcosαg式中Tg＝Ngμg;μg－摘輥對果穗的抓取系數(shù)。代入上式得擠落果穗條件

Ngsinαg>Ngμgcosαg簡化得tgαg>μg

即摘輥對果穗的起始抓取角αg的正切值應(yīng)大于果穗的抓取系數(shù)μg。摘輥對莖稈和果穗的抓取系數(shù)μj及μg，因摘輥的材料和表面形狀不同而異。一般為了增加摘輥對莖稈的抓取能力以提高工作可靠性，常將摘輥制成凸凹不平的花瓣形（3－6花瓣）或帶有螺旋肋的斷面。其抓取系數(shù)為μj≈μg＝（1.6～2.3）f＝0.7～1.1式中f——摘輥對莖稈的摩擦系數(shù)，鑄鐵f＝0.4～0.5。（3）碾拉斷果穗

摘輥在工作中不斷向后方拉引莖稈，而果穗被擋在摘輥間隙之外。當(dāng)拉引莖稈的力大于莖稈前進(jìn)阻力和果穗摘斷力時，則果穗被碾拉斷，落在摘輥的前方。設(shè)摘輥對莖稈的水平拉引力為Tjx，莖稈進(jìn)入摘輥的阻力為Njx，碾拉斷果穗需的力為Rg，則碾拉斷果穗的條件為

即或因?yàn)樗詳D落果穗的受力分析式中α0——摘輥對莖稈的平均抓取角；μj——摘輥對莖稈的抓取系數(shù)；Rg——碾拉斷果穗的拉斷力，Rg＝385－527N（前者為果穗從穗柄上的拉斷力，后者為果穗連同穗柄從莖稈上的拉斷力）；Njy——摘輥對莖稈的垂直擠壓力，與莖稈壓縮率成正比，與摘輥間隙h的選擇有關(guān)。為了滿足碾拉斷果穗的上述條件，一般摘輥間隙為h＝（0.3－0.5d）。式中d為莖稈直徑，h為摘輥間隙。2．摘輥直徑的確定摘輥直徑系根據(jù)摘輥能抓取莖稈而不抓取果穗兩條件而確定。從滿足抓取莖稈條件中，可看出下列尺寸關(guān)系:簡化得D、h及a的關(guān)系式中D——摘輥直徑；d——莖稈直徑；h——摘輥間隙；α——摘輥莖稈的起始抓取角。由上式可看出：當(dāng)摘輥直徑D與間隙h增大時，莖稈的起始抓取角α變小，對莖稈抓取有利；反之，則對抓取莖稈不利。因?yàn)榇肷鲜綖?/p>

即又因?yàn)閠gα＜μj，則得

上式是按抓取莖稈條件而推導(dǎo)的最小摘輥直徑公式。同理，可按不抓取果穗條件導(dǎo)出最大摘輥直徑公式為

兼顧兩者要求的摘輥直徑應(yīng)為

式中dg——果穗直徑。（二）莖稈在摘輥中的運(yùn)動分析和摘輥長度的確定摘輥工作長度（摘穗段長度）系根據(jù)莖稈在摘穗過程中的運(yùn)動要求而確定?，F(xiàn)按莖稈向摘輥的喂入方向不同，分別討論如下：1．莖稈在縱臥式摘輥中的運(yùn)動及摘輥長度的確定縱臥式摘輥在工作中由前部的螺旋錐體將莖稈引到摘穗段，此后由于摘輥間隙變小而且越來越小，莖稈受碾拉開始按摘輥的運(yùn)動規(guī)律運(yùn)動。摘輥的圓周速度v，可分解為使莖稈沿軸向移動的相對分速度v1和使莖稈向下拉伸的相對分速度v2。其值為v1＝vtgβ

臥輥中的莖桿運(yùn)動分析

若不考慮摘輥表面形狀對速度的影響，令莖稈沿軸向移過L段的時間與莖稈被拉伸Lg段的時間相等，則可推得摘輥工作段的最小長度L。因因或則得L＝Lgsinβ式中L——摘輥工作段的最小長度；β——摘輥傾角，一般為30－400；Lg——果穗最低結(jié)穗與最高結(jié)穗的高度差，一般Lg＝0.4～0.6m(個別品種，Lg可達(dá)1m)。

舉例計(jì)算：1．如國產(chǎn)4YW－2型玉米聯(lián)合收獲機(jī)，其β＝350，如取Lg＝0.8m，代入式得：L＝0.8sin350＝0.43m而該機(jī)取摘穗段長度為0.65。2.又如ZMAJ型玉米割臺，其拉莖輥傾角為30°，如取Lg＝0.8m，則L＝0.8sin30°＝0.4m。而該機(jī)的拉莖輥長度為0.47m。1．莖稈在立式摘輥中的運(yùn)動及摘輥長度分析當(dāng)莖稈被喂入鏈從根部喂入摘穗輥后，迅速由摘輥的下段過渡到摘輥的上段，此后莖稈按上段的運(yùn)動規(guī)律運(yùn)動。摘輥的圓周速度可分解為摘輥的軸向移動速度v1莖稈的拉伸速度v2，即v1＝vctgβ0v2＝vcscβ0立輥中莖桿運(yùn)動分析式中v——摘輥圓周速度；β0——由于擋禾板的作用，莖稈在上段始端A位置時的傾角（莖稈與摘輥軸線的夾角）。需知β0是一變值。當(dāng)莖稈向上移動到摘輥末端B時，β0＝π/2。因v1及v2的平均值可由下式推得

若令莖稈由A移動到B的時間（t）與莖稈由A點(diǎn)拉伸到C點(diǎn)的時間相等，則可得摘輥的最小工作長度L0因?yàn)榛蛩?/p>

若令莖稈由A移動到B的時間（t）與莖稈由A點(diǎn)拉伸到C點(diǎn)的時間相等，則可得摘輥的最小工作長度L0

舉例計(jì)算：如4YW－2型玉米聯(lián)合收獲機(jī)的β0＝42°（設(shè)計(jì)時已確定），如取Lg＝0.6m，則而該機(jī)的摘輥工作段長度為0.29m，可見符合要求，即：在一般結(jié)穗高度范圍內(nèi)的果穗均可在莖稈向上移動中摘落，而個別結(jié)穗高度過大時可能在莖稈移動到上端后被集中摘下。（三）摘輥速度的選擇

摘輥圓周速度是影響摘穗器性能的重要因素之一，其大小應(yīng)根據(jù)摘穗質(zhì)量和生產(chǎn)率要求而確定?，F(xiàn)按摘輥配置不同分別討論。1．縱臥式摘輥的速度選擇試驗(yàn)指出：縱臥式摘輥在摘穗中，莖稈處于直立或少許向后傾斜時，摘穗損失最小。建議采用下述數(shù)據(jù)范圍：式中K——比例系數(shù)vm——機(jī)器前進(jìn)速度；v——摘輥圓周速度

β——摘輥傾角

前進(jìn)速度與摘輥速度的關(guān)系前進(jìn)速度vm及摘輥圓周速度v與損失ρ的關(guān)系機(jī)器前進(jìn)速度vm及摘輥圓周速度v分別與摘穗損失和生產(chǎn)率有著直接關(guān)系，其變化曲線下圖所示。即當(dāng)機(jī)器前進(jìn)速度增加時，摘輥速度應(yīng)相應(yīng)增加，而摘輥速度與摘輥損失為一曲線關(guān)系。當(dāng)摘輥速度過大時，由于摘輥對果穗的沖擊力加大而落粒損失增大；但如摘輥速度過低時，由于摘穗中果穗與摘輥接觸時間