聯(lián)合收割機中弓齒式脫粒滾筒的設計

徐靜　+余燕

摘 要 對聯(lián)合收割機的弓齒式脫離滾筒的結構及工作原理進行分析，以小型聯(lián)合收割機為對象通過滾筒直徑及弓齒的分布進行精確計算，設計出高效、可靠的弓齒式脫粒滾筒模型，為脫粒滾筒的設計及優(yōu)化提供有效的參考。

關鍵詞 弓齒式脫粒滾筒 滾筒直徑 弓齒

中圖分類號：S225. 3 文獻標識碼：A

0 引言

脫粒裝置是聯(lián)合收割機中重要的工作部件。我國的脫粒機械有人力簡易式、動力半復式以及大中型復式，其主要作用是把谷粒從谷穗上脫下，并使其盡可能多的從已脫下來的各種混合物中分離開來。在我國農(nóng)業(yè)機械化逐步發(fā)展的過程中，聯(lián)合收割機占據(jù)重要地位，而脫離裝置的工作性能的好壞很大程度上決定了整個收割機的機械效率。因此，設計出合理的脫離滾筒結構是提高生產(chǎn)效率，改善勞動條件的重要手段。為適應我過國的農(nóng)業(yè)機械化的發(fā)展要求，本文在應用傳統(tǒng)技術的基礎上，對各部件進行選型，計算，設計出性能更高的弓齒式脫粒滾筒。

1脫粒滾筒的組成及工作原理

脫粒滾筒橫置于收割機的前方，主要由墻蓋、弓齒、梳理齒及滾筒體組成。滾筒體由4mm厚的鐵板卷制、焊接成圓筒。圓筒表面沖有螺旋線排列的圓孔，用于裝配弓形齒。弓形齒按功能分為梳整齒、加強齒和脫粒齒3種。

弓齒式滾筒在工作時，滾筒軸向運動使谷穗部分進脫粒間隙，通過弓形齒對谷物施加拉力來使其脫粒成功的。這種脫粒裝置由于莖桿不進入滾筒，大大提高了脫粒效率。此外，弓齒式滾筒不僅能應用于半喂入式收割機且可短期運用于全喂入式。因此，本文選用弓齒式對脫粒滾筒進行設計。

2弓齒式脫粒滾筒的設計

弓齒式脫粒滾筒由滾筒本體和弓齒釘組成。弓齒釘?shù)男螤詈蜐L筒的大小直接決定了脫粒的方式和速度。因此，脫粒滾筒的設計主要包括滾筒直徑的設計、弓齒的設計及排列等。

2.1弓齒滾筒的直徑

對于脫粒滾筒而言，滾筒的直徑是對其工作性能影響很大的一個重要設計參數(shù)。當滾筒的直徑較大時，稻谷喂入的長度也相應增大，這樣不僅便于谷穗的輸送且改善了脫粒室內(nèi)的谷穗彎曲狀態(tài)，從而使谷粒更容易分離，減少了脫粒損失。但直徑取值過大，會導致機器外形笨重，增大機器重量，對于收割機的輕量化來說是不利的因素；而直徑取值若過小，又容易引發(fā)纏草以致滾筒阻塞，還會使喂入量減少，不能滿足高產(chǎn)的要求。

為了防止?jié)L筒纏草，對于滾筒齒根圓直徑的最低要求是齒根圓的周長應比所割下的莖稈長度值大。即：

D0≥L （1-1）

脫粒滾筒的頂圓直徑D（工作直徑）：

D=D0+2h （1-2）

上式中：L—割下的莖稈長度。考慮到谷物的高度有所不同，及收割時因角度差異等造成的影響，通常將其取值為L=350-450mm；

D0—滾筒的最小齒根圓直徑。小型收割機通常取值范圍是D0=360-400mm。

h—弓齒高度，弓齒高度的取值范圍是：h=65-75mm。

本課題根據(jù)小型收割機的特征，將滾筒的齒根圓直徑L=360mm，弓齒高度h=65mm，代入公式（1-2）中，計算可得，弓齒滾筒的直徑D值為490mm。

2.2滾筒弓齒的排列

脫粒滾筒上的弓齒均是按螺旋線的方式來排列的，即各排弓齒相互交錯布置。這種排列方式不僅能夠平衡脫粒時各個弓齒所受的負荷，使每個弓齒都能充分發(fā)揮作用，還促使谷物沿著軸向移動、利于脫粒。

弓齒在滾筒上的螺旋線分布計算：

螺旋頭數(shù)K：螺旋頭數(shù)與滾筒工作時打擊谷物的次數(shù)密切相關。隨著其數(shù)目的增大，滾筒打擊作物的次數(shù)就會增加，脫粒能力也隨之增強。但是當K的取值過大時，會增大谷粒和穗稈的破碎率、亦會消耗更多的功率。就半喂入式脫粒裝置而言，因其滾筒的轉速不高，通常情況下取K=3～4即可，常取K=3。

齒排數(shù)M：M的取值應保證每相鄰齒排間都有一定的間隙，從而有利于脫粒和分離。在半喂入收割機的脫粒裝置中，因其滾筒的脫粒速度相對其他型式要偏低，故要增加其滾筒弓齒的齒排數(shù)，來保證脫粒效率。通常情況下，取M=9～12。我們還可以根據(jù)齒排數(shù)M與螺旋頭數(shù)K之間的關系式來確定M的值，即M/K=2-3，且其比值為整數(shù)，考慮到以上因素，本次課題設計中，將齒排數(shù)取值為M=9使?jié)M足要求的。

弓齒軸向間距c：弓齒的軸向間距即是指兩個臨近的齒跡之間的長度，也可稱之為齒跡距。c的取值范圍通常在20-40mm之間，對于半喂入式的小型機，將c取值為30mm即可滿足脫粒要求。確定齒跡距的值后，可根據(jù)下述公式來求出同一齒桿上每兩個臨近弓齒之間的齒距L0：（齒距的取值范圍是L0=80-130mm）。

0===90mm （1-3）

由計算可知，所得的齒距值在其取值范圍之內(nèi)，理論上是符合脫粒要求的。

①弓齒螺旋排列的列數(shù)S：S的值由下式可計算出：

Z===20 （1-4）

②弓齒數(shù)Z：脫粒滾筒上所安裝的弓齒總數(shù)之和由下式可求出：

Z=SK=203=60 （1-5）

弓齒在按螺旋線排列時，同一齒跡線上的齒數(shù)與螺旋線頭數(shù)相等。本次設計中選用的是三頭螺旋線排列的方式，即意味著每條齒跡線的齒數(shù)是三個，因此，脫粒滾筒每旋轉一圈，其各條齒跡線就會對谷物產(chǎn)生三次沖擊。綜合以上參數(shù)，繪制出弓齒的螺旋排列示意圖，如下圖所示：

圖2：弓齒螺旋排列展開圖

由圖3可以看出，整個滾筒上的弓齒排列大致可分為以下幾個區(qū)段：

首先是靠近脫粒室入口處的梳整區(qū)，其長度是滾筒總長的10-15%的比例。這一區(qū)域是滾筒的錐形面，安裝的是疏導能力強且脫粒功能弱的梳整齒。

圓筒部分的是脫粒區(qū)域，這一區(qū)段占有滾筒總長80-85%的比例。根據(jù)脫粒能力的不同分為前中后三個區(qū)段。前區(qū)又稱第一脫粒區(qū)，約占整個滾筒長度的40%。大多數(shù)谷粒均在這一區(qū)域脫下。因此，在此區(qū)段安裝的是脫粒性能較強的加強齒，以提高脫凈率、減少包殼率。第二脫粒區(qū)主要負責將前一區(qū)段未完成脫粒的籽粒脫凈，所以此區(qū)段安裝的是脫粒齒窄且齒數(shù)較多。滾筒的末段是第三脫粒區(qū)，負責將莖稈從已脫下來的谷粒中分離出來，故將其齒跡距取值較大，從而保證莖稈的完整性。

圖3：弓形滾筒區(qū)域劃分

圖4：弓形齒示意圖

3總結

本章對脫粒裝置的相關設計參數(shù)作了深入的研究，在介紹弓齒式脫粒裝置的脫粒方法和原理的基礎上，又對其關鍵尺寸分別進行了設計分析，并繪制出脫粒滾筒的三維圖形，為脫粒滾筒的優(yōu)化設計提供了參考。該脫粒滾筒的優(yōu)點在于其適應性強，可同時運用于半喂入及全喂入式收割機上；脫凈率高，三個脫粒區(qū)的合理布置提高了脫凈率降低了總損失率；體積小、結構簡單，方便維護和維修。

基金項目：湖北省高等學校優(yōu)秀中青年科技創(chuàng)新團隊項目（T201629）。

參考文獻

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