往复式切割器割刀的运动分析

[摘 要]往复式切割器由往复运动的割刀和固定不动的支承部分组成。割刀由刀杆、动刀片和刀杆头等铆合而成。刀杆头与传动机构相连接，用以传递割刀的动力。工作时割刀作往复运动，其护刃器前尖将谷物分成小束并引向割刀，割刀在运动中将禾秆推向定刀片进行剪切。本文试从往复式切割器割刀的运动轨迹和运动规律进行分析。

[关键词]切割器 割刀 运动

中图分类号：S225 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）24-0097-01

割刀的运动性质，决定于割刀的驱动机构。往复式切割器驱动机构的作用是用来实现转动和往复式直线运动的转换。目前在收获机械上，随着割刀的工作条件和切割器位置的不同，所采用的驱动机构也不同，一般有曲柄连杆机构和摆环机构两类驱动形式。

一、曲柄连杆机构驱动割刀的运动规律

曲柄连杆机构由于曲柄位置配置得不同，有的还通过摇臂来驱动割刀，又有多种型式。

根据曲柄轴的方向，可分为立轴式和卧轴式两种。立轴式曲柄圆盘离地间隙较大，有利于降低割刀距地的高度进行低割，因而大都用于立式收割台的小型收割机上;卧轴式的用在卧式割台收割机或联合收获机上。另外，用曲柄连杆机构来驱动割刀，往往因结构位置的限制，曲柄的中心不能配置在割刀运动的平面上，因而多属于偏置的曲柄连杆机构。

曲柄连杆机构的运动特点。

当曲柄顺时针转动时，割刀相对于机器作往复运动，连杆作复杂的摆动。当曲柄与连杆成一直线时，割刀位于左端死点位置，而当连杆与曲柄重合时，割刀位于右端死点位置。（见图1）

设AB=S，式中S为割刀行程，则S=AB=AC-BC。因为l>s，并且h值很小，所以s>2r。当h=0时，S=2r。实际上S稍大于2r。例如，当l=11r时，求得S=2.01r，也就是说，比不偏置时的s只大1%。换句话说，我们如果把偏置的曲柄连杆机构当作对心曲柄连杆机构来分析，其行程的误差是不大的。另外也看出，当曲柄由D点转到E点，其转角为a1;由E点转到D点，其转角为a2，显然a2>a1。所以在曲柄均匀转动的情况下，割刀移动的距离虽然相等，但所经历的时间不同，因而割刀在两个行程中的速度也不一样。减少h值，这个速度差相应地减少，有利于提高切割器的工作质量。

为了计算方便起见，h值对割刀位移、速度和加速度的影响，一般可忽略不计，如果连杆的长度对曲柄半径的比值很大，割刀的运动可看作近似的简谐运动，即可看作曲柄端点K在水平直径上投影点A的运动。

二、摆环机构驱动割刀的运动规律

摆环机构在谷物联合收获机上得到广泛的利用。这种机构的特点是结构较为紧凑。在主动轴上，装一滚动轴承，并在其外套一圆环。圆环轴线相对于主动轴轴线倾斜角。在圆环径向上设有柱销，与摆动轴上的摆叉相连。在轴前端固定有摇杆，而摇杆又与连杆相铰接，借以驱动割刀。当主动轴以等速回转时，圆环摆动，此时柱销就在与轴垂直的平面上作往复摆动，从而经过摆叉带动摆动轴上的摇杆和连杆，驱动割刀作往复运动。用摆环机构驱动割刀，其运动规律与曲柄连杆机构不尽相同。但当圆环中心面的摆角等于15度左右时，两者差别极其微小，其工作情况实际上可以看作是相同的。

三、割刀速度的利用

切割茎秆时可以用有支承切割和无支承切割两种方法。无支承切割所需的切割速度较大，有支承切割所需的切割速度较小。我国某些地区用铲镰收割作物，就属于无支承切割，其切割速度一般为3-5米/秒。有支承切割时，切割速度可稍低，割草机的切割速度一般不超过3米/秒;谷物联合收获机的切割速度一般都应大于0.8米/秒。这是考虑到作物成熟程度不一致和切割器在装配上的误差等不利因素而决定的。切割质量与切割速度关系很大。由于割刀在曲柄连杆驱动下，其运动速度是变化的，为表明切割茎秆时割刀的实际速度，还需要进一步分析割刀位移和速度之间的关系。位移与速度的关系是一个以位移为横轴，以速度为纵轴的椭圆方程式。椭圆曲线就是割刀速度曲线，或割刀速度图。曲线上任意一点对水平线的高度，即表明割刀位移到此处的切割速度。如果将椭圆长半轴压缩，使之与每半轴相等，则割刀速度图就是一个圆弧曲线，这时圆弧上任意一点对水平线的高度与倒数的乘积，就是该位移状态下的割刀速度。用这种方法绘出各种切割器的切割速度图，找出曲柄转到任意一点的割刀速度值，这对于分析各种切割器的切割性能，具有很大的实用价值。从割刀位移与速度可知，当曲柄运动到纵轴附近时，切割速度的值最大，当曲柄运动到两个死点时，切割速度最小。

四、割刀的运动轨迹

机器在收割谷物时，割刀一面相对于机架作往复运动，一面随机器前进，割刀对地面的运动是往复运动和前进运动的合成。这种相对于地面的合成运动所留下的痕迹，就是割刀的运动轨迹。当动刀片从左向右走完一个行程时，机器也向前走了一个进程，动刀片往回运动时，机器又走一个行程，因此，在相邻两定刀片之间的作物，由于所处的位置不同，有三种不同的切割情况：扫过区中的作物被动刀片推到相邻的定刀片刃口处而受到切割。这时茎秆已发生了横向倾斜。重复区中的作物，被两个刃口扫过，有可能产生重割现象。初次漏割区中的作物，在刀刃向右运动时没有被接触到，虽然被相邻刀刃推动了一下，但因未靠到定刀刃上，不能保证被切断。要在割刀的回程运动中，由刃口推动后才被割断，切割前茎秆发生纵向倾斜。显然，当进程增大时，重复区减小，漏割区增大;当进程减小时，重复区增大，漏割区减小。若其他条件相同，刀片高度减小，初次漏割区面积增大，扫过区和重复区面积缩小;反之，初次漏割区面积减小，扫过区和重复区面积增大。所以采用动刀刃高度不同的刀片，对切割质量是有影响的。

作者简介：

王亚峰（1978.03-），男，吉林通榆，大学学历，助理工程师。现从事农业机械教学与研究工作。