談聯(lián)合收獲機的總體設(shè)計

關(guān)昕+安龍哲

摘要：從聯(lián)合收獲機的總體參數(shù)的選擇、總體配置、各工作部件的功率分配及聯(lián)合收獲機的傳動四方面為出發(fā)點，就其總體設(shè)計進行了論述。以期為廣大聯(lián)合收獲機使用者、生產(chǎn)廠家及從事聯(lián)合收獲機設(shè)計的科研人員提供一些理論及經(jīng)驗。

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

中圖分類號：S2253文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.01.048

0引言

聯(lián)合收獲機是將收割機和脫粒機用中間輸送裝置連接成為一體的機械。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、谷物損失小及機械化程度高等特點。聯(lián)合收獲機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動進行脫粒。

多年來，聯(lián)合收獲機在結(jié)構(gòu)和性能方面雖然有很多的改進和提高，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?，F(xiàn)就聯(lián)合收獲機的總體設(shè)計闡述如下。

1聯(lián)合收獲機總體參數(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)上對聯(lián)合收獲機的總體進行設(shè)計和計算。

聯(lián)合收獲機的總體參數(shù)包括喂入量、割幅、功率、機器前進速度以及收縮比等項。作物進入脫粒裝置的喂入量q計算如下：

q=ABv/1333r（kg/s）（1）

式中A—作物產(chǎn)量/（kg·hm2）-1；

B—割幅/m；

V—機器前進速度/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)合收獲機工作能力大小的標志，也是其工作部件設(shè)計計算的依據(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，采用大割幅時要考慮田間作業(yè)和道路運輸條件；相反采用小割幅時要考慮機器工作和轉(zhuǎn)彎時輪子不壓到作物。以前進速度為參考值時，采用高速時要考慮駕駛員的勞動條件和聯(lián)合收獲機的功率消耗。全喂入自走式聯(lián)合收獲機前進速度可選范圍在4～8 km/h；半喂入聯(lián)合收獲機前進速度可選范圍在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)合收獲機的前進速度，同時也確定了它的生產(chǎn)率Q的計算公式：

Q=54ηBV（畝/h）（2）

式中B—割幅/m；

V—機器前進速度/m·s-1；

η—聯(lián)合收獲機時間利用系數(shù)。

收割臺與脫粒機間的寬度之比叫收縮比。收縮比表達收割臺和脫粒機各工作部件相應的工作能力。收縮比太大，進入脫粒機的谷物層就厚，谷粒損失加大；收縮比太小，脫粒機的寬度就大，機體太大。設(shè)計時收縮比參考值為3～5。

聯(lián)合收獲機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、機組前進速度的變化等原因，消耗的功率也在變化。聯(lián)合收獲機上的發(fā)動機功率按下式計算：

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—功率儲備系數(shù)，用于作業(yè)時瞬時超載。

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

2聯(lián)合收獲機的總體配置

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）正確配置機器的重心。在配置各工作部件時，設(shè)計好整機的重心位置，使軸的負荷分配合理，即驅(qū)動輪軸上配備80%的負荷，以發(fā)揮驅(qū)動輪的附著力。轉(zhuǎn)向輪上配備20%的負荷，以便能靈活轉(zhuǎn)向。整機的左右側(cè)負荷要平衡，且重心要盡量放低，保證機組的穩(wěn)定性。（3）機組運行方便。機組外形尺寸（長、寬、高和地隙）要適應田間作業(yè)和道路運輸?shù)囊蟆＃?）利于機器操作、調(diào)整和維修，保證安全。

22自走式全喂入聯(lián)合收獲機的總體配置

（1）割臺。割臺配置在機器的正前方，應盡可能與前輪接近，減小整機設(shè)計長度，利于切割器適應地形。割臺與脫粒機應對稱配置，這樣谷物可以均勻地喂入脫粒裝置，使割臺的重量左右平衡。割臺上的工作部件的相互位置和運動參數(shù)應保證谷物輸送流暢。

（2）脫粒機。脫粒機由脫粒、分離和清選三部分組成。脫粒裝置重量大，應盡量靠近驅(qū)動輪，以增加輪子的負荷，同時應配置的低些，降低整機的重心；分離裝置體積大，盡量降低其配置高度，利于機組的穩(wěn)定；逐稿器的最低位置應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；清糧風扇外殼離地間隙應大于300 mm，確保機組的通過性。

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

3聯(lián)合收獲機的功率分配

聯(lián)合收獲機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組的前進速度成正比。 聯(lián)合收獲機的行走功率N計算如下：

N=fGv/75η（Ps）（4）

式中G—整機重量/kg；

V—機器前進速度/m·s-1；

f—滾動阻力系數(shù)，主要由土壤情況決定，其值為0085～017；

η—傳動效率，一般為08～09。endprint

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

工作部件中脫粒滾筒功率消耗最大，它與喂入量成正比。當作物條件一定，機器前進速度加快時，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、分離和清糧裝置等的功率消耗也隨機器前進速度的增加而略有加大。因此聯(lián)合收獲機各工作部件消耗的功率總基本上與機器前進速度是成比例的。

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，有時差值較大。因此，發(fā)動機要有一定的功率儲備，設(shè)計時發(fā)動機的儲備功率可取30%。

在設(shè)計全喂入自走式聯(lián)合收獲機的功率分配時通常可按下面數(shù)據(jù)選?。盒凶吖β收?2%；脫粒機功率占42%；割臺占12%；油泵占4%。

在設(shè)計半喂入聯(lián)合收獲機的功率分配時通?？砂聪旅鏀?shù)據(jù)選?。盒凶吖β收?7%；脫粒機功率占48%；割臺占15%。

4聯(lián)合收獲機的傳動

聯(lián)合收獲機有很多工作部件，每個部件對功率和轉(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調(diào)速，有的則要求轉(zhuǎn)速不變。所以，聯(lián)合收獲機的傳動設(shè)計是非常復雜的，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，傳動系統(tǒng)還要可靠、高效、安全和利于維護保養(yǎng)。為此，設(shè)計聯(lián)合收獲機傳動系統(tǒng)時，要求如下：

（1）發(fā)動機到工作部件和行走部件要求是兩個獨立的傳動系統(tǒng)。發(fā)動機要有兩個動力輸出軸，一個到工作部件，另一個到行走部件，并要求有各自相對獨立的離合器。傳動工作部件的離合器要設(shè)計成非嚙合式的，便于機組在運輸行走時工作部件不傳動。

（2）聯(lián)合收獲機各工作部件的轉(zhuǎn)速應依據(jù)發(fā)動機的額定轉(zhuǎn)速及動力輸出軸額定轉(zhuǎn)速設(shè)計計算。除脫粒滾筒、撥禾輪和清糧風扇，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）先進的聯(lián)合收獲機均采用中間軸傳動。為了提高傳動效率，縮小傳動部件尺寸，在傳動順序上應從高轉(zhuǎn)速向低轉(zhuǎn)速，大功率向小功率設(shè)計。因此，有的聯(lián)合收獲機采用兩根中間軸，所有高轉(zhuǎn)速工作部件都由第一根軸來傳動。

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

（5）聯(lián)合收獲機上的工作部件的轉(zhuǎn)動方向大多數(shù)是相同的，只有籽粒螺旋和逐稿器的轉(zhuǎn)動方向是相反的，所以在傳動系統(tǒng)設(shè)計中存在換向問題。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等。

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

5結(jié)論

通過對聯(lián)合收獲機的總體參數(shù)的選擇、總體配置 、各工作部件的功率分配及聯(lián)合收獲機的傳動四方面就聯(lián)合收獲機的總體設(shè)計進行了論述。其目的就是為廣大聯(lián)合收獲機使用者、生產(chǎn)廠家及從事聯(lián)合收獲機設(shè)計的科研人員提供一些理論及經(jīng)驗，為我省的聯(lián)合收獲機的發(fā)展做出應有的貢獻。

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