计算说明书自走式小麦联合收割机切割器

4LZ-2型自走式谷物联合收割机（切割部分）

摘 要

我国幅员辽阔，但人均耕地占有量少。如何利用有有限的土地资源去养活中国日益增加的人口，对于我们来说有重要的意义。加大对农业的投入，提高农业的机械化程度，特别是加大对谷物联合收割机的研发投入，有重要

的意义。

目前广泛使用的谷物联合收割机可分为两大类，即背负式和自走式谷物联合收割机。而自走式谷物联合收割机因为其机动性好，可靠性高和性能优良而使用广泛并深受广大农民的欢迎。在这次毕业设计中，我们一组成员在查阅了大量资料的基础上，对4LZ-2自走式谷物联合收割机进行了比较合理的总提布局和参数选择的分析计算。以降低成本、增加可靠性和保证良好的

作业性能为设计宗旨。

4LZ-2型自走式谷物联合收割机主要以收割小麦和水稻为主，可兼收其他作物。具有良好的机动性和通用性，不仅适应大田，也适应小地块和含水量高的谷物收割。该机型在广大农民中，很受欢迎，加大对其研发投入，在降低成本，提高技术的基础上，更上一层楼。可以预见，4LZ-2型自走式谷

物联合收割机前景广阔。

关键词：农业，自走式谷物联合收割机，总体布局

THE 4LZ-2 SEIF-PROPELLED COMBINE HARVESTER

(CUTTING PART)

ABSTRACT

China has a vast territory,but the per capitafarml is less than possession.How to use the limited land resources to feed China’s growing population,which is an important significance.Increase input

in agriculture to improve agricultural mechanization

level.Particular,increase grain Combine the R & D，investment,is

important.

Now widely used in cereal Combine can be divided into two

categories,namely shoulder-and self-grain combine harvesters .The self-Combine cereal because of their good mobility,high reliability and performance quality and the use exextensive and welcomed by the majority of farmers.In this graduation projece,we all members of a group through several market research,and a great deal of information available on the basis of 4LZ-2 self-cereal Combine a more reasonable parameters and the overall layout of choice. To reduce costs and increase reliability and ensure a good operating performance for

purposes of design.

4LZ-2-type self-Combine the main cereal harvest in the main wheat and rice,can be integrated to other crops.Has good mobility and through,not only to daejeon,but also to small and high moisture content

of grain harvest.The models in the majority of farmers,very

popular,and increase their R & D investment,reduce costs and improve technology on the basis of a higher level.It can be foreseen,4LZ-2-type

self-cereal Combine the prospects are bright.

KEY WORDS：agriculture,self-Combine cereal,general layout

目录

第一章 绪论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 §1.1 设计的意义目的„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 §1.2 国内外联合收割机发展现状„„„„„„„„„„„„„„„„5 §1.3 设计的内容方法„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6

第二章 总体设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 §2.1 基本参数确定及主要工作部件类型选择„„„„„„„„„„„„8 §2.2 整机需用功率和发动机的选择„„„„„„„„„„„„„„„„11 §2.3 总体配置„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12 §2.4 传动型式和传动路线„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14

第三章 切割装置设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„19 §3.1往复式切割装置„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„19 §3.2切割装置结构与运动参数设计„„„„„„„„„„„„„„„„22 §3.3关键零件的受力分析和强度校核„„„„„„„„„„„„„„„23 §3.4关键零件的结构工艺分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„25

第4章 技术经济分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„29 §4.1 生产成本计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„29

§4.2 市场售价预算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„29 §4.3 社会，经济效益分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„29

第5章 总 结„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„30 参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„31 致 谢„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„32

第1章 绪 论

§1.1 设计的意义目的

近代农业生产和工具的改革都处于停滞状态，发展缓慢。解放以后，不断从国外引进拖拉机和农业机械，以推动农业技术的发展。随着我国工业的发展，从1959年开始生产各种类型拖拉机，然后才开始生产和拖拉机配套的农业机械和自走式农业机械。由此可见，我国的农业机械发展和其他先进国家相比还比较落后，特别是小麦和水稻收获机械[1,2]。

随着改革开发和我国农村经济体制的改革，乡镇企业得到蓬勃发展，尤其在经济发达地区，大量农民转入到工副业生产，很多经济欠发达地区的农民，由于农业生产的收益不足满足生活需要，纷纷进城务工，所以出现农田劳动力不足的情况；再者随着农民生活水平提高，广大农民不满足于劳动强度大的手工收获，对收割机械化的要求日益强烈。我国的主要粮食作物是水稻和小麦，两者都有很大的种植面积，但机收率还不能达到令人满意的地步，收获作业是谷物栽培的最后一个环节，对谷物的产量和质量有重要的影响，但是收获作业具有很强的季节性。如小麦最适宜的收获期一般只有5-8天。收获过早，籽粒还不饱满，会影响产量；过迟，又容易造成自然落粒损失。我国部分地区的小麦收获期正临雨季，所以农谚形容收获象“龙口夺粮”。双季早稻更需抢收，以免影响晚稻的及时插秧而造成减产，故有所谓“早黄晚青”的要求。从而使收获作业的劳动强度很大。因此实现谷物收割作业机械化具有重要的意义，谷物联合收割机设计和生产我们农业现代化发展的重要内容 [3,4]。

§1.2 国内外联合收割机发展现状

目前我国国内应用较多的机型主要有：一种是全喂入自走式联合收割机，如新疆4L一2、福田谷神4LZ—2等；第二种是全喂入背负式联合收割机，如桂联4L—3、上海Ⅲ等；第三种是半喂入自走式联合收割机，如洋马人民号、东洋HL6000C等。近几年在我国南方地区使用较多的，还有一种全喂入履带式联合收割机，如南通五山4L—1.5、湖州4L—130、常柴4LZ—1.6等，此种类型的联合收割机工作流程与全喂入悬挂式联合收割机相同，行走装置与半喂入自走式联合收割机相近。

为了适应生产的需要，国外联合收割机无论在机型、机种和结构性能上都有很大的发展和变化。

产品实行系列化、通用化可大大缩短设计周期，降低成本，方便使用。目前世界上绝大多数厂家均成系列的生产各种大小收割的联合收割机。如福格森公司生产的MF547~MF760五种系列产品，迪尔公司生产的JD935~JD985等七种型号系列产品。近年来，国外许多公司都生产了不少高效率的大型谷物联合收割机，这一趋势越来越明显。如加拿大的麦塞.福格森公司的MF760型，美国约翰.迪尔公司的JD7700型，西德克拉斯公司的D150型等。由于自走式具有机动灵活、无需开道、操作方便等优点，现在各国普遍生产和使用的都是自走式联合收割机。为了提高机器的作业质量并使其高效、安全、可靠的工作现代联合收割机上广泛采用各种电子仪表监视装置以及电器、液压控制和液压驱动的先进技术。这是90年代以来国外联合收割机发展的又一重要特点。联合收割机使用时间短，季节性强，结构复杂，价格昂贵。设法提高机器的可靠性和使用寿命是各国近年研究的一个主要方向

§1.3 设计的内容方法

联合收割机是一种集收割、脱粒、分离、清选、集粮等功能为一体的复式作业机械。它对于减轻农业劳动强度，提高生产率，降低农业生产成本，争取农时和促进农业丰产丰收都有重要的作用。现今通过跨区作业联合收割机已成为农民机手们增收的重要途径和载体。

此次设计的联合收割机，割幅2.2米，具有良好的机动性和通过性，不仅适应大田，也适应小块地和含水量高的谷物收割。配套动力48马力，喂入量2千克/秒左右。作业效率高，功率储备足，前景广阔。本次设计的4LZ-2型自走式谷物联合收割机为大中型机械，它的出现将会弥补大中型谷物联合收割机数量的不足，为农民降低劳动强度，提高劳动效率提供了可能。

本次毕业设计的设计方法为：参观样机，对样机进行测绘，结合样机设计。参考农业机械设计手册和农业机械教材及机械设计手册和标准等方面的书籍，完成设计计算。利用计算机CAXA和手工绘制图纸。

本说明书讲述了整个设计过程。包括设计的计算，原理，依据和来源，还配有插图，以达到更好的效果。

[6]。

第2章总体设计

§2.1 基本参数确定及主要工作部件类型选择

§2.1.1 基本参数确定

一.割幅B

根据手册查得[8]， B667q

Avm667212.55005

9m1.92m (2-1)

式中 vm—联合收割机的平均作业速度（m/s）；

q—设计喂入量（kg/s）；

A—作物的平均产量（kg/亩）；

β—割下作物的谷粒率（割下作物中籽粒重量和割下作物总重量之比）。 保守起见，本机割幅取B = 2.25m。

二.喂入量

根据任务书要求，喂入量q为2kg/s 。

三.作业速度

为保证切割质量，切割速度与机器前进速度之间有一定的关系。且为了尽可能减少割台的籽粒损失，减轻驾驶员的劳动程度，延长机器的使用寿命，作业速度不宜选择过高。联合收割机的作业速度vm是随谷草比、亩产量、田面大小和平整度以及谷物的潮湿程度而定。一般全喂入自走合牵引式联合收割机的作业速度为2km/h。

四.生产率

以上已确定的割幅和作业速度，联合收割机的生产率S可按下式计算[8]：

S=5.4ηBvm=5.4×0.75×2.25×（5÷9）=5.0625(亩/h) （2-2）

式中 η—收获时间利用系数（麦田为0.7-0.8，稻田为0.4-0.8）。

§2.1.2 主要工作部件类型选择

一 .割台

大型收获机械一般采用卧式割台，故本设计也采用卧式割台。割台的工作部件主要有拨禾轮、传动机构、切割器和割台搅龙。

1．拨禾轮 拨禾轮的型式有板式拨禾轮和偏心弹齿式拨禾轮，本机采用

偏心弹齿式拨禾轮；为了式拨禾轮具有最佳的工作性能，要求拨禾轮的转速也能进行调整，在选择转速时首先应确定拨禾轮速度比λ。拨禾轮正常工作的必要条件为λ>1,λ值一应根据作物和机型的具体情况，经过试验而取的最适合数值。根据前人经验，转速取36转/分左右。确定拨禾轮直径时应考虑多方面的因素，根据经验，目前小麦联合收割机时D取900~1200mm，本机取D=900mm。

2．根据现有流行机型的设计，传动机构多为摆环机构,切割器采用标II型往复式切割器。本机亦这样选取。

3. 割台搅龙螺旋推运器

收割台的螺旋推运器有两端的螺旋叶片部分和伸缩扒指机构组成。螺旋推运器将割下的谷物输向中央，扒指机构将谷物转过900后纵向送入倾斜输送器，然后喂入脱粒装置。本机采用伸缩扒齿式螺旋推运器,根据成熟机型的设计经验，取伸缩扒杆偏心距为68mm,螺距为410mm，外径为500mm，转速为200r/min。

二 .输送装置

输送转置包括倾斜输送器和接力输送器。

1.倾斜输送器

此输送装置为链耙式倾斜输送器，取线速度5m/s。

2.接力输送器：

型式同上，线速度为5.3m/s。

三. 脱粒部分

常用的脱粒装置由一高速旋转的圆柱形或圆锥形滚筒和固定的弧形凹板组成，滚筒与凹板间形成脱粒间隙，当谷物在脱离间隙内通过时，受到滚筒与凹板的机械作用而脱离。该机脱粒装置采用纹杆+钉齿式两级脱粒滚筒，第一级为纹杆式切流滚筒，兼有输送和脱粒双重作用，第二级为纹杆与钉齿复合式轴流滚筒，整体栅格式凹板。转速低，凹板间隙大，脱粒时间长，脱粒分离充分，脱净率高，籽粒破碎率低。

1.脱粒滚筒：

滚筒长度对脱粒性能影响很大，过长或过短都不行，需找出其中的平衡点。增加滚筒长度可延长作物在脱粒机中的停留时间，有利于脱净和分离，减少脱不净损失。但滚筒过长，会增加茎杆破碎，加重清选负荷，且使功耗明显增加，参考现有成熟机型向明2000，本机滚筒长度取L=1450mm，其中纹

杆段长600mm。

根据成熟机型的类比，滚筒直径：D1=460mm；滚筒转速取1300转／分，齿杆根数取6根。

2.凹板：

凹板的型式有编织筛式、冲孔式和栅格式三种，其中栅格式凹板的脱粒和分离能力最强、虽然茎秆的破碎较重、但仍是目前较广泛应用的一种。增大凹板包角可提高分离能力,但实验表明凹板包角从180增至360时，分离出的谷粒量增加7~12％。本机采用栅格式整体凹板，本机凹板包角取180°。凹板与脱粒滚筒的间隙配置为25mm，脱粒间隙前后一致，不再可调。凹板钢丝间距入口处为14mm，出口处为12mm，以便入口处增加籽粒分离率，而降低出口处短茎杆的通过率，从而减小清选负荷。

四．清选部分

清选原理是利用清选对象各组成部分之间物理机械性质的差异而将它们分离开来。应用气流清选时，是利用谷粒和夹杂物的空气动力特性（漂浮速度）的不同来清选的。本机采用双风机+双圆筒筛清选机构。

根据河南科技大学研究成果，选取参数如下：

前筛直径D1=300mm 前筛转速n1=115(转/分)

后筛直径D2=250mm 后筛转速n2=60(转/分)

圆筒筛长度为730mm。

离心风机叶轮直径 D=350 mm

离心风机转速 np=1316(转/分)

风扇进风口直径为300mm

风扇进风口高度为200mm

转速为1230r/min

横流风机叶轮直径 D’=240 mm

横流风机转速 nF=850(转/分)

§2.2 整机需用功率和发动机的选择

§2.2.1 整机需用功率

一.割台功率消耗N1

联合收割机割台每米割幅功耗1.5Kw,所以割台功耗为：

N1=1.5×2.25=3.375(Kw)。

本机割幅2.25米。

二.脱粒功耗N2

据试验，纹杆—钉齿组合式轴流滚筒每公斤喂入量消耗功率7.5 Kw，，

本机喂入量2Kg/s，则

N2=7.5×2=15(Kw)。

三.籽粒搅龙功耗N3

籽粒搅龙每单位喂入量功耗为0.15～0.23KW：

N3=2×0.23/(1+1.5)=0.184(Kw)。

谷草比1：1.5

四.圆筒筛功耗N4

双圆筒筛单位喂入量功耗为按0.21KW：

N4=2×0.21/(1+1.5)=0.168(Kw)

五.离心风机功耗N5

据资料，清选风机单位喂入量功耗为0.4～0.45KW，则：

N20.455=11.50.36（KW）

六.籽粒升运装置功耗N6

籽粒升运装置功耗N6=2(Kw)

七.横流风机功耗N7

据台架试验测，本机N7=0.38(Kw)

八.输送槽功耗N8

估计输送槽功耗N8=0.6(Kw)

九.行走功耗N9

计算公式：

N9=fGVm/（75η）(Ps) （2-4）

式中： G--机器的使用重量（4000Kg）

f---滚动阻力系数（f取0.15）

Vm—机器工作速度（Vm=0.56m/s）

η---传动效率（η=0.85）

N9=0.15×4000×0.56/（75×0.85）=5.27(Kw)

根据手册，行走功率一般取N9=10Kw。

十．总功耗N

整机总功耗包括上述9项：

N=N1+N2+N3+N4+N5+N6+N7+N8+N9 （2-5）

=3.375+15+0.184+0.998+0.36+0.168+0.6+2+10

=32.695(Kw)

§2.2.2 发动机的选择

发动机选择时应从多方面考虑。发动机飞轮有足够的转动惯量，以克服

短时间内的超负荷，以保证发动机稳定工作。具有足够的储备功率，以保证各种情况下都能顺利工作。选择时不仅考虑平均值，而且还要考虑当负荷最高时所需功率的最大值。在额定转速，当负荷变化时，发动机转速的变化不超过5-10%。配有全制式调试器，以保证发动机工作可靠和节约油料。有良好的防水、防尘和冷却能力。

参考现有机型所配发动机，本机选用上海拖拉机内燃机公司生产的

LR4105T16X柴油机，功率48kW。有13kW的功率储备，可满足工作需要。 §2.3 总体配置

§2.3.1 配置原则

正确配置机器的重心，使前后轴负荷分配合理，左右轮负荷尽量平衡。

在驱动轮上应有足够的负荷（一般占80-85%），保证土壤对驱动轮有足够的附着力。操向轮上的负荷应加以限制，以使转向灵活。确保作物工艺流程流畅和连续，使各工作部件相互协调地配合工作，以保证有较高的生产率和良好的作业质量。便于机器的运行、操纵、调整、维修和保养。机器在工作过程中卸粮、卸草时不应压倒应割的作物，也不应妨碍机器的作业。机器的行走装置及任何其他部件在工作中不应产生压禾、推禾和拖禾等现象。

§2.3.2 配置形式

接力输送器固定在脱粒机架上，其出口与脱粒滚筒入口相连接。倾斜输

送器的后端绞接在脱粒机架上，前端与割台机架相连接，整个割台的升降由割台液压油缸支撑，并控制升降，以适应割茬高度和地隙的要求。脱粒装置安装在横梁的上方，清选装置安装在横梁的下方。本机配置如图2—

1

图2—1 收获机械总体布置图

1.拨禾轮 2.切割器 3.收割台 4.割台搅龙 5.链扒式输送器 6.接力输送器

7.行走变速器 8.离心风机 9.凹板 10.籽粒搅龙 11.前圆筒筛 12.籽粒下搅龙

13.后圆筒筛 14.吸杂风机 15.后轮 16.排草轮 17.发动机 18.脱粒滚筒

19.杂余搅龙 20.籽粒升运器 21.籽粒上搅龙 22.圆孔滚筒筛 23.粮箱 24.卸粮搅龙 25.驾驶台

§2.3.3 工艺过程

拨禾轮首先把谷物后拨送和引向切割器，作物被切割器切割后，割台搅

龙将作物向中间推送到割台后面的倾斜输送装置，经接力输送装置切向送入组合式轴流滚筒，在组合式轴流滚筒和顶盖导向板作用下，作物从右向左作螺旋运动，同时在纹杆和钉齿的作用下完成脱粒和分离，茎杆由滚筒左端，经排草轮抛出机外。从轴流滚筒凹板分离出来的脱出物，由物料搅龙向右推

集到清粮室上方，抛落到前后圆筒筛上，颖糠、碎草由离心风机和横流风机吹出机外，籽粒经圆筒筛孔落下被籽粒下搅龙右推，经刮板升运器进入籽粒上搅龙，籽粒经圆孔滚筒筛孔清选后进入粮箱。本机田间作业的工作流程如图2—2

作物—→拨禾—→切割—→输送—→脱粒分离——→茎杆

∣ ∣

↓ ∣

籽粒←——清选 ∣

∣ ↓ ↓

∣ 颖糠碎草—→已割田

↓

卸粮装车

图2—2 作物收获流程图

§2.4 传动型式和传动路线

§2.4.1 基本准则

柴油机动力输出分为三路,一路通过行走无级变速带动联合收割机的变速箱；一路通过卸粮中间轴带动卸粮搅龙；还有一路是通过动力中间轴将动力传输到联合收割机的各个主要工作部件，包括滚筒、物料搅龙、风机、籽粒搅龙、接力输送器、圆筒筛等(如图2-3)。在这些传动中，大部分是以链轮和皮带轮传动的，其中皮带轮的打滑率在设计中按照4%来计算。联合收割机上各工作部件的传动轴大多数是平行的，但是各个工作部件的功率和转速差别很大，传动轴向的距离也比较远，并且在使用上还有很多特殊要求，因而传动装置比较复杂。联合收割机的传动装置一般都配置在机器的两侧，用胶带或链条组成小的回路传动。在设计传动装置时必须满足传动轴所需的功率，转动方向和转速，传动的可靠性和便于维修、保养。

设计时转速需要经常调节的部件如脱离滚筒和拨禾轮等，与转速保持不变的工作部件如逐稿器和筛子等不要组合在同一传动回路中，以免因某个部件转速改变而影响其他工作部件正常工作。 在工作中易于产生堵塞的工作部件如谷粒螺旋推运器等不宜作为传动回路的主动轴，应位于回路的末端，以

免因该部件的堵塞而造成整个传动回路的连续堵塞。自走式联合收割机需设行走离合器和工作部件离合器。两者不得互相牵连影响，以便使机器在运输状态时不传动工作部件；在工作过程中联合收割机由于某种原因需立即停止前进时，不致影响工作部件继续运转，以防引起滚筒或其他部件堵塞。 大中型联合收割机的动力一般由发动机先传到一个中间轴，再分路传至各工作部件，，以克服轴心距离过大或传动比过大而使传动回路不紧凑和效率低的缺点。在转速经常调节的工作部件上，如脱离滚筒和行走部分等，常采用三角胶带无级变速器。在传动顺序上，应由高转速传到低转速，由大功率轴传到小功率轴，可使传动部件的尺寸缩小和提高传动效率。。在悬挂式和牵引式联合收割机中，由于拖拉机动力输出轴转速较低，在向脱离滚筒的传动中，采用齿轮箱和中间轴将转速逐渐提高。

§2.4.2 传动路线拟定

图2-3 传动路线示意图

§2.4.3 传动参数确定

本机运动参数如下：

（在下列传动参数中，转速(n)的单位是r/min，带轮和链轮的直径(D)的单

位、带轮节距(t)的单位和齿轮模数(m)的单位皆为mm。）

一. 左侧

1.发动机轴 卸粮中间轴

n1=2200

D1= 170 n2=898 D2=400

2. 发动机轴 动力中间轴

n1=2200

D1= 170 n2=898 D2=400

3. 发动机轴 行走无机变速器轴

n1=2200

D1= 170 n2=1400~2085 D2=221

4. 行走无机变速轴 变速箱轴

n1=1400~2085

D1= 329 n2=943~2091 D2=315

5.拨禾轮中间轴 拨禾轮轴

n199 n222~35

D2450 D1160

6.摆环——割台搅龙轴 拨禾轮中间轴

n1=457

z1=13 n2=200 n3=99 z2=30 z3=60

7.过桥轴 摆环轴

n1=442 n2=457

D2=219 D1= 226

8.接力输送器主动轴 接力输送器被动轴

n1=463

z1=10 n2=463 z2=10

9.滚筒轴 排草轮轴

n1=900

z1=25 n2=1500 z2=15

10.离心风机轴 籽粒下搅龙轴

n1=1316

z1=13 n2=407 z2= 42

11. 籽粒下搅龙轴 圆筒筛中间轴

n1=407 n2=410

D2=144 D1= 150

二. 右侧

1. 动力中间轴滚筒轴

n1=932 n2=900

D1= 240 D2=240

2. 滚筒轴接力输送器轴

n1=900 n2=463

z1=18 z2= 35

3. 接力输送器主动轴 过桥轴

n1=463 n2=442

z1=21 z2= 22

4. 过桥轴主动轴 过桥轴被动轴

n1=442 n2=201

z1=10 z2= 11

5. 卸粮中间轴 卸粮搅龙轴

n1=898

z1=18 n2=414 z2= 39

6. 籽粒下搅龙轴 升运器轴

n1=407

z1=9 n2=407 z2= 9

7. 升运器轴籽粒上搅龙轴

n1=407

z1=13 n2=212 z2= 25

8. 籽粒下搅龙轴 圆筒筛中间轴

n1=407

z1=13 n2=126 z2= 42

9. 圆筒筛中间轴 圆筒筛轴

n1=126

z1=20 n2=30 z2= 83

10. 齿带轮轴横流风机轴

n1=300

z1=31 n2=620 z2=15

11. 前圆筒筛轴 后圆筒筛轴

n1=115

D1= 95 n2=75 D2=140

12. 圆筒筛中间轴 齿带轮轴

n1=410

z1=30 n2=300 z2=41

13. 齿带轮轴 前圆筒筛轴

n1=300

D1= 95 n2=115 D2=238

14. 动力中间轴 物料搅龙轴

n1=932 n2=80

D2=140 D1= 240

15.物料搅龙轴 离心风机轴

n1=810 n2=1316

z1=26 z2=16

第3章 切割装置设计

稻麦收获机械的切割装置有往复式和圆盘式两种。往复式利用动刀片相对于护刃器上的顶刀片作往复的剪切运动，将禾株切断。它使用最广，适用于各种大小割幅的收割机和联合收割机。故本机采用往复式切割装置[7]。 §3.1往复式切割装置

§3.1.1 切割器的类型和构造[7]

往复式切割器根据其切割行程S、动刀片间距t和定刀片间距t0三者之间的不同组合，基本上可以分为普通型，亦称单刀距行程型S=t=t0=76.2mm;双刀距行程型S=2t=2t0=152.4mm和低割型S=t=2t0=101.6mm三种型式。此外，亦有切割行程S略大于t=t0=76.2mm的型式。其中普通型被广泛用于稻麦收获机械。我国往复式切割器制订有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型三种标准GB1209~1213—75。稻麦收获机械大部分采用标准Ⅱ型。

标准Ⅱ型切割器由动刀、护刃器、压刃器、摩擦片等组成。护刃器尖端有护舌，护刃器上铆接定刀片。切割时，护舌和定刀片构成对茎秆的双支撑。动刀由曲柄连杆或摆环机构驱动，作往复运动，使动刀片和定刀片构成稳定的剪切副。

动刀由许多齿刃刀片铆在刀杆上构成。其刀头板与驱动连杆用球铰联接，或直接与弹性联杆固定联接，刀杆背与动刀片背面贴抵在摩擦片上，以保持稳定的往复运动和防止过度磨损。摩擦片磨损后可以调整其位置（前移）或更换。标Ⅲ型切割器无摩擦片，动刀刀杆直接在护刃器导槽内滑动。压刃器按一定的距离（相隔4~6块动刀片）压在动刀片上，以保持动定两刀片具有一定的刃口间隙以利于剪切。

轻型切割器（S=t=t0=76.2mm）由动刀、护刃器、压刃器和上下摩擦片组成。其中动刀片、定刀片和刀杆采用GB1211—75的Ⅲ型动刀片、Ⅱ型定刀片和Ⅰ型刀杆。动刀片铆在刀杆下方，工作时动刀片后部贴抵在下摩擦片上，刀杆在上摩擦片和压刃器间滑动。摩擦片磨损后可更换。

§3.1.2 切割原理

动、定两刀片剪切茎秆的首要条件是应能夹住或咬住茎秆，不致滑脱，以进行稳定的剪切。对于光刃动刀片和光刃或齿刃定刀片，必须满足下述条[7]

件：

α1+α2

式中 α1，α2—动、定两刀片的刃口斜角（与刀片纵轴线的夹角）；

λ—两刃口夹住茎秆的临界角；

φ1，φ2—动、定两刀片分别对茎秆的摩擦角。

由于禾株根部受土壤支撑，切割时，随着切割高度的不同，田间实测的各λ值也不同。对小麦，双光刃刀片λ=27~34；光刃动刀片和齿刃定刀片λ=29~35。小麦割茬越低，λ值越大，割茬为5cm时，λ值可达49

对于齿刃动刀片，由于齿尖首先刺入茎秆表皮和韧皮圈而将茎秆咬住，立即进行稳定剪切。对小麦茎秆悬空时的夹住临界角λ可达66~80（至少也为34~48）。

齿刃的齿尖刺入茎秆后，随即由齿的两侧刃对茎秆进行滑切。由于齿距小于茎秆直径很多，等于用几支小利剑对茎秆进行刺切，因此剪切干净利索而且省力。齿刃的滑切线比光刃线长。

无论是光刃或齿刃刀片切割器，要得到良好的切割质量，切割省力、省功和切割器持久耐用，必须保证：1）动、定两刀片，特别是动刀片要有较高的强度、刚度和锐利度（刃口厚度应为20μm，必须磨刃）；2）齿刃有较好的刺切和滑切作用，以及自磨刃作用；3）动、定两刀片的制造精度和配合精度要高，两者之间有合适的间隙，按国标GB1209—75要求，前端的间隙不超过0.5mm，后端不超过1.5mm；4）动刀有足够的平均速度Vp=1.0~1.6m/s；

5）动刀安装良好，不松不紧，用手（20~50N）刀能移动。

§3.1.3 切割器零件的选取

（1）动刀片 国标动刀片（GB1211—75）呈六边形，一般由碳素工具钢T9，65Mn钢高频等温淬火制成，也可采用45号钢渗硼制成。刀的两边刃口多用塑性变形法（滚压、冲压或挤压）或洗齿法在刃顶面或底面制成齿纹。用塑性变形法制出的齿纹耐磨性较好，强度也较高。

动刀片顶面齿纹大致分为两类三种，即等深齿纹三角形断面和梯形断面，以及不等深齿纹变梯形断面。等深齿纹三角形断面齿的强度较低，但有利于引导已切割茎秆的移动和增加齿的自磨刃性能。变梯形断面齿的强度较大，不易崩断，而且比较耐磨，但不利于提高齿刃的自磨刃性能。

（2）定刀片 国标Ⅱ型定刀片（GB1211—75）呈长方形，前端突出成舍形，两边无齿纹。采用碳素工具钢T9、65Mn钢高频等温淬火或45号、A5钢渗硼，20号、A3钢气体碳氮共渗工艺制成。国外亦有采用锻钢护刃器代替定刀片，其护指两边形成刃口，经热处理后，硬度可达HRC60。

（3）刀杆 国标Ⅰ型刀杆（GB1211—75）由35号冷拉扁钢制成，断面为20×5.5mm。

（4）护刃器 Ⅱ型护刃器W为双指式（GB1210—75），尖顶部有护舌。切割时构成对茎秆的双支撑。两侧有支翼，使相邻两护刃器接触牢靠。它由KT33-8可锻铸铁制成。由于它的耐冲击的韧性不高，而且不易达到制造精度，国外已开始采用锻钢护刃器（含碳C为0.2~0.25%，含锰Mn0.65~0.78%），以其两侧刃口代替定刀片。其优点为机械强度高，变形后可以矫正，经热处理后，刃口硬度可达HRC60，有耐磨性，而中心部分则相对地比较软，可抗冲击。

（5）压刃器（GB1212—75） 由40号钢、35Mn钢或KT33-8可锻铸铁制造。其摩擦面的热处理硬度为HRC40~48。两相邻压刃器的间距约为动刀行程的五倍，或每隔4~5个动刀片安装一个压刃器。

（6）摩擦片（GB1213—75） 由T9或65Mn钢制成，或用冷拉摩擦片专用型钢。热处理后，其硬度为HRC48~58。

（7）护刃器梁 护刃器梁为非标准件，根据其他机型所选取的经验，此处选角钢50×50×4/Q235。

§3.1.4 切割器驱动机构的选取

切割器动刀的驱动机构有曲柄连杆、曲柄滑块和摆环机构三类。其中曲柄轴又有卧轴式和立轴式两种。曲柄连杆机构又分为简式和组合式等。设计时根据空间位置和传动布置要求选用。

由曲柄连杆机构组成的往复式切割器，其曲柄销和连杆作回转运动，切割器动刀和连杆作往复运动。两种运动都产生不平衡的惯性力，造成机器的振动。曲柄的转速越高，产生的惯性力和振动就越大，它引起切割器零件本身和割台机架的变形和破坏，以致降低机器强度、寿命和切割质量。

由摆环机构组成的往复式切割器，其主轴为横卧式，与割刀平行，其一端斜套着圆盘或偏心套，圆盘孔的轴线与主轴轴线成α角，弯端上固定着圆

盘。圆盘或偏心套的外周通过滚珠套着摆环，摆环的两销柱上铰接着摆叉轴的叉架。摆叉轴前端的摆臂通过短连杆（或弹性短杆）驱动割刀。主轴轴线、摆叉轴线和摆环销轴线三者交会于一点。其优点是结构紧凑，占空间小，连杆长度小，重量轻，产生惯性力小。

通过比较，本机器驱动机构选取摆环机构。

§3.2切割装置结构与运动参数设计

§3.2.1 割刀运动分析和切割速度

用摆环机构驱动的动力，其移距x、速度vx、加速度ax分别为：

x

(3-1)

vx

rwsinwt

cosα(1+tanαcoswt)

2

2

2

2

2

3/2

(3-2)

ax

1tanα-2tanαcoswtcosα(1tanαcoswt)

2

2

5/2

rwcoswt (3-3)

2

式中 r——割刀从中间位置向左右两端的最大位移,本机为152.4mm； α——摆环的轴线与主轴线相交的倾角； w——主轴旋转的角速度。

运动学分析指出，当α=15时，摆环机构与曲柄连杆机构的割刀运动的移距、速度和加速度的差别很小，因此一般选用倾角α不超过15~16。本机器选15。

动刀的平均速度vp是切割器的关键参数，一般由实践经验选定。切割干禾株vp=0.8m/s已购，割湿禾株应选较大值。由于动刀片的切割负荷（即动刀每一行程中刀刃切断的禾株数）与机器的前进速度vm成正比因此，一般动刀的平均速度还需根据vm选定，其关系式为：

vp=βvm （3-4）

式中 β——刀机速比，由被割作物的种类，机器类型决定。小麦收割机取

1.0~1.3，割晒机取1.0~1.2，水稻收割机取1.2~2.0，联合收割机取0.75~1.0。本机取1.2。

根据前面所取vm=2km/h,则vp=βvm=1.2×2km/h=2.4km/h=0.67m/s，安全

起见，取vp=1m/s； 根据公式vp

nS30

10

3

4

vpS=3104176.2=394r/min m/s ，得n310

（n为摆环轴转速），综合其他同学计算其它部件转速，取n=457r/min。

§3.2.2 切割器需用功率

切割器功率包括切割功率Ng和空转功率Nk两部分，即

NNgNkvmBL010

3

Nk

59

2.2520010

3

kw2.25kw3.5kw

（3-5）

式中 vm——机器前进速度（m/s）； B——机器割幅（m）；

L0——切割每m2面积的茎秆所需功，经测定：割小麦

L0=100~200N.m/m

2

,取L0=200N.m/ m2；

Nk——与切割器的安装技术状态有关，一般每米割幅需消耗功率

0.6~1.2kw。

§3.3关键零件的受力分析和强度校核

§3.3.1结构设计

轴是组成机器的主要零件之一，传动轴的主要作用是支撑回转零件和传递运动和动力。同时，动力由摆环轴通过摆杆轴传递给割刀，使其在转矩的作用下带动割刀往复运动。

由于轴上还要装配轴承，轴承还要轴向定位，轴承用的是农机上专用的轴承不需要用阶梯来进行轴向定位。由于此轴的传动是往复运动，所以轴做成直轴。同时摆环与刀头摇臂距离较远，轴要做的很长，为了防止轴过重而造成轴的自然弯曲，我们采用空心轴，这里我们选用摆杆管轴分别和摆杆轴头与摆叉轴头焊合的方法制成摆杆轴。此轴要通过扭矩传递动力给刀头摇臂，所以在摆杆轴头端部还开有键槽。刀头摇臂通过摆动带动刀头往复运动，最终带动割刀往复运动。

§3.3.2受力分析

此摆环轴做往复运动，此轴部受扭力作用；同时摆杆轴头通过键带动刀头摇臂做往复轴端还受转矩；此外装有轴承的地方还受轴承在竖直平面内的支反力。

§3.3.3强度校核

由于传动轴主要受转距的作用,且此轴为三部分焊合而成，有空心段，有实心段。由《机械设计》[9]P362

，按公式d1径；按公式

d2A0来估算空心轴的最小直径。

1）实心轴最小直径d1

d1 (3-6)

mm

d1-------轴的直径

P--------轴传递的功率Kw 由以上章节可知：P=3.5kw

n--------轴的转速r/min n=457n /min

A---------系数 由《机械设计》P362， 查表15-3取A=125

d1125

24.64mm

由于轴上有一个键槽，轴的直径按每个键槽增大7%来计算 则 d124.64 （7%+1） =26.364mm 取实心轴的最小处直径d

min

=35mm>26.364mm

所以实心轴的强度满足要求。 2）空心轴最小直径d2

d2A (3-7)

d2-------轴的直径

mm

P--------轴传递的功率Kw 由以上章节可知：P=3.5kw

n--------轴的转速r/min n=457n /min

A---------系数 由《机械设计》[9]P362， 查表15-3取A=125 ---------空心轴的内径d3与外径d2之比，即

d3d2

通常取=0.6

则

d2A

125

取实心轴的最小处直径d

min

=45mm>33.4mm

所以空心轴的强度满足要求。

§3.4关键零件的结构工艺分析

§3.4.1摆杆轴头的设计

该零件为割刀往复运动传递动力。该零件的各部分的作用及技术要求如下：

1、最前端Φ35mm的一段轴上一个键是与刀头摇臂固定连接，表面粗糙度3.2可以满足要求；

2、中间安装轴承，没有特殊的精度要求；

3、最右端Φ39mm的轴头与摆杆管轴焊合，为割刀提供动力； 4、工件材料为圆钢42/45，热处理硬度为HBC250—280 。

§3.4.2 摆杆轴头的工艺过程

该零件的配合表面除本身满足IT6精度和粗糙度要求外，对轴线的径向圆跳动和圆柱度也有一定的要求，根据对各表面的具体要求，可采用如下加工方案：

粗车  半精车  热处理  粗磨 精磨 轴的键槽，可以用键槽铣刀在立式铣床上铣出。 加工完成后的图片尺寸为：

由《机械制造工艺学》[10]查得，精磨余量为0.1mm，粗磨余量为0.3mm，半精车余量为1.1mm，粗车余量为4.5mm。 经计算，该零件毛坯示意图如下：

小批生产中，其工艺过程可制定如下： 一 铸件

1、铣端面，保证长度240mm； 2、打中心孔。 二 粗车

粗车外圆表面使其两轴肩分别为43mm和45mm，及焊合处的φ40.5mm×36.5的轴端，粗车另一端φ36.5mm×191。如图，

三 半精车

半精车φ36.5mm×191至φ35.4mm×191；半精车φ40.5mm×36.5至φ39.4mm×36.5。如图，

四 铣键槽

0.015

粗、精铣键槽至100×60，槽深5.2mm。 如图，

五 热处理

调质处理，250—280HBS。 六 粗磨

1.粗磨φ35.4mm×191至φ35.1mm×191；粗磨φ39.4mm×36.5至φ39.1mm×36.5。 2.两端倒角2450。如图，

七 精磨

精磨φ35.1mm×191至φ35mm×191；精磨φ39.1mm×36.5至φ39mm×36.5。图示为以上加工后的图片。

第4章 技术经济分析

§4.1 生产成本计算

生产成本主要由原材料费用、人工工资、管理费用三大部分组成。原材料费用与工人工资基本相等。机体总的重量为4000Kg，而组成机器的材料又有好坏之分，有标准件和非标准件的区别。根据现在市场价格，机器光是材

料所用的成本大约为15000元。工人工资与管理费用大约为5000元，即成本大约为20000元，每一部分制造价格的总和大约为50000元。因此所设计的4LZ—2型自走式谷物联合收割机的生产成本大约为70000元。

§4.2 市场售价预算

市场上自走式谷物联合收割机的价格多数在70000元到90000元不等，结合市场行情和所设计的机器的生产成本及其功能，预计市场售价大约为80000元。按照年产量1000台计算,年产值8000万元,年实现利税约3000万元。

§4.3 社会，经济效益分析

本机的收获工作效率为5亩/小时，按每天的净工作时间为14小时，再按每年收获小麦30天，每亩作物平均收获费用50元，年收入105000元。扣除燃油的消耗、工人的工资和机器的折旧等，购机当年就可以回收投资30%左右。

该机既可适用小麦的收获作业，同时可以用于旱地水稻的收获，通用性好。该机的使用和推广，对保证粮食的丰产丰收，切实减轻农民的劳动强度，促使农业机械化发展将起到重要作用。

第5章 总 结

在大学的学习过程中，毕业设计是一个重要的环节，是我们步入社会参与实际工程建设的一次极好的演示。此次毕业设计是我们大学毕业生走向未来工程师重要的一步。从最初的选题、开题到计算、绘图直到完成设计。期间查找资料，老师指导，与同学交流，反复修改图纸，每一个过程都是对自己能力的一次检验与充实。是以前所学的课程如机械制图、机械原理、机械设计、和工程材料等课程知识的一个总结和综合应用，是一次把这些知识综合应用于实践的机会。和以往的毕业设计不同的是，这次的毕业设计不是针

对某一个部件或是专门针对一门课而进行，而是对整个大学知识的一个总计，不仅有部件设计，更是有整体设计，整体设计是毕业设计和以前的课程设计最大的不同。

这次毕业设计我收获很多，比如学会了查找相关资料相关标准，分析数据，提高了自己的绘图能力，懂得了很多经验公式的获得是前人不懈努力的结果。同时，仍有很多课题需要后人去努力去完善。

经过这次设计，我充分理解到我们大学所学专业知识的重要性，使我看到了自己在专业知识方面的缺漏，而且好多知识只是停留在理论层次上，而不能将其真正应用于实践，关于设计，我还有太多的东西要学，而这次的设计经历将是我的一次非常重要的积累。总之，这次毕业设计使我多方面能力都有很大提高，但是，由于时间和能力的限制，设计中难免会有不足之处，恳请各位老师批评指正。

参考文献

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10.濮良贵，纪名刚.机械设计[M] 第七版.北京：高等教育出版社，2001

11.王兰美.机械制图[M].北京：高等教育出版社，2005

12.王先逵.机械制造工艺学[M].北京：机械工业出版社，1995，11

13.王昆，何小柏，汪信远.机械设计、机械设计基础课程设计[M].北京：高

等教育出版社，1996

14.高百宁，王凤科，郭新宝.技术经济学[M].北京：北京理工大学出版社，

2006，9

15.何永熹，武充沛.几何精度规范学[M] 第2版.北京：北京理工大学出版社，

2006，8

16.第一机械工业部机械研究院农业机械研究所.农业机械设计手册（上、 下册）[M].北京：机械工业出版社，1972

致 谢

毕业设计很快就结束了，通过这次设计我学到了很多，这是大学里最接

近实际生产的一次设计，让我对即将参加的工作有了更深刻的了解，也使我

更有信心。在这次毕业设计中取得很大的进步，在这期间我得到了各方面的

大力帮助，特别是带我毕业设计的王显仁老师，一开始就给我们讲解了自走

式谷物联合收割机的功用和特点，在实验室现场给我们讲解我们所设计的机

型的结构和特点。在开始进行设计时，王老师又给我提出了很多好的建议和

设计方法，并告诉我他们自己当时做设计时的一些经验，还给我提供了大量的参考资料，这些对我做好这次毕业设计以及改进我的设计都有很大的帮助。随着设计的推进，老师们经常提醒我们设计过程中的一些问题。王老师还给我们讲了许多有关市场调查、市场分析，工厂具体实践方面的知识，丰富了我们的见识，使我们受益匪浅，在此向王老师表示深深的感谢。与我一起做设计的同学们，在我做毕业设计的过程中也给我提供很多帮助，帮我解决了设计中的很多难题和疑问，在此向所有同学表示衷心的感谢。同时感谢图书馆阅览室的老师对我的支持和帮助。

4LZ-2型自走式谷物联合收割机（切割部分）

摘 要

我国幅员辽阔，但人均耕地占有量少。如何利用有有限的土地资源去养活中国日益增加的人口，对于我们来说有重要的意义。加大对农业的投入，提高农业的机械化程度，特别是加大对谷物联合收割机的研发投入，有重要

的意义。

目前广泛使用的谷物联合收割机可分为两大类，即背负式和自走式谷物联合收割机。而自走式谷物联合收割机因为其机动性好，可靠性高和性能优良而使用广泛并深受广大农民的欢迎。在这次毕业设计中，我们一组成员在查阅了大量资料的基础上，对4LZ-2自走式谷物联合收割机进行了比较合理的总提布局和参数选择的分析计算。以降低成本、增加可靠性和保证良好的

作业性能为设计宗旨。

4LZ-2型自走式谷物联合收割机主要以收割小麦和水稻为主，可兼收其他作物。具有良好的机动性和通用性，不仅适应大田，也适应小地块和含水量高的谷物收割。该机型在广大农民中，很受欢迎，加大对其研发投入，在降低成本，提高技术的基础上，更上一层楼。可以预见，4LZ-2型自走式谷

物联合收割机前景广阔。

关键词：农业，自走式谷物联合收割机，总体布局

THE 4LZ-2 SEIF-PROPELLED COMBINE HARVESTER

(CUTTING PART)

ABSTRACT

China has a vast territory,but the per capitafarml is less than possession.How to use the limited land resources to feed China’s growing population,which is an important significance.Increase input

in agriculture to improve agricultural mechanization

level.Particular,increase grain Combine the R & D，investment,is

important.

Now widely used in cereal Combine can be divided into two

categories,namely shoulder-and self-grain combine harvesters .The self-Combine cereal because of their good mobility,high reliability and performance quality and the use exextensive and welcomed by the majority of farmers.In this graduation projece,we all members of a group through several market research,and a great deal of information available on the basis of 4LZ-2 self-cereal Combine a more reasonable parameters and the overall layout of choice. To reduce costs and increase reliability and ensure a good operating performance for

purposes of design.

4LZ-2-type self-Combine the main cereal harvest in the main wheat and rice,can be integrated to other crops.Has good mobility and through,not only to daejeon,but also to small and high moisture content

of grain harvest.The models in the majority of farmers,very

popular,and increase their R & D investment,reduce costs and improve technology on the basis of a higher level.It can be foreseen,4LZ-2-type

self-cereal Combine the prospects are bright.

KEY WORDS：agriculture,self-Combine cereal,general layout

目录

第一章 绪论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 §1.1 设计的意义目的„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 §1.2 国内外联合收割机发展现状„„„„„„„„„„„„„„„„5 §1.3 设计的内容方法„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6

第二章 总体设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 §2.1 基本参数确定及主要工作部件类型选择„„„„„„„„„„„„8 §2.2 整机需用功率和发动机的选择„„„„„„„„„„„„„„„„11 §2.3 总体配置„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12 §2.4 传动型式和传动路线„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14

第三章 切割装置设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„19 §3.1往复式切割装置„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„19 §3.2切割装置结构与运动参数设计„„„„„„„„„„„„„„„„22 §3.3关键零件的受力分析和强度校核„„„„„„„„„„„„„„„23 §3.4关键零件的结构工艺分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„25

第4章 技术经济分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„29 §4.1 生产成本计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„29

§4.2 市场售价预算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„29 §4.3 社会，经济效益分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„29

第5章 总 结„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„30 参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„31 致 谢„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„32

第1章 绪 论

§1.1 设计的意义目的

近代农业生产和工具的改革都处于停滞状态，发展缓慢。解放以后，不断从国外引进拖拉机和农业机械，以推动农业技术的发展。随着我国工业的发展，从1959年开始生产各种类型拖拉机，然后才开始生产和拖拉机配套的农业机械和自走式农业机械。由此可见，我国的农业机械发展和其他先进国家相比还比较落后，特别是小麦和水稻收获机械[1,2]。

随着改革开发和我国农村经济体制的改革，乡镇企业得到蓬勃发展，尤其在经济发达地区，大量农民转入到工副业生产，很多经济欠发达地区的农民，由于农业生产的收益不足满足生活需要，纷纷进城务工，所以出现农田劳动力不足的情况；再者随着农民生活水平提高，广大农民不满足于劳动强度大的手工收获，对收割机械化的要求日益强烈。我国的主要粮食作物是水稻和小麦，两者都有很大的种植面积，但机收率还不能达到令人满意的地步，收获作业是谷物栽培的最后一个环节，对谷物的产量和质量有重要的影响，但是收获作业具有很强的季节性。如小麦最适宜的收获期一般只有5-8天。收获过早，籽粒还不饱满，会影响产量；过迟，又容易造成自然落粒损失。我国部分地区的小麦收获期正临雨季，所以农谚形容收获象“龙口夺粮”。双季早稻更需抢收，以免影响晚稻的及时插秧而造成减产，故有所谓“早黄晚青”的要求。从而使收获作业的劳动强度很大。因此实现谷物收割作业机械化具有重要的意义，谷物联合收割机设计和生产我们农业现代化发展的重要内容 [3,4]。

§1.2 国内外联合收割机发展现状

目前我国国内应用较多的机型主要有：一种是全喂入自走式联合收割机，如新疆4L一2、福田谷神4LZ—2等；第二种是全喂入背负式联合收割机，如桂联4L—3、上海Ⅲ等；第三种是半喂入自走式联合收割机，如洋马人民号、东洋HL6000C等。近几年在我国南方地区使用较多的，还有一种全喂入履带式联合收割机，如南通五山4L—1.5、湖州4L—130、常柴4LZ—1.6等，此种类型的联合收割机工作流程与全喂入悬挂式联合收割机相同，行走装置与半喂入自走式联合收割机相近。

为了适应生产的需要，国外联合收割机无论在机型、机种和结构性能上都有很大的发展和变化。

产品实行系列化、通用化可大大缩短设计周期，降低成本，方便使用。目前世界上绝大多数厂家均成系列的生产各种大小收割的联合收割机。如福格森公司生产的MF547~MF760五种系列产品，迪尔公司生产的JD935~JD985等七种型号系列产品。近年来，国外许多公司都生产了不少高效率的大型谷物联合收割机，这一趋势越来越明显。如加拿大的麦塞.福格森公司的MF760型，美国约翰.迪尔公司的JD7700型，西德克拉斯公司的D150型等。由于自走式具有机动灵活、无需开道、操作方便等优点，现在各国普遍生产和使用的都是自走式联合收割机。为了提高机器的作业质量并使其高效、安全、可靠的工作现代联合收割机上广泛采用各种电子仪表监视装置以及电器、液压控制和液压驱动的先进技术。这是90年代以来国外联合收割机发展的又一重要特点。联合收割机使用时间短，季节性强，结构复杂，价格昂贵。设法提高机器的可靠性和使用寿命是各国近年研究的一个主要方向

§1.3 设计的内容方法

联合收割机是一种集收割、脱粒、分离、清选、集粮等功能为一体的复式作业机械。它对于减轻农业劳动强度，提高生产率，降低农业生产成本，争取农时和促进农业丰产丰收都有重要的作用。现今通过跨区作业联合收割机已成为农民机手们增收的重要途径和载体。

此次设计的联合收割机，割幅2.2米，具有良好的机动性和通过性，不仅适应大田，也适应小块地和含水量高的谷物收割。配套动力48马力，喂入量2千克/秒左右。作业效率高，功率储备足，前景广阔。本次设计的4LZ-2型自走式谷物联合收割机为大中型机械，它的出现将会弥补大中型谷物联合收割机数量的不足，为农民降低劳动强度，提高劳动效率提供了可能。

本次毕业设计的设计方法为：参观样机，对样机进行测绘，结合样机设计。参考农业机械设计手册和农业机械教材及机械设计手册和标准等方面的书籍，完成设计计算。利用计算机CAXA和手工绘制图纸。

本说明书讲述了整个设计过程。包括设计的计算，原理，依据和来源，还配有插图，以达到更好的效果。

[6]。

第2章总体设计

§2.1 基本参数确定及主要工作部件类型选择

§2.1.1 基本参数确定

一.割幅B

根据手册查得[8]， B667q

Avm667212.55005

9m1.92m (2-1)

式中 vm—联合收割机的平均作业速度（m/s）；

q—设计喂入量（kg/s）；

A—作物的平均产量（kg/亩）；

β—割下作物的谷粒率（割下作物中籽粒重量和割下作物总重量之比）。 保守起见，本机割幅取B = 2.25m。

二.喂入量

根据任务书要求，喂入量q为2kg/s 。

三.作业速度

为保证切割质量，切割速度与机器前进速度之间有一定的关系。且为了尽可能减少割台的籽粒损失，减轻驾驶员的劳动程度，延长机器的使用寿命，作业速度不宜选择过高。联合收割机的作业速度vm是随谷草比、亩产量、田面大小和平整度以及谷物的潮湿程度而定。一般全喂入自走合牵引式联合收割机的作业速度为2km/h。

四.生产率

以上已确定的割幅和作业速度，联合收割机的生产率S可按下式计算[8]：

S=5.4ηBvm=5.4×0.75×2.25×（5÷9）=5.0625(亩/h) （2-2）

式中 η—收获时间利用系数（麦田为0.7-0.8，稻田为0.4-0.8）。

§2.1.2 主要工作部件类型选择

一 .割台

大型收获机械一般采用卧式割台，故本设计也采用卧式割台。割台的工作部件主要有拨禾轮、传动机构、切割器和割台搅龙。

1．拨禾轮 拨禾轮的型式有板式拨禾轮和偏心弹齿式拨禾轮，本机采用

偏心弹齿式拨禾轮；为了式拨禾轮具有最佳的工作性能，要求拨禾轮的转速也能进行调整，在选择转速时首先应确定拨禾轮速度比λ。拨禾轮正常工作的必要条件为λ>1,λ值一应根据作物和机型的具体情况，经过试验而取的最适合数值。根据前人经验，转速取36转/分左右。确定拨禾轮直径时应考虑多方面的因素，根据经验，目前小麦联合收割机时D取900~1200mm，本机取D=900mm。

2．根据现有流行机型的设计，传动机构多为摆环机构,切割器采用标II型往复式切割器。本机亦这样选取。

3. 割台搅龙螺旋推运器

收割台的螺旋推运器有两端的螺旋叶片部分和伸缩扒指机构组成。螺旋推运器将割下的谷物输向中央，扒指机构将谷物转过900后纵向送入倾斜输送器，然后喂入脱粒装置。本机采用伸缩扒齿式螺旋推运器,根据成熟机型的设计经验，取伸缩扒杆偏心距为68mm,螺距为410mm，外径为500mm，转速为200r/min。

二 .输送装置

输送转置包括倾斜输送器和接力输送器。

1.倾斜输送器

此输送装置为链耙式倾斜输送器，取线速度5m/s。

2.接力输送器：

型式同上，线速度为5.3m/s。

三. 脱粒部分

常用的脱粒装置由一高速旋转的圆柱形或圆锥形滚筒和固定的弧形凹板组成，滚筒与凹板间形成脱粒间隙，当谷物在脱离间隙内通过时，受到滚筒与凹板的机械作用而脱离。该机脱粒装置采用纹杆+钉齿式两级脱粒滚筒，第一级为纹杆式切流滚筒，兼有输送和脱粒双重作用，第二级为纹杆与钉齿复合式轴流滚筒，整体栅格式凹板。转速低，凹板间隙大，脱粒时间长，脱粒分离充分，脱净率高，籽粒破碎率低。

1.脱粒滚筒：

滚筒长度对脱粒性能影响很大，过长或过短都不行，需找出其中的平衡点。增加滚筒长度可延长作物在脱粒机中的停留时间，有利于脱净和分离，减少脱不净损失。但滚筒过长，会增加茎杆破碎，加重清选负荷，且使功耗明显增加，参考现有成熟机型向明2000，本机滚筒长度取L=1450mm，其中纹

杆段长600mm。

根据成熟机型的类比，滚筒直径：D1=460mm；滚筒转速取1300转／分，齿杆根数取6根。

2.凹板：

凹板的型式有编织筛式、冲孔式和栅格式三种，其中栅格式凹板的脱粒和分离能力最强、虽然茎秆的破碎较重、但仍是目前较广泛应用的一种。增大凹板包角可提高分离能力,但实验表明凹板包角从180增至360时，分离出的谷粒量增加7~12％。本机采用栅格式整体凹板，本机凹板包角取180°。凹板与脱粒滚筒的间隙配置为25mm，脱粒间隙前后一致，不再可调。凹板钢丝间距入口处为14mm，出口处为12mm，以便入口处增加籽粒分离率，而降低出口处短茎杆的通过率，从而减小清选负荷。

四．清选部分

清选原理是利用清选对象各组成部分之间物理机械性质的差异而将它们分离开来。应用气流清选时，是利用谷粒和夹杂物的空气动力特性（漂浮速度）的不同来清选的。本机采用双风机+双圆筒筛清选机构。

根据河南科技大学研究成果，选取参数如下：

前筛直径D1=300mm 前筛转速n1=115(转/分)

后筛直径D2=250mm 后筛转速n2=60(转/分)

圆筒筛长度为730mm。

离心风机叶轮直径 D=350 mm

离心风机转速 np=1316(转/分)

风扇进风口直径为300mm

风扇进风口高度为200mm

转速为1230r/min

横流风机叶轮直径 D’=240 mm

横流风机转速 nF=850(转/分)

§2.2 整机需用功率和发动机的选择

§2.2.1 整机需用功率

一.割台功率消耗N1

联合收割机割台每米割幅功耗1.5Kw,所以割台功耗为：

N1=1.5×2.25=3.375(Kw)。

本机割幅2.25米。

二.脱粒功耗N2

据试验，纹杆—钉齿组合式轴流滚筒每公斤喂入量消耗功率7.5 Kw，，

本机喂入量2Kg/s，则

N2=7.5×2=15(Kw)。

三.籽粒搅龙功耗N3

籽粒搅龙每单位喂入量功耗为0.15～0.23KW：

N3=2×0.23/(1+1.5)=0.184(Kw)。

谷草比1：1.5

四.圆筒筛功耗N4

双圆筒筛单位喂入量功耗为按0.21KW：

N4=2×0.21/(1+1.5)=0.168(Kw)

五.离心风机功耗N5

据资料，清选风机单位喂入量功耗为0.4～0.45KW，则：

N20.455=11.50.36（KW）

六.籽粒升运装置功耗N6

籽粒升运装置功耗N6=2(Kw)

七.横流风机功耗N7

据台架试验测，本机N7=0.38(Kw)

八.输送槽功耗N8

估计输送槽功耗N8=0.6(Kw)

九.行走功耗N9

计算公式：

N9=fGVm/（75η）(Ps) （2-4）

式中： G--机器的使用重量（4000Kg）

f---滚动阻力系数（f取0.15）

Vm—机器工作速度（Vm=0.56m/s）

η---传动效率（η=0.85）

N9=0.15×4000×0.56/（75×0.85）=5.27(Kw)

根据手册，行走功率一般取N9=10Kw。

十．总功耗N

整机总功耗包括上述9项：

N=N1+N2+N3+N4+N5+N6+N7+N8+N9 （2-5）

=3.375+15+0.184+0.998+0.36+0.168+0.6+2+10

=32.695(Kw)

§2.2.2 发动机的选择

发动机选择时应从多方面考虑。发动机飞轮有足够的转动惯量，以克服

短时间内的超负荷，以保证发动机稳定工作。具有足够的储备功率，以保证各种情况下都能顺利工作。选择时不仅考虑平均值，而且还要考虑当负荷最高时所需功率的最大值。在额定转速，当负荷变化时，发动机转速的变化不超过5-10%。配有全制式调试器，以保证发动机工作可靠和节约油料。有良好的防水、防尘和冷却能力。

参考现有机型所配发动机，本机选用上海拖拉机内燃机公司生产的

LR4105T16X柴油机，功率48kW。有13kW的功率储备，可满足工作需要。 §2.3 总体配置

§2.3.1 配置原则

正确配置机器的重心，使前后轴负荷分配合理，左右轮负荷尽量平衡。

在驱动轮上应有足够的负荷（一般占80-85%），保证土壤对驱动轮有足够的附着力。操向轮上的负荷应加以限制，以使转向灵活。确保作物工艺流程流畅和连续，使各工作部件相互协调地配合工作，以保证有较高的生产率和良好的作业质量。便于机器的运行、操纵、调整、维修和保养。机器在工作过程中卸粮、卸草时不应压倒应割的作物，也不应妨碍机器的作业。机器的行走装置及任何其他部件在工作中不应产生压禾、推禾和拖禾等现象。

§2.3.2 配置形式

接力输送器固定在脱粒机架上，其出口与脱粒滚筒入口相连接。倾斜输

送器的后端绞接在脱粒机架上，前端与割台机架相连接，整个割台的升降由割台液压油缸支撑，并控制升降，以适应割茬高度和地隙的要求。脱粒装置安装在横梁的上方，清选装置安装在横梁的下方。本机配置如图2—

1

图2—1 收获机械总体布置图

1.拨禾轮 2.切割器 3.收割台 4.割台搅龙 5.链扒式输送器 6.接力输送器

7.行走变速器 8.离心风机 9.凹板 10.籽粒搅龙 11.前圆筒筛 12.籽粒下搅龙

13.后圆筒筛 14.吸杂风机 15.后轮 16.排草轮 17.发动机 18.脱粒滚筒

19.杂余搅龙 20.籽粒升运器 21.籽粒上搅龙 22.圆孔滚筒筛 23.粮箱 24.卸粮搅龙 25.驾驶台

§2.3.3 工艺过程

拨禾轮首先把谷物后拨送和引向切割器，作物被切割器切割后，割台搅

龙将作物向中间推送到割台后面的倾斜输送装置，经接力输送装置切向送入组合式轴流滚筒，在组合式轴流滚筒和顶盖导向板作用下，作物从右向左作螺旋运动，同时在纹杆和钉齿的作用下完成脱粒和分离，茎杆由滚筒左端，经排草轮抛出机外。从轴流滚筒凹板分离出来的脱出物，由物料搅龙向右推

集到清粮室上方，抛落到前后圆筒筛上，颖糠、碎草由离心风机和横流风机吹出机外，籽粒经圆筒筛孔落下被籽粒下搅龙右推，经刮板升运器进入籽粒上搅龙，籽粒经圆孔滚筒筛孔清选后进入粮箱。本机田间作业的工作流程如图2—2

作物—→拨禾—→切割—→输送—→脱粒分离——→茎杆

∣ ∣

↓ ∣

籽粒←——清选 ∣

∣ ↓ ↓

∣ 颖糠碎草—→已割田

↓

卸粮装车

图2—2 作物收获流程图

§2.4 传动型式和传动路线

§2.4.1 基本准则

柴油机动力输出分为三路,一路通过行走无级变速带动联合收割机的变速箱；一路通过卸粮中间轴带动卸粮搅龙；还有一路是通过动力中间轴将动力传输到联合收割机的各个主要工作部件，包括滚筒、物料搅龙、风机、籽粒搅龙、接力输送器、圆筒筛等(如图2-3)。在这些传动中，大部分是以链轮和皮带轮传动的，其中皮带轮的打滑率在设计中按照4%来计算。联合收割机上各工作部件的传动轴大多数是平行的，但是各个工作部件的功率和转速差别很大，传动轴向的距离也比较远，并且在使用上还有很多特殊要求，因而传动装置比较复杂。联合收割机的传动装置一般都配置在机器的两侧，用胶带或链条组成小的回路传动。在设计传动装置时必须满足传动轴所需的功率，转动方向和转速，传动的可靠性和便于维修、保养。

设计时转速需要经常调节的部件如脱离滚筒和拨禾轮等，与转速保持不变的工作部件如逐稿器和筛子等不要组合在同一传动回路中，以免因某个部件转速改变而影响其他工作部件正常工作。 在工作中易于产生堵塞的工作部件如谷粒螺旋推运器等不宜作为传动回路的主动轴，应位于回路的末端，以

免因该部件的堵塞而造成整个传动回路的连续堵塞。自走式联合收割机需设行走离合器和工作部件离合器。两者不得互相牵连影响，以便使机器在运输状态时不传动工作部件；在工作过程中联合收割机由于某种原因需立即停止前进时，不致影响工作部件继续运转，以防引起滚筒或其他部件堵塞。 大中型联合收割机的动力一般由发动机先传到一个中间轴，再分路传至各工作部件，，以克服轴心距离过大或传动比过大而使传动回路不紧凑和效率低的缺点。在转速经常调节的工作部件上，如脱离滚筒和行走部分等，常采用三角胶带无级变速器。在传动顺序上，应由高转速传到低转速，由大功率轴传到小功率轴，可使传动部件的尺寸缩小和提高传动效率。。在悬挂式和牵引式联合收割机中，由于拖拉机动力输出轴转速较低，在向脱离滚筒的传动中，采用齿轮箱和中间轴将转速逐渐提高。

§2.4.2 传动路线拟定

图2-3 传动路线示意图

§2.4.3 传动参数确定

本机运动参数如下：

（在下列传动参数中，转速(n)的单位是r/min，带轮和链轮的直径(D)的单

位、带轮节距(t)的单位和齿轮模数(m)的单位皆为mm。）

一. 左侧

1.发动机轴 卸粮中间轴

n1=2200

D1= 170 n2=898 D2=400

2. 发动机轴 动力中间轴

n1=2200

D1= 170 n2=898 D2=400

3. 发动机轴 行走无机变速器轴

n1=2200

D1= 170 n2=1400~2085 D2=221

4. 行走无机变速轴 变速箱轴

n1=1400~2085

D1= 329 n2=943~2091 D2=315

5.拨禾轮中间轴 拨禾轮轴

n199 n222~35

D2450 D1160

6.摆环——割台搅龙轴 拨禾轮中间轴

n1=457

z1=13 n2=200 n3=99 z2=30 z3=60

7.过桥轴 摆环轴

n1=442 n2=457

D2=219 D1= 226

8.接力输送器主动轴 接力输送器被动轴

n1=463

z1=10 n2=463 z2=10

9.滚筒轴 排草轮轴

n1=900

z1=25 n2=1500 z2=15

10.离心风机轴 籽粒下搅龙轴

n1=1316

z1=13 n2=407 z2= 42

11. 籽粒下搅龙轴 圆筒筛中间轴

n1=407 n2=410

D2=144 D1= 150

二. 右侧

1. 动力中间轴滚筒轴

n1=932 n2=900

D1= 240 D2=240

2. 滚筒轴接力输送器轴

n1=900 n2=463

z1=18 z2= 35

3. 接力输送器主动轴 过桥轴

n1=463 n2=442

z1=21 z2= 22

4. 过桥轴主动轴 过桥轴被动轴

n1=442 n2=201

z1=10 z2= 11

5. 卸粮中间轴 卸粮搅龙轴

n1=898

z1=18 n2=414 z2= 39

6. 籽粒下搅龙轴 升运器轴

n1=407

z1=9 n2=407 z2= 9

7. 升运器轴籽粒上搅龙轴

n1=407

z1=13 n2=212 z2= 25

8. 籽粒下搅龙轴 圆筒筛中间轴

n1=407

z1=13 n2=126 z2= 42

9. 圆筒筛中间轴 圆筒筛轴

n1=126

z1=20 n2=30 z2= 83

10. 齿带轮轴横流风机轴

n1=300

z1=31 n2=620 z2=15

11. 前圆筒筛轴 后圆筒筛轴

n1=115

D1= 95 n2=75 D2=140

12. 圆筒筛中间轴 齿带轮轴

n1=410

z1=30 n2=300 z2=41

13. 齿带轮轴 前圆筒筛轴

n1=300

D1= 95 n2=115 D2=238

14. 动力中间轴 物料搅龙轴

n1=932 n2=80

D2=140 D1= 240

15.物料搅龙轴 离心风机轴

n1=810 n2=1316

z1=26 z2=16

第3章 切割装置设计

稻麦收获机械的切割装置有往复式和圆盘式两种。往复式利用动刀片相对于护刃器上的顶刀片作往复的剪切运动，将禾株切断。它使用最广，适用于各种大小割幅的收割机和联合收割机。故本机采用往复式切割装置[7]。 §3.1往复式切割装置

§3.1.1 切割器的类型和构造[7]

往复式切割器根据其切割行程S、动刀片间距t和定刀片间距t0三者之间的不同组合，基本上可以分为普通型，亦称单刀距行程型S=t=t0=76.2mm;双刀距行程型S=2t=2t0=152.4mm和低割型S=t=2t0=101.6mm三种型式。此外，亦有切割行程S略大于t=t0=76.2mm的型式。其中普通型被广泛用于稻麦收获机械。我国往复式切割器制订有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型三种标准GB1209~1213—75。稻麦收获机械大部分采用标准Ⅱ型。

标准Ⅱ型切割器由动刀、护刃器、压刃器、摩擦片等组成。护刃器尖端有护舌，护刃器上铆接定刀片。切割时，护舌和定刀片构成对茎秆的双支撑。动刀由曲柄连杆或摆环机构驱动，作往复运动，使动刀片和定刀片构成稳定的剪切副。

动刀由许多齿刃刀片铆在刀杆上构成。其刀头板与驱动连杆用球铰联接，或直接与弹性联杆固定联接，刀杆背与动刀片背面贴抵在摩擦片上，以保持稳定的往复运动和防止过度磨损。摩擦片磨损后可以调整其位置（前移）或更换。标Ⅲ型切割器无摩擦片，动刀刀杆直接在护刃器导槽内滑动。压刃器按一定的距离（相隔4~6块动刀片）压在动刀片上，以保持动定两刀片具有一定的刃口间隙以利于剪切。

轻型切割器（S=t=t0=76.2mm）由动刀、护刃器、压刃器和上下摩擦片组成。其中动刀片、定刀片和刀杆采用GB1211—75的Ⅲ型动刀片、Ⅱ型定刀片和Ⅰ型刀杆。动刀片铆在刀杆下方，工作时动刀片后部贴抵在下摩擦片上，刀杆在上摩擦片和压刃器间滑动。摩擦片磨损后可更换。

§3.1.2 切割原理

动、定两刀片剪切茎秆的首要条件是应能夹住或咬住茎秆，不致滑脱，以进行稳定的剪切。对于光刃动刀片和光刃或齿刃定刀片，必须满足下述条[7]

件：

α1+α2

式中 α1，α2—动、定两刀片的刃口斜角（与刀片纵轴线的夹角）；

λ—两刃口夹住茎秆的临界角；

φ1，φ2—动、定两刀片分别对茎秆的摩擦角。

由于禾株根部受土壤支撑，切割时，随着切割高度的不同，田间实测的各λ值也不同。对小麦，双光刃刀片λ=27~34；光刃动刀片和齿刃定刀片λ=29~35。小麦割茬越低，λ值越大，割茬为5cm时，λ值可达49

对于齿刃动刀片，由于齿尖首先刺入茎秆表皮和韧皮圈而将茎秆咬住，立即进行稳定剪切。对小麦茎秆悬空时的夹住临界角λ可达66~80（至少也为34~48）。

齿刃的齿尖刺入茎秆后，随即由齿的两侧刃对茎秆进行滑切。由于齿距小于茎秆直径很多，等于用几支小利剑对茎秆进行刺切，因此剪切干净利索而且省力。齿刃的滑切线比光刃线长。

无论是光刃或齿刃刀片切割器，要得到良好的切割质量，切割省力、省功和切割器持久耐用，必须保证：1）动、定两刀片，特别是动刀片要有较高的强度、刚度和锐利度（刃口厚度应为20μm，必须磨刃）；2）齿刃有较好的刺切和滑切作用，以及自磨刃作用；3）动、定两刀片的制造精度和配合精度要高，两者之间有合适的间隙，按国标GB1209—75要求，前端的间隙不超过0.5mm，后端不超过1.5mm；4）动刀有足够的平均速度Vp=1.0~1.6m/s；

5）动刀安装良好，不松不紧，用手（20~50N）刀能移动。

§3.1.3 切割器零件的选取

（1）动刀片 国标动刀片（GB1211—75）呈六边形，一般由碳素工具钢T9，65Mn钢高频等温淬火制成，也可采用45号钢渗硼制成。刀的两边刃口多用塑性变形法（滚压、冲压或挤压）或洗齿法在刃顶面或底面制成齿纹。用塑性变形法制出的齿纹耐磨性较好，强度也较高。

动刀片顶面齿纹大致分为两类三种，即等深齿纹三角形断面和梯形断面，以及不等深齿纹变梯形断面。等深齿纹三角形断面齿的强度较低，但有利于引导已切割茎秆的移动和增加齿的自磨刃性能。变梯形断面齿的强度较大，不易崩断，而且比较耐磨，但不利于提高齿刃的自磨刃性能。

（2）定刀片 国标Ⅱ型定刀片（GB1211—75）呈长方形，前端突出成舍形，两边无齿纹。采用碳素工具钢T9、65Mn钢高频等温淬火或45号、A5钢渗硼，20号、A3钢气体碳氮共渗工艺制成。国外亦有采用锻钢护刃器代替定刀片，其护指两边形成刃口，经热处理后，硬度可达HRC60。

（3）刀杆 国标Ⅰ型刀杆（GB1211—75）由35号冷拉扁钢制成，断面为20×5.5mm。

（4）护刃器 Ⅱ型护刃器W为双指式（GB1210—75），尖顶部有护舌。切割时构成对茎秆的双支撑。两侧有支翼，使相邻两护刃器接触牢靠。它由KT33-8可锻铸铁制成。由于它的耐冲击的韧性不高，而且不易达到制造精度，国外已开始采用锻钢护刃器（含碳C为0.2~0.25%，含锰Mn0.65~0.78%），以其两侧刃口代替定刀片。其优点为机械强度高，变形后可以矫正，经热处理后，刃口硬度可达HRC60，有耐磨性，而中心部分则相对地比较软，可抗冲击。

（5）压刃器（GB1212—75） 由40号钢、35Mn钢或KT33-8可锻铸铁制造。其摩擦面的热处理硬度为HRC40~48。两相邻压刃器的间距约为动刀行程的五倍，或每隔4~5个动刀片安装一个压刃器。

（6）摩擦片（GB1213—75） 由T9或65Mn钢制成，或用冷拉摩擦片专用型钢。热处理后，其硬度为HRC48~58。

（7）护刃器梁 护刃器梁为非标准件，根据其他机型所选取的经验，此处选角钢50×50×4/Q235。

§3.1.4 切割器驱动机构的选取

切割器动刀的驱动机构有曲柄连杆、曲柄滑块和摆环机构三类。其中曲柄轴又有卧轴式和立轴式两种。曲柄连杆机构又分为简式和组合式等。设计时根据空间位置和传动布置要求选用。

由曲柄连杆机构组成的往复式切割器，其曲柄销和连杆作回转运动，切割器动刀和连杆作往复运动。两种运动都产生不平衡的惯性力，造成机器的振动。曲柄的转速越高，产生的惯性力和振动就越大，它引起切割器零件本身和割台机架的变形和破坏，以致降低机器强度、寿命和切割质量。

由摆环机构组成的往复式切割器，其主轴为横卧式，与割刀平行，其一端斜套着圆盘或偏心套，圆盘孔的轴线与主轴轴线成α角，弯端上固定着圆

盘。圆盘或偏心套的外周通过滚珠套着摆环，摆环的两销柱上铰接着摆叉轴的叉架。摆叉轴前端的摆臂通过短连杆（或弹性短杆）驱动割刀。主轴轴线、摆叉轴线和摆环销轴线三者交会于一点。其优点是结构紧凑，占空间小，连杆长度小，重量轻，产生惯性力小。

通过比较，本机器驱动机构选取摆环机构。

§3.2切割装置结构与运动参数设计

§3.2.1 割刀运动分析和切割速度

用摆环机构驱动的动力，其移距x、速度vx、加速度ax分别为：

x

(3-1)

vx

rwsinwt

cosα(1+tanαcoswt)

2

2

2

2

2

3/2

(3-2)

ax

1tanα-2tanαcoswtcosα(1tanαcoswt)

2

2

5/2

rwcoswt (3-3)

2

式中 r——割刀从中间位置向左右两端的最大位移,本机为152.4mm； α——摆环的轴线与主轴线相交的倾角； w——主轴旋转的角速度。

运动学分析指出，当α=15时，摆环机构与曲柄连杆机构的割刀运动的移距、速度和加速度的差别很小，因此一般选用倾角α不超过15~16。本机器选15。

动刀的平均速度vp是切割器的关键参数，一般由实践经验选定。切割干禾株vp=0.8m/s已购，割湿禾株应选较大值。由于动刀片的切割负荷（即动刀每一行程中刀刃切断的禾株数）与机器的前进速度vm成正比因此，一般动刀的平均速度还需根据vm选定，其关系式为：

vp=βvm （3-4）

式中 β——刀机速比，由被割作物的种类，机器类型决定。小麦收割机取

1.0~1.3，割晒机取1.0~1.2，水稻收割机取1.2~2.0，联合收割机取0.75~1.0。本机取1.2。

根据前面所取vm=2km/h,则vp=βvm=1.2×2km/h=2.4km/h=0.67m/s，安全

起见，取vp=1m/s； 根据公式vp

nS30

10

3

4

vpS=3104176.2=394r/min m/s ，得n310

（n为摆环轴转速），综合其他同学计算其它部件转速，取n=457r/min。

§3.2.2 切割器需用功率

切割器功率包括切割功率Ng和空转功率Nk两部分，即

NNgNkvmBL010

3

Nk

59

2.2520010

3

kw2.25kw3.5kw

（3-5）

式中 vm——机器前进速度（m/s）； B——机器割幅（m）；

L0——切割每m2面积的茎秆所需功，经测定：割小麦

L0=100~200N.m/m

2

,取L0=200N.m/ m2；

Nk——与切割器的安装技术状态有关，一般每米割幅需消耗功率

0.6~1.2kw。

§3.3关键零件的受力分析和强度校核

§3.3.1结构设计

轴是组成机器的主要零件之一，传动轴的主要作用是支撑回转零件和传递运动和动力。同时，动力由摆环轴通过摆杆轴传递给割刀，使其在转矩的作用下带动割刀往复运动。

由于轴上还要装配轴承，轴承还要轴向定位，轴承用的是农机上专用的轴承不需要用阶梯来进行轴向定位。由于此轴的传动是往复运动，所以轴做成直轴。同时摆环与刀头摇臂距离较远，轴要做的很长，为了防止轴过重而造成轴的自然弯曲，我们采用空心轴，这里我们选用摆杆管轴分别和摆杆轴头与摆叉轴头焊合的方法制成摆杆轴。此轴要通过扭矩传递动力给刀头摇臂，所以在摆杆轴头端部还开有键槽。刀头摇臂通过摆动带动刀头往复运动，最终带动割刀往复运动。

§3.3.2受力分析

此摆环轴做往复运动，此轴部受扭力作用；同时摆杆轴头通过键带动刀头摇臂做往复轴端还受转矩；此外装有轴承的地方还受轴承在竖直平面内的支反力。

§3.3.3强度校核

由于传动轴主要受转距的作用,且此轴为三部分焊合而成，有空心段，有实心段。由《机械设计》[9]P362

，按公式d1径；按公式

d2A0来估算空心轴的最小直径。

1）实心轴最小直径d1

d1 (3-6)

mm

d1-------轴的直径

P--------轴传递的功率Kw 由以上章节可知：P=3.5kw

n--------轴的转速r/min n=457n /min

A---------系数 由《机械设计》P362， 查表15-3取A=125

d1125

24.64mm

由于轴上有一个键槽，轴的直径按每个键槽增大7%来计算 则 d124.64 （7%+1） =26.364mm 取实心轴的最小处直径d

min

=35mm>26.364mm

所以实心轴的强度满足要求。 2）空心轴最小直径d2

d2A (3-7)

d2-------轴的直径

mm

P--------轴传递的功率Kw 由以上章节可知：P=3.5kw

n--------轴的转速r/min n=457n /min

A---------系数 由《机械设计》[9]P362， 查表15-3取A=125 ---------空心轴的内径d3与外径d2之比，即

d3d2

通常取=0.6

则

d2A

125

取实心轴的最小处直径d

min

=45mm>33.4mm

所以空心轴的强度满足要求。

§3.4关键零件的结构工艺分析

§3.4.1摆杆轴头的设计

该零件为割刀往复运动传递动力。该零件的各部分的作用及技术要求如下：

1、最前端Φ35mm的一段轴上一个键是与刀头摇臂固定连接，表面粗糙度3.2可以满足要求；

2、中间安装轴承，没有特殊的精度要求；

3、最右端Φ39mm的轴头与摆杆管轴焊合，为割刀提供动力； 4、工件材料为圆钢42/45，热处理硬度为HBC250—280 。

§3.4.2 摆杆轴头的工艺过程

该零件的配合表面除本身满足IT6精度和粗糙度要求外，对轴线的径向圆跳动和圆柱度也有一定的要求，根据对各表面的具体要求，可采用如下加工方案：

粗车  半精车  热处理  粗磨 精磨 轴的键槽，可以用键槽铣刀在立式铣床上铣出。 加工完成后的图片尺寸为：

由《机械制造工艺学》[10]查得，精磨余量为0.1mm，粗磨余量为0.3mm，半精车余量为1.1mm，粗车余量为4.5mm。 经计算，该零件毛坯示意图如下：

小批生产中，其工艺过程可制定如下： 一 铸件

1、铣端面，保证长度240mm； 2、打中心孔。 二 粗车

粗车外圆表面使其两轴肩分别为43mm和45mm，及焊合处的φ40.5mm×36.5的轴端，粗车另一端φ36.5mm×191。如图，

三 半精车

半精车φ36.5mm×191至φ35.4mm×191；半精车φ40.5mm×36.5至φ39.4mm×36.5。如图，

四 铣键槽

0.015

粗、精铣键槽至100×60，槽深5.2mm。 如图，

五 热处理

调质处理，250—280HBS。 六 粗磨

1.粗磨φ35.4mm×191至φ35.1mm×191；粗磨φ39.4mm×36.5至φ39.1mm×36.5。 2.两端倒角2450。如图，

七 精磨

精磨φ35.1mm×191至φ35mm×191；精磨φ39.1mm×36.5至φ39mm×36.5。图示为以上加工后的图片。

第4章 技术经济分析

§4.1 生产成本计算

生产成本主要由原材料费用、人工工资、管理费用三大部分组成。原材料费用与工人工资基本相等。机体总的重量为4000Kg，而组成机器的材料又有好坏之分，有标准件和非标准件的区别。根据现在市场价格，机器光是材

料所用的成本大约为15000元。工人工资与管理费用大约为5000元，即成本大约为20000元，每一部分制造价格的总和大约为50000元。因此所设计的4LZ—2型自走式谷物联合收割机的生产成本大约为70000元。

§4.2 市场售价预算

市场上自走式谷物联合收割机的价格多数在70000元到90000元不等，结合市场行情和所设计的机器的生产成本及其功能，预计市场售价大约为80000元。按照年产量1000台计算,年产值8000万元,年实现利税约3000万元。

§4.3 社会，经济效益分析

本机的收获工作效率为5亩/小时，按每天的净工作时间为14小时，再按每年收获小麦30天，每亩作物平均收获费用50元，年收入105000元。扣除燃油的消耗、工人的工资和机器的折旧等，购机当年就可以回收投资30%左右。

该机既可适用小麦的收获作业，同时可以用于旱地水稻的收获，通用性好。该机的使用和推广，对保证粮食的丰产丰收，切实减轻农民的劳动强度，促使农业机械化发展将起到重要作用。

第5章 总 结

在大学的学习过程中，毕业设计是一个重要的环节，是我们步入社会参与实际工程建设的一次极好的演示。此次毕业设计是我们大学毕业生走向未来工程师重要的一步。从最初的选题、开题到计算、绘图直到完成设计。期间查找资料，老师指导，与同学交流，反复修改图纸，每一个过程都是对自己能力的一次检验与充实。是以前所学的课程如机械制图、机械原理、机械设计、和工程材料等课程知识的一个总结和综合应用，是一次把这些知识综合应用于实践的机会。和以往的毕业设计不同的是，这次的毕业设计不是针

对某一个部件或是专门针对一门课而进行，而是对整个大学知识的一个总计，不仅有部件设计，更是有整体设计，整体设计是毕业设计和以前的课程设计最大的不同。

这次毕业设计我收获很多，比如学会了查找相关资料相关标准，分析数据，提高了自己的绘图能力，懂得了很多经验公式的获得是前人不懈努力的结果。同时，仍有很多课题需要后人去努力去完善。

经过这次设计，我充分理解到我们大学所学专业知识的重要性，使我看到了自己在专业知识方面的缺漏，而且好多知识只是停留在理论层次上，而不能将其真正应用于实践，关于设计，我还有太多的东西要学，而这次的设计经历将是我的一次非常重要的积累。总之，这次毕业设计使我多方面能力都有很大提高，但是，由于时间和能力的限制，设计中难免会有不足之处，恳请各位老师批评指正。

参考文献

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2.张一峰.小麦联合收割机的现状与展望[J].科技情报开发与经济，2001（5）：46

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（2）：195—200

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7. 镇江农机学院.农业机械学(下册)[M].上海：上海人民出版社，1973

8.镇江农业机械学院、吉林工业大学.农业机械理论及设计[M].北京：中国工

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10.濮良贵，纪名刚.机械设计[M] 第七版.北京：高等教育出版社，2001

11.王兰美.机械制图[M].北京：高等教育出版社，2005

12.王先逵.机械制造工艺学[M].北京：机械工业出版社，1995，11

13.王昆，何小柏，汪信远.机械设计、机械设计基础课程设计[M].北京：高

等教育出版社，1996

14.高百宁，王凤科，郭新宝.技术经济学[M].北京：北京理工大学出版社，

2006，9

15.何永熹，武充沛.几何精度规范学[M] 第2版.北京：北京理工大学出版社，

2006，8

16.第一机械工业部机械研究院农业机械研究所.农业机械设计手册（上、 下册）[M].北京：机械工业出版社，1972

致 谢

毕业设计很快就结束了，通过这次设计我学到了很多，这是大学里最接

近实际生产的一次设计，让我对即将参加的工作有了更深刻的了解，也使我

更有信心。在这次毕业设计中取得很大的进步，在这期间我得到了各方面的

大力帮助，特别是带我毕业设计的王显仁老师，一开始就给我们讲解了自走

式谷物联合收割机的功用和特点，在实验室现场给我们讲解我们所设计的机

型的结构和特点。在开始进行设计时，王老师又给我提出了很多好的建议和

设计方法，并告诉我他们自己当时做设计时的一些经验，还给我提供了大量的参考资料，这些对我做好这次毕业设计以及改进我的设计都有很大的帮助。随着设计的推进，老师们经常提醒我们设计过程中的一些问题。王老师还给我们讲了许多有关市场调查、市场分析，工厂具体实践方面的知识，丰富了我们的见识，使我们受益匪浅，在此向王老师表示深深的感谢。与我一起做设计的同学们，在我做毕业设计的过程中也给我提供很多帮助，帮我解决了设计中的很多难题和疑问，在此向所有同学表示衷心的感谢。同时感谢图书馆阅览室的老师对我的支持和帮助。