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第三节 切割器
一、茎杆物理机械性质及其与切割的关系
切割器的切割质量不仅与切割器的结构和参数有关，也取决于茎秆的物理机械性质。 1．茎秆刚度对切割的影响
现有切割器按切割原理不同可分为有支承切割和无支承切割两种。在有支承切割中又有一点支承切割和两点支承切割之分，其切割过程如图8－10所示。
对直径细、刚度小的茎秆，取两点支承切割较为有利（图8－10a）切割时茎秆弯曲较小（接近剪切状态），切割较省力。对直径粗、刚度大的茎秆，则可取一点支承切割。由试验观察：有支承切割的割刀速度，在0.3—0.6m/s时，小麦茎秆有被压扁和撕破现象，且阻力由大逐渐减小；当速
图8-10 有支承切割 度超过0.6m/s时，茎秆被压扁和撕破的现象消
a.两点支承切割 b.一点支承切失，且阻力减少缓慢，故一般对切割谷物取割刀
割 速度为0.8m/s以上。
无支承切割的过程如图8－11所示。切割时有切割力Pd、茎秆的惯性力PAB和PBC及茎秆的反弹力Pr等。为使切割可靠，应使茎秆惯性力与茎秆反弹力之和大于或等于切割力。即
Pd≤PAB＋PBC＋Pr
若将茎秆视为一端固定的悬臂梁，根据材料力学分析可知：为增大惯性力和茎秆的反弹力，除需尽可能降低割茬外，还应提高切割速度。据试验资料，对细茎秆作物（如牧草）切割速度应为30－40m/s；对粗茎秆作物如玉米，由于茎秆刚度较大，切割速度可较低，为6－10m/s。
2．茎秆的纤维方向性与切割的关系
作物茎秆由纤维素所构成。其纤维方向与茎秆轴线平行，因此割刀切入茎秆的方向与其切割阻力和功率消耗有着密切关系。据试验，按图8－12的三种切割方向，其切割阻力和功率消耗有较大的差异。
图8-11 无支承切割 1）横断切：切割面积和切割方向与茎秆轴线垂直（图8－
12a）。
2）斜切：切割面与茎秆轴线偏斜，但切割方向与茎秆轴线垂直（图8－12b）。 3）削切：切割面和切割方向都与茎秆轴线偏斜（图8－12c）。
试验指出：横断切的切割阻力和功率消耗最大；斜切较横断切的切割阻力和功率消耗降低30－40％；削切较横断切的切割阻力降低60％，功率消耗降低30％。
图8-12 三种切割方向 a.横断切 b.斜切 c.削切 图8-13 滑切与砍切 a.砍切 b.滑切 3．滑切与切割阻力的关系
切割茎秆时，刀刃的运动方向对切割阻力影响较大。如刀刃沿垂直于刃线方向切入茎秆时（为砍切），则切割阻力较大；若刀刃没刃线的垂线偏一α角方向切入茎秆时（为滑切），则切割阻力较小（图8－13）。
据试验结果，归纳有下列经验公式 P3S＝常数 式中 P－切割阻力
S－滑切长度（刀刃沿刃线方向移动的距离，与切割角α有关） 试验测得的数据如表8－1。
表8-1 刀刃滑切长度与切割阻力 滑切长度S（mm） 切割阻力P（N） 1.5 2.5 5.0 10.0
二、切割器的农业技术要求
切割器是收割机上重要的通用部件之一。其性能的好坏对于收获作业的顺利进行，降低收获损失等都具有很大的作用。因此，它必须满足一些特定的要求。
1．不漏割、不堵刀
这是确保收获作业顺利进行的重要条件。这不仅要求切割器在结构和形状上能够很好地满足作业要求，而且在加工材料上要具有坚韧、耐磨并长期保持锋利的特点。同时，在使用中也应该经常校正，刃磨及调整并保持合理的切割间隙（往复式）。
2．结构简单、适应性强
切割器是易损部件，在作业过程中由于经常接触到地表的一些坚硬物而遭到破坏，而需随时将损坏件进行更换。因此，要求结构简单、制造方便，并要求其通用性强，适应性广，目前使用的往复式切割器，除特殊用途外，均采用国家标准型。
3．功率消耗少，振动小
功率消耗少是收割机上一切工作部件的设计原则之一，这是减少整机功率消耗，减小配套动力的前题。振动小，运动平稳对于降低收获作业中的落粒损失意义重大，尤其是作物在完熟后期，振动大小对落粒多少影响更大。
4．割茬低而整齐
对于低荚类作物，如大豆，以及整个植株都要收获的牧草等，要求进行低割，以减少损失，增加收获量。此外，对于任何作物的收获也应做到割茬整齐化一。
三、切割器的种类及其应用
根据切割器结构及工作原理的不同可分为：往复式、圆盘式和甩刀回转式三种。 （一）往复式切割器
其割刀作往复运动，结构较简单，适应性较广。目前在谷物收割机、牧草收割机、谷物联合收获机和玉米收获机上采用较多。它能适应一般或较高作业速度（6－10km/h）的要求，工作质量较好，但其往复惯性力较大，振动较大。切割时，茎秆有倾斜和晃动，因而对茎秆坚硬、易于落粒的作物易产生落粒损失（如大豆收获）。对粗茎秆作物，由于切割时间长和茎秆有多次切割现象，则割茬不够整齐。
往复式切割器按结构尺寸与行程关系分有以下几种： 1．普通Ⅰ型
6 5 4 2 其尺寸关系为
S＝t＝t0＝76.2mm（3in） 式中 S－割刀行程 t－动刀片间距 t0－护刃齿间距 普通Ⅰ型切割器的特点是：割刀的切割速度较高，割性能较强，对粗、细茎秆的适应性能较大，但切割茎秆倾斜度较大、割茬较高。这种切割器在国际上应较为广泛，多用于麦类作物和牧草收获机械上。
在水稻收割机上有采用较标准尺寸为小的切割其尺寸关系为
S＝t＝t0＝50、60或70mm 其特点是：动刀片较窄长（切割角较小），护刃器钢板制成，无护舌，对立式割台的横向输送较为有利。切割能力较强，割茬较低。
在粗茎秆作物收割机上，有采用较标准尺寸为大切割器，其尺寸关系为
S＝t＝t0＝90或100mm 其护刃齿的间距较大，专用于收割粗茎秆作物。饲玉米收割机、高粱收割机和对行收割的玉米收获机用。
2．普通Ⅱ型 其尺寸关系为
S＝2t＝2t0＝152.4mm（6in）
该切割器的动刀片间距t及护刃器间距t0与普通Ⅰ型相同，但其割刀行程为普通Ⅰ型的2倍。其割刀往复运动的频率较低，因而往复惯性力较小。此点对抗振性较差的小型机器具有特殊意义，适于在小型收割机和联合收获机上采用。
3．低割型 其尺寸关系为
S＝t＝2t0＝76.2、101.6mm(3in、4in)
切割器的割刀行程S和动刀片间距t均较大，但护刃齿的间距t0较小。切割时，茎秆倾斜量和摇动较小，因而割茬较低，对收割大豆和牧草较为有利，但对粗茎秆作物的适应性较差。
低割型切割器由于切割时割刀速度较低，在茎秆青湿和杂草较多时切割质量较差，割茬不整齐并有堵刀现象。目前在稻麦收割机上采用较少。
（二）圆盘式切割器
图8-14 各种尺寸类型切割器 a.普通Ⅰ型 b.普通Ⅱ型 c.低割型 切时用器，
为其的
青采
圆盘式切割器的割刀在水平面（或有少许倾斜）内作回转运动，因而运转较平稳，振动较小。该切割器按有无支承部件来分，有无支承切割式和有支承切割式两种。
1．无支承圆盘式切割器
该切割器的割刀圆周速度较大，为25－50m/s，其切割能力较强。切割时靠茎秆本身的刚度和惯性支承。目前在牧草收割机和甘蔗收割机上采用较多，在小型水稻收割机上也采用。
在牧草收割机上多采用双盘或多组圆盘式切割器（8－15c、e），每个刀盘由刀盘架、刀片、锥形送草盘和拨草鼓等组成。刀片和刀盘体的连接有铰链式和固定式两种。在牧草收割机上，为适应高速作业和提高对地面的适应性，多采用铰链式刀片。其刀片的形状如图8－15d所示。其刃部少许向下弯曲，切割时对茎秆有向上抬起的作用。工作中每对圆盘刀相对向内侧回转。当刀片将牧草割断并沿送草盘滑向拨草鼓时，拨草鼓以较高的速度将茎秆抛向后方，使其形成条铺。在多组双盘式切割器上，为了简化机构常在送草盘的锥面上安装小叶片，以代替拨草鼓的作用。刀盘的传动有上传动式和下传动式两种：上传动式用皮带传动，其结构简单，但不紧凑；下传动式用齿轮传动，其下方设有封闭盒，结构较紧凑，是今
图8-15 圆盘式切割器 后的发展方向。
a. 单盘式 b.三盘集束式 c.双盘式 d.圆盘式切割器可适应10－25km/h的高速作
铰链式刀盘 e.多组圆盘式 业。最低割茬可达3－5cm，工作可靠性较强，但其
功率消耗较大。近年来国外回转式割草机的机型发展较多，并有扩大生产的趋势。
在甘蔗收割机上多采用具有梯形或矩形固定刀片的单盘和双盘式切割器。一般刀盘前端向下倾斜7°－9°，以利于减少茎秆重切和破头率。
在小型水稻收割机上，有采用单盘和多盘集束式回转式切割器者。多盘集束式切割器能将割后的茎秆成小束地输出，以利于打捆和成束脱粒。它由顺时针回转的三个圆盘刀及挡禾装置组成（图8－15b）。圆盘刀除随刀架回转外自身作逆时针回转，在其外侧的刀架上有拦禾装置。圆盘刀（刃部为锯齿状）将禾秆切断后推向拦禾装置。该装置间断地把集成小束的禾秆传递给侧面的输送机构。这种切割器因结构较复杂应用较少。
2．有支承圆盘式切割器
该切割器（图8－16）除具有回转刀盘外，还设有支承刀片。收割时该刀片支承茎秆由回转刀进行切割。其回转速度较低，一般为6－10m/s。刀盘由5－6个刀片和刀盘体铆合而成。其刀片刃线较径向线向后倾斜α角（切割角），
0
该角不大于30。支承刀多置于圆盘刀的上方，两者保有约0.5mm的垂直间隙（可调）。
（三）甩刀回转式切割器
图8-16 有支承圆盘式切割器 a. 单盘式 b.双盘式