談聯(lián)合收獲機(jī)的總體設(shè)計(jì)

關(guān)昕+安龍哲

摘要：從聯(lián)合收獲機(jī)的總體參數(shù)的選擇、總體配置、各工作部件的功率分配及聯(lián)合收獲機(jī)的傳動(dòng)四方面為出發(fā)點(diǎn)，就其總體設(shè)計(jì)進(jìn)行了論述。以期為廣大聯(lián)合收獲機(jī)使用者、生產(chǎn)廠家及從事聯(lián)合收獲機(jī)設(shè)計(jì)的科研人員提供一些理論及經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：聯(lián)合收獲機(jī)；總體配置；參數(shù)；功率分配；傳動(dòng)

中圖分類號(hào)：S2253文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.01.048

0引言

聯(lián)合收獲機(jī)是將收割機(jī)和脫粒機(jī)用中間輸送裝置連接成為一體的機(jī)械。它能在田間一次完成切割、脫粒、分離和清選等作業(yè)，以直接獲得清潔的谷粒。它具有生產(chǎn)率高、谷物損失小及機(jī)械化程度高等特點(diǎn)。聯(lián)合收獲機(jī)按谷物喂入方式可分為兩類。一是全喂入式，即谷物莖稈和穂頭全部喂入脫粒裝置進(jìn)行脫粒；二是半喂入式，即用夾持輸送夾住谷物莖稈，只將穗部喂入滾筒，并沿滾筒軸線方向運(yùn)動(dòng)進(jìn)行脫粒。

多年來，聯(lián)合收獲機(jī)在結(jié)構(gòu)和性能方面雖然有很多的改進(jìn)和提高，但其基本型式變化不大。其主要工作部件如撥禾輪、脫粒滾筒、逐稿器和清糧裝置等在原理方面基本和以前相同。現(xiàn)就聯(lián)合收獲機(jī)的總體設(shè)計(jì)闡述如下。

1聯(lián)合收獲機(jī)總體參數(shù)的選擇

首選根據(jù)農(nóng)藝要求選定聯(lián)合收獲機(jī)類型，并初步確定各主要工作部件的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，在此基礎(chǔ)上對(duì)聯(lián)合收獲機(jī)的總體進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算。

聯(lián)合收獲機(jī)的總體參數(shù)包括喂入量、割幅、功率、機(jī)器前進(jìn)速度以及收縮比等項(xiàng)。作物進(jìn)入脫粒裝置的喂入量q計(jì)算如下：

q=ABv/1333r（kg/s）（1）

式中A—作物產(chǎn)量/（kg·hm2）-1；

B—割幅/m；

V—機(jī)器前進(jìn)速度/m·s-1；

r—割下穗稈總重量中谷粒所占重量的百分比。

首先確定喂入量，喂入量是聯(lián)合收獲機(jī)工作能力大小的標(biāo)志，也是其工作部件設(shè)計(jì)計(jì)算的依據(jù)。

根據(jù)本地區(qū)的具體作業(yè)環(huán)境，以割幅為參考值時(shí)，采用大割幅時(shí)要考慮田間作業(yè)和道路運(yùn)輸條件；相反采用小割幅時(shí)要考慮機(jī)器工作和轉(zhuǎn)彎時(shí)輪子不壓到作物。以前進(jìn)速度為參考值時(shí)，采用高速時(shí)要考慮駕駛員的勞動(dòng)條件和聯(lián)合收獲機(jī)的功率消耗。全喂入自走式聯(lián)合收獲機(jī)前進(jìn)速度可選范圍在4～8 km/h；半喂入聯(lián)合收獲機(jī)前進(jìn)速度可選范圍在1～3 km/h。

根據(jù)（1）式，已知喂入量和割幅大小，即可確定聯(lián)合收獲機(jī)的前進(jìn)速度，同時(shí)也確定了它的生產(chǎn)率Q的計(jì)算公式：

Q=54ηBV（畝/h）（2）

式中B—割幅/m；

V—機(jī)器前進(jìn)速度/m·s-1；

η—聯(lián)合收獲機(jī)時(shí)間利用系數(shù)。

收割臺(tái)與脫粒機(jī)間的寬度之比叫收縮比。收縮比表達(dá)收割臺(tái)和脫粒機(jī)各工作部件相應(yīng)的工作能力。收縮比太大，進(jìn)入脫粒機(jī)的谷物層就厚，谷粒損失加大；收縮比太小，脫粒機(jī)的寬度就大，機(jī)體太大。設(shè)計(jì)時(shí)收縮比參考值為3～5。

聯(lián)合收獲機(jī)的功率由工作和行走兩大部分功率消耗組成。由于田間土壤和作物條件的不同、機(jī)組前進(jìn)速度的變化等原因，消耗的功率也在變化。聯(lián)合收獲機(jī)上的發(fā)動(dòng)機(jī)功率按下式計(jì)算：

N=13qP（Ps）（3）

式中q—喂入量/kg·s-1；

P—單位喂入量所需的平均功率；

13—功率儲(chǔ)備系數(shù)，用于作業(yè)時(shí)瞬時(shí)超載。

設(shè)計(jì)時(shí)，全喂入自走式聯(lián)合收獲機(jī)P的可選范圍在15～18 Ps·s/kg；半喂入聯(lián)合收獲機(jī)P可選范圍在7～8 Ps·s/kg。

2聯(lián)合收獲機(jī)的總體配置

21總體配置基本原則

（1）確保作物切割和脫粒等工藝過程的連續(xù)和流暢。（2）正確配置機(jī)器的重心。在配置各工作部件時(shí)，設(shè)計(jì)好整機(jī)的重心位置，使軸的負(fù)荷分配合理，即驅(qū)動(dòng)輪軸上配備80%的負(fù)荷，以發(fā)揮驅(qū)動(dòng)輪的附著力。轉(zhuǎn)向輪上配備20%的負(fù)荷，以便能靈活轉(zhuǎn)向。整機(jī)的左右側(cè)負(fù)荷要平衡，且重心要盡量放低，保證機(jī)組的穩(wěn)定性。（3）機(jī)組運(yùn)行方便。機(jī)組外形尺寸（長(zhǎng)、寬、高和地隙）要適應(yīng)田間作業(yè)和道路運(yùn)輸?shù)囊蟆＃?）利于機(jī)器操作、調(diào)整和維修，保證安全。

22自走式全喂入聯(lián)合收獲機(jī)的總體配置

（1）割臺(tái)。割臺(tái)配置在機(jī)器的正前方，應(yīng)盡可能與前輪接近，減小整機(jī)設(shè)計(jì)長(zhǎng)度，利于切割器適應(yīng)地形。割臺(tái)與脫粒機(jī)應(yīng)對(duì)稱配置，這樣谷物可以均勻地喂入脫粒裝置，使割臺(tái)的重量左右平衡。割臺(tái)上的工作部件的相互位置和運(yùn)動(dòng)參數(shù)應(yīng)保證谷物輸送流暢。

（2）脫粒機(jī)。脫粒機(jī)由脫粒、分離和清選三部分組成。脫粒裝置重量大，應(yīng)盡量靠近驅(qū)動(dòng)輪，以增加輪子的負(fù)荷，同時(shí)應(yīng)配置的低些，降低整機(jī)的重心；分離裝置體積大，盡量降低其配置高度，利于機(jī)組的穩(wěn)定；逐稿器的最低位置應(yīng)與篩面保持一定距離，以防堵塞；清糧裝置配置在滾筒的后下方和逐稿器的下方，保證谷粒穎殼等細(xì)小脫出物能靠自重落到清糧室，不需要另設(shè)輸送裝置；清糧風(fēng)扇外殼離地間隙應(yīng)大于300 mm，確保機(jī)組的通過性。

（3）駕駛室、發(fā)動(dòng)機(jī)和糧箱。駕駛室應(yīng)設(shè)計(jì)在可清楚觀察到割臺(tái)的全部工作情況的位置，通常設(shè)置在脫粒機(jī)的前上方；發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)置在灰塵少、空氣流通，便于起動(dòng)、保養(yǎng)和維修，其重心位置盡量降低。糧箱的位置應(yīng)盡量接近整機(jī)的重心。

3聯(lián)合收獲機(jī)的功率分配

聯(lián)合收獲機(jī)的功率用于行走部件和工作部件兩大部分。在一定的土壤和作物條件下，兩部分的功率均與機(jī)組的前進(jìn)速度成正比。 聯(lián)合收獲機(jī)的行走功率N計(jì)算如下：

N=fGv/75η（Ps）（4）

式中G—整機(jī)重量/kg；

V—機(jī)器前進(jìn)速度/m·s-1；

f—滾動(dòng)阻力系數(shù)，主要由土壤情況決定，其值為0085～017；

η—傳動(dòng)效率，一般為08～09。endprint

由公式（4）可知，如果聯(lián)合收獲機(jī)的速度增加，行走功率則按比例加大。由于行走功率的加大，發(fā)動(dòng)機(jī)可用于傳動(dòng)其他工作部件的功率將減小。當(dāng)機(jī)器的前進(jìn)速度達(dá)到某一值時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)余下的功率已經(jīng)不能使聯(lián)合收獲機(jī)保持額定喂入量而不能正常工作。為了使同一機(jī)器能適應(yīng)收獲產(chǎn)量差異較大的作物，并且保證機(jī)器的生產(chǎn)率和發(fā)動(dòng)機(jī)功率能得到充分利用，聯(lián)合收獲機(jī)上除裝有行走無級(jí)變速器外，通常配備幾個(gè)不同幅寬的割臺(tái)。

工作部件中脫粒滾筒功率消耗最大，它與喂入量成正比。當(dāng)作物條件一定，機(jī)器前進(jìn)速度加快時(shí)，喂入量也加大。在一定的喂入量范圍內(nèi)，脫粒滾筒消耗的功率也按一定比例增加。其它工作部件如割臺(tái)、分離和清糧裝置等的功率消耗也隨機(jī)器前進(jìn)速度的增加而略有加大。因此聯(lián)合收獲機(jī)各工作部件消耗的功率總基本上與機(jī)器前進(jìn)速度是成比例的。

工作部件和行走功率的總和即為聯(lián)合收獲機(jī)消耗的總功率。由于田間作物情況的變化，喂入的作物量是不均勻的，工作部件和行走功率的消耗是不斷的變化的，有時(shí)差值較大。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)要有一定的功率儲(chǔ)備，設(shè)計(jì)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的儲(chǔ)備功率可取30%。

在設(shè)計(jì)全喂入自走式聯(lián)合收獲機(jī)的功率分配時(shí)通常可按下面數(shù)據(jù)選取：行走功率占42%；脫粒機(jī)功率占42%；割臺(tái)占12%；油泵占4%。

在設(shè)計(jì)半喂入聯(lián)合收獲機(jī)的功率分配時(shí)通常可按下面數(shù)據(jù)選取：行走功率占37%；脫粒機(jī)功率占48%；割臺(tái)占15%。

4聯(lián)合收獲機(jī)的傳動(dòng)

聯(lián)合收獲機(jī)有很多工作部件，每個(gè)部件對(duì)功率和轉(zhuǎn)速的要求各不相同。有的部件要每分鐘在千轉(zhuǎn)以上，有的只需幾十轉(zhuǎn)，有的工作部件希望是無級(jí)調(diào)速，有的則要求轉(zhuǎn)速不變。所以，聯(lián)合收獲機(jī)的傳動(dòng)設(shè)計(jì)是非常復(fù)雜的，除了滿足每根轉(zhuǎn)軸所必須的功率、轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向外，傳動(dòng)系統(tǒng)還要可靠、高效、安全和利于維護(hù)保養(yǎng)。為此，設(shè)計(jì)聯(lián)合收獲機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，要求如下：

（1）發(fā)動(dòng)機(jī)到工作部件和行走部件要求是兩個(gè)獨(dú)立的傳動(dòng)系統(tǒng)。發(fā)動(dòng)機(jī)要有兩個(gè)動(dòng)力輸出軸，一個(gè)到工作部件，另一個(gè)到行走部件，并要求有各自相對(duì)獨(dú)立的離合器。傳動(dòng)工作部件的離合器要設(shè)計(jì)成非嚙合式的，便于機(jī)組在運(yùn)輸行走時(shí)工作部件不傳動(dòng)。

（2）聯(lián)合收獲機(jī)各工作部件的轉(zhuǎn)速應(yīng)依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速及動(dòng)力輸出軸額定轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)計(jì)算。除脫粒滾筒、撥禾輪和清糧風(fēng)扇，其他工作部件的轉(zhuǎn)速要求不變。具有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)要求的工作部件，不能作為主動(dòng)工作部件，以免因調(diào)整而改變其他工作部件的轉(zhuǎn)速。

（3）先進(jìn)的聯(lián)合收獲機(jī)均采用中間軸傳動(dòng)。為了提高傳動(dòng)效率，縮小傳動(dòng)部件尺寸，在傳動(dòng)順序上應(yīng)從高轉(zhuǎn)速向低轉(zhuǎn)速，大功率向小功率設(shè)計(jì)。因此，有的聯(lián)合收獲機(jī)采用兩根中間軸，所有高轉(zhuǎn)速工作部件都由第一根軸來傳動(dòng)。

（4）聯(lián)合收獲機(jī)上的旋轉(zhuǎn)部件較多，它們之間的距離又較遠(yuǎn)，因此采用三角帶或鏈傳動(dòng)較多。通常用一根主動(dòng)軸帶多個(gè)從動(dòng)軸組成一個(gè)傳動(dòng)回路。三角帶傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是傳動(dòng)效率高、重量輕、噪音小、安全可靠以及價(jià)格低。它的缺點(diǎn)是使用壽命短。由于聯(lián)合收獲機(jī)每年的工作時(shí)間較短，所以在設(shè)計(jì)上優(yōu)先選用三角帶傳動(dòng)。在傳動(dòng)比要求比較嚴(yán)格和傳動(dòng)軸中心距很小及有換向要求時(shí)，需采用鏈傳動(dòng)或齒輪傳動(dòng)。

（5）聯(lián)合收獲機(jī)上的工作部件的轉(zhuǎn)動(dòng)方向大多數(shù)是相同的，只有籽粒螺旋和逐稿器的轉(zhuǎn)動(dòng)方向是相反的，所以在傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在換向問題。換向方式常采用交叉三角帶、交叉六角帶、換向小齒輪箱及鏈傳動(dòng)等。

（6）聯(lián)合收獲機(jī)在工作中易發(fā)生堵塞的部件，如谷粒螺旋、雜余螺旋和割臺(tái)螺旋等不宜作為傳動(dòng)回路中的主動(dòng)軸，否則會(huì)造成整個(gè)回路中的堵塞。在設(shè)計(jì)中在這些部件上要加上安全離合器。在一些轉(zhuǎn)速要求嚴(yán)格的軸上，如滾筒軸、逐稿器軸等還應(yīng)加上轉(zhuǎn)速監(jiān)控系統(tǒng)。

5結(jié)論

通過對(duì)聯(lián)合收獲機(jī)的總體參數(shù)的選擇、總體配置 、各工作部件的功率分配及聯(lián)合收獲機(jī)的傳動(dòng)四方面就聯(lián)合收獲機(jī)的總體設(shè)計(jì)進(jìn)行了論述。其目的就是為廣大聯(lián)合收獲機(jī)使用者、生產(chǎn)廠家及從事聯(lián)合收獲機(jī)設(shè)計(jì)的科研人員提供一些理論及經(jīng)驗(yàn)，為我省的聯(lián)合收獲機(jī)的發(fā)展做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

（04）endprint