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山西工程技術(shù)學(xué)院------畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
山西工程技術(shù)學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
畢業(yè)生姓名
：
張宏偉
專業(yè)
：
機(jī)械設(shè)計(jì)指導(dǎo)及其自動(dòng)化
學(xué)號(hào)
：
150514011
指導(dǎo)教師
：
趙麗
所屬系（部）
：
機(jī)械電子工程系
二〇一九年六月
1
玉米脫粒機(jī)的設(shè)計(jì)
摘 要
本設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)內(nèi)容為玉米脫粒機(jī)，為降低農(nóng)民在玉米脫粒時(shí)的勞動(dòng)強(qiáng)度，從而提高工作效率。該玉米脫粒機(jī)主要由入料口、柵格式凹板和釘齒脫粒滾筒及傳動(dòng)部件等組成，以電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力源，動(dòng)力由電動(dòng)機(jī)輸出軸輸出，再通過傳動(dòng)帶傳遞到釘齒脫粒滾筒上，釘齒脫粒滾筒配合柵格式凹板將玉米脫粒，玉米粒從柵格式凹板分離并排出機(jī)體外，而玉米芯從入料的另一端排出機(jī)體之外。
本文是以脫粒機(jī)利用釘齒滾筒如何工作來脫玉米粒為研究對(duì)象展開工作的，主要是對(duì)帶輪結(jié)構(gòu)﹑軸與軸承的結(jié)構(gòu)進(jìn)行的設(shè)計(jì)計(jì)算，分析論證了各種影響脫粒的因素。進(jìn)而給出了玉米脫粒機(jī)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案。
本文根據(jù)其機(jī)器的清選裝置的設(shè)計(jì)實(shí)際工作要求，從整體上分為喂入口和排出口﹑脫粒裝置﹑篩選裝置﹑帶輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)幾個(gè)部分，介紹了結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則和采取的一些措施，進(jìn)一步說明了滾筒的性能，本文也有重點(diǎn)介紹了各組成部分的功能﹑特點(diǎn)等。
本文對(duì)總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，逐步實(shí)現(xiàn)了入料﹑脫粒﹑出料一條生產(chǎn)線，保證脫粒的穩(wěn)定性。本文在后邊對(duì)脫粒機(jī)的各部分工作的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析論證，從穩(wěn)定性分析上確保了釘齒滾筒穩(wěn)定工作的科學(xué)依據(jù)。
關(guān)鍵詞 ： 釘齒滾筒；帶輪設(shè)計(jì)；柵格式凹板
i
Design of corn sheller
Abstract
In order to reduce the labor intensity and improve the work efficiency of farmers in corn threshing, a corn thresher was designed. The machine is mainly composed of inlet and outlet, grid-type concave plate, nail-tooth threshing drum and transmission components. With the motor as the power source, the power is output from the output shaft of the motor, and then transmitted to the nail tooth threshing drum through the transmission belt. The nail tooth threshing drum cooperates with the grid-type concave plate to thresh corn. Corn grains are separated from the grid-type concave plate and discharged out of the body, while the corn cob is discharged out of the body from the other end of the feed.
This is how the threshers using spike-tooth roller to take off from corn as research object, the main work is to bring wheel shaft and bearing structure, the structure design is calculated. Analysis demonstrates various influence factors of threshing. And the overall structure of corn threshing design scheme.
Based on the machine cleaning device design actual requirements, from the whole into hello entry and exit rows, cleaning device, threshing wheel transmission device, the design with several parts, introduces the structure design principles and take some measures to further illustrates the performance, characteristic drum. This paper has introduced the function of each component of the characteristics, etc.
This paper carries on the reasonable design, the overall structure of the material, gradually achieved threshing, discharge line, guarantee the stability of threshing. Based on the back of each part of threshing working stability is analyzed from the stability analysis and ensure the stable work spike-tooth roller scientific basis. Keywords spike-tooth roller; Belt wheel design ;
Key word：Nail roller，Pulley design，Grid-type concave plat
目 錄
摘 要 i
Abstract ii
1 緒 論 1
1.1 課題背景和由來 1
1.1.1 本課題的技術(shù)參數(shù) 1
1.2 本課題的研究意義 5
1.3 存在的問題 5
1.4 本課題要研究或解決的問題和采用的研究手段 6
1.4.1 主要研究?jī)?nèi)容 6
1.4.2 采用的研究手段 7
2 脫粒機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與方案選擇 8
2.1 脫粒機(jī)的結(jié)構(gòu)組成及工作原理概述 8
2.2 脫粒機(jī)的結(jié)構(gòu)組成部分與功能 9
2.2.1 滾筒的組成與功能 9
2.2.2 帶輪的選用 10
2.2.3 其他零部件的結(jié)構(gòu)與功能 10
2.3 脫粒機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)輪廓 14
2.4 脫粒機(jī)的的合理方案選擇與論證 14
2.5 柵格型凹板的設(shè)計(jì) 16
2.6 釘齒的形狀和尺寸的設(shè)計(jì) 17
2.7 釘齒的排列 18
2.8 本章小結(jié) 19
3 脫粒機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算過程及電機(jī)的選擇 20
3.1 各部分的校核 20
3.1.1 V傳帶的設(shè)計(jì)計(jì)算 20
3.1.2 軸的校核 21
3.1.3 校核軸承壽命 26
3.1.4 連桿機(jī)構(gòu)的選擇 27
3.2 電機(jī)的選擇 28
3.3 電機(jī)的結(jié)構(gòu) 29
3.4 本章小結(jié) 30
4 玉米脫粒機(jī)的可靠性設(shè)計(jì) 31
4.1 脫粒滾筒運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性： 31
4.2 對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的要求： 31
5 釘齒條的設(shè)計(jì) 32
5.1 釘齒條的設(shè)計(jì) 32
5.2 安全規(guī)則 33
5.3 玉米脫粒機(jī)的維護(hù) 33
5.4 玉米脫粒機(jī)的技術(shù)保養(yǎng) 34
5.5 玉米脫粒機(jī)的保管 34
結(jié)束語(yǔ) 39
參考文獻(xiàn) 40
外文資料 42
中文資料 47
致 謝 51
山西工程技術(shù)學(xué)院――畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
1 緒 論
1.1 課題背景和由來
自從古代開始，每到農(nóng)忙時(shí)節(jié)，所有的農(nóng)民都要依靠自己的雙手來收割、脫粒每一束莊稼，大片的農(nóng)田下來，幾乎人人手上都會(huì)磨起泡來，這樣的場(chǎng)景讓人不忍回想。玉米脫粒機(jī)作為我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品的直接處理機(jī)器，相對(duì)于高速發(fā)展的時(shí)代腳步顯得有些步履蹣跚。
經(jīng)統(tǒng)計(jì)可以看出，從20世紀(jì)80年代，我國(guó)開始著手從國(guó)外購(gòu)置一批先進(jìn)的玉米脫粒機(jī)。從開始的手搖式玉米脫粒機(jī)，到后來的電動(dòng)玉米脫粒機(jī)，一步步使廣大農(nóng)民朋友擺脫了繁重而又傷身的體力勞動(dòng)。截止到2014年底，我國(guó)的脫粒機(jī)生產(chǎn)企業(yè)大約有240余家，所有的廠家年常量在35萬(wàn)余臺(tái)。隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展方向不斷傾向于機(jī)械化，關(guān)于玉米脫粒機(jī)的發(fā)展和研究也逐漸開始被提上日程，而且已經(jīng)慢慢成為我國(guó)發(fā)展農(nóng)業(yè)的重點(diǎn)。
1.1.1 本課題的技術(shù)參數(shù)
1. 主軸轉(zhuǎn)速：1000r/min.
2. 配用動(dòng)力：1.5KW.
3. 生產(chǎn)效率：1500kg/h.
4. 未脫凈率<1%.
5. 總損失率<1%.
6. 破碎率<2%.
7. 含雜率<1%.
8. 主機(jī)重量：20kg.
9. 外形尺寸（mm）：1008*560*849.
10.風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速：1500r/min.
11.滾筒直徑：224mm.
1.1.2 課題發(fā)展現(xiàn)狀
玉米是世界三大糧食品種之一，在為人類的溫飽問題中起著關(guān)鍵的作用，我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)業(yè)在我國(guó)占著主導(dǎo)地位。其中我國(guó)的玉米種植面積和玉米總產(chǎn)量?jī)H次于美國(guó)，位居世界第二位，在我國(guó)，玉米是僅次于小麥的主要糧食作物。但有著十三億人口的中國(guó)土地資源卻略顯不足，這就要求在單位面積上產(chǎn)量的提高，但是產(chǎn)量不能無限制的增加。因而提高作物的收獲效率就成了重中之重。同時(shí)國(guó)家對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械的發(fā)展也有著高度的重視。在這一點(diǎn)上，脫粒機(jī)的出現(xiàn)無疑是把人們從繁重的體力勞動(dòng)中解放出來，不僅為廣大農(nóng)民節(jié)省了不少的時(shí)間和費(fèi)用，更重要的是使收獲率上升到最佳狀態(tài)。時(shí)至今日，玉米仍然是全世界各國(guó)人民餐桌上不可或缺的食品，在“玉米的故鄉(xiāng)”墨西哥，“國(guó)菜”玉米餅的年消耗量達(dá)到1200萬(wàn)噸之多，人們無論貧富貴賤都非常喜歡食用；在發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)，玉米也被作為補(bǔ)充人體所必需的鐵、鎂等礦物質(zhì)的來源為人們廣泛食用。
蘇格蘭的安德魯·梅克爾（一個(gè)安裝工的兒子），成功的發(fā)明了第一臺(tái)脫粒機(jī)。他的玉米脫粒機(jī)包含了許多天才人物在長(zhǎng)期的社會(huì)發(fā)展過程中作出的貢獻(xiàn)，是一項(xiàng)集社會(huì)大成的發(fā)明。在這以前若干世紀(jì)就有簡(jiǎn)單的脫粒機(jī)了。中國(guó)人用碾滾繞著圈碾玉米，羅馬人用下端有齒的重木錘來給玉米脫粒。蘇格蘭發(fā)明家們?cè)l(fā)明采用轉(zhuǎn)動(dòng)原理的連枷。揚(yáng)場(chǎng)機(jī)也采用了類似的原理。詹姆斯·梅克爾（安德魯?shù)母赣H），使蘇格蘭有了第一臺(tái)成功的揚(yáng)場(chǎng)機(jī)。他用木頭做了一個(gè)驅(qū)動(dòng)滾筒的結(jié)實(shí)機(jī)架，把耐用的布或皮子一條一條地固定在機(jī)架上。滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生風(fēng)，把穗子和莖稈吹走，剩下糧食。兒子無疑從父親那里得到了借鑒，在制造脫粒機(jī)時(shí)，安德魯采用了打麻機(jī)的原理，靠其速度對(duì)玉米束的作用，把玉米粒兒打下來。開始是用馬達(dá)帶動(dòng)機(jī)器，后來用蒸汽機(jī)，而后蒸汽又為水力所取代。然而脫粒機(jī)在英國(guó)卻并不受歡迎（在美國(guó)較有用武之地），而且是19世紀(jì)30 年代的一次農(nóng)村騷亂的起因之一。冬天地里沒活兒的時(shí)候，對(duì)農(nóng)場(chǎng)的農(nóng)民們來說，在棚子里用連枷脫粒是整個(gè)冬天的活路，使他們聊以敷生，不至于討教區(qū)救濟(jì)?，F(xiàn)在脫粒機(jī)要改變這一切，是多么大的威脅！因此，脫粒機(jī)成了“卡普頓·斯溫”暴亂的主要攻擊目標(biāo)。這次暴亂于1830 年在肯特開始鬧起來，很快地發(fā)展到產(chǎn)玉米的若干個(gè)縣。為了不讓把打場(chǎng)的棚子燒掉，許多農(nóng)民都把脫粒機(jī)搬到院子里，讓鬧事的人們破壞。雖然這次暴亂遭到了無情鎮(zhèn)壓，脫粒機(jī)的推廣卻放慢了，東英吉利的許多農(nóng)民，直到19 世紀(jì)末葉還在使用連枷。連枷在劍橋稱為“窮棒子”，因?yàn)檗r(nóng)民曾跟教區(qū)官員達(dá)成妥協(xié)，讓失業(yè)農(nóng)民在棚子下用連枷脫粒。在19 世紀(jì)后半期，大多數(shù)脫粒工作都是用“脫粒滾筒”來做。“脫粒滾筒”最初是用一臺(tái)小型蒸汽機(jī)來驅(qū)動(dòng)，后來改用牽引機(jī)驅(qū)動(dòng)。
脫粒機(jī)是用于對(duì)小麥、水稻、玉米、高粱、大豆及其它雜糧等作物進(jìn)行脫粒作業(yè)的重要收獲機(jī)械，在我國(guó)廣大農(nóng)村使用十分廣泛。脫粒機(jī)在我國(guó)生產(chǎn)使用已有數(shù)十年的歷史，目前據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)生產(chǎn)各類脫粒機(jī)的企業(yè)約有200余家，年產(chǎn)量在３30萬(wàn)臺(tái)左右。脫粒機(jī)是實(shí)施生產(chǎn)許可證的農(nóng)機(jī)產(chǎn)品之一，截止1997年底，己領(lǐng)取生產(chǎn)許可證的企業(yè)數(shù)為146家。生產(chǎn)企業(yè)遍布全國(guó)各地，其中，以長(zhǎng)江以北的麥類產(chǎn)區(qū)分布較多，產(chǎn)量較大，尤其山東、河南、河北、江蘇四省生產(chǎn)以脫麥為主的脫粒機(jī)企業(yè)較多，每省有30家左右。東北地區(qū)主要是生產(chǎn)以脫玉米、豆類及雜糧為主的脫粒機(jī)。在長(zhǎng)江以南的地區(qū)，大都為生產(chǎn)人工踩踏或動(dòng)力帶動(dòng)的梳刷式水稻脫粒機(jī)。在西南、西北等地也有一些以生產(chǎn)水稻、小麥類脫粒機(jī)為主的企業(yè)，雜糧類脫粒機(jī)占有較小比例。
生產(chǎn)脫粒機(jī)的企業(yè)，大都為中小型企業(yè)，尤以小型企業(yè)所占比例較大，其企業(yè)經(jīng)濟(jì)性質(zhì)多為國(guó)有和集體企業(yè)，但鄉(xiāng)鎮(zhèn)和個(gè)體企業(yè)也為數(shù)不少，也有少數(shù)的大型生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)脫粒機(jī)，但脫粒機(jī)產(chǎn)品不是該企業(yè)主導(dǎo)產(chǎn)品。目前生產(chǎn)脫粒機(jī)的企業(yè)大致可分為三種類型：一是有較好的工藝和工裝設(shè)備條件，企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)注重研究市場(chǎng)需求動(dòng)態(tài)，人員素質(zhì)和管理水平都較高的企業(yè)，生產(chǎn)批量較大，年產(chǎn)量均在1萬(wàn)臺(tái)以上，有的高達(dá)3萬(wàn)臺(tái)。這些企業(yè)是生產(chǎn)脫粒機(jī)的骨干企業(yè)。如河北邱縣機(jī)械廠是國(guó)內(nèi)目前生產(chǎn)脫粒機(jī)數(shù)量最大的企業(yè)之一，1997年的年產(chǎn)量近4萬(wàn)臺(tái)，1998年在2.7萬(wàn)臺(tái)左右。湖北佳華機(jī)械有限公司是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)水稻脫粒機(jī)數(shù)量最大的企業(yè)之一，年產(chǎn)量約在2萬(wàn)臺(tái)以上。二是生產(chǎn)脫粒機(jī)歷史雖然很長(zhǎng)，但近幾年產(chǎn)品型號(hào)、管理水平和生產(chǎn)規(guī)模變化不大，僅占領(lǐng)部分市場(chǎng)份額的老企業(yè)，其生產(chǎn)批量多在幾千臺(tái)左右。三是生產(chǎn)條件較差、人員素質(zhì)低、管理水平不高的一些鄉(xiāng)鎮(zhèn)或個(gè)體企業(yè)，雖然每個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)批量不是很大，有的產(chǎn)量?jī)H為幾百臺(tái)，甚至幾十臺(tái)，但這類企業(yè)占有相當(dāng)?shù)臄?shù)量。從產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和類型來看，目前脫麥類的簡(jiǎn)式脫粒機(jī)機(jī)型占領(lǐng)了大部分市場(chǎng)份額，半復(fù)式脫粒機(jī)占有少量比例，復(fù)式脫粒機(jī)產(chǎn)量則很少。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)大都為十幾年一貫制的老產(chǎn)品。近幾年隨著市場(chǎng)需求的變化，一些企業(yè)開始研制出一些新機(jī)型或改進(jìn)型脫粒機(jī)，頗受用戶青睞，如山西晉城市西巷農(nóng)機(jī)廠1998年新研究成功的與農(nóng)用三輪車配套的裝袋式簡(jiǎn)式脫粒機(jī)，一上市就受到農(nóng)民的歡迎，具有較好的市場(chǎng)前景。
水稻用脫粒機(jī)在南方水稻產(chǎn)區(qū)生產(chǎn)銷售較多，但仍以簡(jiǎn)易的動(dòng)力帶動(dòng)或人工踩踏的梳刷式滾筒脫粒機(jī)較多，其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、技術(shù)水平均未有較大的突破。玉米、豆類及其它雜糧類脫粒機(jī)近幾年己開始進(jìn)入市場(chǎng)，此類機(jī)具在東北地區(qū)發(fā)展較快。
1.1.3 國(guó)內(nèi)外在該現(xiàn)狀上的研究分析
從1785年蘇格蘭人安朱梅克( AndrewMeikle)發(fā)明第一個(gè)回轉(zhuǎn)滾筒脫粒裝置以來，人們對(duì)種子玉米脫粒裝置做了大量的試驗(yàn)和研究，不斷開發(fā)出新的種子玉米脫粒裝置。1815年，美國(guó)開發(fā)出世界上第一臺(tái)專用于玉米脫粒的手工操作玉米脫粒機(jī)。該機(jī)的脫粒部分主要由裝有釘子的盤型脫粒裝置構(gòu)成，通過手搖曲柄來轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)安裝有釘?shù)谋P片。脫粒時(shí)，操作員一邊搖動(dòng)曲柄來旋轉(zhuǎn)盤片，一邊使盤片緊壓玉米穗，這個(gè)盤片就從玉米芯上把籽粒脫下來。加拿大的Agriculex公司研制了用于單穗種子玉米脫粒的SCS-2型種子玉米脫粒機(jī)，它由3個(gè)包有橡膠的、并以相同方向不同速度旋轉(zhuǎn)的輥?zhàn)咏M成，在三個(gè)差速旋轉(zhuǎn)的輥?zhàn)铀a(chǎn)生的摩擦力作用下，玉米籽粒被脫下。該機(jī)不傷胚芽、不斷玉米芯，具有破碎率低、未脫凈率低及適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。 美國(guó)AECgroup公司生產(chǎn)的HS-48型擠搓式種子玉米脫粒機(jī)，脫粒性能好、對(duì)不同類型種子玉米的適應(yīng)性強(qiáng)、種子破碎率相對(duì)打擊式種子玉米脫粒機(jī)小，在歐洲及美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家應(yīng)用普遍。該機(jī)生產(chǎn)率高( 10-12t/h)， 破碎率0.8%左右，但體積龐大，價(jià)格昂貴。
上個(gè)世紀(jì)70年代初期,我國(guó)自行研制的沖擊式原理玉米脫粒機(jī)得到了普及應(yīng)用,當(dāng)時(shí)以大、中型脫粒機(jī)為主。進(jìn)入80年代后，農(nóng)村開始實(shí)行家庭聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制,我國(guó)又相繼研發(fā)了沖擊式原理的一系列中、小型玉米脫粒機(jī),以適應(yīng)農(nóng)戶的生產(chǎn)需要。80 年代初期，我國(guó)開始推行實(shí)現(xiàn)種子生產(chǎn)專業(yè)化、種子加工機(jī)械化、種子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化、品種布局區(qū)域化和以縣為單位組織統(tǒng)一供種“四化一供”的種子體系，政府撥款從國(guó)外引進(jìn)批種子加工成套 設(shè)備。1996年重慶市農(nóng)機(jī)研究所陳呂西開發(fā)采用搓擦式原理5TY-0.2型玉米脫粒機(jī)。2001 年農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院何曉鵬在消化吸收美國(guó)引進(jìn)設(shè)備基礎(chǔ)上進(jìn)行自主研發(fā)的新型擠搓式玉米脫粒機(jī),由北京西達(dá)農(nóng)業(yè)工程科技發(fā)展中心、甘肅酒泉奧凱種子機(jī)械有限公司和北京市豐田種子機(jī)械廠在進(jìn)一步改進(jìn)的基礎(chǔ)上生產(chǎn)出了各種系列擠搓式玉米脫粒機(jī)。2007 年沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)李心平研制出了差速式玉米脫粒機(jī)。
改革開放讓中國(guó)成為舉世矚目的農(nóng)業(yè)制造大國(guó)，但作為為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)防建設(shè)提供命脈重要支柱的農(nóng)業(yè)，中國(guó)農(nóng)業(yè)裝備機(jī)械所存在的自主創(chuàng)新能力弱、對(duì)外依存度高、國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力不強(qiáng)等問題也越來越凸顯出來。
目前，我國(guó)最好的玉米脫粒機(jī)是5TY—32型，該設(shè)備產(chǎn)品結(jié)構(gòu)緊湊、機(jī)體小，采用獨(dú)立的脫粒方法，脫粒干凈，玉米棒芯整體拋出，無需清洗，顆粒破碎率低，生產(chǎn)效率高，是全國(guó)唯一不打碎玉米芯的設(shè)備。
當(dāng)前，雖然我們也取得了不小的進(jìn)步，但與發(fā)達(dá)資本主義國(guó)家相比，還有很大的差距，這只是邁出的一小步，要想成為名副其實(shí)的工業(yè)大國(guó)，必須要以農(nóng)業(yè)為基石。只有這樣，才能加快進(jìn)入社會(huì)主義進(jìn)程。
1.2 本課題的研究意義
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，在農(nóng)村，人們的生活水平得到了很大的提高，生活中的常用農(nóng)業(yè)機(jī)具也都向機(jī)械化，自動(dòng)化發(fā)展，玉米脫粒機(jī)就是其中一個(gè)很典型的實(shí)例，隨著人們的玉米產(chǎn)量的不斷增加，玉米脫粒就成為了一個(gè)擺在人們面前的-一個(gè)問題，人工脫粒太慢，費(fèi)時(shí)間，而且需要的人很多，很不方便，玉米脫粒機(jī)的出現(xiàn)，解決了一-起問題，需要的人工少，而且主要是工作效率有大大的提高，3到4個(gè)人一上午就能完成2萬(wàn)斤玉米的脫粒。所以玉米脫粒機(jī)是農(nóng)家不可缺少的必備農(nóng)機(jī)。農(nóng)業(yè)是我國(guó)基礎(chǔ)經(jīng)濟(jì)、是國(guó)家發(fā)展的根本，機(jī)械化的普及，不僅是農(nóng)業(yè)加強(qiáng)了農(nóng)業(yè)化生產(chǎn)，同時(shí)也減輕了農(nóng)民的勞動(dòng)強(qiáng)度。根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)北方地區(qū)種植小麥、玉米等農(nóng)作物約占我國(guó)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的45%以上，同年出口量北方地區(qū)占全國(guó)約20%左右。如今我國(guó)北方大部分地區(qū)從種到收到入倉(cāng)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化作業(yè)，更值得慶幸的是，每種機(jī)械的開發(fā)和利用都有相當(dāng)可觀的市場(chǎng)，科技的創(chuàng)新更好的開拓了市場(chǎng)。這里僅對(duì)一種玉米脫粒機(jī)的課題研究，玉米脫粒機(jī)是玉米脫皮后，經(jīng)過一段時(shí)間的風(fēng)干，然后將玉米利用玉米脫粒機(jī)使玉米和玉米芯分開，這種機(jī)械就是玉米脫粒機(jī)。它的工作原理是:玉米脫粒機(jī)在脫粒時(shí)，利用釘齒滾筒回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的釘齒與羅底之間的間除配合，使玉米粒脫下。
掌握脫粒機(jī)的工作原理，以及連桿偏心輪裝配互動(dòng)達(dá)到除渣的目的，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)脫粒的機(jī)能。且通過控制釘齒與壁的距離大小及柵孔的大小保證脫離率。從而可實(shí)現(xiàn)系列化設(shè)計(jì)并保證設(shè)計(jì)原理的正確性。
選擇這一課題，正好是對(duì)我大學(xué)知識(shí)的一個(gè)檢驗(yàn)，也是對(duì)大學(xué)所學(xué)知識(shí)的一個(gè)系統(tǒng)的總結(jié)與歸納，有利于對(duì)知識(shí)的掌握和學(xué)習(xí)，有利于對(duì)機(jī)械方面更進(jìn)一步的學(xué)習(xí)和研討。
1.3 存在的問題
我國(guó)對(duì)于玉米的加工方式流程和外國(guó)存在一些差異。玉米脫粒裝置主要使用于脫粒晾干后含水率較低的玉米果穗。在國(guó)外玉米果穗剛收獲時(shí)其水分一般為35%左右，需要對(duì)果穗進(jìn)行烘干使其水分達(dá)到12.5%左右再進(jìn)行脫粒。然而在我國(guó)，玉米種子公司規(guī)模一般都不大，沒有建立玉米果穗的烘干室的資金，因此基本上都不對(duì)玉米果穗進(jìn)行烘干。在我國(guó)種子公司一般將玉米果穗在場(chǎng)上晾干，降低其水分到18%左右，然后運(yùn)用烘干塔對(duì)籽粒進(jìn)行烘干，最終使玉米籽粒的水分可以降至13%。因此在我國(guó)對(duì)玉米果穗進(jìn)行脫粒時(shí)，其水分比較高，導(dǎo)致玉米芯與玉米籽粒的連接強(qiáng)度較大，最終影響脫粒質(zhì)量。普通玉米脫粒機(jī)在工作時(shí)，平均籽粒破碎率在3%到5%之間，有時(shí)可能達(dá)到8%甚至更多，這將嚴(yán)重影響玉米產(chǎn)量。因此，需要結(jié)合我國(guó)玉米脫?，F(xiàn)狀，研制出適合我國(guó)市場(chǎng)需求并且破碎率低、脫凈率高的玉米脫粒機(jī)。
雖然玉米脫粒機(jī)的研究已經(jīng)取得了許多成果，但是仍舊存在一些不足。由于玉米脫粒過程的復(fù)雜性，迄今為止，國(guó)內(nèi)外對(duì)玉米脫粒過程的研究大部分采用的是試驗(yàn)方法、高速攝像技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)方法以及統(tǒng)計(jì)分析方法或者連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的分析方法。運(yùn)用這些方法對(duì)脫粒的機(jī)理進(jìn)行研究并研制出脫粒機(jī)，大量耗費(fèi)人力物力，只能對(duì)脫粒過程的宏觀層面進(jìn)行分析，無法保證精度，并且作物與機(jī)械之間以及作物之間的相互作用考慮較少，取得的成果也不具有普遍意義。當(dāng)脫粒機(jī)種類的不同、作物種類的不同時(shí)參數(shù)還需要進(jìn)行重新安排實(shí)驗(yàn)然后建立新的數(shù)學(xué)模型，增加了實(shí)驗(yàn)的重復(fù)性，延長(zhǎng)研發(fā)周期。
1.4 本課題要研究或解決的問題和采用的研究手段
1) 使玉米脫粒機(jī)能自動(dòng)，嚴(yán)密，準(zhǔn)確，快速的反應(yīng)。
2) 滿足設(shè)計(jì)的各項(xiàng)技術(shù)要求。
3) 具體內(nèi)容包括實(shí)現(xiàn)物料的輸送，檢測(cè)，入庫(kù)，出庫(kù)等過程的自動(dòng)化，提高自動(dòng)化強(qiáng)度，降低成本，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度。研究?jī)?nèi)容包括被控對(duì)象的工作流程，檢測(cè)電路設(shè)計(jì)等。
4) 主機(jī)不易堵塞。
1.4.1 主要研究?jī)?nèi)容
1) 小型玉米脫粒機(jī)的主要參數(shù)的確定
2) 主要設(shè)計(jì)零件的計(jì)算
3) 繪出一部分零件的零件圖
4) 校核重要零件的受力情況
5) 繪出玉米脫粒機(jī)的裝配圖
1.4.2 采用的研究手段
采用理論計(jì)算和實(shí)際勘測(cè)相結(jié)合的設(shè)計(jì)過程完成本課題。
2 脫粒機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與方案選擇
2.1 脫粒機(jī)的結(jié)構(gòu)組成及工作原理概述
玉米脫粒機(jī)基本工藝路線
圖2.1玉米脫粒機(jī)基本工藝路線
脫粒機(jī)結(jié)構(gòu)主要由喂料斗、脫粒滾筒、風(fēng)機(jī)、機(jī)架、風(fēng)扇、凹板篩、上蓋、出料斗、電機(jī)等組成。
本次設(shè)計(jì)的玉米脫粒機(jī)其工作原理為電機(jī)經(jīng)皮帶輪傳動(dòng), 玉米果穗進(jìn)入進(jìn)料箱，皮帶輪帶動(dòng)脫粒滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，在脫粒區(qū)內(nèi)果穗沿脫粒滾筒軸做螺旋滾動(dòng)與滑動(dòng)，在此過程中果穗之間、果穗與釘齒之間進(jìn)行充分?jǐn)D搓，籽粒被擠搓下來；脫掉的籽粒穿過柵格凹板篩排出主機(jī)，通過前、后板經(jīng)過風(fēng)機(jī)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(jī)外，即完成整個(gè)脫粒過程。
2.2 脫粒機(jī)的結(jié)構(gòu)組成部分與功能
2.2.1 滾筒的組成與功能
脫粒滾筒
軸流式脫粒裝置主要由滾筒、凹板（包括分離篩）、導(dǎo)板和蓋（或罩）等部分組成。工作時(shí)，作物由滾筒的一端喂入（順著滾筒軸向或徑向喂入），隨著滾筒的旋轉(zhuǎn)，作物貼著凹板與蓋（或罩）組成的圓筒內(nèi)弧面作螺旋運(yùn)動(dòng)。沿著滾筒軸線方向流過脫粒裝置。谷粒、潁殼、碎秸、碎葉等谷?；旌衔镌跐L筒離心力的作用下同時(shí)由凹板篩孔（或分離篩孔）落下，秸草則由滾筒的另一端（軸向或徑向）排出。大部分生長(zhǎng)成熟、飽滿的谷粒在滾筒前半段脫下分離，一些生長(zhǎng)不好和不太成熟的谷粒到后半段才被脫下,后半段滾筒還把其余混在碎秸里的谷粒分離出來。因作物在脫粒裝置內(nèi)的時(shí)間長(zhǎng)（約2-3秒），能充分的進(jìn)行分離，故比傳統(tǒng)使用的切流式脫粒裝置脫凈率高，而且有可能把脫粒調(diào)整的柔和些。使受損傷的的谷粒減少。但碎秸桿多，脫粒消耗的功率也相應(yīng)較大。軸流式滾筒脫粒裝置可以不再設(shè)置其他專用的分離機(jī)構(gòu)即可滿足作物脫粒后的分離的技術(shù)要求。因此在同樣等級(jí)的聯(lián)合收割機(jī)上以通過能力計(jì)，比傳統(tǒng)的脫粒裝置要高。軸流式滾筒脫粒裝置配無機(jī)變速驅(qū)動(dòng)裝置可以適應(yīng)脫水稻、玉米、小麥、大豆等多種作物。
脫粒滾筒軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為軸流滾筒式，滾筒上釘齒按多頭螺旋排列。設(shè)計(jì)長(zhǎng)齒長(zhǎng)50mm，短齒長(zhǎng)40mm，軸長(zhǎng)450mm。轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)為：1000 r/min.。
1.滾筒轉(zhuǎn)速。滾筒上安裝有釘齒，滾筒的作用是帶動(dòng)釘齒轉(zhuǎn)動(dòng)，釘齒推動(dòng)玉米果穗作螺旋運(yùn)動(dòng)。滾筒轉(zhuǎn)速由滾筒外緣(釘齒頂部)線速度決定，滾筒外緣線速度是以保證不損傷玉米籽粒為前提條件，由資料數(shù)據(jù)獲得。但滾筒外緣線速度不能過低，否則會(huì)影響生產(chǎn)率。根據(jù)數(shù)據(jù)，確認(rèn)線速度值在3.2～3.9m／s之間最佳。
2.滾筒直徑。滾筒直徑由凹板直徑?jīng)Q定，并且保證脫粒滾筒外徑與凹板留有90～1O0mm的間隙。根據(jù)實(shí)際功率負(fù)荷計(jì)算扭矩，確定軸徑。
3.滾筒釘齒。釘齒有規(guī)律地安裝在滾筒軸上，其作用是撥動(dòng)玉米穗沿滾筒軸作復(fù)雜運(yùn)動(dòng)(玉米穗本身既滾動(dòng)又滑動(dòng)，同時(shí)沿滾筒軸作不規(guī)則螺旋運(yùn)動(dòng))，也推動(dòng)玉米穗向排芯口方向移動(dòng)。釘齒寬度：釘齒設(shè)計(jì)比較寬，范圍一般為10～30mm，目的是工作時(shí)使玉米穗接觸面較大，避免點(diǎn)接觸產(chǎn)生對(duì)玉米穗的局部壓力集中損傷玉米籽粒。
4.滾筒脫粒段長(zhǎng)度。滾筒脫粒段長(zhǎng)度是決定脫粒質(zhì)量的重要參數(shù)，滾筒過短影響脫凈率，滾筒過長(zhǎng)，會(huì)增加功率消耗及制造成本。由書上得知，用籽粒含水率為20％左右(籽粒含水率高相對(duì)較難脫粒)的玉米穗做試驗(yàn)，脫粒段長(zhǎng)度一般應(yīng)為凹板直徑的3.5倍左右。
2.2.2 帶輪的選用
1. 帶輪的材料
帶輪的材料主要采用鑄鐵，常用的材料牌號(hào)為HT150或者為HT200；轉(zhuǎn)速比較高的時(shí)候采用鑄鋼（或者用鋼板沖壓后焊接而成），小功率時(shí)可以用鑄鋁或者塑料。
2. 帶輪傳動(dòng)
帶傳動(dòng)是由緊固件連在主動(dòng)軸上的帶輪（主動(dòng)輪）、固連于從動(dòng)軸上的帶輪（從動(dòng)輪）和緊套在兩輪上的傳動(dòng)帶組成的。當(dāng)原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于帶和帶輪間的摩擦（或嚙合），便拖動(dòng)從動(dòng)輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)，并傳遞一定的動(dòng)力。帶傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)平穩(wěn)、造價(jià)低廉以及緩沖吸振等特點(diǎn)，在機(jī)械中被廣泛應(yīng)用。
鑒于帶傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)和在應(yīng)用中的廣泛性，選擇帶傳動(dòng)為玉米脫粒機(jī)傳遞動(dòng)力。
在一般的機(jī)械傳動(dòng)中，應(yīng)用最廣泛的是V帶傳動(dòng)。V帶的橫截面呈等腰梯形，V帶輪上也做出相應(yīng)的輪槽。傳動(dòng)時(shí)帶只和輪槽的兩個(gè)側(cè)面接觸，即以兩側(cè)面為工作面。根據(jù)槽面摩擦的原理，在同樣的張緊力下，V帶傳動(dòng)較平帶傳動(dòng)等產(chǎn)生更大的摩擦力。這是V帶傳動(dòng)性能上最主要的優(yōu)點(diǎn)。再加上V帶傳動(dòng)允許的傳動(dòng)比較大，結(jié)構(gòu)緊湊，以及V帶多以標(biāo)準(zhǔn)化并大量生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)，因而V帶傳動(dòng)的應(yīng)用比平帶傳動(dòng)應(yīng)用廣泛的多。所以綜合以上V帶種種的優(yōu)點(diǎn)和實(shí)際操作的可行性，V帶傳動(dòng)是最佳的選擇。
設(shè)計(jì)帶輪時(shí)應(yīng)該滿足的要求有：質(zhì)量小，結(jié)構(gòu)工藝性好；無過大的鑄造應(yīng)力；質(zhì)量分布均勻，轉(zhuǎn)速高的時(shí)候要求經(jīng)過動(dòng)平衡，輪槽工作表面要精細(xì)加工（表面粗糙度要求一般比較高點(diǎn)，以減少帶的磨損，各槽的尺寸和角度應(yīng)保持一定的精度，以使載荷分布比較均勻。
2.2.3 其他零部件的結(jié)構(gòu)與功能
1. 喂入口和排出口的設(shè)計(jì)
為保證玉米穗順利喂入而不堵塞滾筒，料斗底板應(yīng)可以有一定的斜度；也可以沒有，因?yàn)樗梢酝ㄟ^控制呈螺旋式旋轉(zhuǎn)的釘齒尺寸調(diào)整進(jìn)而達(dá)到和有斜度的滾筒能實(shí)現(xiàn)一樣的效果。 軸流式滾筒式脫粒裝置的喂入口和排出口設(shè)置在徑向位置時(shí)，其設(shè)計(jì)原理與切流式脫離裝置基本相同。根據(jù)需要也可配置喂入輪和排出輪。在現(xiàn)有的一些脫粒機(jī)上，喂入口寬約100-200mm，排出口寬約300mm。有的脫粒裝置上的排出口寬度可以調(diào)節(jié)，用來改變作物的脫粒時(shí)間，以適應(yīng)不同作物需要。穗軸排出口與子粒排出口的配置應(yīng)保持一定的距離，以免穗軸于子?；祀s。軸流式滾筒上方的頂蓋與凹板鑲接組成圓筒行的脫粒室。圓柱形軸流滾筒的頂蓋內(nèi)壁應(yīng)有螺旋線導(dǎo)向板，用以控制作物軸向移動(dòng)的速度。導(dǎo)向板的螺旋升角約為20度到50度，螺角過大導(dǎo)向板起不到軸向?qū)偷淖饔?，作物易滯留、積聚、使秸草破碎嚴(yán)重。導(dǎo)向板高度一般為50-70mm.喂入量大、作物層厚、導(dǎo)向板高度取最大值。導(dǎo)向板與滾筒間隙大多為10-15mm，間隙過大，作物軸向流動(dòng)不暢，使生產(chǎn)率降低，甚至可能發(fā)生堵塞。間隙太小，碎秸草多，功率消耗大，作物濕度較大時(shí)還易引起堵塞。因作物層沿軸向逐漸變薄，滾筒與導(dǎo)向板的間隙也可沿軸方向由大變小，以提高脫粒分離的效果。
在徑向喂入作物的軸流滾筒式脫粒裝置上，喂入口段內(nèi)的導(dǎo)向板必須將喂入的作物導(dǎo)送到喂入口寬度以外，避免使作物回帶到喂入口前，使喂入口不均勻或產(chǎn)生滾筒堵塞。徑向排草的軸流滾筒上，最后一塊導(dǎo)向板的位置應(yīng)使脫粒過的喂草能導(dǎo)送至排出口位置，或伸入排出口段內(nèi)100-150mm，以免排草不暢。相臨的導(dǎo)向板應(yīng)前后重疊配置，重疊量約50mm。
2．篩選部分
篩選部分主要是由柵格式凹板完成，它是由-定數(shù)量的鐵條及兩條主要梁和兩條副梁組成，每?jī)筛F條之間的縫隙可以將玉米卡住，然后快速旋轉(zhuǎn)的釘齒滾筒將被卡死的玉米強(qiáng)行脫粒，當(dāng)然，無論是工作時(shí)還是安裝時(shí)，柵格式凹板是固定不動(dòng)的。玉米脫粒之后，再將玉米粒經(jīng)過柵格式凹板，從凹板的縫隙漏出，順著斜滑板滑出機(jī)體之外，目的是將玉米和玉米芯分開。
3.機(jī)架部分
機(jī)架是由左機(jī)架、右機(jī)架、出料口、下滑板及穩(wěn)定結(jié)實(shí)的主機(jī)梁組成，機(jī)架是玉米脫粒機(jī)的主要支撐，他承擔(dān)著脫粒機(jī)的主要重量和動(dòng)力、負(fù)載和力矩，因此它的設(shè)計(jì)是許強(qiáng)不弱的部分。機(jī)架的兩部分要各自穩(wěn)定，而且相對(duì)固定，以便做到機(jī)械在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中不會(huì)產(chǎn)生晃動(dòng)、歪斜，造成人身危險(xiǎn)。機(jī)架是玉米脫粒機(jī)的主要支撐部件，它是承擔(dān)所有來自軸及電動(dòng)機(jī)、柵格式凹板的沖擊和應(yīng)力,機(jī)架的堅(jiān)固是玉米脫粒機(jī)的工作穩(wěn)定、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)的基礎(chǔ)，因此機(jī)架無論是從結(jié)構(gòu)上還是從材料上,都應(yīng)該采用堅(jiān)固的穩(wěn)定的材料和樣式制成。就此玉米脫粒機(jī)來說，它的沖擊載荷和內(nèi)部的應(yīng)力偏低，電動(dòng)機(jī)達(dá)到動(dòng)力偏小，以及所選用的機(jī)型比較輕便，設(shè)計(jì)材料可采用角鐵支撐，角鐵支撐的好處在于:在角鐵材料本身所支撐的載荷范圍條件下，不會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)變形，雖然有較小的彈性變形，也不會(huì)影響脫粒機(jī)機(jī)體的堅(jiān)固、穩(wěn)定的效果，盡管在玉米脫粒機(jī)正常工作的情況下，也不會(huì)影響玉米脫粒機(jī)的整體效果。選擇角鐵的厚度為2mm，其規(guī)格尺寸為:高為849mm，寬為560mm。在機(jī)架上有兩段橫梁，要求它的工作強(qiáng)度大，承載能力強(qiáng)，受沖擊載荷、彎矩、扭矩不會(huì)變形，因此這兩端橫梁選為角鐵的厚度為2mm,而它的高為849mm,寬為560mm,這樣的材料來支撐玉米脫粒機(jī)的主要載荷部分。玉米脫粒機(jī)的機(jī)架上安裝有一出粒斜板，目的是當(dāng)脫粒機(jī)將玉米脫粒后，玉米粒從柵格式凹板的縫隙中漏出，落到出粒斜板上，玉米粒順著斜板下滑，從而滑出機(jī)體之外，達(dá)到將玉米粒隨脫粒的完成，而隨時(shí)地將玉米粒排出機(jī)體之外，它的材料也同樣是選用3mm后的鐵板制成。再玉米脫粒機(jī)的另一端，即玉米芯的排出端，設(shè)計(jì)了一個(gè)下滑的斜斗，其功用是完成玉米芯順利的排出機(jī)體之外，使玉米芯隨玉米脫粒機(jī)的主軸的不停旋轉(zhuǎn)，隨時(shí)的排出機(jī)外，也便于工作人員的清理，它也是應(yīng)用2mm厚的鐵板制成的，與機(jī)體相連，采用焊接的連接方式，它與柵格式凹板的玉米芯輸出端相連，而且，這個(gè)斜板與柵格式凹板的連接應(yīng)該過長(zhǎng)150到 180mm，從而保障了玉米芯的順利滑出。從機(jī)架的整體來看，機(jī)架的選料、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、受力的不屬及玉米粒和玉米芯的隨機(jī)排出，可以看出玉來脫粒機(jī)的機(jī)是滿足要求的，而且結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理。
4.風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)
結(jié)構(gòu)如圖所示：
圖2.2風(fēng)機(jī)示意圖
5. 滾筒的直徑和轉(zhuǎn)速的確定
常用的圓柱形釘齒滾筒的齒頂圓直徑為200-300mm這里取224mm。
軸流滾簡(jiǎn)式脫粒裝置對(duì)作物的脫粒時(shí)間比較長(zhǎng)，故滾筒的脫粒速度可比切流滾式的稍底些，脫粒間隙可以大些，而不同的作物所要求的脫粒速度與脫粒間隙在調(diào)節(jié)范圍內(nèi)變化不時(shí)影響不大。圓柱形軸流滾簡(jiǎn)常用的脫粒速度見下表:
表1加工谷物的種類
滾筒類型
作物種類
桿齒式（m/s）
葉片式（m/s）
紋桿式（m/s）
麥類
20-26
16-22
20-26
水稻
18-28
13-19
大豆，玉米
6-10
10-13
脫粒間隙隨作物種類和脫粒分離質(zhì)量來調(diào)節(jié)?，F(xiàn)有的脫粒機(jī)上脫稻、麥的間隙-般為20- 30mm,脫大豆、玉米、高粱等為60-70mm。 喂入口與排出口布置在徑向位置的軸流滾簡(jiǎn)脫粒裝置上，脫粒間隙在凹板入口處最大，出口處次大，凹板底部最小，一般比入口出口處小10mm左右。對(duì)紋桿式軸流滾筒入口處的間隙不宜超過30mm,以免降低抓取能力。沿軸線方向的脫粒間隙可設(shè)計(jì)成由大(喂入口處)逐漸減小(排出口處)，以提高脫粒和分離能力。
圓柱形滾筒的齒頂線速度允許范圍為6-10m/s， 相應(yīng)的滾簡(jiǎn)轉(zhuǎn)速為600-1000r/min。 這里轉(zhuǎn)速預(yù)設(shè)為1000r/min。
2.3 脫粒機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)輪廓
為了更優(yōu)化玉米脫離機(jī)的機(jī)型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，此玉米脫粒機(jī)采用電力拖動(dòng)，而且電動(dòng)機(jī)也同樣采取節(jié)能式，電動(dòng)機(jī)安裝在玉米脫粒機(jī)的下部，與脫粒機(jī)的機(jī)架的下機(jī)梁固定連接，這樣可以節(jié)省電動(dòng)機(jī)所占用的空間。玉米脫粒機(jī)的從入料到脫粒到分離玉米粒和玉米芯，最后將玉米粒和玉米芯排出機(jī)體之外，是玉米脫粒機(jī)一體完成的,它最大的優(yōu)點(diǎn)是在短時(shí)間內(nèi)可以完成幾個(gè)人的勞動(dòng)強(qiáng)度，從而提高了工作效率，節(jié)省了勞動(dòng)時(shí)間。此玉米脫粒機(jī)有這些優(yōu)點(diǎn)之外，還有安全性能高、效率高、堅(jiān)固耐用、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單便于維修和保管。
圖2.3玉米脫粒機(jī)總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)
2.4 脫粒機(jī)的的合理方案選擇與論證
脫粒滾筒和凹板結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇
在滾筒上影響脫粒性能的主要是滾筒的線速度而非角速度，當(dāng)其保持不變，凹板弧長(zhǎng)也固定時(shí)，試驗(yàn)表明，在喂入量較小時(shí)小直徑滾筒凹板的谷粒分離率隨喂入量的增加而急劇下降。大直徑者其分離率與小直徑的相仿；但當(dāng)喂入量增大時(shí)分離率能保持較高的值，因此，大直徑滾筒的分離率較穩(wěn)定。
紋桿滾筒的直徑多為450－600mm，個(gè)別的達(dá)800mm。我國(guó)部頒標(biāo)準(zhǔn)，直徑尺寸系列為400、450、550、600mm，紋桿數(shù)在D≤450mm時(shí)M＝6；D＝500－550m時(shí)M＝8，D≥600mm時(shí)M＝10。至于滾筒直徑對(duì)作業(yè)的影響可由以下試驗(yàn)結(jié)果說明之，下圖所示，如果α＝1200，脫粒速度＝32.5m/s保持不變時(shí)，則
1．當(dāng)D由550mm增到1265mm時(shí)，可使脫粒和分離性能加強(qiáng)（如分離性能增強(qiáng)30%左右），生產(chǎn)率也相應(yīng)地提高（由4kg/s提高到7kg/s）。
2．當(dāng)喂入量和其他條件不變，滾筒的阻力矩M隨D（由500逐級(jí)增達(dá)800mm）值而增大，但在650mm后就平緩下來（下圖）。由于角速度下降，所需功率反而減少。如以D＝800與600相比，可降低13％。這是由于莖稿的彎曲等變形能量消耗隨凹板曲率而變小所致。
圖2.4每米滾筒長(zhǎng)度的阻力矩.功率耗用和滾筒直徑的關(guān)系
綜上所述，通過放大滾筒直徑比放大凹板弧長(zhǎng)提高分離率，它既可保持凹板包角不變，不致破壞總體配置，又可以不使單位喂入量的功率耗用增加多少，甚至有所降低；同時(shí)，其分離率比較穩(wěn)定，受喂入量的變化較少，所以放大滾筒直徑是提高生產(chǎn)率的一個(gè)有效途徑。
脫粒裝置凹板的通過性能對(duì)于聯(lián)合收獲機(jī)的生產(chǎn)率和工作質(zhì)量有很大關(guān)系。如果凹板分離率很高，分離器的分離負(fù)荷減少，因而分離損失也可減少。凹板分離率主要取決于凹板弧長(zhǎng)及凹板的有效分離面積。當(dāng)脫粒速度增加時(shí)，凹板分離
率也相應(yīng)提高。凹板弧長(zhǎng)增加脫凈率增高，但弧長(zhǎng)達(dá)到一定值后再增大時(shí)，脫凈率就增加得極為有限，而莖稈和谷粒的破碎反倒增高。
凹板的通過性能對(duì)分離率有直接的影響，故應(yīng)提高凹板的有效分離面積，但如過頭，谷粒中的含雜率激劇增加不利于清選，凹板的強(qiáng)度也會(huì)削弱，故一般柵格狀凹板篩孔面積占總面積的百分?jǐn)?shù)（又稱活篩面）為45－75％，谷粒分離率可達(dá)80－90％。現(xiàn)有凹板弧長(zhǎng)為350－800mm，包角為100°－120°少數(shù)可達(dá)150°－180°。
紋桿滾筒式脫粒裝置的脫粒功率主要隨作物喂入量而定，但也與作物品種、濕度、谷草比以及喂入方式、凹板結(jié)構(gòu)尺寸等有關(guān)，一般情況下紋桿滾筒脫粒小麥所需的單位功率約3－3.8KW／kg/s。在用大滾筒時(shí)可能降低一些。把紋桿滾筒作為雙滾筒脫粒裝置之一使用時(shí)，此值應(yīng)略減。紋桿滾筒功率波動(dòng)較大，設(shè)計(jì)時(shí)常取最大功率為平均功率的1.5－2倍。
2.5 柵格型凹板的設(shè)計(jì)
在玉米脫粒機(jī)中，凹板是與釘齒滾筒相配合的重要部件，凹板有兩種功能，其一，是將玉米脫粒后，使玉米粒從凹板的縫隙中漏出，而玉米芯被釘齒滾筒上的釘齒螺旋排列排出機(jī)之外，從而使玉米粒和玉米芯分開，從不同的出口排出機(jī)體之外，達(dá)到玉米脫粒清選的作用，其二，凹板具有縫隙或孔，這個(gè)縫隙或孔可以將玉米卡縫隙或孔之間，以便于釘齒對(duì)玉米進(jìn)行快速、穩(wěn)定的脫粒。
傳統(tǒng)凹板為柵格型，但由實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)得出，用半圓桶型孔狀鐵板,玉米棒的脫凈率和玉米粒的完整率更高。半圓桶型孔狀鐵板的孔分為方形孔和圓形孔，圓形孔效果更好。凹板安裝在滾筒下面，它與脫離滾簡(jiǎn)間隙對(duì)脫粒工作的脫粒影響極大。間隙小，會(huì)減小脫離空間，降低脫粒效率，增加玉米損傷率:間隙大，增加了脫?？臻g，雖可提高脫粒效率，但脫凈率會(huì)降低。因此，需要找到可行的間隙值,能夠兼顧脫凈率、損傷率與脫凈效率。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，本機(jī)凹版間間隙取45mm。
因?yàn)榘及逡惭b在機(jī)架上,柵格式凹板是由25根直徑d = 10mm，長(zhǎng)為L(zhǎng)= 735mm的鋼筋，凹板的直徑d = 320mm,凹板兩邊由兩個(gè)直徑為d =315m，厚度為m=8mm，高度為h= 25mm的鐵條固定，由于柵格式凹板是半圓桶型，所以鋼筋的兩端固定是采用半圓式的鐵條制成，而且，在凹板的三分之一處和三分之 處都有很薄的鐵條相連加固，相應(yīng)的鐵條選為厚度為m = 2mm，寬度為L(zhǎng)= 15mm，這種方式也同樣是采用《脫粒機(jī)》一.書中的參數(shù)來確定的。柵格式凹板與機(jī)架相連接，同樣采用焊接的形式來連接用圓柱鋼筋圍成的凹板，因?yàn)闁鸥袷桨及逡惭b在機(jī)架上，所以將柵格式凹板兩端的鐵條和中間的鐵條都焊接到機(jī)架上,這樣，可以加固機(jī)體與柵格式凹板的連接質(zhì)量，在正常工作時(shí)，由于有機(jī)架的固定支撐，可以使柵格式凹板的工作穩(wěn)定性更高，更加可靠、穩(wěn)定。從整體來將，也達(dá)到了脫粒機(jī)的-體化的設(shè)計(jì)，提高整體剛度。
圖2.5凹板結(jié)構(gòu)圖
2.6 釘齒的形狀和尺寸的設(shè)計(jì)
釘齒條是玉米脫粒機(jī)的主要脫離部件，它的設(shè)計(jì)關(guān)系到玉米脫粒機(jī)的質(zhì)量的好壞，直接關(guān)系到玉米脫粒機(jī)正常工作時(shí)整體的脫粒效果以及脫粒后將玉米粒和玉米芯分離的情況，它的功能是采用脫離滾筒上的四條釘齒，均勻快速的轉(zhuǎn)動(dòng)，工作時(shí)將玉米填人脫粒機(jī)中，主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)固定在釘齒滾筒上的釘齒，釘齒的頂端以一定的速度去對(duì)玉米脫粒(將玉米進(jìn)行強(qiáng)行脫粒)。玉米在經(jīng)過四條釘齒條的快速旋轉(zhuǎn)下脫粒，四條釘齒條上的釘齒承螺旋排列，目的在于將玉米芯順著釘齒的螺旋排列排出機(jī)體之外，同時(shí)，每一條釘齒條上的釘齒同樣在進(jìn)行脫粒，以便達(dá)到有較高的脫粒率。玉米脫粒機(jī)的主要功能是脫粒，而釘齒條在工作中起到了重要作用，因此，釘齒條的設(shè)計(jì)是脫粒機(jī)的設(shè)計(jì)的主要部件。
圓柱形釘齒滾筒所用的釘齒有鑄造釘齒和加工球頂方根釘齒兩種。前者對(duì)玉米子粒的破碎率較高。鑄造方釘齒應(yīng)有2-3mm厚的白口層:球頂方根釘齒的表面滲碳，滲碳層深度大于2. 5mm;熱處理硬度HRC50-55。這里選取加工球頂方根釘齒。
釘齒的工作長(zhǎng)度在35mm以下的短釘齒用于脫已撥皮的玉米穗;工作長(zhǎng)度大于35mm的長(zhǎng)釘齒用于脫未剝皮的玉米穗。根據(jù)設(shè)計(jì)要求和工作情況這里選取長(zhǎng)度為25mm. 如下圖:
圖2.6釘齒·柵格式凹板
2.7 釘齒的排列
釘齒的種類及其在滾簡(jiǎn)上的排列:常用的釘齒有刀齒和楔齒。刀齒一-般薄而長(zhǎng)，抓取作物和梳刷脫粒性能強(qiáng)，對(duì)喂入不均勻的厚作物層適應(yīng)性較好。刀齒的式樣較多，常用的有板刀齒和斜面刀齒。板刀齒一般厚為6mm左右，斜刀齒齒底部約厚10-20mm,頂部厚約4-10mm左右，齒側(cè)面斜度四度左右，齒工作高度20-35mm左右齒寬10-20mm。楔齒短而寬，齒側(cè)帶有很大斜度，脫粒間隙調(diào)整范圍較大。為防止纏草，其端部向后彎曲，后傾角10度-20度，大的可達(dá)30度，后傾角大脫草容易，功率消耗減少，但會(huì)減低脫粒性能。釘齒材料一般為45號(hào)鋼，工作面熱處理硬度為HRC50。釘齒按螺旋線均勻配置在個(gè)齒板上，這樣可以使每個(gè)釘齒都能起到脫粒作用，脫粒凈，谷粒秸桿碎斷相對(duì)較少，滾簡(jiǎn)負(fù)荷均勻和功率消耗小。通過繪制滾筒表面展開圖確定釘齒的排列。
圖2.7滾筒釘齒排列展開圖
圖中1-1'，2-2'， ...等橫線代表齒板數(shù)M,橫線間隔距為板齒間距S,縱向長(zhǎng)D是是滾簡(jiǎn)齒頂圓周長(zhǎng)(D為滾筒齒頂圓直徑),斜線為滾筒圓柱表面上的螺旋線，各斜線與各齒板交點(diǎn)即為齒頂分布位置，斜線繞一-周之高為螺距t,縱向虛線為滾簡(jiǎn)旋轉(zhuǎn)時(shí)各齒做的圓周運(yùn)動(dòng)的軌跡，簡(jiǎn)稱齒跡，相臨兩齒間隔為齒跡距a。單頭螺線時(shí)在一個(gè)螺距內(nèi)齒跡數(shù)等于齒桿數(shù)，同一個(gè)齒桿上相臨的釘齒間距1等于螺距。每個(gè)齒跡上通過的齒數(shù)和螺線頭數(shù)k相等。
2.8 本章小結(jié)
本章具體的說明了脫粒機(jī)的結(jié)構(gòu)，各部分部件的功能及其使用特點(diǎn)。進(jìn)而以此達(dá)到合理選用最佳各部分零件。使脫粒機(jī)能完成任務(wù)書所要求的功能，精度。
3 脫粒機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算過程及電機(jī)的選擇
3.1 各部分的校核
3.1.1 V傳帶的設(shè)計(jì)計(jì)算
根據(jù)玉米脫粒機(jī)的具體傳動(dòng)要求，可選取電動(dòng)機(jī)和主軸之間用V帶和帶輪的傳動(dòng)方式傳動(dòng)，因?yàn)樵诿摿C(jī)的工作過程中，傳動(dòng)件V帶是一個(gè)撓性件，它賦有彈性，能緩和沖擊，吸收震動(dòng)，因而使玉米脫粒機(jī)工作平穩(wěn)，噪音小等優(yōu)點(diǎn)。雖然在傳動(dòng)過程中V帶與帶輪之間存在著一些摩擦，導(dǎo)致兩者的相對(duì)滑動(dòng)，使傳動(dòng)比不精確但不會(huì)影響玉米脫粒機(jī)的傳動(dòng)，因?yàn)橛衩酌摿C(jī)不需要精確的傳動(dòng)比，只要傳動(dòng)比比較準(zhǔn)確就可以滿足要求，而且V帶的彈性滑動(dòng)對(duì)脫粒機(jī)的--些重要部件是-種過載保護(hù)，不會(huì)造成機(jī)體部件的嚴(yán)重?fù)p壞，還有V帶及帶倫的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本底、容易維修和保養(yǎng)、便于安裝，所以，在電動(dòng)機(jī)與玉米脫粒機(jī)之間選用V帶與帶輪的傳動(dòng)配合是很合理的。
軸是玉米脫粒機(jī)的主要零件之一，一切回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)零件都必須安裝在軸上才能進(jìn)行運(yùn)動(dòng)以及動(dòng)力的傳遞，它的主要功用是支承回轉(zhuǎn)零件及傳遞運(yùn)動(dòng)及和動(dòng)力。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求，確定軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸。在玉米脫粒機(jī)脫粒時(shí)，對(duì)軸的瞬時(shí)沖擊較為頻繁，若果軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，會(huì)影響軸的工作能力和軸上零件的工作可靠性，增加軸的制造成本和軸上的零件裝配困難等問題。玉米脫粒機(jī)的主軸選用直軸中的階梯軸。設(shè)計(jì)如下:
(1). 已知電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y90L-2，額定功率為2.2kw，轉(zhuǎn)速N1=2840r/min，傳動(dòng)比i=3，二班制工作，載荷變化較大，工作環(huán)境惡劣。確定設(shè)計(jì)功率，由表7.6查得工作情況系數(shù)Ka=1.5，則Pd=KaxP=1.5x2.2=3.3kw選取帶型。Pd由表查取，選A型帶。
(2). 確定帶轉(zhuǎn)的基準(zhǔn)直徑，根據(jù)表推薦用最小基準(zhǔn)直徑.可選小帶輪直徑為dd1=100mm。則大帶輪直徑為dd2=ixdd1=ix100=300mm，根據(jù)表取dd2=315mm，其傳動(dòng)比誤差小于5%，故可用。
(3).驗(yàn)算帶的速度：
V=π×dd1×n1÷60÷1000=3.14×100×2840/60÷1000=14.86.注：
V
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