联合收割机输送装置的工作原理和参数计算
2008-08-14   来源：《农机市场》   

    〖摘要〗
    谷物收获机械中的输送装置作为收割流程中的中间过渡环节，在收获机械上应用比较广泛，它所起的作用已经逐渐受到人们的关注，本文主要从输送装置的工作类型和原理上并结合在收获机械的实际应用作一个简要的叙述。
    〖关键词〗输送装置、物料、螺旋角、摩擦系数
    一、输送装置的分类及功用
　　谷物联合收割机收获流程比较复杂，在收获过程中谷物以多种形式存在，比如谷粒、茎杆，颖糠、杂余等物质统称为物料，在完成某个环节后，它们由谷物联合收割机中的特定的装置输送到下一个工作部件，这种特定装置被定义为输送装置。输送装置主要有螺旋式输送器、刮板式输送器和抛扬器等三种，它们由于结构上的差异被应用于收割机不同部分的输送。
    二、输送装置的工作原理和主要参数计算方法
    一）、螺旋式输送器工作原理与主要参数：(如图1)
　　1、螺旋式输送器主要用来输送谷粒和杂余，也可以输送茎杆等，其特点为结构简单，能够实现水平、倾斜和垂直方向的输送，应用的比较广泛。比如联合收割机中的粮食搅龙和杂余搅龙以及粮箱里的均布搅龙等均为水平推运搅龙，卸粮筒里的搅龙为倾斜方向的搅龙。当螺旋式输送器以角速度ω旋转时，O点处的物料的运动速度V0和物料螺旋页面的滑动形成的相对速度AB，合成速度为OB（Vn）。考虑到物料与螺旋叶片之间有摩擦力的存在，合成后的速度应当较原速度偏转一摩擦角φ，而形成螺旋叶片作用下的绝对速度vf，在Z轴的分量为Vz，在圆周方向分量为Vt
    ∴ Vz=Vfcos(α+φ)
    ∵ Vf=Vn/cosφ, Vn=V0sinα
　      Vz=V0(sinα/cosφ)cos(α+φ)
    而V0=ωR=Sn/60tgα
    ∴  Vz=(Sn/60)cos2α(1-ftgα)
    式中f, φ-钢铁与谷物的摩擦系数和摩擦角。
    当1-ftgα≤0时，Vz≤0，物料将不能作轴向运动，即tgα≤1/tgφ或者α≤90°-φ，因为在螺旋叶片处对应的α最大，所以应当以此处α进行计算。
    对式中的Vz求导可得，并且令dvz/dα=0,得出轴向速度最大时的螺旋角为：
    α|v2=max|=π/4-φ/2
    谷粒与杂余螺旋推运器的螺旋外径D是由生产率决定的，在脱粒机和联合收割机上D=75-250mm，在现代化的大型联合收割机上螺旋输送器的D可达到350mm，螺距S=(0.75-1.2)D,但是应当符合螺旋角的要求。叶片与底壳间隙λ=8-10mm，螺旋输送器的轴径d=(0.02-0.03)L,螺旋叶片厚度为1.5-3mm，转速n=60-400r/min
    2、生产率与功率耗用：螺旋式输送器的生产率由转速、螺距、螺旋的横断面积以及充满系数决定。公式及参数如下：
    Q=π「(D+2λ)2-d2」/4.60.ψ.S.n.γ.C(t/h)
    式中γ-输送物料的容重（t/m3）
    ψ―充满系数，谷粒、杂余为0.3-0.4。
    C―系数，随倾角β而变化。
    消耗功率为
    N=Q/367.(LpW0+H)η（KW）
    式中Q―生产率(t/h)
　    　Lp―输送行程的水平投影距离(m)
　　    H―提升高度(m)
　    　W0―在管内运动阻力系数，对谷粒、杂余为1.2
　    　η―修正系数，它随倾角β而异。当β<20°时，η=1；当β=30°、45°时，η分别为1.13和1.40。
    二）、刮板式输送器工作原理与主要参数：
　　刮板式输送器可以输送谷粒、杂余和果穗(如图2)。它既可倾斜输送也可垂直输送，一般倾角不大于45°。刮板式输送器由带双翼的套筒链子组成，其上安装橡胶刮板，在输送壳体内运转。通常下面为工作边，例如1000系列收割机过桥内的升运器，粮食以及杂余升运器。也有少数是上面为工作边，例如玉米过桥及升运器。当用刮板链的下边为工作边时，物料升至顶部时靠自身重量从刮板上滑落下来卸出。卸粮口的长度l要保证物料能及时卸净，卸粮口尺寸应当由下面的公式确定，
　　设刮板根部A走到卸料开口的下边缘上方时为坐标的原点刮板AB方向X轴，物料质量为m，物料受到刮板的法向力为N，物料沿刮板运动的摩擦力为F。则物料在刮板中的受力情况如下：
    Md2x/dt2=mgcosα-F
    F=mgsinαtgφ 代入上式得d2x/dt2=g(cosα-sinαtgφ)=gcos(α+φ)/cosφ
    式中  φ――摩擦角
    经两次积分，物料在刮板上的移动距离为：x=9(cosα-tgφ)t2，当x=h时（h为刮板高度），则物料走完刮板高度所需要的时间为：t=
    卸料开口长度：l≥vt=v
    刮板输送速度v：输送谷粒和杂余时为1-2m/s，果穗时0.4-1.3m/s,块根为0.3-0.5m/s，粉料0.5-1.0m/s。
    刮板式输送器生产率为：Q=3600.ψ.H.B.v.γ.K(t/h)
    式中H――刮板高度(m)。.在输送谷物杂余时，常采用0.06-0.07
        B――刮板宽度(m)。一般为0.12-0.13
        γ――物料容重（t/m3）
        K――倾斜系数。
        v――链子线速度（m/s）
    功率耗用可采用如下公式计算：
    N=Q/367(LW+L’)    (KW)
    式中 L――输送器的水平投影长度(m)
         L’――输送器的垂直投影长度(m)
         W――运动阻力系数。
    三）、抛扔器工作原理与主要参数：
　　抛扔器又名扬谷器(如图3)，是由叶轮、外壳和管道组成，通常装在螺旋输送器的出口端的轴上组成一体。实验证明当叶轮线速度不变时抛扔器的生产率是随着升运高度的增加而减少，二者的关系为H与G1/3之间为双曲线关系。而且v对此双曲线的位置也有影响，其经验公式为：
    H=v2C/2gG1/3
    式中  H――抛扔高度(m)
    V――叶轮线速度(m/s)
    G――单位时间所能提升物料重量(kg/s)
    g――重力加速度(9.81m/s2)
    C――生产率系数(kg/s)1/3.实验确定：输送谷粒时为0.4左右，输送青绿颖糠和饲料为0.41左右。
　　抛扔器的主要尺寸参数为：叶轮外径220-400mm,叶片宽45-65mm，叶片高度40-60mm，叶片数量3-6，叶片与外壳的轴向间隙为5-6mm，径向间隙5-8mm，转速取决于叶轮大小及升运高度，一般n=1300-1600r/min（中小型机上为1100-1200r/min），但是由于打击摩擦造成物料的破损，尤其是当谷粒干燥而洁净的时候，因此这种输送装置在联合收割机上应用的较少。
    三、收割机输送装置的发展更新
    由于输送装置在收割机上使用的部位非常多，这些工作部件的工作质量好坏会直接影响到整机的作业质量及工作效率，因此随着农艺要求及作物品种的变化，谷物收割机中的输送装置需要进行相应的调整以及技术更新，以提高整机性能来满足用户的使用需求。（李军榜  马艳明 约翰迪尔佳联收获机械有限公司）