谈联合收获机的总体设计

关昕+安龙哲

摘要：从联合收获机的总体参数的选择、总体配置、各工作部件的功率分配及联合收获机的传动四方面为出发点，就其总体设计进行了论述。以期为广大联合收获机使用者、生产厂家及从事联合收获机设计的科研人员提供一些理论及经验。

关键词：联合收获机；总体配置；参数；功率分配；传动

中图分类号：S2253文献标识码：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.01.048

0引言

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。它能在田间一次完成切割、脱粒、分离和清选等作业，以直接获得清洁的谷粒。它具有生产率高、谷物损失小及机械化程度高等特点。联合收获机按谷物喂入方式可分为两类。一是全喂入式，即谷物茎秆和穂头全部喂入脱粒装置进行脱粒；二是半喂入式，即用夹持输送夹住谷物茎秆，只将穗部喂入滚筒，并沿滚筒轴线方向运动进行脱粒。

多年来，联合收获机在结构和性能方面虽然有很多的改进和提高，但其基本型式变化不大。其主要工作部件如拨禾轮、脱粒滚筒、逐稿器和清粮装置等在原理方面基本和以前相同。现就联合收获机的总体设计阐述如下。

1联合收获机总体参数的选择

首选根据农艺要求选定联合收获机类型，并初步确定各主要工作部件的结构和参数，在此基础上对联合收获机的总体进行设计和计算。

联合收获机的总体参数包括喂入量、割幅、功率、机器前进速度以及收缩比等项。作物进入脱粒装置的喂入量q计算如下：

q=ABv/1333r（kg/s）（1）

式中A—作物产量/（kg·hm2）-1；

B—割幅/m；

V—机器前进速度/m·s-1；

r—割下穗秆总重量中谷粒所占重量的百分比。

首先确定喂入量，喂入量是联合收获机工作能力大小的标志，也是其工作部件设计计算的依据。

根据本地区的具体作业环境，以割幅为参考值时，采用大割幅时要考虑田间作业和道路运输条件；相反采用小割幅时要考虑机器工作和转弯时轮子不压到作物。以前进速度为参考值时，采用高速时要考虑驾驶员的劳动条件和联合收获机的功率消耗。全喂入自走式联合收获机前进速度可选范围在4～8 km/h；半喂入联合收获机前进速度可选范围在1～3 km/h。

根据（1）式，已知喂入量和割幅大小，即可确定联合收获机的前进速度，同时也确定了它的生产率Q的计算公式：

Q=54ηBV（亩/h）（2）

式中B—割幅/m；

V—机器前进速度/m·s-1；

η—联合收获机时间利用系数。

收割台与脱粒机间的宽度之比叫收缩比。收缩比表达收割台和脱粒机各工作部件相应的工作能力。收缩比太大，进入脱粒机的谷物层就厚，谷粒损失加大；收缩比太小，脱粒机的宽度就大，机体太大。设计时收缩比参考值为3～5。

联合收获机的功率由工作和行走两大部分功率消耗组成。由于田间土壤和作物条件的不同、机组前进速度的变化等原因，消耗的功率也在变化。联合收获机上的发动机功率按下式计算：

N=13qP（Ps）（3）

式中q—喂入量/kg·s-1；

P—单位喂入量所需的平均功率；

13—功率储备系数，用于作业时瞬时超载。

设计时，全喂入自走式联合收获机P的可选范围在15～18 Ps·s/kg；半喂入联合收获机P可选范围在7～8 Ps·s/kg。

2联合收获机的总体配置

21总体配置基本原则

（1）确保作物切割和脱粒等工艺过程的连续和流畅。（2）正确配置机器的重心。在配置各工作部件时，设计好整机的重心位置，使轴的负荷分配合理，即驱动轮轴上配备80%的负荷，以发挥驱动轮的附着力。转向轮上配备20%的负荷，以便能灵活转向。整机的左右侧负荷要平衡，且重心要尽量放低，保证机组的稳定性。（3）机组运行方便。机组外形尺寸（长、宽、高和地隙）要适应田间作业和道路运输的要求。（4）利于机器操作、调整和维修，保证安全。

22自走式全喂入联合收获机的总体配置

（1）割台。割台配置在机器的正前方，应尽可能与前轮接近，减小整机设计长度，利于切割器适应地形。割台与脱粒机应对称配置，这样谷物可以均匀地喂入脱粒装置，使割台的重量左右平衡。割台上的工作部件的相互位置和运动参数应保证谷物输送流畅。

（2）脱粒机。脱粒机由脱粒、分离和清选三部分组成。脱粒装置重量大，应尽量靠近驱动轮，以增加轮子的负荷，同时应配置的低些，降低整机的重心；分离装置体积大，尽量降低其配置高度，利于机组的稳定；逐稿器的最低位置应与筛面保持一定距离，以防堵塞；清粮装置配置在滚筒的后下方和逐稿器的下方，保证谷粒颖壳等细小脱出物能靠自重落到清粮室，不需要另设输送装置；清粮风扇外壳离地间隙应大于300 mm，确保机组的通过性。

（3）驾驶室、发动机和粮箱。驾驶室应设计在可清楚观察到割台的全部工作情况的位置，通常设置在脱粒机的前上方；发动机设置在灰尘少、空气流通，便于起动、保养和维修，其重心位置尽量降低。粮箱的位置应尽量接近整机的重心。

3联合收获机的功率分配

聯合收获机的功率用于行走部件和工作部件两大部分。在一定的土壤和作物条件下，两部分的功率均与机组的前进速度成正比。 联合收获机的行走功率N计算如下：

N=fGv/75η（Ps）（4）

式中G—整机重量/kg；

V—机器前进速度/m·s-1；

f—滚动阻力系数，主要由土壤情况决定，其值为0085～017；

η—传动效率，一般为08～09。endprint

由公式（4）可知，如果联合收获机的速度增加，行走功率则按比例加大。由于行走功率的加大，发动机可用于传动其他工作部件的功率将减小。当机器的前进速度达到某一值时，发动机余下的功率已经不能使联合收获机保持额定喂入量而不能正常工作。为了使同一机器能适应收获产量差异较大的作物，并且保证机器的生产率和发动机功率能得到充分利用，联合收获机上除装有行走无级变速器外，通常配备几个不同幅宽的割台。

工作部件中脱粒滚筒功率消耗最大，它与喂入量成正比。当作物条件一定，机器前进速度加快时，喂入量也加大。在一定的喂入量范围内，脱粒滚筒消耗的功率也按一定比例增加。其它工作部件如割台、分离和清粮装置等的功率消耗也随机器前进速度的增加而略有加大。因此联合收获机各工作部件消耗的功率总基本上与机器前进速度是成比例的。

工作部件和行走功率的总和即为联合收获机消耗的总功率。由于田间作物情况的变化，喂入的作物量是不均匀的，工作部件和行走功率的消耗是不断的变化的，有时差值较大。因此，发动机要有一定的功率储备，设计时发动机的储备功率可取30%。

在设计全喂入自走式联合收获机的功率分配时通常可按下面数据选取：行走功率占42%；脱粒机功率占42%；割台占12%；油泵占4%。

在设计半喂入联合收获机的功率分配时通常可按下面数据选取：行走功率占37%；脱粒机功率占48%；割台占15%。

4联合收获机的传动

联合收获机有很多工作部件，每个部件对功率和转速的要求各不相同。有的部件要每分钟在千转以上，有的只需几十转，有的工作部件希望是无级调速，有的则要求转速不变。所以，联合收获机的传动设计是非常复杂的，除了满足每根转轴所必须的功率、转速和旋转方向外，传动系统还要可靠、高效、安全和利于维护保养。为此，设计联合收获机传动系统时，要求如下：

（1）发动机到工作部件和行走部件要求是两个独立的传动系统。发动机要有两个动力输出轴，一个到工作部件，另一个到行走部件，并要求有各自相对独立的离合器。传动工作部件的离合器要设计成非啮合式的，便于机组在运输行走时工作部件不传动。

（2）联合收获机各工作部件的转速应依据发动机的额定转速及动力输出轴额定转速设计计算。除脱粒滚筒、拨禾轮和清粮风扇，其他工作部件的转速要求不变。具有转速调节要求的工作部件，不能作为主动工作部件，以免因调整而改变其他工作部件的转速。

（3）先进的联合收获机均采用中间轴传动。为了提高传动效率，缩小传动部件尺寸，在传动顺序上应从高转速向低转速，大功率向小功率设计。因此，有的联合收获机采用两根中间轴，所有高转速工作部件都由第一根轴来传动。

（4）联合收获机上的旋转部件较多，它们之间的距离又较远，因此采用三角带或链传动较多。通常用一根主动轴带多个从动轴组成一个传动回路。三角带传动的优点是传动效率高、重量轻、噪音小、安全可靠以及价格低。它的缺点是使用寿命短。由于联合收获机每年的工作时间较短，所以在设计上优先选用三角带传动。在传动比要求比较严格和传动轴中心距很小及有换向要求时，需采用链传动或齿轮传动。

（5）联合收获机上的工作部件的转动方向大多数是相同的，只有籽粒螺旋和逐稿器的转动方向是相反的，所以在传动系统设计中存在换向问题。换向方式常采用交叉三角带、交叉六角带、换向小齿轮箱及链传动等。

（6）联合收获机在工作中易发生堵塞的部件，如谷粒螺旋、杂余螺旋和割台螺旋等不宜作为传动回路中的主动轴，否则会造成整个回路中的堵塞。在设计中在这些部件上要加上安全离合器。在一些转速要求严格的轴上，如滚筒轴、逐稿器轴等还应加上转速监控系统。

5结论

通過对联合收获机的总体参数的选择、总体配置 、各工作部件的功率分配及联合收获机的传动四方面就联合收获机的总体设计进行了论述。其目的就是为广大联合收获机使用者、生产厂家及从事联合收获机设计的科研人员提供一些理论及经验，为我省的联合收获机的发展做出应有的贡献。

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