玉米剝皮脫粒機脫粒裝置設計

1、玉米剝皮脫粒機脫粒裝置的設計摘 要：近年來，在國家政策的大力支持和各級政府的積極指導下，玉米脫粒械化發(fā)展迅速。 但目前，我國玉米脫粒機機械化收獲水平仍然很低。 機械一般只占2%。同時，大多數(shù)成熟的玉米脫粒機沒有剝皮裝置。 在這一重要的脫皮環(huán)節(jié)中，大多數(shù)農(nóng)民迫切需要一種廉價高效、易于使用的既能脫皮又能脫粒的小型機械來取代繁瑣的體力勞動。因此，本課題主要針對玉米剝皮脫粒機的設計，該機的主要特點是：適用于農(nóng)村收獲困難的復雜地形；一機雙用，運行質量好，效率高；結構簡單，使用方便；成本低，減輕人力勞動。關鍵詞：結構設計；Corn peeler and threshing On the design of

2、 threshing mechanism （College of Mechanical Engineering，Longdong University）Abstract: In recent years, with the strong support of national policies and the active guidance of governments at all levels, corn harvesting mechanization has developed rapidly. But at present, the level of mechanized corn

3、harvest in China is still very low. Machinery generally only accounts for 2%. At the same time, most mature corn harvesters do not have peeling devices. In this important part of peeling, most farmers urgently need a kind of cheap, efficient and easy-to-use small machinery which can peel and thresh

4、to replace the tedious manual labor. this topic is mainly aimed at the design of corn peeler and thresher. The main characteristics of this machine are: it is suitable for the complex terrain with difficult harvest in rural areas; one machine is used for two purposes, with good operation quality and

5、 high efficiency; the structure is simple and easy to use; the cost is low and human labor is reduced.Key words: Corn threshing; Structural design; Mechanical analysis; Load calculation1.1研究背景與意義玉米是我國第三大種植作物，是食品和飼料的原料，也是重要的工業(yè)原料。表1-1列岀了2017-2019年我國米生產(chǎn)情況。時間指標單位數(shù)值2019播種面積千公頃41284.0002019產(chǎn)量萬噸26077.00020

6、18播種面積千公頃42129.0002018產(chǎn)量萬噸25717.3932017播種面積千公頃42399.0002017產(chǎn)量萬噸25907.070表1-1 2017-2019年我國玉米生產(chǎn)情況注：表1資料來源自中華人民共和國國家統(tǒng)計局我國玉米種植范圍廣，根據(jù)農(nóng)業(yè)部全國農(nóng)業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)得知除青海、海南、江西和上海的種植面積小于10千外，全國玉米種植面積約41284千,占全國耕地面積的24.2%。目前，我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平有了很大的提高，但玉米剝皮、脫粒的機械化程度相對較低。 隨著我國畜牧業(yè)和糧食加工業(yè)的快速發(fā)展，對玉米的需求逐年增加。我國西北大部分地區(qū)的玉米剝皮脫粒依舊靠人力完成，因此玉米高效率的剝皮、

7、脫粒的機械化水平已成為制約玉米產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。我國現(xiàn)階段玉米收獲的主要機型有4YW-2型玉米聯(lián)合收獲機、4YZ-4型自走式玉米聯(lián)合收獲機、4YW-2型懸掛式玉米聯(lián)合收荻機和單行玉米聯(lián)合收獲機。此種機型適用于大型、平整、種植面積廣的地形，我國西北地區(qū)的多數(shù)耕地未承包化，地形多為小型地塊、山洼地塊，收獲機無法進入作業(yè)，現(xiàn)階段這些地區(qū)的玉米收獲基本上依賴人力完成。目前多數(shù)玉米脫粒機械多為玉米脫粒機，玉米剝皮依靠人力完成。本設計的玉米剝皮脫粒機可適用于個人家用，解決玉米脫粒機功能單一，安全性低的問題，提高玉米剝皮和脫粒效率，設計玉米剝皮脫粒機，提高整個裝置的生產(chǎn)性。玉米剝皮脫粒機結構簡單，調整方便可靠

8、，運用電動機作為動力，為了達到設計要求，主剝皮脫粒裝置中的剝皮輥采用螺旋鐵棍和橡膠輥組合的玉米剝皮輥，并且兩輥高低配置，且根據(jù)玉米棒的大小不同，通過彈簧調節(jié)兩輥間的距離，玉米剝完皮后通過輸送管輸送到脫粒室，工作時玉米在高速旋轉的轉子與滾筒內受到撞擊玉米粒脫落，篩孔把籽粒分離出去。1.2國內外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢1.2.1國內外研究現(xiàn)狀進入21世紀，經(jīng)濟發(fā)達國家的玉米機械化收獲已經(jīng)實現(xiàn)，玉米收獲機械的研究與生產(chǎn)技術已經(jīng)成熟。法國、德國、烏克蘭、俄羅斯等國家，玉米的收獲已基本實現(xiàn)了全部機械化作業(yè)。美國、加拿大等國家由于其種植地塊大、且多為一年一季種植，收獲時玉米籽粒的含水率很低，一般是在谷物聯(lián)合收獲

9、機上換裝玉米割臺，采用直接脫粒的收獲方式。20世紀70年代開始我國相繼引進入一些國外玉米收獲機械，如美國凱斯公司的玉米聯(lián)合收獲機。添加玉米收割臺，一次性完成玉米摘穗、剝皮、脫粒和清選工作。但由于我國與美國玉米行距存在差異，且我國玉米收獲時含水量大于美國本土玉米，造成引進的收獲機械水土不服，玉米粒損失比較嚴重。同時，直接收獲導致無法利用后熟作用，產(chǎn)量大幅下降。于是我國開始了自行研制玉米收獲機械的道路。我國在20世紀70年代末自行研制出小型玉米聯(lián)合收獲機和玉米割臺，80年代研制出了青貯玉米收獲機，以及與小型拖拉機配備的懸掛式玉米聯(lián)收機。目前為止我國玉米的種植面積僅次于小麥，但其機械化勞動作業(yè)程度卻

10、有很大差異。玉米聯(lián)合收獲機的使用主要集中在山東、河北等省區(qū)的一些國有大型農(nóng)場。而我國許多玉米產(chǎn)地至今仍靠人工掰穗收獲，由于我國與美國等國家玉米收獲含水率存在較大差異，我國大部分地區(qū)玉米收獲含水率高于26%導致玉米粒碎裂嚴重影響產(chǎn)量及農(nóng)戶的經(jīng)濟收益，因此針對不適用玉米收獲機的地區(qū)亟需機械化玉米收獲的普及。1.2.3研究目的與內容玉米剝皮脫粒機有著高效、高性能、高精度的巨大優(yōu)勢，農(nóng)戶將帶皮的玉米運回家中進行一定的晾曬處理即可使用玉米剝皮脫粒機剝皮、脫粒一步到位，能夠大幅提高收獲效率大量的節(jié)約人力勞動。本設計的主要研究內容包括:脫粒裝置總體結構及工作原理；主要零部件設計計算；脫粒裝置的性能及特點。玉

11、米脫粒裝置的工作原理：玉米從剝皮機構的出料口進入脫粒裝置的入料口，在脫粒滾筒的高速運轉下使玉米粒和玉米芯分離，玉米粒經(jīng)凹型篩網(wǎng)的縫隙落下，從出料口排出，玉米芯則被隔住，從排芯口排出。從而實現(xiàn)高效率、高精度的不間斷脫粒過程。脫粒裝置用電力驅動，電動機安裝于剝皮機下方，與剝皮機構機架的最底層固定連接。2.結構設計、三維建模及方案選擇玉米脫粒裝置是玉米粒和玉米芯分開的一種裝置。主要由入料口、脫粒滾筒、有孔凹板、機架和電機組成?？傮w結構如圖1所示。圖2-1 脫粒裝置結構圖本次設計的玉米脫粒機其工作原理為電機皮帶輪傳動,玉米果穗進入進料箱，皮帶輪帶動脫粒滾筒轉動，在脫粒區(qū)內果穗沿脫粒滾筒軸做螺旋滾動與滑

12、動，在此過程中果穗之間、果穗與脫粒錘之間進行充分碰撞，籽粒被擊打下來；脫掉的籽粒穿過柵格凹板篩排出主機，通過前、后溜板沿出料口排出；全部脫掉籽粒的玉米芯沿軸線方向被推送到排芯口排出機外，即完成整個脫粒過程。2.2結構設計及三維建模本設計使用creo6.0軟件進行結構設計和建模分析。Creo6.0具有6大優(yōu)點：（1）草圖的方便性，智能線性捕捉、自動弱尺寸標注和簡單易懂的菜單欄大幅度提高草繪速度。（2）特征調整的方便性，可以通過右鍵切換選擇特征、雙擊即可修改尺寸等便捷優(yōu)勢。（3）裝配體中調整特征的方便性，裝配方便快捷，可直接調用標準零件庫完成裝配需求。（4）配置常用參數(shù)的方便性，自定義快捷鍵、菜單

13、欄和各種建模參數(shù)。（5）工程圖的方便性，模型圖可直接投影為工程圖省去再使用CAD等軟件重復出圖。（6）文件管理的方便性，建模過程中的文件保存相對完整不易出錯、回溯丟失。脫粒裝置的入口是剝皮裝置的出口通過料槽連接。通常使用空心管道、半開滑槽、空心料槽等方式?？招墓艿篮桶腴_滑槽效率低，制造成本高、安全性低和不方便維護等缺點。本設計選用壁厚2mm的空心料槽，空心料槽具有制造方便、下料速度快、質量輕的優(yōu)點，同時料槽的傾斜設計使剝皮后的玉米更容易通過料槽進入脫粒裝置，極大的提高脫粒效率。創(chuàng)建TM1-TM7定位面為草繪創(chuàng)造定位基準。選擇平面TM1和TM2畫出基準參考線。選擇參考基準線掃描、拉伸出大致輪廓。

14、將掃描出的模型抽殼厚度為2mm。將抽殼后的模型棱角倒圓角使其符合加工工藝。表2-2-1-2 料槽建模玉米脫粒的核心部件是脫粒滾筒，滾筒長度為2700mm，直徑500mm。滾筒上均勻分布齒桿和螺旋式葉片。脫粒過程中玉米快速橫向移動，旋轉速度逐漸增加，這個過程主要依賴滾筒上的葉片和齒桿完成，大幅度保證脫下的玉米粒外觀完整。選擇TOP平面為參考面建立草繪平面，草繪畫尺寸并拉伸為圓柱。在已畫出的圓柱上掃描出螺旋形狀的葉片。在已畫出的圓柱上拉伸出齒桿并均勻陣列到圓柱體。2.2.3分離和機架部分脫粒完成后玉米芯和玉米粒分離。滾筒下方有厚度為2mm凹型板，板子上均勻分布直徑為4mm的孔洞以保證玉米粒漏下從凹

15、板下方的出?？谂懦?，玉米芯從凹板上方的出芯口排出。分離板及機架建模：選擇TOP平面建立草繪面，建立弧度尺寸。以草繪尺寸為考拉伸為H型模型。把H型模型鏡像后得到兩個形狀尺寸相等的模型。拉伸連接鏡像后的H型模型。在凹型面創(chuàng)建直徑為4mm的孔并均勻陣列。在機架上切出出芯口。創(chuàng)建草繪平面畫出出粒口并拉伸為實體。2.2.5動力傳動裝置農(nóng)用機器常見的動力裝置有燃燒柴油輸出動力的發(fā)動機，還有消耗電力提供動力的電動機兩種。柴油發(fā)動機成本高昂，柴油的儲藏容易發(fā)生安全隱患，噪音大質量非常重等缺點。故本設計選用型號為Y132M-4型三相異步電動機。3.重點零部件的設計計算及校核常用的傳動方式有鏈傳動、齒輪傳動以及帶

16、傳動。鏈傳動和齒輪傳動安裝不方便，制造的價格也非常貴，因此本設計選用帶傳動。帶傳動是一種撓性傳動。帶傳動的基本組成零件為帶輪和傳送帶。當主動帶輪轉動時，利用帶輪和傳動帶輪間的摩擦或嚙合作用，將運動和動力通過傳送帶傳遞給從動帶輪。帶傳動具有結構簡單、傳動平穩(wěn)、價格低廉和緩沖吸震等特點。根據(jù)玉米脫粒機的具體傳動要求，可選取電動機和主軸之間用V帶和帶輪的傳動方式傳動，因為在脫粒機的工作過程中，傳動件V帶是一個撓性件，它賦有彈性，能緩和沖擊，吸收震動，因而使玉米脫粒機工作平穩(wěn)，噪音小等優(yōu)點。雖然在傳動過中V帶與帶輪之間存在著一些摩擦，導致兩者的相對滑動，使傳動比不精確但不會影響玉米脫粒機的傳動，因為玉

17、米脫粒機不需要精確的傳動比，只要傳動比比較準確就可以滿足要求，而且V帶的彈性滑動對脫粒機的一些重要部件是一種過載保護，不會造成機體部件的嚴重損壞，還有V帶及帶倫的結構簡單、制造成本底、容易維修和保養(yǎng)、便于安裝，所以，在電動機與玉米脫粒機之間選用V帶與帶輪的傳動配合是很合理的選擇。V帶和帶輪因當從它的傳動參數(shù)入手，來確定V帶的型號、長度和根數(shù)，再來確定導輪的材料、結構和尺寸（輪寬、直徑、槽數(shù)及槽的尺寸等）傳動中心距（安裝尺寸）帶輪作用在壓力（為設計軸承作好準備釘齒條及釘齒的設計釘齒條的功用是固定釘齒的相對位置，使釘齒在正常工作過程中能夠持續(xù)的正常工作，釘齒所受的脫粒力直接傳遞到釘齒條上，釘齒條所

18、承受著釘齒的切向力，所以釘齒條應該采用足夠強度和剛度的材料 制 成，根 據(jù)脫 粒機一 書 中，可 以 查 得 材 料 選 為 45鋼 。3.1.2帶輪傳動設計根據(jù)電動機功率P=7.5KW，轉速=1440r/min,傳動比i=3，每天工作8h。有關計算資料查自機械設計。由表8-8查得工作情況系數(shù)=1.0，故根據(jù)、由圖8-11選用B型。3.確定帶輪的基準直徑并驗算帶速v1)初選小帶輪的基準直徑。由表8-7和表8-9，取小帶輪的基準直徑mm。因為5mvS,對于單向轉動的轉軸，通常轉矩按脈動循環(huán)處理，故取折合系數(shù)=0.6，則當量應力/MPa=1.18已知軸的材料為45鋼，調質處理，由表10.1查得=6

19、50MPa,由表10.4查得=60MPa。顯然，,故軸的aa剖面右側的強度滿足要求。V帶輪鍵連接的擠壓應力取鍵軸的材料都為鋼，查表得=120150MPa，顯然，S,因此軸有右移趨勢，但由軸承部件結構圖分析可知軸承將使軸保持平衡，但兩軸承的軸向力分別為比較兩軸承的受力，因FF及Fe所以 X=0.44,Y=1.36P/N=XF+YF=0.44266.17+1.36566.232=887.2（3）校核軸承壽命L/h=()=()=136122.4已知機器使用5年，兩班工作制，則預期壽命L/h=823005=24000顯然，L遠大于L，故軸承壽命很充裕。4.玉米脫粒機的可靠性設計4.1脫粒滾筒運轉的穩(wěn)定

20、性現(xiàn)代化聯(lián)合收獲機的發(fā)展方向是在增大生產(chǎn)率的同時提高作業(yè)質量。收獲的損失主要原因是脫粒不凈、谷粒破碎和分離不凈，而這些損失與脫粒滾筒和逐稿器的轉速波動有密切的關系。為此一般要求脫粒滾筒和逐稿器的轉速波動不大于57。聯(lián)合收獲機在作業(yè)時脫粒裝置的負荷是在不斷變化著的，而供給脫粒裝置的功率也是在不斷變化著的。例如由于谷物產(chǎn)量的變異、雜草的多少以及地面分布不勻，尤其是由于收割臺輸送過程中造成的谷物流的不均勻，使得喂入量的變異系數(shù)一些機器上可達31.4，則394，即此種有規(guī)律的變異幅度達平均值的一倍多。另一方面，由于地面地形、土壤含水量、抗壓強度等的變異，使行走裝置的行走阻力變化為25，則375；前者使

21、工作部件的作業(yè)負荷發(fā)生變化、后者使提供給脫粒裝置的動力大小發(fā)生變化，二者同時作用的結果就可能使運轉很不平穩(wěn)。4.2對發(fā)動機的要求為了能適應上述工作特點，對聯(lián)合收獲機的發(fā)動機提出以下要求：1應具有足夠而適當?shù)墓β蕛洌?發(fā)動機或脫粒滾筒應具備足夠的轉動慣量。3聯(lián)合收獲機的發(fā)動機應用全程式調速器，并應有足夠的調速靈敏度。由上可知，為了得到脫粒滾筒作業(yè)的穩(wěn)定性，即減少其運轉的不均勻度，在下述三種情況下都以采用較大的滾筒轉動慣量為佳： 一是在發(fā)動機功率配備不足的情況下，可在滾筒軸上采用附加飛輪的方 法，另一種是在發(fā)動機額定轉矩MeH大于阻力矩M1M2的情況下，喂入量突增時，較大的轉動慣量I也可依靠其運

22、轉系統(tǒng)本身貯存的能量克服阻力矩的變化，使轉速不致發(fā)生過大的波動。還有一種是在人工喂入的脫粒機上，滾筒采用較大而適度的轉動慣量尤為必要。綜上所述，脫粒機機構合理可靠。時間似流水，到今天，我們的畢業(yè)設計總算完成了，心里充滿感慨和心酸，這段時間的畢業(yè)設計，讓我充分認識到機自在理論方面的學習的知識不能夠學以致用和設計方面的不足，使我深感自己各方面還需要加強，同時在設計過程中，我深感自己所學知識不夠，在機械行業(yè)的基礎知識很欠缺。通過初期的定稿，查資料和做畢業(yè)設計這段時間，讓我系統(tǒng)的了解到所學知識的重要性，從而讓我更加深刻的體會到做一門學問的不易，需要不斷的鉆研，不斷的進取，不斷的努力才能做得好?？偨Y有以

23、下幾點不足之處：1、前期玉米剝皮脫粒機的方案不能確定。由于對農(nóng)機機器的了解不夠充分，綜合個方面的考慮，耽誤了很長一段時間。2、計算問題繁雜，容易出錯。因為計算不夠細心，常常導致錯誤，往往一個錯誤導致連鎖反映，給后期計算帶來不便。3、設計應該考慮是否和實際相符，在前期在這個問題上面沒有考慮太多，所以導致設計中出現(xiàn)種種困難。4、尺寸標注遇到困難。設計好零 8件后，在標注時沒有做到規(guī)范，部分尺寸不會標注。這次畢業(yè)設計讓我對機械設計行業(yè)有了一個全新的認識，經(jīng)過這次的畢業(yè)設計，我獲得的很大的提高，這種提高是綜合方面的。我感到自己不足之處在于理論知識和不夠細心，因為機械設計要求合理、精密為一體，這是要考慮

24、的關鍵因素，在玉米剝皮脫粒機設計中出現(xiàn)了這類問題。在設計中，我明白一個道理，沒有厚實是基礎，就不能再設計中把作品做到合理、實用；沒有細心和耐心，就不能做成功一件繁瑣的事。在設計的同時，我通過查找資料、學習軟件等方法，將所學知識綜合的利用，提高了個人能力，發(fā)現(xiàn)不足立即改正。這次畢業(yè)設計，我充分明白團隊合作與個人能力的重要性，也明白理論知識和實踐相結合的重要性。此次設計中仍存在不足之處，希望老師指出我的不足之處，這樣我可以更加完善設計。1 柴永生,丁兆露,李保敏等.負壓氣流玉米剝皮脫粒機的設計與分析J.農(nóng)機化研究.2016,38(6) 2 朱丹莉.“咬人”農(nóng)機屬于“三無”產(chǎn)品購買使用都要謹慎J.農(nóng)業(yè)知識（鄉(xiāng)村季風）,2014,3 鴻盛5YT系列玉米脫粒機J.農(nóng)業(yè)機械：導購.2012,(5):74-744