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1、1,第十一章 谷物联合收获机,第一节 联合收获机的特点及分类第二节 联合收获机的一般构造和工作过程第三节 联合收获机的割台第四节 联合收获机的中间输送装置第五节 联合收获机的液压系统第六节 联合收获机的自动控制和监视装置第七节 联合收获机的总体设计,2,第一节 联合收获机的特点及分类,定义：联合收获机是将收割机和脱粒机用中间输送装置连接成为一体的机械。能在田间一次完成切割、脱粒、分离、清选等作业，以直接获得清洁的谷粒。,3,一、联合收获机的特点 生产率高谷物损失小机械化程度高存在问题：机器构造复杂、价格昂贵。谷物完熟期才能发挥作用。工作可靠性不高。小块地使用难以发挥效能。,4,二、联合收获机的
2、分类,（一）按动力供给方式分类1、牵引式工作时由拖拉机牵引，机组较长，机动性较差，不能自行开道，多用于小型联合收获机。,5,2、自走式收割台和脱粒机呈 T型配置，结构紧凑，机动性好，收获时能自行开道和进行选择收割，其生产率很高。但造价高，动力和底盘不能全年充分利用。,6,自走式全喂入联合收获机,7,自走式全喂入联合收获机,8,9,10,自走式半喂入联合收获机,11,12,3、悬挂式将联合收获机悬挂在拖拉机上，割台位于拖拉机的前方，脱粒机位于拖拉机的后方，中间输送装置在一侧，具有自走式的某些优点，而造价较低。但其总体配置受到拖拉机的限制，驾驭员视野较差，中间输送装置很长，变速档位不能充分满足收获
3、要求。,13,4、通用底盘式将联合收获机悬挂在通用底盘上，收获季节后，拆下联合收获机再装上其他农具，可以充分发挥动力机和底盘的作用。,14,悬挂式全喂入联合收获机,15,16,（二）按谷物喂入方式分类,1、全喂入式谷物茎秆和穗头全部喂入脱粒装置进行脱粒。按谷物通过滚筒的方向不同，可分为切流滚筒型和轴流滚筒型两种。,17,2、半喂入式用夹持输送装置夹住谷物茎秆，只将穗部喂入滚筒，并沿着滚筒轴线方向运动进行脱粒。由于茎秆不进入脱粒器，因而简化了结构，降低了功率消耗，并保持了茎秆的完整性。但对于进入脱粒装置前的茎秆整齐度要求较高。生产率较低，目前尚不能超过2kg/s的喂入量。主要用于小型水稻联合收获
4、机。,18,其他分类方法：,按作物名称分类：如小麦联合收获机、水稻联合收获机、玉米联合收获机。按谷物在机器中流动的方向和割台相对于脱粒机的位置分类：如T型、型、型、直流型联合收获机等。,19,按生产率大小分类：如大型（喂入量5kg/s以上）、中型（35kg/s）、小型（3kg/s以下）。按行走部件分类：如轮式、半履带式、履带式。按地面条件分类：如平地型、坡地型等,20,第二节 联合收获机一般构造和工作过程,自走式：由割台、倾斜输送器、脱粒机、发动机、底盘、传动系统、液压系统、电器系统、驾驶室、粮箱、草箱等组成。悬挂式：用拖拉机代替发动机、底盘、驾驶室。,21,22,一、全喂入式小麦联合收获机,
5、工作过程：切割：拨禾轮将作物拨向切割器，切割器将作物割下后由拨禾轮拨倒在割台上。输送：割台螺旋推运器将作物推集到割台中部，并由其上的伸缩扒指将作物送入倾斜输送器，再由输送链耙将作物喂入滚筒。脱粒：大部分谷粒连同颖壳杂穗和碎稿经凹板的栅格筛孔落到阶状输送器，长茎杆和少量谷粒被抛送到逐稿器上。,23,分离：在逐稿器的抖动抛送作用下，谷粒和杂穗短稿落到键底，然后落在阶状输送器上（长茎秆被抛到草箱或地面）。清粮：在阶状输送器和筛子抖动输送过程中，谷物和颖壳杂物逐渐分离，在落到上筛和下筛的过程中，受到风扇气流吹散作用，颍壳碎稿被吹出机外。谷粒由谷粒升运器送入粮箱，未脱净的断穗经复脱器二次脱粒后再送回阶状
6、输送器再次清选。,24,25,二、全喂入式稻麦联合收获机,收获小麦的脱粒装置多数采用纹杆滚筒。收获水稻的脱粒装置多采用弓齿滚筒或钉齿滚筒。现有稻麦联合收获机有三种：1、装有纹杆滚筒的麦类联合收获机，改装后用于收获水稻。将纹杆滚筒卸下，换上钉齿滚筒，调整，并可换用履带装置。,26,2、装有钉齿滚筒的麦类联合收获机用于收获水稻。双滚筒脱粒装置。收小麦时以纹杆滚筒为主，把钉齿滚筒的间隙放大。收水稻时以钉齿滚筒为主，把纹杆滚筒的间隙放大。3、装有钉齿式轴流滚筒的全喂入式联合收获机可以兼收小麦和水稻。,27,28,三、半喂入式水稻联合收获机,有较长的夹持输送链和夹持脱粒链。只将作物穗部送入滚筒，保持茎秆
7、的完整性。分离装置简化，耗用功率大为减少。采用弓齿轴流式滚筒。,29,30,四、割前脱粒联合收获机,机器在田间前进作业时，前伸的脱粒滚筒就不断地对长在田间的水稻穗部进行脱粒，脱出物随即被气流吸走。经过复脱器再次脱粒，谷粒落入沉降箱中。在脱粒滚筒的后面装有割刀，将脱后的茎杆切断并条放于田间。改变了传统半喂入式联合收获机的收获工艺，省去茎杆夹持输送装置。,31,32,第三节 联合收获机的割台,一、谷物割台割台的工作部件：拨禾器：多采用拨禾轮，半喂入式也有采用扶禾器。切割器：采用往复式切割器。输送器：全喂入机型多采用螺旋式，少数采用带式，半喂入机型采用夹持链。,33,（一）割台螺旋推运器,由螺旋和伸
8、缩扒指两部分组成。螺旋将割下的谷物推向伸缩扒指，扒指将谷物流转过90送入倾斜输送器，由输送链耙将谷物喂入滚筒。,34,35,螺旋的参数：,内径：使螺旋的周长大于割下谷物茎杆的长度，以免被茎杆所缠绕。多采用300mm。外径：应容纳割下的谷物。通常叶片高度为100mm，故螺旋外径为500 mm。,36,螺矩：决定螺旋叶片对谷物的输送能力。能克服谷物对叶片的磨擦。sd tgd内径，内径的螺旋升角，多数取 s=460mm。,37,转速：根据割幅和生产率，一般取150200r/min。由于谷物不是充满螺旋叶片空间，若伸缩扒指位于左右螺旋的中部，为了提高其喂入均匀性，左旋叶片和右旋叶片与伸缩扒指相交接的端
9、部，应相互错开180。或附加叶片，延伸到伸缩扒指之中。,38,（二）伸缩扒指,安装在螺旋筒内，由1216个扒指铰接在一根固定的曲轴上，曲轴与固定轴固结在一起。曲轴中心O1 与螺旋筒中心O 有一偏心距e，扒指外端穿过螺旋筒。当螺旋筒旋转时，带动扒指一起旋转，由于两者不同心，扒指相对于螺旋筒作伸缩运动。,39,工作原理：螺旋筒绕O转动，带动扒指绕曲柄中心O1 转动。当B1 点转到B2 时，扒指向外伸出螺旋筒的长度增大，扒送谷物。由B2 转到B3 和B4 时，扒指的伸出长度减少，以免回草。改变O1对O 的相对转角，则可改变扒指最大伸出长度时所在位置，同时扒指外端与割台底板的间隙也随着改变（应保持在1
10、0mm左右）。,40,41,伸缩扒指长度L 和偏心距e 的确定：当扒指缩回时，在螺旋筒外应留10mm余量。当扒指伸出时，应伸出螺旋叶片外4050mm。,42,式中：D螺旋外径；d 螺旋内径。,所以：,43,（三）割台各工作部件的相互配置,合理配置螺旋、割刀和拨禾轮的位置十分重要。螺旋相对于割刀的距离，对割台工作性能影响较大。,44,45,螺旋中心到护刃器梁的距离 l：,对收获作物的影响：l 值过大：适应于长茎杆作物。但对短茎杆作物不适应，容易在割刀与螺旋之间堆积，使输送和喂入脱粒不均匀，甚至造成螺旋的堵塞。l 值过小：对短茎杆适应，对长茎杆则容易从割台上滑下去，造成丢穗损失。,46,对拨禾轮的
11、影响：l 值较小时：拨禾轮中心相对于割刀的前伸量n 比较大，对拨禾和铺放性能不利。要选取适当的 l 值大小，使前伸量n 不太大。通常采取缩小拨禾轮直径的办法来减少前伸量。但拨禾轮直径偏小对拨禾和铺放的性能不利，直径减小只能适度。在拨禾轮、割刀和螺旋三者之间形成三角形“死区”是不可避免的。,47,解决死区的措施：,1、割刀后方安装锯齿形输送齿条。2、将割刀后面的割台台面凸起。3、采用仿形拨禾器。4、安装小的胶布输送带。5、将割刀做成前后可调的。,48,49,割台配置应注意的几个间隙：螺旋叶片与割台底板的间隙 1=1020mm；螺旋叶片与割台后壁的间隙 2=2030mm；拨禾轮压板与螺旋叶片的间隙
12、 3=4050mm。,50,三、割台升降和仿形装置,割台升降：作业时，随时调节割茬高度。运输状态和工作状态的转换。多采用液压升降装置，升降油缸采用单作用式油缸。仿形装置：使割台随地形起伏变化，保持一定高度的割茬。,51,（一）机械式仿形装置在割台上安装平衡弹簧，将割台的大部分重量转移到机架上，使割台下面的滑板轻轻贴地，并利用弹簧的弹力，使割台适应地形起伏。当遇到障碍物或过沟埂时，弹簧帮助割台抬起，起到上下浮动的作用。,52,53,54,（二）气液仿形装置,在割台升降油缸的油管上并联蓄能器，蓄能器内充以气体，利用气体的可压缩性使割台起到缓冲和仿形作用。,55,56,（三）电液式仿形装置,在割台下
13、面安装传感器，通过连杆将信号传递到电器开关，进而控制电磁阀，使液压油进入油缸或回油，完成割台的自动升降。,57,第四节 联合收获机的中间输送装置,连接割台和脱粒机，也称为过桥或输送槽。作用：将割台上的谷物均匀连续地输送到脱粒机。全喂入式采用：链耙式、带式、转轮式。半喂入式采用：夹持输送链。,58,一、全喂入式联合收获机的倾斜输送器,链耙式输送器：组成：壳体、链耙（套筒滚子链、耙杆）、链轮。耙杆成L形或V形，工作边缘做成波状齿形。下部被动轴有自动张紧装置。,59,合理配置相互位置：链耙下端与割台螺旋的距离要小，及时抓取谷物。底板延长线位于滚筒中心之下，谷物顺利喂入滚筒。特点：工作可靠、输送能力强
14、、能强制输送。,60,61,62,63,转轮式输送器：由一个或数个连续排列的转轮组成。转轮转速较高，提高了喂入均匀性。,64,带式输送器：悬挂式联合收获机的中间输送装置很长，称为输送槽。槽内装有链耙式或带式输送器。带式输送器采用宽的胶带或帆布带，带上装有角铁耙杆。,65,66,二、半喂入式联合收获机的夹持 输送装置,只将谷穗喂入滚筒脱粒，保持茎杆的完整性。由夹持链、压紧钢丝和导轨组成。夹持链采用带齿的双排滚子链。在导轨槽的两头安装链轮。分段输送：割台输送链、夹持输送链、脱粒夹持链。,67,68,第五节 联合收获机的液压系统,一、联合收获机液压系统的组成和作用液压传动的优点：结构紧凑、操纵省力、
15、反应灵敏、动作平稳、便于远距离操纵和实现自动控制等。,69,液压系统包括三个部分：液压操纵：控制工作部件的位置和速度转换。液压转向：推动转向轮进行转向液压驱动：用液压马达驱动行走轮和工作部件，并控制其转速和扭矩。,70,液压系统的组成：油泵、油缸、液压马达和液压阀等主要元件；油箱、油管、接头、滤油器等辅助部件。动力源：油泵将发动机输出的机械能转换成液压能。执行元件：油缸和液压马达将液压能再转变为机械能。控制元件：各类液压阀控制液流的压力、速度、流向。,71,二、联合收获机液压系统 的工作原理和液压元件,液压操纵系统：控制：拨禾轮无级变速和升降、割台升降、行走无级变速器的调速。油泵：操纵系统单独
16、用一个油泵供给高压油。,72,操纵阀：控制行走无级变速器的双作用油缸，用来调节行驶速度。分配阀：控制拨禾轮变速器油缸、拨禾轮升降油缸、割台升降油缸（都是单作用式油缸）。操纵阀和分配阀是串联的。安全阀：调定系统工作压力，防止液压系统过载。,73,74,液压转向系统：,全液压转向：装在方向盘下面的液压转向器；装在转向桥上的双作用转向油缸；由液压方向器油泵单独供油。,75,液压驱动系统：取代无级变速器三角带传动，避免了三角带打滑现象。由液压马达驱动行走装置和一些旋转工作部件（如拨禾轮、捡拾器、卸粮螺旋等）并控制其转速或扭矩。整体式：油泵和液压马达做成一体。分置式：油泵和液压马达分开。,76,第六节
17、联合收获机的自动控制和监视装置,提高机器生产率的途径：加大作业幅宽；加快前进速度；提高机器工作的可靠性。目前大型谷物联合收获机的喂入量达810kg/s，割幅达7m。,77,机型庞大，速度提高，由于田间条件复杂而多变，要发挥机器的最大效能，单靠驾驶员的经验操作是达不到的，必须采用自动控制和监视装置。有封闭的驾驶室和空调设备，传动部件都设有安全护罩，无法观察其工作状态，也必须采用自动控制和监视装置。,78,一、联合收获机的自动控制装置,（一）喂入量自动控制装置作物生长情况不同，必然引起工作部件负荷的变化。当喂入量超过额定值后，谷粒损失急剧增加。损失增加最快的是逐稿器的分离损失，逐稿器是限制生产率的
18、主要工作部件。,79,喂入量自动调节的信号参数：逐稿器上方茎稿层厚度：传感信号滞后。联合收获机的损失：信号滞后更长，感受元件复杂。倾斜输送器链耙的浮动量：与喂入量成正比。喂入量自动调节装置：通过倾斜输送器链耙的浮动，自动控制行走无级变速器，改变机器行走速度，达到自动控制喂入量的目的。,80,81,82,（二）自动调平装置,联合收获机在丘陵或坡地作业时，工作质量还与脱粒机的倾斜程度有关：横向倾斜时，沿滚筒长度方向的负荷不均匀。脱出物集中在逐稿器和筛子的一侧，脱粒、分离、清选的质量下降。纵向倾斜时，各工作部件的倾角产生变化，损失也将增加。采用自动调平装置使脱粒机工作时始终保持水平状态。,83,84
19、,85,（三）自动操向装置,减轻驾驶员的劳动强度。不必转动方向盘，联合收获机便可沿着作物边缘前进。利用侧面未收割作物的边缘，作为预定的操向控制线。在割台左侧装传感器和触杆，触杆沿未割作物行移动。传感器信号经放大后控制电磁阀，进而控制转向油缸操纵转向。,86,87,二、联合收获机的监视装置,（一）谷粒损失监视装置由传感器和仪表两部分组成。传感器固定在逐稿器或筛子的出口处。压电式传感器：当谷粒冲击膜片时，膜片就传播声波，声波对压电元件起作用，压电元件产生信号电压。单位时间内谷粒撞击传感器的平均频率，反映了单位时间内的谷粒损失。,88,89,90,91,（二）工作部件转速的监视装置,联合收获机各工作
20、部件的正确转速，是保证工作质量和效率的关键。在关键部位（逐稿器、滚筒、杂余螺旋、谷料升运器等）的轴上装有转速监视器。在转速低于额定转速1030时发出告警信号。,92,由传感器和仪表两部分组成，传感器安装在所需监视的传动轴上。电磁式传感器：永久磁铁固定在旋转轴上，随轴一起旋转，干簧管固定在靠近转轴的机架上，旋转轴每转一圈，干簧管就产生一个脉冲。,93,94,95,96,（三）工作部件监视装置,在逐稿器、粮箱、杂余螺旋、谷粒升运器和复脱器等工作部件，装有信号装置，防止堵塞。一般采用微动开关：传感片位置发生变化时，开关触点就接触，接通告警电路。,97,98,99,第七节 联合收获机的总体设计,联合收
21、获机的设计步骤：选定联合收获机的类型。初步确定各主要工作部件的结构和参数。总体设计和计算。,100,一、联合收获机的总体参数,总体参数包括：喂入量、割幅、功率、机器前进速度、收缩比。,101,喂入量：联合收获机作业时，单位时间内处理作物的总和量。作物进入脱粒装置的喂入量：,式中：A作物产量（kg/亩）B割幅（m）vm 机器前进速度（m/s）割下稻麦穗秆总重量中谷粒所占重量的百分比。,102,为满足一定的喂入量，可以采用：较小的割幅和较快的前进速度，较大的割幅和较慢的前进速度。,103,割幅：,指左、右分禾器尖之间的距离。采用大割幅，要考虑田间作业条件、道路运输条件。采用小割幅，要考虑机器工作和
22、转弯时不使轮子压倒未割作物。,104,机器前进速度：采用高速，驾驶员的劳动条件和功率耗用增大。前进速度不宜太高：全喂入：自走式为48km/h，牵引式为36km/h半喂入：13km/h,105,收缩比：,收割台宽度与脱粒机宽度之比，表示收割台和脱粒机各工作部件相应的工作能力。收缩比大，进入脱粒机的谷物层就厚，谷粒损失大。收缩比小，脱粒机宽度加大，体积庞大。一般收缩比为35。,106,功率：消耗于工作部件和行走两大部分。由于作物条件不同、前进速度变化，耗用功率也是变化的。经验公式：N=1.3qN（kW）式中：q 喂入量 N单位喂入量所需平均功率 1.3功率储备系数,107,如果由一定功率的拖拉机配
23、套，则应按拖拉机功率大小来决定喂入量，由此决定其他总体参数。,108,二、联合收获机的总体配置,用初步确定的工作部件的大体尺寸，进行机器水平面和纵剖面的配置，找出它们之间最合理的相互位置和相关尺寸。,109,（一）总体配置的原则1、确保作物切割和脱粒等工艺过程的连续和流畅合理配置工作部件的相互位置。2、正确配置机器的重心驱动轮轴有足够的负荷（占8085%），以发挥附着力。操向轮负荷加以限制，以便能灵活转向。重心位置尽可能低些，以保证稳定性。,110,3、便于机器的运行外形尺寸适应田间作业和道路运输要求。行走装置和其他部分不压到未割作物。4、便于操作、调整和维修、保证安全,111,（二）自走式全
24、喂入机型 总体配置的若干问题,1、割台配置在机器的正前方，尽量靠近前轮，以缩短整机长度和有利于切割器适应地形。与脱粒机对称配置，使作物能均匀地喂入脱粒装置。割台每侧宽度超过行走装置200mm。,112,2、脱粒机脱粒装置重量大，应尽可能靠近驱动轮，并尽可能低些。分离部分体积庞大，尽可能使高度降低，逐稿器最低点与筛面应有一定距离。清粮装置在滚筒的后下方和逐稿器的下方，清粮风扇外壳的地隙不应小于300mm，以保证整机的通过性。卸粮螺旋应位于联合收获机的左侧，并且能够折转，减少运输宽度。,113,3、驾驶室、发动机和粮箱,驾驶室：应位于视野开阔处，能清楚地观察到割台的全部工作情况，一般位于脱粒机的前
25、上方。发动机：位于灰尘较少和空气流通的位置，且要便于人身接近、起动、保养和维修，其重心尽可能降低。,114,粮箱：顶置式：结构简单、重心较高；背负式：横跨在脱粒机的上部和两侧，重心低，结构复杂；侧置式：结构简单，但对驱动轮负荷不均。工作过程中，粮箱的重量变化将会直接影响到驱动轮和操向轮的负荷，应靠近联合收获机的重心。,115,116,三、联合收获机的需用功率及其分配,功率耗用于行走部件和工作部件两大部分。均与机器的前进速度成正比。行走功率：,式中：G 整机质量（kg）vm 机器前进速度（m/s）f 滚动阻力系数，其值为0.0850.17 传动效率，0.80.9,117,行走功率与机器前进速度的
26、关系：,118,前进速度增加，行走功率基本按比例增大。行走功率加大，发动机可用于其他工作部件的功率将减少。当前进速度增加到某一数值时，发动机剩余的功率不能使联合收获机保持额定喂入量而不能正常工作。,119,当作物产量过低时，要保证额定喂入量，必须提高速度，则发动机的功率将感到不足。当作物产量很高时，为避免喂入量过大，前进速度降得很低，发动机的功率则不能充分利用。解决方法：装有行走无级变速器，配有几个割幅不同的割台。,120,工作部件耗用功率：,脱粒滚筒：耗用功率最大，与喂入量成正比。也随前进速度的加快而按比例增加。割台、分离装置、清粮装置：耗用功率也随前进速度的加快而略有增加。,121,联合收
27、获机耗用的总功率：由于田间作物情况变化，喂入量是不均匀的，行走功率和工作部件耗用功率变化都比较大。最大功率值比平均功率值大1倍，但峰值持续时极短。设计时发动机储备功率可取30%,122,123,124,第八节 联合收获机的发展方向,提高机器的适应性、可靠性、操作的舒适性和安全性。1、向自走、高效、通用方面发展各国主要生产自走式，少数国家生产少量牵引式和悬挂式。小麦联合收获机向大型、高效发展。喂入量达810kg/s，脱粒装置宽度达1.51.6m，谷物流量达50t/h，配用动力125160kW。,125,水稻联合收获机向半喂入自走式发展。配备收获不同作物的割台、不同割幅的割台，扩大机器的用途。2、
28、广泛采用自动控制和监视装置保证机器高效、可靠地正常工作。,126,3、工作部件结构和性能方面的改进,割台采用快速连接和拆卸装置。提高脱粒和分离能力：滚筒直径和惯量加大。凹板包角增大，并尽量加大凹板的筛孔率。分离装置：在逐稿器上安装有辅助分离装置，将茎稿抖松。,127,清粮装置：清选筛采取阶梯配置，增加清粮面积等。采用多风机，风机出风口的风速均匀装置等。行走装置：大型机上广泛采用液压驱动行走装置和驱动工作部件。采用四轮驱动、半履带式、履带式行走装置。,128,轴流滚筒式联合收获机有良好的发展前景。操作的舒适性和安全性：驾驶室采用防振、隔热、隔音、空调装置。完善的仪表显示。翻车保证人身安全。,129,采用电液装置进行操作：割台升降、拨禾轮位置和转速的调节、脱粒滚筒转速的调节、卸粮筒的摆动、机器的操向、卸粮装置的控制。采用茎杆处理装置：茎杆抛散器将茎杆均匀撒到田间。茎杆切碎器先切碎后再撒到田间。,
