第五章 收割机械
第一节 概述
第二节 收割机类型和一般构造
第三节 切割器及理论分析
第四节 扶禾装置及理论计算
第一节 概 述
一、谷物的收获方法
二、谷物的机械收获系统
收割机械是谷物收获机械的重要组成部
分, 谷物收获是农业生产过程中最为复杂的
工艺过程, 为了更好地了解谷物收获机械化
所使用的设备, 我们必须首先了解谷物收获
的方法 。 谷物的收获方法很多, 大多是根据
不同地区的不同的自然条件, 不同的种植方
式, 经济结构, 技术水平等来决定合适的收
获方法 。 目前全世界关于谷物的收获方法大
致有三种方法,
第一节 概 述
一、谷物的收获方法
1,分别收获法：用多种相对独立的机械
（ 收割机, 运输车, 脱粒机, 扬场机等 ）
分别对作物完成收割, 运输, 脱粒, 清
选等作业的方式 。 这种方法在西方发达
国家已经完全淘汰, 但在发展中国家仍
在大量使用 。 其特点是设备简单, 技术
水平低, 价格低廉, 维护保养简便, 但
作业周期长, 收获积累损失大 。
分别收获法常用机械的收获过程
收割与脱粒过程 扬场清粮过程
利用联合收获机
一次完成作物的收割、
脱粒、分离和清选等
多项作业的方式。特
点：生产率高、作业
周期短、积累损失小、
作业质量好。设备投
资大、机器利用率低、
技术水平要求高。
2、联合收获法,
3,两段收获法,先利用割晒机进行收割,
待晾晒 3~5天后用带有捡拾器的联合收获机进
行捡拾, 脱粒, 分离和清选作业的方式 。 特
点：谷粒饱满, 产量提高, 作业周期长, 设
备投资大 。
二, 谷物的机械收获系统
谷物的机械收获系统
联合收获法 两段收获法 分别收获法
脱
粒
机
运
输
车
收
割
机
扬
场
机
联
收
机
割
晒
机
联
收
机
☆ ☆ ☆
思考题
1、常用的谷物机械收获方法有哪
些？各有何特点？
2、谷物的收获系统是如何组成的？
第二节 收割机械的类
型和一般结构
一、收割机的一般类型
二、收割机的基本构成
一、收割机的一般类型
1,按照茎秆的放铺方向分：收割机,
割晒机, 割捆机
收割机
—— 收割机工作时,
被割刀切断的谷物
茎秆形成与前进方
向呈 900的转向放
铺, 以便于捡拾和
打捆 。 主要用于分
别收获法 。
割晒机 —— 收割
机工作时，被割
刀切断的谷物茎
秆形成与前进方
向平行的顺向放
铺，以便于两段
收获时的晾晒。
割捆机 —— 将谷物茎杆割断后进行自
动打捆，然后放与田间。
2,按照被割谷物茎秆的输送方式：立
式收割机和卧式收割机
立式收割机 —— 割台为直立式, 被割谷物茎
秆是在直立状态下进行输送到收割机一侧的 。
机构纵向尺寸短 。
卧式收割机 —— 割台
为水平放置, 被割谷
物茎秆是在水平输送
带上运至收割机一侧
的 。 输送平稳 。
二、收割机的基本构成
无论是立式收割机还是卧式收
割机, 其基本构成是相同的, 即都
是由扶禾装置, 切割器, 输送装置,
传动装置等组成, 立式收割机和卧
式收割机只是在扶禾装置上有较大
的差别 。
1、立式收割机
分禾器
扶禾轮
切割器
输送带
谷物茎秆
结构组成：分禾器、扶禾星轮、切割器、
立式输送带、传动装置等。
工作原理：收割机工作时，输
送带和切割器由拖拉机动力输
出驱动工作，分禾器将行内谷
物茎秆集束引向切割区，并在
扶禾星轮的后向扶持作用下被
切割器切割，随即靠向立式输
送带被其传送到一侧放铺。
由于割台为立式，纵向尺寸小，
重量较轻，置于拖拉机前方，有利
于机组的纵向稳定性。但对倒伏作
物和低产谷物适应性不理想。
常用的机型有,4GL— 140 / 170，
Vm=2~4km /h （ 1~2m/s），
Vd=2m/s,Q=Vm B /667 （亩 /时），
一般为 4~9亩 /时。
2、卧式收割机
Vm ω
拨禾轮
分禾器
切割器
输送带
基本构成：分禾器、拨禾轮、切割器、
输送装置、传动装置等。
工作原理：收割机工作时，拨禾抡、输
送带和切割器由拖拉机动力输出驱动工
作，分禾器将行内谷物茎秆集束引向切
割区，并在拨禾轮的后向推送扶持下被
切割器切割，随即倒向输送带（也可能
是螺旋搅龙）被传出。
由于茎秆是在水平状态下被输送的, 因此输送平稳,
且拨禾抡对倒伏作物具有一定的扶起作用 。 但机构纵向尺
寸大, 不利于拖拉机前置配置, 故很少在小型拖拉机上使
用 。
卧式收割机的输送带有单带和双带
之分：单带为割晒机使用，双带为收割
机使用，如下图所示,
单带 双带
本章中主要讲授的内容是：切割器和扶禾器
思考题
1、收割机械的一般类型？一般组成？
2、收割机和割晒机的概念？
第三节 切割器
一, 谷物茎秆的切割理论
二、切割器的类型与构造
三, 往复式切割器的传动机构
四、切割器的工作原理及运动分析
五、切割器的功率消耗
六、割刀惯性力的平衡 理论
一、谷物茎秆的切割理论
切割器是收割机上的重要工作
部件, 他主要完成对谷物茎秆的切
割任务, 为了有一个良好的工作质
量, 一般对切割器有如下的技术要
求：割茬整齐, 不漏割, 不堵刀,
功率消耗小 。
实验结果表明：谷物茎秆的切
割过程 与 割刀的特性、茎秆的
物理机械性质、切割方式、切
割速度、割刀与茎秆的相对位
置等有关。
1、切割方式对切割
性能的影响
所谓切割方式主要是指割
刀进入材料的方向, 归纳起来
主要有 正切 和 滑切 两种基本方
式 。
⑴ 正切 —— 割刀的绝对运动方向垂直
与割刀刃口的切割方式。如图所示,
P
V 茎杆 割刀刃口
观察几种典型的切割方式
P
P
横切 斜切 削切
实验结果表明：正切中的三种切割方式因其切入茎
秆的方向与茎秆本身的纤维方向存在较大的差异，切割
阻力和切割功率消耗也不同。其中，横切阻力最大，斜
切比横切下降 30%~40%，削切比横切下降 60%。
结论：横切、斜切、削切三种切割方式均应属正切。
⑵ 滑切 —— 割刀的绝对运动方向与割
刀刃口既不垂直又不平行的切割方式。
设,Vn—— 割刀运动的法向速度；
Vt—— 割刀运动的切向速度 ；
α—— 割刀运动的绝对速度方向与
法向速度方向的夹 角, 此处定义
为滑切角 。
P
Vn
Vt
V
α
☆ 切割理论的力学试验结果和割刀运动
几何分析结果表明，滑切比正切省力。
滑切比正切省力的机理？
⑴ 高略契金力学试验：高略契金力
学试验步骤是, 在割刀上一面施加
法向力 P,一面使割刀刃口沿切向
方向产生滑移, 滑移量为 S,在切
割条件相同的情况下 （ 材料, 深
度 ）, 产生如下一组对比数据,
割刀切向滑移值 S
（ mm）
规定试验切割深度
所需法向力 P （ g）
600 1.5
500 2.0
400 5
200 40
试验结果,
高略契金力学试验结果表明, 割刀
在切割同一种材料, 同一深度的物料时,
切向滑移量越大, 所需切割力就越小,
即切割越省力 。 试验过程表明, 当割刀
切向滑移量为零时即为正切, 只要存在
滑移就会产生滑切, 因此, 滑切比正切
省力 。
P3S = 常数
———— 高略契金常数定理
⑵ 割刀运动几何分析：对比分析割
刀刃口上某质点进入材料时正切刃
口角和滑切刃口角的大小，刃口角
越小越省力。
技术路线,将割刀刃口
局部放大, 设割刀在 A
点切入材料, 切割方式
分别为正切和滑切, 正
切刃口角为 γ, 滑切刃
口角为 γ /。
γ
A
γ γ/
D
滑切
E
γ
C
B
正切
α
当进行滑切时，几
何分析结果如下,
∵ tgγ =BC / AC
tgγ /=DE / AE
又 ∵ AE = AC / cosα
DE = BC
∴ tgγ /= tgγ cosα
∵ cosα ≤ 1,（ cosα = tgγ / / tgγ ≤ 1）
∴ tgγ /＜ tgγ, γ / ＜ γ
分析结果表明, 滑切与正切相比,
滑切进入材料时的实际刃口角 γ /比正切
时的刃口角 γ 变小了, 这也是滑切比正
切省力的原因之一 。
从力学试验结果和割刀运动几何分
析结果两方面说明了滑切比正切省力 。
在对物体进行切割时, 尽可能地采用滑
切方式, 以利于降低切割阻力和功率消
耗 。
2、茎秆的物理机械性
质对切割性能的影响
茎秆的物理机械性质主要是指茎秆
本身所固有的一些特性, 他包括切割阻
力, 弯曲阻力, 弹性摸量, 抗弯强度等 。
而这些因素随茎秆的品种, 成熟度和湿
度等的变化而变化 。 只要割刀克服了横
切面内的切割阻力, 茎秆就会被切断 。
但是，在切割象小麦、水稻这样的
刚度较小的作物时，只要受到较小的外
力就会发生弯斜，给顺利切割造成一定
的困难。因此，要实现对茎秆的完全切
割，一般可采取二种措施,
低速有支承切割
高速无支承切割
⑴ 有支承切割 —— 在动刀片运动
的反向施加一支承力的切割称为
有支承切割。
☆ 单支承切割 ——
用动刀片配合定刀
片的切割。
定刀片 动刀片
P
双支承切割 —— 用动
刀片配合带有护刃器
的定刀片的切割 。
有支承切割可使茎秆
获得一定的抗弯能力，
可在低速状态下进行
切割，切割速度为：
Vp = 1~2 m / s。
P
研究结果表明,在同样切割速度的情况下,
双支承切割比单支承切割能获得较好的使
用参数 。
在进行单支承切割时, 切割速度为 Vp =
1~2 m / s,要保证正常的切割, 动, 定刀
片之间的切割间隙必须在 δ = 0~0.5mm范
围内, 否则, 茎秆的切割阻力增大, 有
可能发生撕裂现象 。 这给切割器的设计
与安装带来很大的困难 。
而在进行双支承切割时, 切割
速度为 Vp = 1~2 m / s,相对于割刀
的上下抗弯能力有较大幅度的增强,
动定刀片之间的切割间隙可允许在
δ = 1~1.5mm范围内, 这就给切割
器的设计, 使用, 安装提供了比较
宽松的条件, 所以目前收获机械普
遍采用双支承切割方式 。
⑵ 无支承切割 —— 只有动刀片而无
定刀片直接切割茎秆的切割称为无
支承切割。
P
Pw
由于茎秆是在没有任何
扶持的状态下进行切割的,
仅靠茎秆自身的抗弯能力 Pw
是很难与动刀片的切割力相
平衡的, 此时, P＞＞ Pw。
切割速度较低时, 茎秆将被
推倒或折断 。
P
Pw
但当动刀片以较高的速
度进入材料时, 原来静止的
茎秆在瞬间获得动刀片所传
递的速度并立即产生很大的
加速度以及与其方向相反的
惯性力 Pg。 速度越大则惯性
力就越大, 因而茎秆的抗弯
能力也就越大, 有利于茎秆
的顺利切割 。
当 P = Pg + Pw 时，可使得茎秆在直立状态下实现切割，因
此，无支承切割所需的切割速度要比有支承切割大的多。
Pg
例如, 切割小麦时, 使用带有护
刃器的往复式切割器, 其切割速
度仅为 1~2m / s,而无支承的回转
式 切 割 器 的 刀 片 速 度 则 需
10~20m/s,如果切割牧草, 则需
40~50m/s,这使得机构功率消耗
增大, 振动增加, 传动装置也将
比较复杂 。
3、切割速度与切割阻力的关系
试验结果表明，随着切割速度的增加，切
割阻力有所下降。速度 — 阻力关系图如下,
切割速度
切
割
阻
力
0
二、切割器的类型与构造
从目前收割机
和联合收获机应用
情况看，切割器主
要有回转式切割器
和往复式切割器二
种基本类型。
回转式切割器一
般为一高速旋转的水
平刀盘, 工作幅宽小,
功率消耗大, 大多用
于园艺管理, 茶树修
剪等作业, 很少在谷
物收获系统中使用 。
往复式切割器, 一般由动刀片, 定
刀片, 护刃器, 压刃器, 摩擦片,
刀杆等组成 。
往复式切割器结构简图
护刃器
动刀片
压刃器
摩擦片 刀杆 定刀片
动刀片与定刀片相对
做直线往复运动, 平均切
割速度为 1~2m/s,特点是：
结构简单, 工作可靠, 适
应能力强, 作业幅宽大,
纵向尺寸小, 目前绝大多
数的收割机和联合收获机
上采用这种形式的切割器 。
本节的重点也将针对往复
式切割器的类型, 结构,
工作原理, 参数分析等进
行介绍 。
机构组成的功用
往复式切割器的类型
根据动刀片直线运动行程 S、
相邻动刀片和相邻定刀片之间的
安装间距 t 和 t0 三者的组合关系,
往复式切割器可分为三种基本类
型 。
1、标准型切割器,
t0
S=t
动刀片
定刀片
结构尺寸关系为
S = t = t0 =76.2 mm
工作特点是：割刀的切割速度较
高，切割性能好，对粗细茎秆有
较强的适应性，广泛用于稻麦作
物的收割机械上。
2、双刀距型切割器,
t0
t
S=2t=2to
结构尺寸关系为 S =2 t =2 t0 =152.2
mm,动刀片间距 t和定刀片间距 t0
与标准型相同, 但割刀行程 S为标
准型的 2倍 。
工作特点特点：割刀往复运动频率
低, 惯性力小, 适合于抗振性较差
的小型收割机 。
3、低割型切割器
to
S=t
结构尺寸关系为
S = t =2 t0 =76.2 mm
在标准型切割器的基础上, 在两定刀片
之间又增加了一个定刀片, 使得定刀片
之间的间距缩小 1倍, 切割谷物时, 茎秆
的横向歪斜量小, 割茬较低, 对收割低
夹大豆和牧草较为有利 。 但有堵刀现象 。
三、往复式切割器的传动机构
往复式切割器的工作特
点是动刀片做直线往复运动，
要实现将动力输出的旋转运
动变为割刀的直线运动方法
很多，目前在收割机械上应
用较多的有三种类型：曲柄
连杆机构、摆环机构、行星
齿轮机构，其中行星齿轮机
构应用最广。
1、曲柄连杆机构
o
A
B ωt ω
x
x
y
特点：机构简单、成本低廉、占据空间大。
2、摆环机构
×
特点,结构紧凑、铰链较少、工作可靠、
制造成本高。
3、行星齿轮机构
x
y
o o1
A
行星齿轮的节圆直径是齿圈节圆直径的一半，销轴置
于割刀的运动直线上，曲柄回转时，销轴在割刀运动方向
线上作往复运动，其行程等于齿圈节圆直径。特点：结构
紧凑、振动小，便于机构配置，但成本高，机构复杂 。
四、往复式切割器的工作原理
及运动分析
1、刀片的几何形状
无论使用什么样的切割器, 都必须满足滑
切的要求, 而能否保证割刀直线运动下的滑切,
割刀的几何形状非常关键 。 目前, 比较理想的
几何形状是梯形和三角形, 而梯形更具合理性,
因为三角形一旦出现磨损, 将影响割刀刃口的
长度, 近而最终影响割刀的切割质量 。
三角形动刀片 梯形动刀片
h h1
结论：梯形动刀片比三角形动刀片使用寿
命长，工作质量高，是目前最常用的结构
形式。（还有另外一个原因，后面介绍）。
梯形刀片的结构参数
b
α
h
a
d
β
Vn
V A
b— 前桥宽,a— 底部宽
h— 刃部高 α— 滑切角
一般情况下, α 越大, 滑切能力越
强, 切割也就越省力, 当 α 由 150增至 450
时, 切割阻力将减少一半 。 滑切角 α 与
切割阻力 P之间的关系曲线如下,
o
P
α
a=76
b=17
h=55
d=24
但要特别注意的是,α 的变化范围一
定要首先满足茎秆被动定刀片钳住的条件,
α
β
o
A
N1
B N
2
F1 F2
R1
R2
α+β≤φ1+φ2
φ 1, φ 2 — 分别
表示动定刀片与
谷物茎秆的摩擦
角，
φ 1+φ 2≤ 45~520，
试验结果表明，
α =290，
β =6015/时切割
效果最好。
2、割刀的运动分析
割刀的运动特性对切割器性能有直
接的影响，由于往复式切割器的动刀片
工作时在曲柄连杆机构的驱动下做横向
的往复直线运动，其运动是间歇的。我
们通过对该机构的运动分析找出割刀位
移与速度之间的关系，为合理的确定割
刀速度与机组前进速度配合关系提供理
论依据。
o
A
B ωt ω
x
x
y
L r
建立动刀片的运动方程
x=－ rcosωt
Vx= rωsinωt
= r ω√sin2 ωt
= r ω√1－ cos2 ωt
= ω√r2－ r2cos ωt
= ω√r2－ x2
1
22
2
2
2
??
?r
V
r
x x
可以看出, 割刀速度与割刀位移之间的关系为一椭
圆方程式, 长半轴为 rω, 短半轴为 r,他反映了割刀在
其运动过程中, 任意一点的速度是不相同的, 有时, 为
了研究的方便, 将图中的长半轴 rω 缩小 ω 倍, 这样割
刀速度与位移之间的关系图就可用一标准圆来表达, 后
面我们将会用到这个结果 。
o r
r
o x
Vx
r
rω
A B
由于割刀的横向直线运动速度是变化
的，应用起来很不方便，因此我们引进割
刀的平均速度 Vp 的概念 。
设：割刀运动一个行程 S内所用时间为 t,
n— 曲柄转速（ r/min）
Vp= S / t 60秒 n
t 1/2 t=30/n,S=2r
Vp= S / t = n S / 30 = n r / 15
在这里有一个问题需要说明,
往复式切割器割刀的运动是水平横
向运动和直线前进运动的合成, 割
刀横向运动的平均速度 Vp与机器前
进运动的速度 Vm的 配合关系, 决定
了割刀绝对运动轨迹, 这一配合关
系我们习惯上用割刀进距 （ 切割进
距 ） H来表示 。
割刀进距 —— 割刀完成一个行程 S
的时间 t内机组所前进的距离。
H = Vm t = Vm 30 / n
有时也用刀机速比 λ 来表示
λ =Vp / Vm =S / H
试验结果表明,λ 的大小对割
刀的切割质量影响很大，我们必须
进行必要的量化处理，即给出 λ 值
的大小，确定 Vp 与 Vm的配合关系。
通常我们用作图的方法 —— 切割图，
来确定 λ 值的大小。
切割图 —— 利用作图法，画出动刀
片的绝对运动轨迹，分析割刀的切
割过程。
H
H
S
d
o A
由图可知, 在定刀片运动轨迹
线内的谷物茎秆将被动刀片切割,
切割区内的茎秆在动刀片的左右推
动下被推向定刀片实施剪切, 由于
λ 值的不同, 切割区内茎秆被处理
的程度也有些不同, 有可能出现三
种情况 。
Ⅰ 区（一次切割区）：
在此区内的茎秆首先
被动刀片推至定刀片
刃口线上，并在定刀
片和护刃器的双支承
下被切割，由于动刀
片只有一次通过该区，
故称为一次切割区。
Ⅰ 区内的茎秆由于所
处的位置不同，多数
茎秆是在横向歪斜状
态下被切割的，歪斜
状态下被切割的茎秆
割茬高度有所增加。
λ=1
Ⅱ 区（重割区）：动
刀片刃口线两次通过
该区，有可能发生对
茎秆的二次切割但并
非一定。当 Ⅱ 区面积
较小时，且位于切割
区的中部，尽管动刀
片两次通过该区，但
由于茎秆左右歪斜量
大致相同，不可能发
生重割。反之，当由
于割刀进距 H较小时，
Ⅱ 区面积增大，在第
二次行程时，离动刀
片较远而离定刀片较
近的茎秆就有可能被
重割一次。重割将无
谓地增加功率的消耗。
λ=1.4
Ⅲ 区 （ 空白区 ）,动刀
片的刃口线没有经过该
区, 如果该区面积较小
时, 且位于动刀片前桥
宽度 b的扫描范围之内,
茎秆将被动刀片的前桥
推向割刀下次行程的一
次切割区内被切割, 但
歪斜量较大, 割茬较高,
且为集束切割, 切割阻
力大, 功率消耗增加 。
如果割刀进距 H过大, 空
白区增大, 动刀片前桥
宽度 b的扫描面积没有全
部掠过该区域, 就有可
能造成漏割 。
λ=0.7
经以上分析我们不难看出,
λ 值的大小或 H值的正确选取
对割刀的切割质量影响很大,
通过绘制切割图, 就可以确定
最佳的速度比 λ 值, 一般为
λ = 0.8~1.2 。
五、切割器的功率消耗
切割器工作时的功率消耗主要有切
割功率消耗 Ng 和空转功率消耗 Nk两部
分组成 。
N = Ng + Nk
Ng = Vm B L0 / 1000 （ kW）
Ng = Vm B L0 / 1000 （ kW）
式中,Vm—— 机组前进速度，（ m/s）
B —— 机组作业幅宽，（ m）
L0—— 割刀切割每平方米面积的作物茎
秆所需功值 （ N.m / m2）, 据测试, 收
割小麦时, L0=100~200
Nk = （ 0.6~1.1） B，（ kW）
六、割刀惯性力的平衡
往复式切割器在工作时做高速往复直
线运动，由于其速度是变化的，将在机器
上产生较大的惯性力，速度越高惯性力就
越大，机器的振动也就越严重。 据测试，
每米割刀所产生的惯性力高达 600~800N，
严重地影响了机器的使用寿命和工作质量，
因此，必须对割刀的惯性力予以平衡。以
曲柄连杆机构为研究对象，建立割刀惯性
力的平衡关系式。
常用的措施：在曲柄销对面增加平衡配重
设,Md—— 割刀质量
Me—— 连杆质量
r—— 曲柄半径
ω—— 曲柄回转角速度
Mp—— 配重质量
rp—— 配重块回转半径
a—— 割刀加速度,a=rω 2cosω t
o
A
B ωt ω
x
x
y
L r
为了研究方便，设连杆质量 Me的 2/3
随割刀做直线往复运动,1/3随曲柄销做
圆的运动。机构运动简图如上图所示。
Me Md
Pd=（ Md+Me2/3） a
Merω2/3
rp
Mp
Mprω2
o
A
B ωt ω
x
x
y
L r
Me Md
Pd=（ Md+Me2/3） a
Merω2/3
rp
Mp
Mprω2
当 ω t=0~900时, 加速度 a为正值, 此时,
Pd与 Pq同向, 方向为 x的反向 。 当 ω t=900时,
割刀在 x轴上所受到的力最小, 只有 Pd。
o
A
B ωt ω
x
x
y
L r
Me Md
Pd=（ Md+Me2/3） a
Merω2/3
rp
Mp
Mprω2 机构受力平衡式如下,
（ Md + Me2/3） rω 2cosω t + Me rω 2/3 cosω t = Mprpω 2 cosω t
ppeed rMrMrMM ???
?
?
?
?
?
?
3
1
3
2
o
A
B ωt ω
x
x
y
L r
Me Md
Pd=（ Md+Me2/3） a
Merω2/3
rp
Mp
Mprω2
ppeed rMrMrMM ????
??
?
? ?
3
1
3
2
这是割刀在水平方向上的全平衡方程式, 他不是永恒
的, 而是变化的 。 Pq和 Pp的方向随着 ω 的变化而变化 。 当割
刀转至水平方向时, 可满足全平衡的要求 。 但当曲柄销转
至垂直位置时, 在 y方向上将会出现新的最大不平衡, 因为
此时 Pp＞＞ Pq,从而引起机构在上下或前后的剧烈振动 。
ppeed rMrMrMM ???
?
?
?
?
?
?
3
1
3
2
因此, 目前采用的是部分平衡法, 意在既
能够平衡掉一部分水平方向上的割刀惯性力,
又不致割刀在垂直方向上出现较大的振动 。 故
上述公式将改为,
ppeed rMrMrMM ???
?
?
?
?
?
?
3
1
3
2
?
λ 为平衡程度系数，一般取值为 λ =0.25~0.5
思考题
1、谷物茎杆的切割过程与那些因素有关？
2、正切与滑切的概念？正切比滑切省力的原因？
3、高速无支承切割的机理是什么？
4、为什么大多采用梯形刀片结构？
5、何谓切割进距？如何利用切割图评价割刀速度
与机组速度配合程度对切割质量的影响？
6、往复式切割器惯性力平衡为和采用部分平衡法？
第四节 扶禾装置
一、扶禾装置的类型及工作过程
二、拨 禾轮对谷物的作用
三、拨 板垂直入禾的条件
四、拨 禾轮清扫割刀及稳定推送的
条件
扶禾装置主要用于收割机或
联合收割机割台上，用以引导茎
秆、扶持切割、并清扫割台，防
止已割茎秆在割刀上堆积而造成
堵刀。扶禾装置主要有扶禾器和
拨禾轮两种基本形式。
一、扶禾装置的类型及工作过程
扶禾器 拨禾轮
扶禾器主要用于小型收割机上，而拨禾轮则
大多用于联合收获机上，本节授课的重点以拨禾
轮为主。
二、拨 禾轮对谷物的作用
拨禾轮主要用于卧式收割机
或联合收割机割台上，用以引导
茎秆、扶持切割、并清扫割台，
防止已割茎秆在割刀上堆积而造
成堵刀。拨禾轮有普通拨禾轮和
偏心拨禾轮之分，其中普通拨禾
轮现已逐渐被淘汰。
拨禾轮在工作时一边旋转,
一边随机组做直线运动, 其拨板
的 绝对运动轨迹是上述两种运动
的合成 。 根据切割器工作时需要
有拨禾轮的向后引导谷物茎秆和
推送被割茎秆的作用, 拨板的绝
对运动轨迹也必须满足余摆线的
要求, 即 λ =Vb / Vm＞ 1
研究拨禾轮对谷物茎秆的作用的
目的主要有三点,
① 为了减少 拨板对谷穗的打击, 力求
拨板垂直进入禾丛；
② 为了保证拨板向后推送扶持切割，
λ =Vb / Vm＞ 1；
③ 为了使割后的茎秆稳定的向后铺放，
拨板具有清扫割台的作用。
三、拨 板垂直入禾的条件
o1
H
Vmt
ω
Vm
o x
y
o2 ωt
从图中可以看
出, 要保证拨板垂
直入禾, 只有在拨
板的绝对运动轨迹
余摆线的最大玄长
处入禾 （ Vx=0）,
而且可通过合理的
确定拨禾轮的安装
高度 H来实现 。
o1
H
Vmt
ω
Vm
o x
y
o2 ωt
建立拨板的运动方程式,
x = Vmt ＋ R cosω t
y = H ＋ h－ R sinω t
y = L o1
H
Vmt
ω
Vm
o x
y
o2 ωt m
x = Vmt ＋ R cosω t
y = H ＋ h－ R sinω t, y = L
Vx= x/ = Vm－ R ω cosω t = 0
∵ y = L, sinω t =Vm/R ω=1/λ
∴ H = L－ h ＋ R / λ ①
∴ H = L－ h ＋ R / λ ①
该式说明, 只要按照公式所确定
的拨禾轮安装高度 H,就可保证拨禾
轮垂直入禾 。 同时也说明了拨禾轮的
安装高度还要考虑作物的生长高度 。
在这里也出现了运动参数 λ 对拨禾轮
安装高度 H的影响, 其分析过程与前
面讲过的旋耕机理论相同 。
四、拨 禾轮清扫割刀
及稳定推送的条件
当作物茎秆被割断后, 要求拨禾轮的拨板
继续向后推送茎秆, 使其迅速离开割刀, 并整
齐的向后铺放在割台上 。 这需要拨板在转动到
最底位置时对茎秆的打击部位要满足只能向后
倒不能向前倒的条件, 因此, 拨板在转动到最
低点时必须打击在已割茎秆的重心以上, 即打
击点在距穗头部 1 / 3处以上, 否则, 茎秆将向
前倾倒, 造成割刀堆积堵塞 。
o1
H
Vmt
ω
Vm
o x
y
o2 ωt m
H≥R＋ 2（ L－ h） / 3 ②
通过上述分析，我们可以得
出这样的结论，拨禾轮正常工作
的条件 必须同时满足三个,
λ =Vb / Vm＞ 1
H = L－ h ＋ R /λ ①
H≥R＋ 2（ L－ h） / 3 ②
问题：公式①和公式②能同时满足吗？
回答是否定的，因为很难保证。
在确定拨禾轮的安装高度时我们
依据那一个公式呢？
可以用平均值吗？
不能，因为这样的话可能双方都
不能满足。
怎么办？
一般采取的措施是，方程①和
方程②联立求解，求出拨禾轮的直
径 D，然后，以 H = L－ h + R /λ 为
依据确定拨禾轮的安装高度。
? ?
? ?13
2
2
?
?
??
?
? hL
RD
一般 D = 900~1200,λ =1.2~2，
Vb=2.5~3m/s。
思考题
1、拨禾轮正常工作的三个条件？
如何才能同时满足？
2、为什么拨禾轮的运动参数影
响了其安装高度？
第一节 概述
第二节 收割机类型和一般构造
第三节 切割器及理论分析
第四节 扶禾装置及理论计算
第一节 概 述
一、谷物的收获方法
二、谷物的机械收获系统
收割机械是谷物收获机械的重要组成部
分, 谷物收获是农业生产过程中最为复杂的
工艺过程, 为了更好地了解谷物收获机械化
所使用的设备, 我们必须首先了解谷物收获
的方法 。 谷物的收获方法很多, 大多是根据
不同地区的不同的自然条件, 不同的种植方
式, 经济结构, 技术水平等来决定合适的收
获方法 。 目前全世界关于谷物的收获方法大
致有三种方法,
第一节 概 述
一、谷物的收获方法
1,分别收获法：用多种相对独立的机械
（ 收割机, 运输车, 脱粒机, 扬场机等 ）
分别对作物完成收割, 运输, 脱粒, 清
选等作业的方式 。 这种方法在西方发达
国家已经完全淘汰, 但在发展中国家仍
在大量使用 。 其特点是设备简单, 技术
水平低, 价格低廉, 维护保养简便, 但
作业周期长, 收获积累损失大 。
分别收获法常用机械的收获过程
收割与脱粒过程 扬场清粮过程
利用联合收获机
一次完成作物的收割、
脱粒、分离和清选等
多项作业的方式。特
点：生产率高、作业
周期短、积累损失小、
作业质量好。设备投
资大、机器利用率低、
技术水平要求高。
2、联合收获法,
3,两段收获法,先利用割晒机进行收割,
待晾晒 3~5天后用带有捡拾器的联合收获机进
行捡拾, 脱粒, 分离和清选作业的方式 。 特
点：谷粒饱满, 产量提高, 作业周期长, 设
备投资大 。
二, 谷物的机械收获系统
谷物的机械收获系统
联合收获法 两段收获法 分别收获法
脱
粒
机
运
输
车
收
割
机
扬
场
机
联
收
机
割
晒
机
联
收
机
☆ ☆ ☆
思考题
1、常用的谷物机械收获方法有哪
些？各有何特点？
2、谷物的收获系统是如何组成的？
第二节 收割机械的类
型和一般结构
一、收割机的一般类型
二、收割机的基本构成
一、收割机的一般类型
1,按照茎秆的放铺方向分：收割机,
割晒机, 割捆机
收割机
—— 收割机工作时,
被割刀切断的谷物
茎秆形成与前进方
向呈 900的转向放
铺, 以便于捡拾和
打捆 。 主要用于分
别收获法 。
割晒机 —— 收割
机工作时，被割
刀切断的谷物茎
秆形成与前进方
向平行的顺向放
铺，以便于两段
收获时的晾晒。
割捆机 —— 将谷物茎杆割断后进行自
动打捆，然后放与田间。
2,按照被割谷物茎秆的输送方式：立
式收割机和卧式收割机
立式收割机 —— 割台为直立式, 被割谷物茎
秆是在直立状态下进行输送到收割机一侧的 。
机构纵向尺寸短 。
卧式收割机 —— 割台
为水平放置, 被割谷
物茎秆是在水平输送
带上运至收割机一侧
的 。 输送平稳 。
二、收割机的基本构成
无论是立式收割机还是卧式收
割机, 其基本构成是相同的, 即都
是由扶禾装置, 切割器, 输送装置,
传动装置等组成, 立式收割机和卧
式收割机只是在扶禾装置上有较大
的差别 。
1、立式收割机
分禾器
扶禾轮
切割器
输送带
谷物茎秆
结构组成：分禾器、扶禾星轮、切割器、
立式输送带、传动装置等。
工作原理：收割机工作时，输
送带和切割器由拖拉机动力输
出驱动工作，分禾器将行内谷
物茎秆集束引向切割区，并在
扶禾星轮的后向扶持作用下被
切割器切割，随即靠向立式输
送带被其传送到一侧放铺。
由于割台为立式，纵向尺寸小，
重量较轻，置于拖拉机前方，有利
于机组的纵向稳定性。但对倒伏作
物和低产谷物适应性不理想。
常用的机型有,4GL— 140 / 170，
Vm=2~4km /h （ 1~2m/s），
Vd=2m/s,Q=Vm B /667 （亩 /时），
一般为 4~9亩 /时。
2、卧式收割机
Vm ω
拨禾轮
分禾器
切割器
输送带
基本构成：分禾器、拨禾轮、切割器、
输送装置、传动装置等。
工作原理：收割机工作时，拨禾抡、输
送带和切割器由拖拉机动力输出驱动工
作，分禾器将行内谷物茎秆集束引向切
割区，并在拨禾轮的后向推送扶持下被
切割器切割，随即倒向输送带（也可能
是螺旋搅龙）被传出。
由于茎秆是在水平状态下被输送的, 因此输送平稳,
且拨禾抡对倒伏作物具有一定的扶起作用 。 但机构纵向尺
寸大, 不利于拖拉机前置配置, 故很少在小型拖拉机上使
用 。
卧式收割机的输送带有单带和双带
之分：单带为割晒机使用，双带为收割
机使用，如下图所示,
单带 双带
本章中主要讲授的内容是：切割器和扶禾器
思考题
1、收割机械的一般类型？一般组成？
2、收割机和割晒机的概念？
第三节 切割器
一, 谷物茎秆的切割理论
二、切割器的类型与构造
三, 往复式切割器的传动机构
四、切割器的工作原理及运动分析
五、切割器的功率消耗
六、割刀惯性力的平衡 理论
一、谷物茎秆的切割理论
切割器是收割机上的重要工作
部件, 他主要完成对谷物茎秆的切
割任务, 为了有一个良好的工作质
量, 一般对切割器有如下的技术要
求：割茬整齐, 不漏割, 不堵刀,
功率消耗小 。
实验结果表明：谷物茎秆的切
割过程 与 割刀的特性、茎秆的
物理机械性质、切割方式、切
割速度、割刀与茎秆的相对位
置等有关。
1、切割方式对切割
性能的影响
所谓切割方式主要是指割
刀进入材料的方向, 归纳起来
主要有 正切 和 滑切 两种基本方
式 。
⑴ 正切 —— 割刀的绝对运动方向垂直
与割刀刃口的切割方式。如图所示,
P
V 茎杆 割刀刃口
观察几种典型的切割方式
P
P
横切 斜切 削切
实验结果表明：正切中的三种切割方式因其切入茎
秆的方向与茎秆本身的纤维方向存在较大的差异，切割
阻力和切割功率消耗也不同。其中，横切阻力最大，斜
切比横切下降 30%~40%，削切比横切下降 60%。
结论：横切、斜切、削切三种切割方式均应属正切。
⑵ 滑切 —— 割刀的绝对运动方向与割
刀刃口既不垂直又不平行的切割方式。
设,Vn—— 割刀运动的法向速度；
Vt—— 割刀运动的切向速度 ；
α—— 割刀运动的绝对速度方向与
法向速度方向的夹 角, 此处定义
为滑切角 。
P
Vn
Vt
V
α
☆ 切割理论的力学试验结果和割刀运动
几何分析结果表明，滑切比正切省力。
滑切比正切省力的机理？
⑴ 高略契金力学试验：高略契金力
学试验步骤是, 在割刀上一面施加
法向力 P,一面使割刀刃口沿切向
方向产生滑移, 滑移量为 S,在切
割条件相同的情况下 （ 材料, 深
度 ）, 产生如下一组对比数据,
割刀切向滑移值 S
（ mm）
规定试验切割深度
所需法向力 P （ g）
600 1.5
500 2.0
400 5
200 40
试验结果,
高略契金力学试验结果表明, 割刀
在切割同一种材料, 同一深度的物料时,
切向滑移量越大, 所需切割力就越小,
即切割越省力 。 试验过程表明, 当割刀
切向滑移量为零时即为正切, 只要存在
滑移就会产生滑切, 因此, 滑切比正切
省力 。
P3S = 常数
———— 高略契金常数定理
⑵ 割刀运动几何分析：对比分析割
刀刃口上某质点进入材料时正切刃
口角和滑切刃口角的大小，刃口角
越小越省力。
技术路线,将割刀刃口
局部放大, 设割刀在 A
点切入材料, 切割方式
分别为正切和滑切, 正
切刃口角为 γ, 滑切刃
口角为 γ /。
γ
A
γ γ/
D
滑切
E
γ
C
B
正切
α
当进行滑切时，几
何分析结果如下,
∵ tgγ =BC / AC
tgγ /=DE / AE
又 ∵ AE = AC / cosα
DE = BC
∴ tgγ /= tgγ cosα
∵ cosα ≤ 1,（ cosα = tgγ / / tgγ ≤ 1）
∴ tgγ /＜ tgγ, γ / ＜ γ
分析结果表明, 滑切与正切相比,
滑切进入材料时的实际刃口角 γ /比正切
时的刃口角 γ 变小了, 这也是滑切比正
切省力的原因之一 。
从力学试验结果和割刀运动几何分
析结果两方面说明了滑切比正切省力 。
在对物体进行切割时, 尽可能地采用滑
切方式, 以利于降低切割阻力和功率消
耗 。
2、茎秆的物理机械性
质对切割性能的影响
茎秆的物理机械性质主要是指茎秆
本身所固有的一些特性, 他包括切割阻
力, 弯曲阻力, 弹性摸量, 抗弯强度等 。
而这些因素随茎秆的品种, 成熟度和湿
度等的变化而变化 。 只要割刀克服了横
切面内的切割阻力, 茎秆就会被切断 。
但是，在切割象小麦、水稻这样的
刚度较小的作物时，只要受到较小的外
力就会发生弯斜，给顺利切割造成一定
的困难。因此，要实现对茎秆的完全切
割，一般可采取二种措施,
低速有支承切割
高速无支承切割
⑴ 有支承切割 —— 在动刀片运动
的反向施加一支承力的切割称为
有支承切割。
☆ 单支承切割 ——
用动刀片配合定刀
片的切割。
定刀片 动刀片
P
双支承切割 —— 用动
刀片配合带有护刃器
的定刀片的切割 。
有支承切割可使茎秆
获得一定的抗弯能力，
可在低速状态下进行
切割，切割速度为：
Vp = 1~2 m / s。
P
研究结果表明,在同样切割速度的情况下,
双支承切割比单支承切割能获得较好的使
用参数 。
在进行单支承切割时, 切割速度为 Vp =
1~2 m / s,要保证正常的切割, 动, 定刀
片之间的切割间隙必须在 δ = 0~0.5mm范
围内, 否则, 茎秆的切割阻力增大, 有
可能发生撕裂现象 。 这给切割器的设计
与安装带来很大的困难 。
而在进行双支承切割时, 切割
速度为 Vp = 1~2 m / s,相对于割刀
的上下抗弯能力有较大幅度的增强,
动定刀片之间的切割间隙可允许在
δ = 1~1.5mm范围内, 这就给切割
器的设计, 使用, 安装提供了比较
宽松的条件, 所以目前收获机械普
遍采用双支承切割方式 。
⑵ 无支承切割 —— 只有动刀片而无
定刀片直接切割茎秆的切割称为无
支承切割。
P
Pw
由于茎秆是在没有任何
扶持的状态下进行切割的,
仅靠茎秆自身的抗弯能力 Pw
是很难与动刀片的切割力相
平衡的, 此时, P＞＞ Pw。
切割速度较低时, 茎秆将被
推倒或折断 。
P
Pw
但当动刀片以较高的速
度进入材料时, 原来静止的
茎秆在瞬间获得动刀片所传
递的速度并立即产生很大的
加速度以及与其方向相反的
惯性力 Pg。 速度越大则惯性
力就越大, 因而茎秆的抗弯
能力也就越大, 有利于茎秆
的顺利切割 。
当 P = Pg + Pw 时，可使得茎秆在直立状态下实现切割，因
此，无支承切割所需的切割速度要比有支承切割大的多。
Pg
例如, 切割小麦时, 使用带有护
刃器的往复式切割器, 其切割速
度仅为 1~2m / s,而无支承的回转
式 切 割 器 的 刀 片 速 度 则 需
10~20m/s,如果切割牧草, 则需
40~50m/s,这使得机构功率消耗
增大, 振动增加, 传动装置也将
比较复杂 。
3、切割速度与切割阻力的关系
试验结果表明，随着切割速度的增加，切
割阻力有所下降。速度 — 阻力关系图如下,
切割速度
切
割
阻
力
0
二、切割器的类型与构造
从目前收割机
和联合收获机应用
情况看，切割器主
要有回转式切割器
和往复式切割器二
种基本类型。
回转式切割器一
般为一高速旋转的水
平刀盘, 工作幅宽小,
功率消耗大, 大多用
于园艺管理, 茶树修
剪等作业, 很少在谷
物收获系统中使用 。
往复式切割器, 一般由动刀片, 定
刀片, 护刃器, 压刃器, 摩擦片,
刀杆等组成 。
往复式切割器结构简图
护刃器
动刀片
压刃器
摩擦片 刀杆 定刀片
动刀片与定刀片相对
做直线往复运动, 平均切
割速度为 1~2m/s,特点是：
结构简单, 工作可靠, 适
应能力强, 作业幅宽大,
纵向尺寸小, 目前绝大多
数的收割机和联合收获机
上采用这种形式的切割器 。
本节的重点也将针对往复
式切割器的类型, 结构,
工作原理, 参数分析等进
行介绍 。
机构组成的功用
往复式切割器的类型
根据动刀片直线运动行程 S、
相邻动刀片和相邻定刀片之间的
安装间距 t 和 t0 三者的组合关系,
往复式切割器可分为三种基本类
型 。
1、标准型切割器,
t0
S=t
动刀片
定刀片
结构尺寸关系为
S = t = t0 =76.2 mm
工作特点是：割刀的切割速度较
高，切割性能好，对粗细茎秆有
较强的适应性，广泛用于稻麦作
物的收割机械上。
2、双刀距型切割器,
t0
t
S=2t=2to
结构尺寸关系为 S =2 t =2 t0 =152.2
mm,动刀片间距 t和定刀片间距 t0
与标准型相同, 但割刀行程 S为标
准型的 2倍 。
工作特点特点：割刀往复运动频率
低, 惯性力小, 适合于抗振性较差
的小型收割机 。
3、低割型切割器
to
S=t
结构尺寸关系为
S = t =2 t0 =76.2 mm
在标准型切割器的基础上, 在两定刀片
之间又增加了一个定刀片, 使得定刀片
之间的间距缩小 1倍, 切割谷物时, 茎秆
的横向歪斜量小, 割茬较低, 对收割低
夹大豆和牧草较为有利 。 但有堵刀现象 。
三、往复式切割器的传动机构
往复式切割器的工作特
点是动刀片做直线往复运动，
要实现将动力输出的旋转运
动变为割刀的直线运动方法
很多，目前在收割机械上应
用较多的有三种类型：曲柄
连杆机构、摆环机构、行星
齿轮机构，其中行星齿轮机
构应用最广。
1、曲柄连杆机构
o
A
B ωt ω
x
x
y
特点：机构简单、成本低廉、占据空间大。
2、摆环机构
×
特点,结构紧凑、铰链较少、工作可靠、
制造成本高。
3、行星齿轮机构
x
y
o o1
A
行星齿轮的节圆直径是齿圈节圆直径的一半，销轴置
于割刀的运动直线上，曲柄回转时，销轴在割刀运动方向
线上作往复运动，其行程等于齿圈节圆直径。特点：结构
紧凑、振动小，便于机构配置，但成本高，机构复杂 。
四、往复式切割器的工作原理
及运动分析
1、刀片的几何形状
无论使用什么样的切割器, 都必须满足滑
切的要求, 而能否保证割刀直线运动下的滑切,
割刀的几何形状非常关键 。 目前, 比较理想的
几何形状是梯形和三角形, 而梯形更具合理性,
因为三角形一旦出现磨损, 将影响割刀刃口的
长度, 近而最终影响割刀的切割质量 。
三角形动刀片 梯形动刀片
h h1
结论：梯形动刀片比三角形动刀片使用寿
命长，工作质量高，是目前最常用的结构
形式。（还有另外一个原因，后面介绍）。
梯形刀片的结构参数
b
α
h
a
d
β
Vn
V A
b— 前桥宽,a— 底部宽
h— 刃部高 α— 滑切角
一般情况下, α 越大, 滑切能力越
强, 切割也就越省力, 当 α 由 150增至 450
时, 切割阻力将减少一半 。 滑切角 α 与
切割阻力 P之间的关系曲线如下,
o
P
α
a=76
b=17
h=55
d=24
但要特别注意的是,α 的变化范围一
定要首先满足茎秆被动定刀片钳住的条件,
α
β
o
A
N1
B N
2
F1 F2
R1
R2
α+β≤φ1+φ2
φ 1, φ 2 — 分别
表示动定刀片与
谷物茎秆的摩擦
角，
φ 1+φ 2≤ 45~520，
试验结果表明，
α =290，
β =6015/时切割
效果最好。
2、割刀的运动分析
割刀的运动特性对切割器性能有直
接的影响，由于往复式切割器的动刀片
工作时在曲柄连杆机构的驱动下做横向
的往复直线运动，其运动是间歇的。我
们通过对该机构的运动分析找出割刀位
移与速度之间的关系，为合理的确定割
刀速度与机组前进速度配合关系提供理
论依据。
o
A
B ωt ω
x
x
y
L r
建立动刀片的运动方程
x=－ rcosωt
Vx= rωsinωt
= r ω√sin2 ωt
= r ω√1－ cos2 ωt
= ω√r2－ r2cos ωt
= ω√r2－ x2
1
22
2
2
2
??
?r
V
r
x x
可以看出, 割刀速度与割刀位移之间的关系为一椭
圆方程式, 长半轴为 rω, 短半轴为 r,他反映了割刀在
其运动过程中, 任意一点的速度是不相同的, 有时, 为
了研究的方便, 将图中的长半轴 rω 缩小 ω 倍, 这样割
刀速度与位移之间的关系图就可用一标准圆来表达, 后
面我们将会用到这个结果 。
o r
r
o x
Vx
r
rω
A B
由于割刀的横向直线运动速度是变化
的，应用起来很不方便，因此我们引进割
刀的平均速度 Vp 的概念 。
设：割刀运动一个行程 S内所用时间为 t,
n— 曲柄转速（ r/min）
Vp= S / t 60秒 n
t 1/2 t=30/n,S=2r
Vp= S / t = n S / 30 = n r / 15
在这里有一个问题需要说明,
往复式切割器割刀的运动是水平横
向运动和直线前进运动的合成, 割
刀横向运动的平均速度 Vp与机器前
进运动的速度 Vm的 配合关系, 决定
了割刀绝对运动轨迹, 这一配合关
系我们习惯上用割刀进距 （ 切割进
距 ） H来表示 。
割刀进距 —— 割刀完成一个行程 S
的时间 t内机组所前进的距离。
H = Vm t = Vm 30 / n
有时也用刀机速比 λ 来表示
λ =Vp / Vm =S / H
试验结果表明,λ 的大小对割
刀的切割质量影响很大，我们必须
进行必要的量化处理，即给出 λ 值
的大小，确定 Vp 与 Vm的配合关系。
通常我们用作图的方法 —— 切割图，
来确定 λ 值的大小。
切割图 —— 利用作图法，画出动刀
片的绝对运动轨迹，分析割刀的切
割过程。
H
H
S
d
o A
由图可知, 在定刀片运动轨迹
线内的谷物茎秆将被动刀片切割,
切割区内的茎秆在动刀片的左右推
动下被推向定刀片实施剪切, 由于
λ 值的不同, 切割区内茎秆被处理
的程度也有些不同, 有可能出现三
种情况 。
Ⅰ 区（一次切割区）：
在此区内的茎秆首先
被动刀片推至定刀片
刃口线上，并在定刀
片和护刃器的双支承
下被切割，由于动刀
片只有一次通过该区，
故称为一次切割区。
Ⅰ 区内的茎秆由于所
处的位置不同，多数
茎秆是在横向歪斜状
态下被切割的，歪斜
状态下被切割的茎秆
割茬高度有所增加。
λ=1
Ⅱ 区（重割区）：动
刀片刃口线两次通过
该区，有可能发生对
茎秆的二次切割但并
非一定。当 Ⅱ 区面积
较小时，且位于切割
区的中部，尽管动刀
片两次通过该区，但
由于茎秆左右歪斜量
大致相同，不可能发
生重割。反之，当由
于割刀进距 H较小时，
Ⅱ 区面积增大，在第
二次行程时，离动刀
片较远而离定刀片较
近的茎秆就有可能被
重割一次。重割将无
谓地增加功率的消耗。
λ=1.4
Ⅲ 区 （ 空白区 ）,动刀
片的刃口线没有经过该
区, 如果该区面积较小
时, 且位于动刀片前桥
宽度 b的扫描范围之内,
茎秆将被动刀片的前桥
推向割刀下次行程的一
次切割区内被切割, 但
歪斜量较大, 割茬较高,
且为集束切割, 切割阻
力大, 功率消耗增加 。
如果割刀进距 H过大, 空
白区增大, 动刀片前桥
宽度 b的扫描面积没有全
部掠过该区域, 就有可
能造成漏割 。
λ=0.7
经以上分析我们不难看出,
λ 值的大小或 H值的正确选取
对割刀的切割质量影响很大,
通过绘制切割图, 就可以确定
最佳的速度比 λ 值, 一般为
λ = 0.8~1.2 。
五、切割器的功率消耗
切割器工作时的功率消耗主要有切
割功率消耗 Ng 和空转功率消耗 Nk两部
分组成 。
N = Ng + Nk
Ng = Vm B L0 / 1000 （ kW）
Ng = Vm B L0 / 1000 （ kW）
式中,Vm—— 机组前进速度，（ m/s）
B —— 机组作业幅宽，（ m）
L0—— 割刀切割每平方米面积的作物茎
秆所需功值 （ N.m / m2）, 据测试, 收
割小麦时, L0=100~200
Nk = （ 0.6~1.1） B，（ kW）
六、割刀惯性力的平衡
往复式切割器在工作时做高速往复直
线运动，由于其速度是变化的，将在机器
上产生较大的惯性力，速度越高惯性力就
越大，机器的振动也就越严重。 据测试，
每米割刀所产生的惯性力高达 600~800N，
严重地影响了机器的使用寿命和工作质量，
因此，必须对割刀的惯性力予以平衡。以
曲柄连杆机构为研究对象，建立割刀惯性
力的平衡关系式。
常用的措施：在曲柄销对面增加平衡配重
设,Md—— 割刀质量
Me—— 连杆质量
r—— 曲柄半径
ω—— 曲柄回转角速度
Mp—— 配重质量
rp—— 配重块回转半径
a—— 割刀加速度,a=rω 2cosω t
o
A
B ωt ω
x
x
y
L r
为了研究方便，设连杆质量 Me的 2/3
随割刀做直线往复运动,1/3随曲柄销做
圆的运动。机构运动简图如上图所示。
Me Md
Pd=（ Md+Me2/3） a
Merω2/3
rp
Mp
Mprω2
o
A
B ωt ω
x
x
y
L r
Me Md
Pd=（ Md+Me2/3） a
Merω2/3
rp
Mp
Mprω2
当 ω t=0~900时, 加速度 a为正值, 此时,
Pd与 Pq同向, 方向为 x的反向 。 当 ω t=900时,
割刀在 x轴上所受到的力最小, 只有 Pd。
o
A
B ωt ω
x
x
y
L r
Me Md
Pd=（ Md+Me2/3） a
Merω2/3
rp
Mp
Mprω2 机构受力平衡式如下,
（ Md + Me2/3） rω 2cosω t + Me rω 2/3 cosω t = Mprpω 2 cosω t
ppeed rMrMrMM ???
?
?
?
?
?
?
3
1
3
2
o
A
B ωt ω
x
x
y
L r
Me Md
Pd=（ Md+Me2/3） a
Merω2/3
rp
Mp
Mprω2
ppeed rMrMrMM ????
??
?
? ?
3
1
3
2
这是割刀在水平方向上的全平衡方程式, 他不是永恒
的, 而是变化的 。 Pq和 Pp的方向随着 ω 的变化而变化 。 当割
刀转至水平方向时, 可满足全平衡的要求 。 但当曲柄销转
至垂直位置时, 在 y方向上将会出现新的最大不平衡, 因为
此时 Pp＞＞ Pq,从而引起机构在上下或前后的剧烈振动 。
ppeed rMrMrMM ???
?
?
?
?
?
?
3
1
3
2
因此, 目前采用的是部分平衡法, 意在既
能够平衡掉一部分水平方向上的割刀惯性力,
又不致割刀在垂直方向上出现较大的振动 。 故
上述公式将改为,
ppeed rMrMrMM ???
?
?
?
?
?
?
3
1
3
2
?
λ 为平衡程度系数，一般取值为 λ =0.25~0.5
思考题
1、谷物茎杆的切割过程与那些因素有关？
2、正切与滑切的概念？正切比滑切省力的原因？
3、高速无支承切割的机理是什么？
4、为什么大多采用梯形刀片结构？
5、何谓切割进距？如何利用切割图评价割刀速度
与机组速度配合程度对切割质量的影响？
6、往复式切割器惯性力平衡为和采用部分平衡法？
第四节 扶禾装置
一、扶禾装置的类型及工作过程
二、拨 禾轮对谷物的作用
三、拨 板垂直入禾的条件
四、拨 禾轮清扫割刀及稳定推送的
条件
扶禾装置主要用于收割机或
联合收割机割台上，用以引导茎
秆、扶持切割、并清扫割台，防
止已割茎秆在割刀上堆积而造成
堵刀。扶禾装置主要有扶禾器和
拨禾轮两种基本形式。
一、扶禾装置的类型及工作过程
扶禾器 拨禾轮
扶禾器主要用于小型收割机上，而拨禾轮则
大多用于联合收获机上，本节授课的重点以拨禾
轮为主。
二、拨 禾轮对谷物的作用
拨禾轮主要用于卧式收割机
或联合收割机割台上，用以引导
茎秆、扶持切割、并清扫割台，
防止已割茎秆在割刀上堆积而造
成堵刀。拨禾轮有普通拨禾轮和
偏心拨禾轮之分，其中普通拨禾
轮现已逐渐被淘汰。
拨禾轮在工作时一边旋转,
一边随机组做直线运动, 其拨板
的 绝对运动轨迹是上述两种运动
的合成 。 根据切割器工作时需要
有拨禾轮的向后引导谷物茎秆和
推送被割茎秆的作用, 拨板的绝
对运动轨迹也必须满足余摆线的
要求, 即 λ =Vb / Vm＞ 1
研究拨禾轮对谷物茎秆的作用的
目的主要有三点,
① 为了减少 拨板对谷穗的打击, 力求
拨板垂直进入禾丛；
② 为了保证拨板向后推送扶持切割，
λ =Vb / Vm＞ 1；
③ 为了使割后的茎秆稳定的向后铺放，
拨板具有清扫割台的作用。
三、拨 板垂直入禾的条件
o1
H
Vmt
ω
Vm
o x
y
o2 ωt
从图中可以看
出, 要保证拨板垂
直入禾, 只有在拨
板的绝对运动轨迹
余摆线的最大玄长
处入禾 （ Vx=0）,
而且可通过合理的
确定拨禾轮的安装
高度 H来实现 。
o1
H
Vmt
ω
Vm
o x
y
o2 ωt
建立拨板的运动方程式,
x = Vmt ＋ R cosω t
y = H ＋ h－ R sinω t
y = L o1
H
Vmt
ω
Vm
o x
y
o2 ωt m
x = Vmt ＋ R cosω t
y = H ＋ h－ R sinω t, y = L
Vx= x/ = Vm－ R ω cosω t = 0
∵ y = L, sinω t =Vm/R ω=1/λ
∴ H = L－ h ＋ R / λ ①
∴ H = L－ h ＋ R / λ ①
该式说明, 只要按照公式所确定
的拨禾轮安装高度 H,就可保证拨禾
轮垂直入禾 。 同时也说明了拨禾轮的
安装高度还要考虑作物的生长高度 。
在这里也出现了运动参数 λ 对拨禾轮
安装高度 H的影响, 其分析过程与前
面讲过的旋耕机理论相同 。
四、拨 禾轮清扫割刀
及稳定推送的条件
当作物茎秆被割断后, 要求拨禾轮的拨板
继续向后推送茎秆, 使其迅速离开割刀, 并整
齐的向后铺放在割台上 。 这需要拨板在转动到
最底位置时对茎秆的打击部位要满足只能向后
倒不能向前倒的条件, 因此, 拨板在转动到最
低点时必须打击在已割茎秆的重心以上, 即打
击点在距穗头部 1 / 3处以上, 否则, 茎秆将向
前倾倒, 造成割刀堆积堵塞 。
o1
H
Vmt
ω
Vm
o x
y
o2 ωt m
H≥R＋ 2（ L－ h） / 3 ②
通过上述分析，我们可以得
出这样的结论，拨禾轮正常工作
的条件 必须同时满足三个,
λ =Vb / Vm＞ 1
H = L－ h ＋ R /λ ①
H≥R＋ 2（ L－ h） / 3 ②
问题：公式①和公式②能同时满足吗？
回答是否定的，因为很难保证。
在确定拨禾轮的安装高度时我们
依据那一个公式呢？
可以用平均值吗？
不能，因为这样的话可能双方都
不能满足。
怎么办？
一般采取的措施是，方程①和
方程②联立求解，求出拨禾轮的直
径 D，然后，以 H = L－ h + R /λ 为
依据确定拨禾轮的安装高度。
? ?
? ?13
2
2
?
?
??
?
? hL
RD
一般 D = 900~1200,λ =1.2~2，
Vb=2.5~3m/s。
思考题
1、拨禾轮正常工作的三个条件？
如何才能同时满足？
2、为什么拨禾轮的运动参数影
响了其安装高度？
