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本课件先比较分段、联合与两段收获法及国内外发展概况，随后讲述收割机的类型构造、茎秆切割理论与往复式切割器、拨禾轮，再展开脱粒装置、分离机构与各类清选装置，最后系统介绍联合收获机的分类、构造与工艺流程。
第八章谷物收获机械
第一节概述
一、谷物收获的农业技术要求
二、谷物的收获方法1、分段收获法：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。
分段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。
总结：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段收获法脱粒机运输车收割机扬场机联收机割晒机联收机
三、国内外收获机械发展概况(一) 国内收获机的发展概况(二) 国外收获机的发展概况
(一) 国内收获机械的发展概况1. 入门阶段2. 发展阶段3. 利用引进技术发展阶段(1981-1990)
(二) 国外收获机的发展概况•国外收获机发展比较有代表性的国家和地区为欧美及日本等地。欧美多为全喂入脱粒，机型大，生产率高，适合较大规模的生产条件；日本则以中小型水稻收获机为主，多采用半喂入，机型小，生产率相对较低。
第二节收割机械2.1 收割机2.2 切割器2.3 拨禾轮
2.1 收割机
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。主要用于分段收获法。
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
二、收割机的一般构造
(一) 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。
1.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。
2. 立式收割机的类型
侧向放铺型有两种结构:
侧向输送侧面放铺型图8-1 侧向输送侧放铺型收割机
中间输送侧面放铺型图8-2 中间输送侧放铺型收割机
后放铺型图8-4 后放铺收割机
(二) 卧式收割机Vmω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
2.2 切割器
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：PV茎杆割刀刃口
正切包括横切、斜切和削切三种切割方式。实验结果表明，三种方式切入茎秆的方向与茎秆纤维方向存在较大差异，切割阻力和功率消耗也各不相同。
| 切割方式 | 相对横切的阻力变化 |
|---|---|
| 横切 | 阻力最大（作为比较基准） |
| 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。
PVnVtVα☆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。
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
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=1~2m/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=1~2m/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。PPw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。
PPw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
二. 切割器的农业技术要求
三、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，切割器主要有圆盘式切割器,往复式切割器和甩刀回转式切割器三种基本类型。
圆盘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。
圆盘式切割器按有无支承部件分为:•
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
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、普通Ⅰ型t0S=t动刀片定刀片
2、普通Ⅱ型t0tS=2t=2to
3、低割型toS=t
甩刀回转式切割器图8-17 甩刀回转式切割器a.玉米茎杆切碎器b.牧草切割器c.刀片
四、往复式切割器的构造和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oABωtωxxy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xyoo1A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。
2.3 拨禾轮
拨禾轮种类•
图8-40 板式拨禾轮
第三节脱粒机3.1 脱粒机的种类和构造3.2 脱粒装置3.3 分离装置
3.1 脱粒机的种类和构造
简易式脱粒机——只有脱粒装置，不能分离和清粮，处理结果为混合物，尚需后续加工处理。脱粒滚筒脱粒凹版机壳谷物长茎秆籽粒混合物
半复式脱粒机——有脱粒、分离和清粮功能，能获得比较干净的籽粒，但脱粒不太彻底，仍有少量的混合物。
复式脱粒机——除了有脱粒、分离、清粮功能外，还设有复脱、复清和分级装置，能获得不同级别的干净籽粒。
脱粒机一般包括以下主要部分：脱粒装置、分离装置、清粮装置、传动装置和机架等。其中，脱粒装置、分离装置、清粮装置是脱粒机械的三大组成部分。脱粒机的一般组成
籽粒滑板脱粒机的一般结构组成及工作原理风机清粮筛脱粒装置分离装置茎秆逐稿轮喂入轮杂余谷物
3.2 脱粒装置
一、脱粒装置的技术要求和工作原理•对脱粒装置的技术要求主要是：脱得干净；谷粒破碎、暗伤尽可能少；分离性能好，这一点是联合收获机向大生产率方向发展所特别提出的要求；通用性好，能适应多种作物及多种条件；功率耗用低；
在某些情况下要求保持茎稿完整或尽可能减少破碎
脱粒机械的工作原理被割谷物经脱粒机械的喂入口进入由脱粒滚筒和凹版组成的脱粒间隙进行打击和搓擦后，短脱出物通过栅格状凹版进入由清选筛和风机组成的清粮装置进行清选。
长脱出物则进入分离装置进行茎秆与籽粒的分离，长茎秆被排出机外，而籽粒等短脱出物则通过分离装置上的筛孔进入下方的清粮装置进行清选；
在风机和清选筛的联合作用下，颖壳等细小轻杂物被吹出机外，干净的籽粒经由籽粒收集装置进入集粮装置。
谷物的脱粒方式
脱粒机的工艺流程谷物脱粒装置短脱出物长脱出物分离机构清粮装置茎秆杂余机外籽粒机外短脱出物70%籽粒
二、切流纹杆滚筒式脱粒装置1、组成：纹杆滚筒、栅格状凹版、间隙调节装置等
2、特点：以搓擦脱粒为主、冲击为辅，脱粒能力和分离能力强，断稿率小，有利于后续加工处理，对多种作物有较强的适应能力，特别适用于小麦收获，多用于联合收获机上。但当喂入不均匀、谷物湿度大时，脱粒质量明显下降。
三、切流钉齿滚筒式脱粒装置1、组成：钉齿滚筒和钉齿凹板
2、特点：利用钉齿对谷物的强烈冲击以及在脱粒间隙内的搓擦而进行脱粒。抓取能力强、对不均匀喂入和潮湿作物有较强的适应性。但由于断秆率较高，分离效果较差，对分离装置和清粮装置的工作造成一定的困难。
四.双滚筒脱粒装置
特点:•双滚筒脱粒装置采用两个滚筒串联工作。第一个滚筒的转速较低，可以把成熟的好、饱满的籽粒先脱下来，并尽量在第一滚筒的凹板上分离出来。同时可使喂入的谷物层均匀和拉薄。
第二个滚筒的转速较高，间隙较小，可使前一滚筒未脱净的谷粒完全脱粒。
五.轴流滚筒脱粒装置图9-27 轴流式脱粒装置.顶盖
六.半喂入式脱粒装置图9-2 工农-400半喂入式脱粒机
工作原理和主要参数
图9-33半喂入脱粒装置的梳整齿
(二) 凹板•凹板有编织筛式和栅格式两种。前者处理断穗能力强，断穗量少，但分离能力较差，谷粒损失会多些，湿脱时易堵塞；后者的性能正相反，干脱时碎草要多些。前者结构简单，常用于脱粒机上；后者在联合收获机上较普遍。
(三) 排杂装置•排杂装置由排杂轮和筛板组成，设在排杂口后方，用以排出脱下的碎草、断穗，并将谷粒分离出来。排杂轮直径为200－250mm，长100－150mm。其上齿高约40mm，并后倾300安装。
齿距为30－70mm，齿顶线速度4－5m/s，筛板与编织筛凹板相似。
(四) 夹持输送装置•由夹持输送链、夹持台和传动装置等组成。输送链的齿形链片与夹持台上下配合，并在横向左右交错以便将茎秆夹成曲折使其具有抗抽出的能力。
图9-37 夹持输送器
3.3 分离机构
分离机构的功用、类别和构造特点只有全喂入式脱粒装置才设有分离装置，其目的就是将经脱粒装置排除的长脱出物中夹带的籽粒及断穗头分离出来，将长茎秆排出机外。由于分离原理不同，分离装置的类型也不同。
1、利用抛扬原理进行分离：当分离机构对谷物茎秆层进行抛物体运动时，利用籽粒比重大、茎秆漂浮性能好的特性，将籽粒从松散的茎秆层中分离出来。目前常用的分离装置有：键式逐稿器、平台式逐稿器、分离轮式逐稿器。
双轴键式逐稿器
平台式逐稿器
转轮式分离装置
2、利用离心原理进行分离脱出物通过高速旋转的分离筒时，依靠比籽粒大许多倍的离心力将籽粒从茎秆层中通过分离筒周边的分离孔径向甩出。分离筒刮送螺旋
一、清粮原理经脱粒装置脱下的和经分离装置分离出的短脱出物中混有断、碎茎秆、颖壳和灰尘等细小夹杂物。清粮装置的功用就是将混合物中的籽粒分离出来，将其他混杂物排出机外，以得到清洁的籽粒。
（一）按照谷粒的空气动力特性进行分离（二）按谷粒的尺寸特性分离(按厚度、宽度、长度分离)（三）利用气流和筛子配合进行分离
二、清选装置
⑶鱼眼筛：在薄金属板才上冲制出凸起的鱼眼状筛孔。混合物在筛面上只能单向选别，向后推送的能力比较好，结构简单，生产率低，易作下筛。
⑷鱼鳞筛：是由冲压而成的鱼鳞筛片和鱼鳞筛孔组合而成。孔口大小可调、不易堵塞、生产率高、适应性强。但结构复杂，在联合收获机上应用较多。
（二）气流清选方式•1、利用垂直气流进行清选谷物清选机的垂直气流清选系统包括喂料装置（图10-8）、垂直气道、风机和沉降室。工作时谷粒混合物被喂料辊送至垂直吸气道下部的筛面上。
由于受到气流的作用，悬浮速度低于气流速度的轻杂物被吸向上方。当吸至断面较大的部位时，由于气流速度降低，一部分籽粒和混杂物开始落人沉降室内，被搅龙输送到机外，最轻的杂质被风吹出。
2利用倾斜气流进行清选
•3 利用不同空气阻力进行分离
图10-10倾斜气流清选装置图10-11 带式扬场机
三、气流筛子清选装置
•有上下两筛
（四）窝眼筒分选•窝眼筒是按籽粒长度进行分选的工作部件。在金属板上压成多数口径一致的圆窝，将混合物平铺其上，稍加振动则较小谷粒即落入窝眼内，大者留在窝外。
如将金属板倾斜至一定角度时，则长谷粒可由板上滑下，再将板移至他处反转，则短谷粒亦被倾出。利用这种方法，如将板弯成圆筒形，使窝在内侧，中间置承种槽和推运器。即为农业上广泛应用的窝眼式选粮筒（图10-25）
图10-25 窝眼筒按长度分选
（五）比重清选•重力清选机的主要工作部件是一个双向倾斜的三角形振动筛面（图10-29），α角称为纵向倾角，β角为横向倾角。此筛面由曲柄连杆机构（或振动电机）驱动，产生纵向振动，振动方向角ε大于筛面的纵向倾角α。
三角形筛面具有孔眼，气流从筛面下方沿一定方向吹出。气流速度应使轻的籽粒处于半悬浮状态，而重的籽粒处于下层并沿筛面向上移动。
图10-30 5XZ-1.0重力式清选机
（六）摩擦分离器分选
图10-32 回转带式摩擦分离器
图10-33 螺旋分离器
（七）颜色分选机•颜色分选机由喂料部分、扫描室和控制部分组成。颜色不同而需要进行分选的物料装入喂料斗（图10-35），然后由一个振动输送器均匀地将物料送到倾斜的输送槽中。物料沿倾斜输送槽一个一个地以很高的速度通过扫描室。
在扫描室内，颜色不同的物料被安装在几处的光源照射。光线通过透镜照射到物料表面，然后从表面反射到三个光电倍增管，光电管将反射的光信号转换成电压，然后与一个预先调好的标准电压相比较。
图10-35 颜色分选机工作原理
三、复式谷物清选机•所谓复式精选机就是将筛选、气流清选和窝眼清选按一定的工艺流程组合在一台机器上，因而可以根据谷粒的几种主要特性（如长、宽、厚、空气动力学特性）同时进行清选。
第四节联合收获机械4.1 联合收获机的特点及分类4.2 联合收获机的一般构造和工作过程4.3联合收获机的割台4.4联合收获机的中间输送装置
4.1 联合收获机的特点及分类
联合收获机——是将收割机和脱粒机通过中间输送装置、传动装置、行走装置、操作控制装置等有机地结合成一体的自走式机械。能同时完成作物的收割、脱粒、分离、清选和秸秆处理等多项作业，从而获得比较清洁的籽粒。
作物收割台中间输送发动机行走部分脱粒清选排杂口杂余籽粒处理秸杆处理谷粒秸杆
喂入方式全喂入半喂入割前脱粒行走方式自走式牵引式背负式行走装置轮胎式半履带式履带式
联合收获机的总体概念
联合收获机的总体概念
联合收获机的总体概念
一、按照动力的供给方式分类1、牵引式——工作时由拖拉机牵引前进，本身由可分为带发动机和不带发动机两种。特点：结构简单，价格低廉，机组动力利用率高。缺点是机组庞大，机动性差，不能自行开道。
一、按照动力的供给方式分类2、自走式——自带发动机和行走装置，割台配置在机器前方，自行开道，机动性好，生产率高。但机构复杂，造价较高，动力利用率低。
一、按照动力的供给方式分类3、悬挂式（背负式）——将联合收获机悬挂在拖拉机上，割台位于拖拉机的前方，脱粒装置位于拖拉机的后方，用位于拖拉机侧面的中间输送装置连接。
具有牵引式和自走式的主要优点，动力利用率高，但工作质量稍差。
山东济宁大丰王4LS—1型谷物联合收获机
二、按照作物的喂入方式分类1、全喂入式
2、半喂入式
日本雅马哈CA355
三、按照作物的流动方向分类1、L型牵引架收割台脱粒滚筒分离与清选
2、Π型联合收获机拖拉机输送装置脱粒滚筒收割台
Π型悬挂联合收获机
3、T型联合收获机收割台螺旋输送搅龙脱粒装置分离与清选
T型自走式谷物联合收获机
4、直流型联合收获机B
直流型联合收获机的最大优点：脱净率高
奥地利产直流型小区联合收获机
四、按照对地形的适应性分类1
坡地型联合收获机
4.2 联合收获机的基本构造和工作过程
一、基本构成和工作流程
奥地利产具有二次清选功能的谷物联合收获机
轴流滚筒型谷物联合收获机
一、全喂入式小麦联合收获机用于收获小麦为主的联合收获都是全喂入的，总体结构差别不大，由割台、倾斜输送器、脱粒机、发动机、底盘、传动系统、液压系统、电器系统、驾驶室、粮箱和草箱等部分组成。其工作过程如下：
工作流程
图11-1 自走式联合收获机的工作过程
二、全喂入式稻麦联合收获机•现有的稻麦联合收获机有三种情况•
图11-3 全喂入稻麦联合收获机
三、半喂入式水稻联合收获机
图11-4 半喂入自走式联合收割机(立式割台)
二、谷物联合收获机的工艺流程割台切割谷物输送装置脱粒装置分离装置排出机外短脱出物清粮装置籽粒轻杂干净籽粒粮仓轻杂物穗头长茎秆长脱出物
4.3 联合收获机的割台1、收割台的功用是切割作物，并将作物运向脱粒装置。它由拨禾轮、切割器、分禾器和输送器等组成。2 、收割台的类型根据收割作物的对象，可分为麦类割台、玉米割台、水稻割台等；
根据对地形的适应性可分为刚性割台、挠性割台
（一）割台螺旋推运器(全喂入)一、谷物割台
二次切割装置图1.4LZ-160B1型收割机示意图
（二）半喂入割台（参考教材P175）
三、联合收获机的中间输送装置
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