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小型水稻脱粒机设计（含CAD图纸源文件）,小型,水稻,脱粒机,设计,源文件
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湖南农业大学东方科技学院毕业论文（设计）中期检查表 学 部： 理工学部 学生姓名 张武金 学 号 200841914330 年级专业及班级 2008级机械设计制造及其自动化 (3)班 指导教师姓名 全腊珍 指导教师职称 教授 毕业论文（设计）题目 小型水稻脱粒机的设计 工作进度 已完成的主要内容 尚需解决的主要问题 1、 根据自己所学专业收集大量参考资料及期刊杂志，并对资料进行了仔细整合、梳理，编写出了开题报告书和论文提纲，并在指导老师指导下对其进行相应的修改。 2、 根据 修改后的 开题报告 ,在对 收集的资料仔细的阅读和整合，确定了水稻脱粒机的整体方案。 3、 按照进度计划， 完成了脱粒机各部件的主要计算， 装配图、零件图 大体的 绘制 。 （ 1）整体思路还不是很清晰，对脱粒机的整个工作过程有待于进一步加深； （ 2） 说明书的结构 有点凌乱，条理不清晰 ，有待于进一步修改 ； （ 3）英文资料较少，尤其是相关的英文参考资料更少； （ 4） 脱粒机部件的具体尺寸有待于进一步确定。 （ 5） 进一步完善零件图和装配图的绘制。 指导教师意见 指导教师签名： 年 月 日 检查（考核）小组意见 检查小组组长签名： 年 月 日 湖南农业大学东方科技学院 毕业论文（设计）任务书 学生姓名 张武金 学 号 200841914330 年级专业及班级 2008 级机械设计制造及其自动化 (3)班 指导教师及职称 全腊珍 教授 学 部 理工学部 2011 年 09月 20 日 填 写 说 明 一、毕业论文（设计）任务书是学院根据已经确定的毕业论文（设计）题目下达给学生的一种教学文件，是学生在指导教师指导下独立从事毕业论文（设计）工作的依据。此表由指导教师填写 。 二、此任务书必须针对每一位学生，不能多人共用 。 三、选题要恰当，任务要明确，难度要适中，份量要合理，使每个学生在规定的时限内，经过自己的努力，可以完成任务书规定的设计研究内容 。 四、任务书一经下达，不得随意更改 。 五、各栏填写基本要求 。 （一）主要内容和要求 ： 1工程设计类选 题 明确设计具体任务，设计原始条件及主要技术指标；设计方案的形成（比较与论证）；该生的侧重点；应完成的工作量，如图纸、译文及计算机应用等要求 。 2实验研究类选 题 明确选题的来源，具体任务与目标，国内外相关的研究现状及其评述；该生的研究重点，研究的实验内容、实验原理及实验方案；计算机应用及工作量要求，如论文、文献综述报告、译文等 。 3文法经管类论 文 明确选题的任务、方向、研究范围和目标；对相关的研究历史和研究现状简要介绍，明确该生的研究重点；要求完成的工作量，如论文、文献综述报告、译文等 。 （二）主要参考文献 与外文资料 ： 在确定了毕业论文（设计）题目和明确了要求后，指导教师应给学生提供一些相关资料和相关信息，或划定参考资料的范围，指导学生收集反映当前研究进展的近 1 3 年参考资料和文献。外文资料是指导老师根据选题情况明确学生需要阅读或翻译成中文的外文文献 。 （三）毕业论文（设计）的进度安排 ： 1设计类、实验研究类课 题 实习、调研、收集资料、方案制 定约占 总时间的 20%；主体工作，包括设计、计算、绘制图纸、实验及结果分析等约占总时间的 50%；撰写初稿、修改、定稿约占总时间的 30%。 2文法经管类论 文 实习、调研、 资料收集、归档整理、形成提纲约占总时间的 60%；撰写论文初稿，修改、定稿约占总时间的 40%。 六、各栏填写完整、字迹清楚。应用黑色签字笔填写，也可使用打印稿，但签名 栏必须 相应责任人亲笔签名 。 毕业论文（设计）题 目 小型水稻脱粒机设计 主要内容和要求 （宋体五号，行间距单 倍 行距 ） 主要内容 ： 1、 传动装置的设计 2、 脱粒装置的设计 3 、清选装置的设计 4 、动力的匹配 要求： 1、输送流畅 2、生产效率 :1 吨 /时 3、要求机构设计方案合理、结构紧凑，体积小，质量轻，噪音小、无污染，使用方便。 4、完成 3 张 纸（折合），并要求 制。 5、撰写设计说明书，文字在 字间，条理清楚，计算有据，格式按湖南农业大学全日制普通本科生毕业论文（设计）规范化要求。 翻译一定数量的英文（摘要）。 6、设计说明书的内容包括：课题的目的、意义、国内外动态；研究的主要内容；总体方案的拟定和主要参数的设计计算；传动方案的确定 及设计计算，主要工作部件的设计；主要零件分析计算和校核；参考文献，鸣谢。 注：此表如不够填写，可另加附页 。 主要参考资料 （具体格式以规范化要求规定为准 ） 1全腊珍，张淑娟画法几何与机械制图 M2007. 2濮良贵，纪名刚 .机械设计 M2010. 3徐学林 . 互换性与测量技术基础 M2010. 4张伟 .农业机械学 M2008. 5孙桓，陈作模，葛文杰 . M2009. 6衣淑娟 .水稻半喂入脱粒机的设计 J 2000. 7王万钧 .农业机械设计手册 M2000. 8张兰星 .谷物收割机械原理与计算 M1995. 9中国农业机械化科学研究院 . 农业机械设计手册 M械工业出版社， 10中国收获脱粒机械联营公司 M业出版社， 11邓玲黎 ,李耀明 J. 农机化研究 ,2001,（ 2）： 46 . 12杨贵 , 孙景杰 , 张长富 J2001,（ 1）： 2729 . 13杜茂军 , 郭立军 , 林广友水稻生产机械化的影响因素及发展对策 J2002,（ 1）： 46 . 14杨新春，张文毅，袁钊和我国水稻生产机械化的现状与前景 J中国农机化， 2001（ 1）：20 15 中华人民共和国机械行业标准， 9777 16明福留收割机脱粒弓齿（申请号： 03210051） 2003. 17李 显旺，张彬，石磊超级稻联合收获机具的探讨 J中国农机化， 2004（ 1）： 57 工作进度安排（宋体五号，行间距固定值 22 磅 ） 起止日 期 主要工作内 容 题、下达设计任务书 研、查找资料、毕业设计开题 计方案确定 计计算 绘制装配图、零件图 期考核 写设计说明书，修改 审、修改 辩 要求完成日期： 20 12 年 5 月 5 日 指导教师签名： 接受任务日期： 20 11 年 9 月 21 日； 学生本人签名： 注：签名 栏必须 由相应责任人亲笔签名 。 湖南农业大学东方科技学院 全日制普通本科生毕业设计 小型水稻脱粒机设计 生姓名 ： 张武金 学 号： 200841914330 年级专业及班级： 2008 级机械设计制造及其自动 化（ 3)班 指导老师及职称： 全腊珍 教授 学 部： 理工学部 湖南长沙 提交日期： 2012 年 5 月 湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生 毕业设计诚信声明 本人郑重声明：所呈交的本科毕业设计是本人在指导老师 的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 毕业设计作者签名： 年 月 日 目 录 摘要 1 关键词 1 1 前言 1 课题研究的和意义 2 小型水稻脱粒机的现状 2 本设计的创新思路 3 2 总体方案确定 3 脱粒机的工作原理 3 设计目的 4 设计任务 4 系统功能描述和功能分解 4 喂入部分 4 脱粒部分 4 筛选部分 5 总体方案的设计和求解 5 3 脱粒装置设计 6 脱粒原理 6 脱粒装置类型选择 7 脱粒滚筒转速计算 8 滚筒直径计算 8 脱粒滚筒长度确定 9 滚筒脱粒齿确定 9 弓齿形状选择 9 弓齿排列 9 相关参数计算 9 4 清选装置设计 10 清选原理 10 清选装置类型选择 10 风机参数计算 11 风机计算 11 风机参数 选择 11 凹版设计 11 凹版类型确定 11 凹版直径确定 12 凹版与滚筒之间间隙确定 12 5 动力选择 12 整机消耗的功率计算 12 脱粒装置的消耗的功率计算 12 清选装置的消耗的功率 13 电动机选择 13 6 传动装置的设计 14 传动路线 14 确定传动装置的传动比 14 确定传动装置的动力参数 14 皮带轮的设计与计算 15 带型确定 15 带轮直径与带速确定 15 带的基准长度和轴间距确定 16 验算小带轮的包角 16 确定 V 带的根数 16 单根 V 带预警力计算 17 计算压轴力 17 7 圆柱齿轮的设计与计算 17 材料的选择及许用应力确定 17 按轮齿接触强度计算 17 按齿根弯曲强度计算 18 8 轴设计与计算 20 轴的材料选择 20 轴的最小直径确定 20 轴结构设计 20 9 键连接选择 21 10 滚动轴承选用 21 11 主要部件校核 21 圆柱齿轮校核 21 轴校核 21 轴上载荷计算 21 按弯扭合成应力校核轴的强度 22 精确校核轴的疲劳强度 23 键强度校核 24 滚动轴承校核 24 当量动载荷计算 24 计 算所需的径向基本额定动载荷 24 算轴承的寿命 25 结束语 25 参考文献 25 致谢 26 附录 27 1 小型水稻脱粒机设计 学 生：张武金 指导老师：全腊珍 （湖南农业大学东方科技学院 ，长沙 410128） 摘 要 ： 为了满足湖南农村水稻脱粒生产的需要，设计一种针对湖南市场的水稻脱粒机已迫在眉睫，该水稻脱粒机可一次性完成脱粒、筛选、分离和装袋作业。该机体积小、重量轻，操作灵活，通过性与适应性好，较好地解决了丘陵、山区和水田水稻收获的难题。该机采用半喂入、弓齿式滚筒脱粒机脱粒，确保脱粒干净、破碎率低，分离性能好。 关键词 ： 水稻脱粒机；脱粒；分离；清选 10128) n to of of of is of to of is 前言 水稻在三大粮食作物面积和产 量仅次于小麦，多于玉米。亚洲的水稻种植面积占世界的 90%以上，中国的水稻的总产量和面积位于世界第一位和第二位。目前中国的水 2 稻种植面积达 亩， 水稻作为我国第一大粮食作物，约占粮食总产量的。水稻生产不仅担负着确保我国粮食安全的重任，还肩负实现种粮增效、稻农增收和全面推进新农村建设的重大使命。 但是和西方的发达国家相比较，我国的水稻收获的机械化程度严重偏低，收获过程中粮食的损失大，制约着我国农村产业结构调整和农民收入水平的增长。 课题研究的意义 水 稻是我国第一大粮食作物，不到的水稻种 植面积，生产了约占世界总产量左右的粮食。近些年水稻种植面积处于稳步上升的转状态。在目前水稻收获机械多种形式并存的条件下，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型机型的基础上，设计一种水稻半喂入式的脱粒机械，该机械采用夹持喂入、弓齿滚筒脱粒、风扇清选等机构，使其具有机构简单、体积小、重量轻、脱粒质量好等特点。 近几年，随着联合收割机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的冲击。在这种形式下，联合收割机、脱粒机和割晒机将如何发展，怎么发展，脱粒机还有没 有发展前途，这是脱粒机相关方面应当高度关注的问题。据统计，目前我国的种植面积为 外还有 1200万 山区和丘陵小块地的小麦收获全靠人工收割后，再由脱粒机械进行脱粒。所以，脱粒机械对农作物的收获还占有很大的工作量。 我国的水稻、玉米、小麦等农作物机械收割的状况。据不完全统计，我国水稻机械化收获的作业面积仅仅只占总种植面积的 绝大多数的水稻脱粒仍然靠脱粒机进行脱粒；玉米机械收获面积仅占全国玉米种植面积的 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， 籽粒的脱粒还要靠脱粒机来完成。就全国范围来说，对于农作物的收获脱粒 80%以上要靠脱粒机和人工来完成。 终上所述，尽管近年来联合收割机的迅猛发展，但是由于我国幅员辽阔、气候地理条件加上种植方式的差异，以及不同地区的经济发展的不平衡、联合收割机械的广泛应用还有相当长的路要走。因此，在今后的相当长的的时间内，脱粒机在我国农作物的收获中，尤其是边远的山区、丘陵地带，脱粒机仍然是主要的不可或缺的农业收获机械。 本设计通过对水稻脱粒机械的分析和对存在的问题进行改进，设计一种半喂入式脱粒机，为进一步改进和提高水稻脱粒机械 奠定基础。 小型水稻脱粒机的现状 3 1800年，固立式打谷机，“地猪牌 ” 在美国得到广泛应用，木架式的推家上固立滚筒进行打谷，手工进行分离清选。以后产生了具有抖动特点的分离装置。 1850年后，自动喂入、解捆、谷粒处理等出现，并逐渐发展完善。在本世纪以前，是把收割和脱粒看作完全独立考虑的 到了本世纪提出了降低成本和缩短作业时间都要求，希望制成切割器和脱粒装置作合在一起的收割机。这种想法是在 140多年以前在美国作业记的，110 年前制成了机器， 70 年前，开始用带了发动机的联合收割机，近代的自走式联合收割机 大约是在 40多年前制成的。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了较好的推广应用，加快了我国水稻联合收割机技术的改造和完善，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，全世界的可用耕地大约有 32 亿公顷，已开发的有 公顷，未达到可用耕地的一半。就总的耕地资源来说，在南美和澳洲以及亚洲的北部还有大量的耕地未开发。但是由于气候等原因，真正可供开发的耕地并不多。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，也为国内市场提供大量的农牧产品。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。 近几年我国小型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和推广起到了极大的作用。 本设计的创新思路 本次设计的主要目的是针对现存的小型水稻脱粒结构进行了优化、对其存在的一些缺点进行改进；首先在原理上，主要以梳刷脱粒为主，打击原理为辅两者相互结合的脱离方式对水稻进行脱粒，这主要体现在脱离滚筒的齿的设计上。其次，清选方面是采用风机和筛子结合进行清选，在一定方面上提高了稻粒和杂质的分离，提高了稻粒的纯净度。 2 总体方案确定 脱粒机工作原理 4 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装置进行打击和 4 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。 设计目的 进一步加深学生对大学所学理论知识的理解，培养学生运用理论知识独立解决有关本课程实际问题的能力，使学生对设计有一完整和系统的概念；同时通过毕业设计，培养学生计算 ，使用技术资料及绘制图形的工程设计能力，为今后的工作打下坚实的基础。 设计任务 1、 传动 装置的设计 2、 脱粒装置的设计 3 、清选装置的设计 4 、动力的匹配 要求： 1、输送流畅 2、生产效率 :1 吨 /时 3、要求机构设计方案合理、结构紧凑，体积小，质量轻，噪音小、无污染，使用方便。 4、完成 3 张 纸（折合），并要求 绘制。 5、撰写设计说明书，文字在 字间，条理清楚，计算有据，翻译一定数量的英文 （摘要）。 6、设计说明书的内容包括：课题的目的、意义、国内外动态；研究的主要内容；总体方案的拟定和主要参数的设计计算；传动方案的确定及设计计算，主要工作部件的设计；主要零件分析计算和校核；参考文献，鸣谢。 系统的功能描述和功能分解 喂入部分 喂入部位与钉齿滚筒的钉齿部位存在一定的间隙，将已割下来的水稻经过人工从喂入口进入，水稻的穗部分进入脱粒部位，即钉齿滚筒和栅格式凹板之间，进行脱粒。 脱粒部分 脱粒部分主要是由钉齿滚筒、栅格式凹板。水稻穗在钉齿滚筒和栅格式凹 板之间进行脱粒，将已脱下的谷粒从栅格式凹板的缝隙漏下，落到下滑板，经过振动筛和风机 5 的清选，由仓口排出机体之外 2。 筛选部分 筛选部分主要是由栅格式凹板、风机、振动筛完成，当水稻穗进入脱粒部分后，经过弓齿滚筒的脱粒，水稻脱粒之后，再将谷粒经过栅格式凹板，从凹板的缝隙漏出，当然，无论是工作时还是安装时，栅格式凹板是固定不动的。谷粒顺着斜滑板，在振动筛和风机的综合作用下，将谷粒和杂质分开 3。 本设计要求实现水稻的脱粒以及水稻茎秆的分离，其主要功能是脱粒，机构的脱粒需要动力，这就涉及到动力的 选择与安装，为机构的动力功能；脱粒机的工作还需要控制，这是脱粒机的控制功能。根据上述分析，绘制的机构功能构成图 4如图 1 所示。 图 1 水稻脱粒机的机构功能构成图 了实现脱粒机的脱粒功能，脱粒机需要动力，从发动机输出的动力经过皮带轮的传递给脱粒滚筒；根据不同的条件，脱粒滚筒需要不同的转速，这要求脱粒机需要调节控制功能，经过分析，得到如图 2所示的水稻脱粒机的功能树。 总体方案设计和求解 对上述功能树的分析可知，脱粒机包括动力部分、脱粒部分、传动部分，根据功能可以寻求其功能载体，根据功能载体可以形成形态学矩阵，如表 1所示 5。 根据形态学矩阵可知，本设计共有 4 2 4 3=96种方案可以供选择。根据设计说明书的要求，水稻脱粒机要 输送流畅，动力足够且稳定性好，以及结合农村的具体情况考虑，经过综合分析，选用 力经发动机输出，通过 部分给脱粒滚筒，一部分给分离装置 ，一部分给清选装置。整机的结构初步确定如图 3所示。 6 图 2 水稻脱粒机 的功能树 1 水稻脱粒机的形态学矩阵 功能 功能解 1 2 3 4 A 驱动 水冷柴油机 汽油机 电动机 风冷柴油机 B 脱粒 全喂入 半喂入 C 传动 带传动 链传动 圆柱齿轮传动 同步带传动 D 清选 气流式 风扇筛子式 气流清选筒 图 3 脱粒机的结构图 3 脱粒装置设计 脱粒原理 1）冲击脱粒：靠脱粒元件与谷物穗头的相互冲击作用而进行脱粒。冲击速度越高， 7 脱粒能力越强，但破碎率也越大 6。 2）搓擦脱粒：靠脱粒元件与谷物之间，以及谷物与谷物之间的相互摩擦而使谷物脱粒。脱粒装置的脱粒间隙的大小至关重要。 3）梳刷脱粒：靠脱粒元件对谷物施加拉力而进行的 脱粒。 4）碾压脱粒：靠脱粒元件对谷物施加挤压力而进行的脱粒。此时作用在谷物上的力主要是沿谷粒表面的法向力。 5）振动脱粒：靠脱粒元件对谷物施加高频振动而进行的脱粒。 上述几种脱粒方式是在长期的生产实践过程中总结而来的，水稻为带壳贮存。如果裸存的话，存放时间很短。水稻的籽粒脆硬，容易破碎。因此，本设计采用梳刷脱粒为主，打击脱粒为辅，两者配合完成脱粒。 脱粒装置类型选择 脱粒装置按不同的方式分有不同的类型，按喂入方式可分为：全喂入和半喂入 6； 按脱粒齿形可分为： 1)切流纹杆滚筒式脱粒装置，其由纹杆滚筒、栅格状凹版、间隙调节装置等组成。以搓擦脱粒为主、冲击为辅，脱粒能力和分离能力强，断穗率小。但当喂入不均匀、谷物湿度大时，脱粒质量明显下降。 2)切流钉齿滚筒式脱粒装置，其由钉齿滚筒和钉齿凹板组成。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、对不均匀喂入和湿作物有较强的适应性。但断秆率较高，分离效果较差。 3)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。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。 4)轴流滚筒脱粒装置，轴流式滚筒功率耗用受作物物理机械特性影响较大，比传统型更为敏感，喂入作物长度、含水率的影响均较大。 5)弓齿滚筒式脱粒装置，适用脱粒水稻，也可以兼脱小麦。脱粒仅穗头进入滚筒，脱粒后能保证茎杆完整；凹板筛分离物含杂率小有利于后续的清选；绝大部分谷粒能够由凹板筛分离出来，谷粒的破碎和损伤很少，功率消耗小。但是只适应脱粒梢部接穗的作物，不适应矮杆作物，对作物的适应性差。 考虑到成本和农村稻田等因素，本设计采用的是弓齿滚筒半喂入脱粒装置。脱粒方式分 为上脱、下脱和侧脱三种形式，如图 4 上脱式分离效果好，滚筒位置低，喂入性能差；下脱式分离性能差，断穗和带柄 8 少，适用于一般夹持式半喂入脱粒机和联合收割机；侧脱式分离性能和喂入性能较好，适用于卧式联合收割机。本设计采用的是下脱式。 图 4 半喂入式脱粒装置的脱粒方式 脱粒滚筒转速计算 滚筒的转速一般根据滚筒的有效直径来计算。当滚筒速度增加时，脱净率增加，水稻带柄率减少，但破 碎率和断茎率都会增加，当圆周速度大于 12 米 /秒时，水稻脱净率在 99以上，但如果圆周速度过大，脱离效率提高并不显著，仅使谷粒在滚筒上跳动加剧，增加谷粒的抛散损失 7。当滚筒的圆周速度太小时，弓齿对穗的冲击力减弱，从而延长脱粒时间而降低生产率。通常情况下对于水稻来说： 1714 。根据圆周速度 n 。 60/)( （ 1) )(/60 式中 D 滚筒直径（不包括弓齿高度 ） ； H 弓齿的高度，取 滚筒转速 mi n/560 取 50 滚筒直径计 算 滚筒圈直径 8, 其计算式为 ： ) )360 其中 L 下作物的长度 l 作物喂 入 深度 , 一般大于 400； 所 包围滚筒的允许包角 ,一般为 12010。 一 般 况下 , 选用较大直径为有利 , 其原因是 ： 作物喂得深 , 未进未脱损失少 ； 喂 9 人口弧度大 , 可以提高喂人性能 ； 滚筒不易缠草 , 对作物品种和湿度的适应性好 ； 凹板筛面积大 , 分离能力强 ； 引转动惯量大 , 运转平稳 , 适应超负荷的性能良好 ； 凹板曲率小 ,喂进脱粒室的茎秆折断少 , 有利于减少功率消耗 11。 20000 由上式可得： 82 ， 由上式可得： 00 。 滚筒直径一般为 齿顶计算） 12，齿根处直径一般为 由于本次设计中的采用的是半喂入式脱粒装置，因此进入脱粒装置的只是作物的穗头部分，故不用担心茎杆缠绕的问题可以取滚筒直径为 4003 (不含弓齿高）。 脱粒滚筒长度确定 它与喂入速度和弓齿总数有关 14。半喂入脱粒机工作时作物潮湿 , 工作量 大 ,一般选为 600机设计滚筒长度定为 7005. 滚筒脱粒齿设计 弓齿形状选择 弓齿的形状有“ V” 字形及“ U”字形两种。试验结果表明“ V”字形弓齿顶角为 22时，消耗的功率和断穗率都最少。“ U”字形弓齿圆弧大的功率消耗小，断穗率也小。本设计滚筒上脱粒齿采用三重齿，它们能够提高梳刷、脱粒质量，并且滚筒不易缠草。弓齿用 45钢制造，淬火部位的硬度为 56。 弓齿的排列 半喂入式的脱粒滚筒的弓齿排列按斜线，具有工作平稳，生产 率高的特点。所以，在本设计中，采用的是齿排斜线配置。弓齿依螺旋排列的目地除了达到脱粒时负荷均匀外，而且还能促使杂余沿轴向流动。所以，选择弓齿的排列按照螺旋线分区的排列。分三个区，第一区段为梳整区，约占滚筒全长的 10%梳整齿选材为 6钢丝，对作梳导和推送，梳整齿安装在滚筒喂入端的锥形面上。第二区段为脱粒区，约占滚筒全长的 7017。钢丝直径 5又分前后两区。前区约占全长的 40由于谷物刚进入脱粒间隙，脱粒量较大，安装了加强齿。 第三区为排稿区，只占滚筒全长的 8钢丝直径 5加强排草能力，齿距较密，为 60 毫米左右，齿形与脱粒齿相同。 相关参数的计算 螺旋排列的列数： 6/60 l 。 10 弓齿轴向间距： l 0 。 弓齿数： 1 2 0/60 l。 4 清选装置设计 清选原理 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。清选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。 清选原理大致可以分为两类：一类是按照谷粒的空气动力特性（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。 清选装置类型的选择 清粮装置的类型主要有：气流式、筛子式和气流筛子组合式 18。 (1)气流式清选装置：按照谷物混合物各组成部分的空气动力特性的不同进行选别。根据这一原理，可利用相关机械将混合物掷向空中，或利用风机产生的气流对谷物进行分离和选别，飘浮速度小的轻杂物吹的较远，而飘浮速度大的籽粒将落在距风机较近的地方。 (2)筛 子式清选装置；利用混合物各组成部分的尺寸特性的差异进行分离和选别。具体 方法是：根据谷粒的大小、形状，设计适当的筛孔，以达到筛选的目的。 (3)气流筛子组合式清选装置：利用混合物各组成部分的尺寸特性和空气动力特性将筛子和风机配合进行分离选别。清粮效果好，在多数脱粒机和联合收获机上采用这种配合形式。 本设计采用第三种清选装置，其结构如下图 5所示。 图 5 风扇筛子式清选装置 11 风机参数的选择和计算 风机计算 (1）风机叶轮叶轮的外径 / (2) 其中 为压力系数，一般 取 = 代入上式得： U m/s) 1D = /60/(650) 取 1D = (2）风扇进风口的直径 2D =(1D ，取 2D (3）风扇宽度 B ）（ ，取 B= (4）风机出风口高度 S 1) ，取 S (5)风扇功率 102/ (6)叶轮内径31)D ,取3D 7）叶片数 Z 的确定 64Z ,取 5Z 片。 风机参数的选择 本设计中的风机采用的是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 ,据试验饱满谷粒的悬浮速度为 86 之间 ,比重 /取风机的风速为 7 。 (1)假设轻质夹杂物的质量为 ， u 轻质杂质量与空气量之比的系数，通常 .0u ， 则空气的流量为 =m3/s (2)风机的全压力 p 为： p = +15=72 5= (3) 4 凹板的设计 凹板类型的确定 凹板有编织筛式和栅格式两种，其比较如表 2所示。 12 表 2 编织筛式与栅格式凹板的对比 板类型 筛孔尺寸（ 优点 缺点 处理断穗能力很强， 容易变形 编织筛凹板 钢丝直径 断穗、带柄率少结构 湿脱性能差、 简单、容易制造 易堵塞易磨损 筛孔宽 12 刚性好、分离能力强 结构和制造工艺复杂 栅格式凹板 筛孔长 20 夹带损失小、湿脱适好 较多、断穗、带柄较多 经过综合比较，本设计采用栅格式凹板，其结构如图 6所示。 图 6 凹板筛结构示意图 凹板直径的确定 凹板直径是决定生产率的主要参数（在限制滚筒转速的情况下，凹板直径是决定生产率的唯一参数），凹板直径与生产率成正比，但不是一次性线性关系。 根据凹板直径与生产率的关系和实际生产情况，本设计现选取凹板直径 D 为490水稻脱粒机来说，其脱粒间隙就是滚筒齿顶圆与凹板圆钢之间的间隙。 凹板与滚筒之间间隙的确定 滚筒与凹板入口间隙和出口间隙的比值 为 3入口间隙小则凹板分离能力强，但过小易产生堵塞。入口间隙过大（ 30滚筒抓取作物的能力和凹板前端的分离能力减弱。取入口的间隙为 30出口的间隙为 10粒间隙从喂入口到出口从300脱粒区为 3 6 5 动力的选择 整机消耗的功率计算 脱粒装置的功率消耗的计算 栅格凸板 13 脱粒装置在工作时，在运转稳定性较好（保障脱粒滚筒运转稳定性的条件：有足够的转动惯量；发动机有足够的储备功率和较灵敏的调速器）的条件下，其功率总耗用 N 由两 部分组成：一部分用于克服滚筒空转而消耗的功率总功率消耗的5%，一部分用于克服脱粒阻力而消耗的功率总功率消耗的 93%，所以 脱粒装置的功率消耗为： N =） (4) 1)其中空转功率消耗 :A + 3B 式中： A 系数， A 为克服轴承及传动装置的摩擦阻力的功率消耗， 310)A B 系数， 3B 为克服滚筒转动时的空气迎风阻力 而消耗的功率， ）（B . 2)其中脱粒功率消耗个过程比较复杂，水稻首先是以较低的速度进入脱粒装置入口处，与高速旋转的脱粒滚筒接触，然后被拖入脱粒间隙进行脱粒，既有梳刷也有打击，研究的依据是动量守恒定律： 冲量转换为动量： ， / （ 5) )1(1 0 0 0/2 m 单位时间喂入的谷物量； F 综合搓擦系数， v 滚筒的切向速度， 15m / s。 将数据代入 N = N= 清选装置的功率消耗的计算 清选装置消耗的功率由下式可求得： )(/ (6) 其中： 单位时间进入清选装置的脱出物质量（ ） ； 单位脱出物质量清选筛所需的功率（ ），上筛： 筛： 选别能力系数， 代入数据可得消耗的功率： / 电动机的选择 14 通过上面的计算，可以知道整个脱粒机消耗的功率，其消耗的总功率为： = 查机械设计手册 19可得，选取广泛用于农业上的 Y 系列的三相异步电机，选取型号为： 额定功率为 满载转速为 50 r 6 传动装置设计 传动路线 主传动轴 脱粒滚筒 第 2传动轴 风机 第 1传动轴 曲柄摇杆 确定传动装置的传动 比 总传动比 额(7) 式中 额n 电动机满载转速， 750r/ 带的传动比 2i ，处于 2 4之间，符合要求 。 分配各级传动比 1) 取 41i ， 2)取第 1传动轴传动比 2i 为 3)第 2传动轴传动比 i。 传动装置动力参数的计算 电动机输出轴额定转速为 额p 50 r, 脱粒机满负荷作业时 ,输出轴转速稳定在 1）各轴转速 主传动轴转速 ,主n。主轴与动力输出轴直联。 m 0 0 动主第 1传动轴转 1n 。传动比为 6.0i ， 带传动按 92%效率计算 , 则 m 8 6%921 主脱粒滚筒转速脱n。带传动按 92%效率计算 ,则 m 5 0%92 主脱 第 2传动轴转速为 2n ，传动比为 1。带传动按 92%效率计算，则 m 9 8%9216 5 02 15 风机的转速风n，风机直 接安装在第 2传动轴上，则 m 982 风2）各轴功率 主传动轴 主额第 1传动轴 主式中 传动效率；查表 19取值 3）各轴转矩 第 1传动轴 ).( 5/ 5 0/9 5 5 01 筒额第 2传动轴 ).( 5 0/9 5 5 0 212 皮带轮的设计与计算 带型的选定 根据总体方案的选择，选用的是 额定功率为 转速为50 r 。查机械设计手册 19的工况系数 。可得计算功率为： (8) 根据计算功率和电动机的转速，查手册 19选择采用 带轮直径与带速的确定 小带轮的直径通过查机械设计手册 19，有dd ，其中带的最小基准直径，1降低皮带的使用寿命。；反过来，虽然可以延长皮带的使用寿命，但是带传动的外形尺寸随之增大。 表 3 V 带轮的最小基准直径 V 型 Y Z A B C D E 50 63 75 90 125 140 200 224 355 500 选取小带轮的直径 51 。 大带轮的基准直径 (12 ，取 02 。 上式中 是 很小，在计算中可以忽略不计。 带速的计算：m a 00060/ d 16 代入数据的 对于普通的 V 带， 255m ，太小传递的功率小，太大则离心力过大，计算的结果在合理范围内，符合设计要求。 带的基 准长度和轴间距的确定 由公式 )(2)（ 9) 代入数据得 000 。 所需带的基准长度为： 02122100 4/)()(2/2 代入数据得 则实际的轴间距为 2/)(00 代入数据的实际的轴间距为 。 验算小带轮的包角 由下式可求带轮包角： (1 8 0121 80 一般 1201 ，最小不低于 90 ，小带轮包角合适，不需要使用张紧轮。 确定 V 带根数 000(10) 其中 0p 功率增量，考虑传动比 1i 时，在大带轮上的弯曲应力较小，在寿命相同的条件下，可以增大传递的功率。 包角修正系数，考虑包角不等于 180 时对传动能力的影响。 带长修正系数，考虑包角不为特定长度时对传动能力的影响。 0p 单根 查机械设计手册 20可得： p， p= z 圆整后取 z 单根 V 带预紧力的计算 根据公式 20 / 0 (11) 17 = ）（ = 计算压轴力 根据公式 2/ (12) 2/s a x (13) 其中 为正常预紧力的 代入数据 1 52/ 6s i 92 2 1 a x 7 圆柱齿轮的设计与计算 材料的选择及许用应力的确定 根据设计方案，本设计采用的是直齿圆柱齿轮传动，传递的功率为 考虑 到脱粒机 功率较大，故大、小齿轮都选用硬齿面。 选取 大 、 小齿轮的材料均为 40经调质及表面淬火，齿面硬度为 48 55采用表面淬火，轮齿的变形不大，不需要磨削，故初选 7级精度 。 按轮齿接触强度的计算 根据公式 3 2211 / (14) 确定公式内的各计算数值 1）试选载荷系数 3.1 2)计算小齿轮传递的转矩 : 451 5 3）由 机械设计手册 20选取齿宽系数 9.0d； 4）由 手册 20查得材料的弹性影响系数 ）按齿面硬度中间值 手册 20 得大、小齿轮得接触疲劳强度极限 M 1 7 02 (15) 6）计算应力循环次数 )153 0 082(16 5 0606011 892 N 7)查 设计手册 19得接触疲劳寿命系数 算接触疲劳许用应力 18 取失效概率为 1，安全系数 S 1，得 1 2 计算 1）试算小齿轮分度圆直径入 H 中较小的值 3 2211 / 224 2）计算圆周速度 v 0 0 0/6 5 0 060/11 3）计算齿宽 b 4）计算齿宽与齿高之比 模数 1 5） 计算载荷系数 根据 ， 7级精度，由 手册 21查得动载系数 10.1假设 100/ ,由 手册 21查得齿间载荷分配系数 K； 由 手册 21查得使用系数 1 由 表 4查得接触强度计算用齿向载荷分布系数 由 手册 21查得弯曲疲劳强度计算用齿向载荷分布系数 故载荷系数 实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，得 3311 7）计算模数 m 11 按齿根弯曲强度设计 弯曲强度的设计公式为 1 /2 (16) 确定公式内的各计算数值 1）由 手册 21得大、小齿轮的弯曲疲劳强度极限 M 8021 ； 2）由 手册 21查得弯曲疲劳寿命系数 19 3）计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 S M p 7/111 M p 22 4）计算载荷系数 K 取齿形系数 由 手册 21查得齿形系数 Y。 6）查取应力校正系数 由 手册 21得应力校正系数 7 6 Y。 7）计算大小齿轮的 0 0 9 11 Y 0 0 8 9 7/7 6 22 Y 小齿轮的数值大。 设计计算 4 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数 m 略大于由齿根疲劳强度计算的模数，由 于齿轮模数 m 的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得得模数 近圆整为标准值 m 2接触强度算得的分度圆直径 湖南农业大学 东方科技学院 毕业论文（设计）开题论证审批表 学生姓名 张武金 学号 200841914330 年级专业及班级 2008 级机械设计制造及其自动化 (3)班 指导教师及职称 全腊珍 教授 开题时间 2011 年 12 月 28 日 毕业论文（设计）题目 小型水稻脱粒机设计 文献综述（选题研究意义、国内外研究现状、主要参考文献等） 选题研究意义 我国是一个农业大国，水稻是我国南方的主要粮食作物， 水稻也是世界上最古老最主要的粮食作物之一，种植面积达 1 54 亿 世界耕地面积的 11%，是世界上种植 面积最大的粮食作物。全世界有 100 多个国家种植水稻，有 54%的人口以稻米为主食，水稻的产量占世界粮食作物的 30%。我国又是世界上最大的稻米生产国和消费国， 4 6 亿亩），占全国粮食种植总面积的 30%左右，占世界稻作总面积的 20%，稻谷产量占全国粮食总产量的 40%以上，占世界稻谷总产量的 35%，在国民经济中地位举足轻重。 在目前水稻收获机械多种形式并存的条件下，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型机型的基础上，设计一种水稻半喂入式的脱粒机械，该机械 采用夹持喂入、弓齿滚筒脱粒、风扇清选等机构，使其具有机构简单、体积小、重量轻、脱粒质量好等特点。 近几年，随着联合收割机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的冲击。在这种形式下，联合收割机、脱粒机和割晒机将如何发展，怎么发展，脱粒机还有没有发展前途，这是脱粒机相关方面应当高度关注的问题。据统计，目前我国的种植面积为 3000 万 此外还有 1200 万 山区和丘陵小块地的小麦收获全靠人工收割后，再由脱粒机械进行脱粒。所以，脱粒机械对农作物的收获还占有很大的工作量。 我国的 水稻、玉米、小麦等农作物机械收割的状况。据不完全统计，我国水稻机械化收获的作业面积仅仅只占总种植面积的 绝大多数的水稻脱粒仍然靠脱粒机进行脱粒；玉米机械收获面积仅占全国玉米种植面积的 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，籽粒的脱粒还要靠脱粒机来完成。就全国范围来说，对于农作物的收获脱粒 80%以上要靠脱粒机和人工来完成。 终上所述，尽管近年来联合收割机的迅猛发展，但是由于我国幅员辽阔、气候地理条件加上种植方式的差异，以及不同地区的经济发展的不平衡、联合收割 机械的广泛应用还有相当长的路要走。因此，在今后的相当长的的时间内，脱粒机在我国农作物的收获中，尤其是边远的山区、丘陵地带，脱粒机仍然是主要的不可或缺的农业收获机械。 本设计通过对水稻脱粒机械的分析和对存在的问题进行改进，设计一种半喂入式脱粒机，为进一步改进和提高水稻脱粒机械奠定基础。 国内外研究现状 国外现状 1800 年，固立是打谷机，“地猪牌 ” 在美国得到广泛应用，木架式的推家上固立滚筒进行打谷，手工进行分离清选。以后产生了具有抖动特点的分离装置。 1850 年后，自动喂入、解捆、谷粒处理等出现，并逐渐发展完 善。在本世纪以前，是把收割和脱粒看作完全独立考虑的 到了本世纪提出了降低成本和缩短作业时间都要求，希望制成切割器和脱粒装置作合在一起的收割机。这种想法是在 140 多年以前在美国作业记的， 110 年前制成了机器， 70 年前，开始用带了发动机的联合收割机，近代的自走式联合收割机大约是在 40 多年前制成的。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了较好的推广应用，加快了我国水稻联合收割机技术的改造和完善，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，全世界的可用耕地大约有 32 亿公顷，已开发的有 公顷，未达到可用耕地的一半。就总的耕地资源来说，在南美和澳洲以及亚洲的北部还有大量的耕地未开发。但是由于气候等原因，真正可供开发的耕地并不多。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，也为国内市场提供大量的农牧产品。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。 国内现状 脱粒机是收获作业中主要机具之一既能减轻劳动强度，又能提高劳动生产率。该种机具结构简单、重量轻、便子移动、维修和保养比较简便、价格便宜 , 一台脚踏式脱粒机只需 80 - 10 元 , 而零配件也很容易解决，所以在我国南北方稻麦产区普遍使用。根据目前我国使用的脱粒机 , 大致可分为三种类型 : (一 )简易脱粒机 这种机型多为脚踏式或用动力带动的简易脱粒机，目前在各地使用比较普遍。 机具主要特点是 : 结构简单、工作可靠、脱粒干净、便于维修保养、重 量轻 (50右 ) 、移动方便、价格便宜 (90 一 110 元 / 台 ) ，很适合当前农村经济形势发展的需要。这种简易脱粒机没有清选系统，清洁度较低。由于采用手持稻束脱粒，茎秆较完整有利于茎秆回收。 ( 二 )半喂人式动力脱粒机 该种脱粒机在我国南北方使用也比较多，机具的动力多采用 3 一 5电动机，也可用 3 一5 马力柴油机带动。机具的主要特点如下 : 1、该种机型适用性较广，既能脱稻，又能脱麦，生产效率较高，脱稻 50 一 500h，脱麦350 一 600kg/h 时，韭能保持茎秆完整 , 碎草较少 , 有利于茎秆
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