小型电动水稻脱粒机的毕业设计

目录摘要1关键词11前言211课题研究的目的和意义212国内外发展现状313水稻脱粒机的现状分析42脱粒机的总体设计方案421脱粒机的整体布局422工作原理523工作过程524主要零部件的选择6241脱粒滚筒6242滚筒滚齿6243凹板7244清选机构7245机架83主要零部件的设计及参数831脱粒滚筒主要参数的选择8311滚筒的线速度8312滚筒直径8313滚筒圆柱齿932凹板直径94传动装置总体设计941电动机的选择942确定传动装置的传动比943传动装置的运动和动力参数95普通V带传动的计算1051确定计算功率1052选择V带的带型1053确定带轮的基准直径D并验算带速V10531初选小带轮的基准直径10532验算带速V10533计算大带轮的基准直径1054确定V带的中心距A和基准长度LD11541初定中心距A011542初选带所需的基准长度LD011543计算实际中心距1155验算小带轮上的包角11156计算带的根数Z11561计算单根V带的额定功率PR1157确定单根V带的预紧力1158计算轴力126轴的结构尺寸设计1261选择材料，初步确定轴的最小直径DMIN1262轴的结构设计12621拟定轴上零件的装配方案12622根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1263轴上载荷计算13631受力分析13632强度校核14633画出受力分析简图147滚动轴承的设计计算1571轴承寿命校核158轴承座的选择159平键的选择与计算1591类型选择1692尺寸选择1693强度验算1610风机设计1511总结16参考文献16致谢17小型电动水稻脱粒机的设计摘要水稻是我国的主要粮食作物，具有单产量最高，总产量最稳定的特点；近些年水稻种植面积处于稳步上升的状态。在目前水稻收获机械多种形式并存条件下，为了满足广大用户茎杆需求量的不断提高，在消化吸收国内外同类机型的基础上，设计一种水稻半喂入脱粒机械。作为水稻半喂入脱粒机脱离部分的核心部件，脱粒滚筒的设计是至关重要的，脱离滚筒采用圆柱直齿滚筒，是采用梳刷打击原理进行脱粒的；脱离齿呈螺旋状排列，方便了水稻的脱离和秸秆的排出；清选机构是采用风机清选，能够很好的将水稻和杂质物分开，对水稻质量的提高有一定的帮助。关键词电动机；脱粒；滚筒；THEDESIGNOFSMALLELECTRICRICETHRESHERABSTRACTRICEISOURCOUNTRYSMAINFOODCROP,HAVETHEHIGHESTSINGLEOUTPUTOFTHEMOSTSTABLE,OUTPUTCHARACTERISTICTHERICEPLANTINGAREAINRECENTYEARSHASSTEADILYRISENSTATEINTHECURRENTRICEHARVESTMACHINERYVARIOUSFORMSTOCOEXISTCONDITIONS,INORDERTOSATISFYTHEDEMANDOFUSERSTEMTHEUNCEASINGENHANCEMENT,DIGESTINGANDABSORBINGTHEBASISOFDOMESTICANDFOREIGNSIMILARTYPE,DESIGNAKINDOFRICEHALFFEEDINGTHRESHINGMACHINEASRICEHALFFEEDINGTHECORECOMPONENTSTHRESHERSFROMPARTSOFTHEDESIGN,THRESHINGROLLERISOFVITALIMPORTANCE,FROMROLLERADOPTSCYLINDRICALSPURTOOTHEDROLLERS,WHICHISUSEDTOCOMBBRUSHTHEPRINCIPLEOFTHRESHINGBLOWFROMTOOTHSPIRALLYARRANGED,CONVENIENTRICEFROMTHEEDUCTIONANDSTRAWQINGCHOOSEAGENCIESAREUSINGFANCANBEGOODCLEARCHOICE,RICEANDIMPURITYCONTENTWILLBESEPARATEDFORIMPROVINGTHEQUALITYOFRICE,HAVECERTAINHELPKEYWORDSMOTOR；THRESHING；DRUM；1前言11课题研究的目的和意义水稻一直以来是我国的主要粮食作物之一，它广泛的种植在我国的南方地区。水稻收割后不能及时地进行脱离，在一定程度上影响了水稻的生产产量和质量，另一方面人工脱离对水稻的损失比较大。因此设计一种小型电动水稻半喂入式脱粒机对我国水稻产业的发展是很有必要的，它不但能够提高我国水稻的生产，而且将大大减少不必要的劳力输出。近几年,随着联合收割机易地作业范围的不断扩大,联合收割机发展十分迅速,使脱粒机市场受到一定冲击。在这种形势下,联合收割机、脱粒机和割晒机将如何发展,脱粒机还有没有发展前途,这是脱粒机生产企业和经营部门普遍关注的问题。据不完全统计,目前我国种植面积基本稳定在3000万。以1998年为例,全国2HM小麦机收面积为1800万,其中联合收割机收获面积为800万,由割晒机收2HM2割后脱粒的收获面积为1000万。联合收割机和割晒机的收获面积分别占小麦2种植面积的267和333。此外还有1200万的山区和丘陵小块地的小麦2H收获,还全靠人工收割后,由脱粒机械进行脱粒加工。因此,脱粒机械的作业量目前仍占全国小麦种植面积的70左右。再看我国的水稻、玉米和杂粮的机收情况。据不完全统计,全国水稻机械化联合收获作业面积仅为种植面积的73,还有927的水稻仍靠脱粒机械进行脱粒加工玉米机械化联合收获的面积仅占全国玉米种植面积的02,而且,目前我国生产的玉米联合收获机大部分只具有摘穗、剥皮和秸秆粉碎等功能,籽粒的脱粒还要依靠玉米脱粒机来完成。黑龙江是我国种植大豆面积最大的省,大豆机收水平列全国之首,机收面积占种植面积的2,其他省种植的杂粮、玉米和高粱等的脱粒加工有80以上需要靠脱粒机或人工来完成。综上所述,尽管近几年联合收割机的发展迅猛,但由于我国地域辽阔,气候和地理条件以及栽培品种、种植方式有较大的差异,加上经济发展不平衡,有些联合收获机械的性能和部分关键技术尚不成熟,在今后一段时间内,脱粒机在我国的粮食作物收获作业中,特别是在山区、丘陵小块地、间作套种和杂粮种植地区仍是不可缺少的作业机具。由于场地运输及动力源的限制，原有的大中型脱粒机都准于适应山区农业的生产，特别是北方农村仍采用轱辘碾，人力清洗的原始作业方式，劳动力浪费严重。现有小型纹杆式、钉齿式脱粒机因堵塞缠绕消耗较大，仍需三相电动机拖动。由于三相电源缺乏，单相电源普及，急需一种脱粒机以单相电机为动力，实现脱粒精选联合作业。因此，现结合所学机械结构设计、优化设计、可靠性设计等知识，设计一种实用型活齿脱粒机，以提高自身机械设计水平，提高机械工作效率，减少人力损耗。通过对机构的设计，提高绘画、CAD、装配、工艺等方面的能力，加强理论与实践的结合。12国内外发展现状从世界范围看，农业起源中心主要有3个东亚、中南美洲和西亚。中南美洲起源中心主要就是南美。南美原始农业具有明显的特点。在种植业方面，很早就形成以种植马铃薯、倭瓜和玉米的格局，不同于东亚中国北方以粟黍为主、南方以水稻为主，也不同于西亚以种植小麦、大麦为主。日本久保田水稻联合收割机、三久、金子谷物烘干机、中型拖拉机、埋草旋耕机等一大批国内外先进适用的机具得到较好的推广应用,加快了我国15系列水稻联合收割机技术改造和完善，成为水稻收获机械的主导机型，大大提升了我国水稻收获机械的整体技术水平。目前，全世界的可耕地大约有32亿公顷，现在已开发的为137亿公顷，尚不到可耕地的50。就世界上的耕地资源来说，在南北美洲和澳洲及亚洲的北部还有大量未开发的后备耕地和休耕的耕地。但是，鉴于气候和水资源等原因，真正可供开发的耕地资源并不多。南美洲是世界上最后一个依然还有大量未开垦土地的地方，被誉为“21世纪世界粮仓”。该地区在巴西的带领下，过去十年来的农产品出口呈现爆炸性增长。由于南美洲国家实施市场导向的经济政策，同时农艺学得到长足进步，致使从前不可耕种的热带土地能够转变成农用地，而且农业生产力水平超过了美国和欧洲，因此出现了这种新的增长。大规模经营的资本主义大农牧场、大种植园主要生产供出口的经济作物和其他农牧产品，专业化、机械化程度较高；同时并存数量庞大的个体农户，除部分以生产粮食作物为主的自给性农业外，也为国内外市场提供大量农牧产品。因此，小型水稻脱粒机不能满足生产作业的需要，所以大中型水稻脱粒机已经得到了广泛的应用。但是适合人均耕地面积少、缺乏先进适用机具广大的农民的小型脱粒机。按“因地制宜、分类指导、重点突破、全面推进”的原则，抓关键环节和适用技术，大力推广水稻收获机械，积极做好组织服务工作，提高水稻机收水平。机械化收获是水稻生产的一个主要环节，也是推进水稻生产全程机械化的难点之一。针对水稻生产机械化中存在的某些技术难题，各地农机部门积极立项研究，大胆探索试验，对小型收获机械的改进与推广，对气吸式水稻播种机的研制，对动力脱粒清选机的开发等，为选择、推广水稻生产机械及技术提供了科学依据。广东省在推进水稻生产机械化的过程中虽然做了大量工作，但由于原来的基础薄弱，受一些深层次的因素影响较大，导致水稻生产主要环节的机械化水平仍然较低，栽植、烘干机械很难推广，耕种收综合机械化水平远远低于全国平均水平，处于中下游位置，与先进的省份相比差距较大。同时，为加大水稻机械化生产的宣传、推广、示范的力度，引导广大农民采用先进的机械进行水稻生产，在进行水稻生产全程机械化试点的同时，又确定象州、灵川、贺州和北流4个粮食生产大县作为水稻生产机械化示范县，筹措资金190万元，建立水稻生产示范基地。我国对中小型脱粒机的应用还不是很全面和完善，本着这个宗旨我选择了这个课题以增强和提高我国在小型脱粒机方面的技术。以满足人均耕地面积少、缺乏先进适用机具广大的农民。113水稻脱粒机的现状分析我国南方一些山区，水稻联合收获机的普及还相当的低，水稻生产沿袭的还是传统的手作劳动，劳动强度大，生产效率低；而我国大型的水稻脱粒机只有采用打击原理设计的纹杆切流式滚筒复式、半复式脱粒技术，水稻的生产效率低、稻粒破碎严重，这样在很大程度上影响了水稻的质量和产量。我国的脱粒机生产厂家大多坚持单产品生产，生产也没有形成一定的规模，导致经济效益低下，而且多数企业从在有不正当竞争，售后服务跟不上，导致发展的恶性循环，这样就直接导致了脱粒机在我国大范围内的用运；其次，我国的农业种植区域比较复杂，直接导致了我国农业机械的推广比较缓慢，使得我国农作物的生产效率普遍偏低。近几年来我国加大了对农业生产的关注，在农机的科研方面有了很大人力和资金的投入；另一方面在农民对机器的购买方面也制定了许多优惠政策，这样既方便了农民的购买，又推进了科研的不断创新。近几年我国小型电动水稻脱粒机的设计也有了一定的基础，并且不断地在它的研发上取得了快速的进展，我国通过对外国先进的脱粒技术的吸收和对主要零部件的改进，使得小型水稻脱粒机的结构和性能有了很大的提高，现在已经可以生产出操作方便、经济实用的小型水稻脱粒机，为我国水稻脱粒机的发展推广起到了极大的作用。22脱粒机的总体设计方案21脱粒机的整体布局其结构如图1图1小型电动水稻脱粒机主体示图FIGURE1SMALLELECTRICALDIAGRAMSHOWINGTHEMAINRICETHRESHER22工作原理作业时，谷物由喂料斗送入凹板与滚筒之间，经滚筒高速旋转脱粒作用积草口排出籽粒和颗壳穿过凹板通过风选颗壳飞出机外洁净的籽粒从出粮斗装袋。执行机构有滚筒、风筒、凹板。其中风筒由风扇、箱体、斜导板构成。执行机构运动尺寸综合机械运动和动力设计重要构造滚筒要脱水稻，小麦粒，则应该考虑到水稻小麦的大小、形状，由于该脱粒机选用半喂入式，所以脱粒后会产生稻杆，所以执行机构必须采用过滤装置。323工作过程本设计采用的是半喂入式的脱粒方式，用手握住稻杆，让水稻稻穗进入脱粒滚筒后，在滚筒的带动下随着滚筒转动，在滚筒与凹板间的脱粒区域内沿脱粒滚筒运动，通过脱粒滚齿的梳刷和打击作用在随着凹板间隙的不断变化,稻粒随之脱落，脱落的稻粒,通过凹板的间隙进行初次的清选，落下的稻粒和轻质杂质物在通过风机进行最后的清选工作，而少量的秸秆则随着脱粒滚筒的转动被排送出去，具体方案如图2所示、图2水稻脱粒机工作过程FIGURE2RICETHRESHERSWORKINGPROCESS24主要零部件的选择241脱粒滚筒作为小型水稻半喂入脱粒机脱离部分的核心部件，脱粒滚筒的设计是至关重要的，它将从根本上决定整机性能的优劣。滚筒式脱粒装置按作物喂入后运动情况可分为切线式、轴流切线式和轴流切线径向式三种。切流式水稻稻穗被滚筒抓取后，垂直于滚筒轴沿滚筒的切线方向运动，而不发生轴向移动，稻穗在通过滚筒与凹版间隙的过程中被脱粒，脱粒后的稻穗也沿切线方向移开滚筒，这种脱粒方式脱粒时间短，稻粒与秸秆分离不清，需要在脱粒装置后加设其他分离装置。轴流切线式稻穗被滚筒抓取后，在滚筒作切线回转运动的同时，还沿着轴向移动，其合成运动的轨迹为螺旋线，这种脱粒方式脱粒时间长，稻穗在脱粒间隙受到多次冲击和搓擦，提高了脱净率和分离率，减少稻粒的破碎。轴流切线径向式，对这种脱粒方式而言，要求滚筒一般为锥形，其作物运动轨迹为圆锥螺旋线，脱粒效果好，但结构复杂要求功率也较大。因此本设计采用第二种方式即轴流切线式。滚筒的形状方面采用的是圆柱齿式圆柱形闭式滚筒，这样结构简单，惯性力大，运转平稳，克服瞬时超载荷能力强，脱粒效果好。6242滚筒滚齿脱粒滚筒的脱粒质量和脱粒效率与滚筒的滚筒齿和滚筒的转速有关，而滚筒齿是滚筒上的主要脱粒元件。脱粒滚筒的滚筒滚齿主要是由圆柱直齿组成。而且滚筒齿是人工喂入按螺旋线排列在滚筒上。这样不但提高了脱粒滚筒的脱粒能力，而且提高了稻粒的纯净度。我国已有的小型水稻半喂入脱粒机主要是采用打击原理对水稻稻穗进行脱粒，多数采用的是钉齿。通过钉齿打击水稻稻穗，产生振动和惯性力从而破坏它与穗轴间的连接，以便稻粒和稻穗脱离。工作时滚筒回转，以其钉齿猛烈的打击进入的稻穗，把绝大部分的谷粒脱下，然后把秸秆带进滚筒与凹板之间，在滚筒钉齿与凹板钉齿所构成的侧面间隙之间进行摩擦、挤压把全部谷粒脱下，同时把秸秆送出脱粒装置。钉齿型的脱粒机要求滚筒线速度高因而功率消耗大，钉齿的打击又导致了谷粒的破碎率高。秸秆破坏严重，同时给分离和清选的时候增加了困难，制造和装配严格，使用调整也比较复杂，容易因钉齿侧间隙不一致而影响脱粒质量。通过对以上两种方案的比较，本设计采用的脱粒滚筒的脱粒齿为圆柱齿243凹板脱粒机的脱粒质量和凹板有很大的关系。凹板和脱粒滚筒之间的间隙过小，则使得脱粒机的功率变大，而且增加了谷粒的破碎率；要是脱粒间隙过大的话，脱粒机的脱粒效果就受到了很大的影响，而且影响了后面稻粒的清选。凹板的结构有栅格式、冲孔筛式和编织筛式等类型，以栅格式凹板的分离效果最好。其结构如图图3凹板FIGURE3INTAGLIO244清选机构清选机构是主要实现脱粒后的稻粒与轻质杂物之间的分离。常见的清选原理大致可以分为两类一类是按照籽粒的空气动力特性（悬浮速度）进行清选。另一类是利用气流和筛子配合进行清选。其中后者最为常用，结构简单，分离效率高。本设计采用风机按照稻粒的空气动力特性进行清选，其中气流由风机提供，其结构见图4图4风机FIGURE4FANS245机架机架在脱粒机中用于容纳和支承各种零部件，本设计采用23号角钢焊接成，壳用铁皮铆合连接或者之间焊接而成，并且在机脚的位置设置两块木条，不仅方便电机、风机的安装，而且起到了减震作用。3主要零部件的设计及参数3此处省略NNNNNNNNNNNN字。如需要完整说明书和设计图纸等请联系扣扣九七一九二零八零零另提供全套机械毕业设计下载该论文已经通过答辩42确定传动装置的传动比总传动比3MNIA式中电动机满载转速，1440R/MIN,则MN14035I那么V带的传动比I34，处于24之间，符合要求。43传动装置的运动和动力参数各轴转速1轴4140/MINMNR轴5/3415/INAIR各轴功率2轴65DPKW式中电动机的额定功率D轴70925K式中V带传动效率；查表17取值095各轴转矩3轴85950364810PDTNMNM轴925普通V带传动的计算电动机型号为Y132S4,其额定功率55KW，转速1440（R/MIN）；从动轴DPN转速415（R/MIN），设计每天工作10H。N51确定计算功率查表得，工况系数12,则187AK101256CPKW52选择V带的带型根据66KW和1440（R/MIN）由图可知，选用B型V带。CN1853确定带轮的基准直径D并验算带速V531初选小带轮的基准直径根据和，取小带轮的基准直径140MM。18611D532验算带速V1114015/06DNMS因为5M/S30M/S在规定的范围内，故合理。533计算大带轮的基准直径122134076DI查表，圆整为500MM。1682D54确定V带的中心距A和基准长度DL541初定中心距0120127DDA即46476中心距变化范围44812800取700MM0A542初选带所需的基准长度0DL1321012024DDLAA27455M7（）查表,选带的基准长度2500MM18DL543计算实际中心距A14002504177252DLA55验算小带轮上的包角1151213388051410725DA56计算带的根数Z561计算单根V带的额定功率RP由140MM和，查表，可知，取282KW。1D140/MINNR184A0P根据，I34和B型带，查表，得KW。/IR1B46查表和表得包角系数0925，带长修正系数1038512AKLK于是160820469251032RALPKW562计算V带的根数Z17613CRZ故取Z3根57确定单根V带的预紧力1822025509260185983ACKPFQVNZ普通B型V带每米长度质量，17KGM58计算轴力（19）10152SIN2398SIN02PFMINZN6轴的结构尺寸设计已知输出轴上的功率，转速，5PKW40/MIR20509628P2转矩212915034TKNN61选择材料，初步确定轴的最小直径MIND选取轴的材料为45钢，调质处理。查表，取，于是得1012A2233MIN0612745PDA最小轴径显然是安装大带轮处轴的直径，由于此处开键槽故将直径加大1015，取。262轴的结构设计621拟定轴上零件的装配方案轴上零件的装配方案如图5图5轴的结构示意图FIGURE5SCHEMATICDIAGRAMOFTHEAXIS622根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1为了满足大带轮的轴向定位要求，轴段右端需制出一轴肩，故取段的直径33MM；左端用轴端挡圈对带轮进行轴向固定，螺栓紧固轴端挡圈的结构D尺寸查表76（GB/T8921986）。查表611可得普通V带带轮宽2MIN1BZEF（轮槽数，槽间距，第一槽对称面至端面距离）3192561MZEF，取B61MM，为了保证轴端挡圈只压在大带轮上而不压在轴的端面上，故段长度应比B略短一些，现取59MM，大带轮与轴的周向定位采用平键连接。查表5L73选用的平键尺寸为BHL10MM8MM32MM2初步选择滚动轴承。轴主要承受径向力作用，故选用深沟球轴承，参照工作要求，并根据35MM，查表823选择深沟球轴承6007，其尺寸DDDB35MM62MM14MM，故，其左端采用轴承端盖对其进行定位，14LM取其长度。轴承的右侧面采用轴肩定位，轴肩高度H5MM,取其直径30LMD45MM3）轴承用轴承座定位根据便于对轴承添加润滑脂的要求，取轴承座的外端面与大带轮右端面间的距离，则。15L30L4）滚筒采用平键进行周向定位，取该处轴径，则查表41键的尺45DM12寸BHL14MM9MM48MM；滚筒的周向定位，左端采用深沟球轴承定位，右端也同样采用深沟球轴承进行定位，滚筒段的长度。取0L5）取右端轴承的长度，轴承的右端采用轴肩进行定位，D39MM,为了21LMV加工的方便性，开个退刀槽。至此整个轴的直径和各段长度均以结束，轴5I的长度L694MM。63轴上载荷计算已知皮带轮对轴的压力，取带轮和滚筒重量分别为10PFN12503TNM、，并且假设重量在轴上呈线性均匀分布20AGN350B631受力分析带轮水平力2560PF铅垂力AGN滚筒铅垂力3B1判断轴的危险截面求支反力1水平方向0YF0AAVBVDF0BMX333215615021210F得；214379VBFN719VDFN求弯矩和的弯矩方程和它们的合成弯矩2ZMY2求的各段方程在铅垂力、作用下，轴将在XY平面内发生弯曲变形，其扭矩AGBCYD在AC段172APXFX065XM在CB段42179VBM065023M在BD段50719380VDXX6253X632强度校核按照第三强度理论进行强度校核232223164519731540NMMPAW式中在常温、静载及一般工作条件下45钢许用应力，；45抗扭截面系数，,D为实心轴的圆截面直径，D；316DDM故传动轴的强度满足要求。633画出受力分析简图其图如图6所示图6受力分析FIGURE6FORCEANALYSIS7滚动轴承的设计计算已知装轴承处轴径D35MM，转速N415R/MIN，选用深沟球轴承6007，162RCKN71轴承寿命校核当量动载荷24PRAPFXFY式中径向载荷，NRF轴向载荷，两轴承的轴向载荷均为0NA查表817得X1于是可计算两轴承的当量动载荷1按表361012取12PFPF25214379283RPXFN验算轴承的寿命HL263665100614085CHHN由寿命校核结果可以看出两轴承的寿命均大于设计寿命，故所选轴承合格。8轴承座的选择由于轴承选择代号为6007的深沟球轴承，所以选择轴承座位SN207。9平键的选择与计算91类型选择选A型键92尺寸选择查表573分别选择轴、段平键BHL10MM8MM32MM、BHL14MM9MM50MM93强度验算查表62得许用挤压应力。160PMPA轴段键与键槽接触长度27321LLBM54KH321687066042PPTAMPAKLD式中D键槽处轴径，MMH平键的宽度，MMT转矩，NM10风机设计本设计采用农机中广泛采用的农用型风机,叶片采用直叶,外形为切角的矩形,以改善风机出口气流的不均匀性,壳体为蜗壳形外壳,水稻的飘浮速度为,比重,选取风机的风速为V8M/S。12540/PVMS3124/VGCM11总结在目前水稻收获机械多种形式并存条件下，为了满足广大用户茎杆需求量的不断提高，在消化吸收国内外同类机型的基础上，设计了一种水稻半喂入脱粒机械，该机采用圆柱齿滚筒脱粒、风扇清选等机构，使其具有结构简单、体积小、重量轻、脱粒质量好等特点。设计是在张老师的细心指导下，以及和同学的不断讨论中，大量的查阅小型电动水稻脱粒机的相关资料，吸取以往的设计方法和思路，通过自己一段时期的不懈努力而完成的。在设计上由于自己考虑问题的全面性不够，设计知识不够系统，设计经验比较少，所以一定从在着很多的不足，只能通过更多的实验去发现问题和解决问题，对机构进行优化。参考文献1邓玲黎,李耀明我国水稻联合收割机的现状及发展趋势J2时胜德小型半喂入水稻联合收割机研究D广西大学,20053韩抗,安俊杰,刘淑霞小型联合收割机的发展现状及设计中几个问题