15-玉米脱粒机设计【含10张CAD图纸、说明书】
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本 科 毕 业 设 计题目 玉米脱粒机设计 系 别 工程技术系 专 业 机械设计制造及其自动化 学生姓名 学 号 指导教师 职 称 年 04 月 22 日摘 要我国是一个农业大国，其中玉米的生产占国家粮食生产的大部分。做好玉米的生产对于我国的经济发展和人们的生活水平有重要作用。而玉米的脱粒是玉米生产中最繁琐的一个过程，所以对玉米脱粒机的研究一直没有终止过，用机器对玉米进行脱粒，使机械化操作代替传统的人工劳动，降低农民的工作强度，提高工作效率。该玉米脱粒机主要包括：入料部分、脱粒装置、栅格式凹板、机架等。主要工作原理是：用电动机提供动力，电动机通过带传动带动轴转动，轴上的钉齿滚筒相应的开始工作，玉米通过入料口进入到脱粒装置中，落到栅格式凹板上，随着钉齿滚筒的高速转动，钉齿不断地打击玉米，并与栅格式凹板配合，对玉米产生挤搓，使玉米粒脱落下来。与此同时，玉米芯在螺旋排布钉齿的作用下移动到另一端排出机体。玉米粒从栅格式凹板的缝隙落下，顺着斜板滑出，方便进行收集，达到快速脱粒的效果。与同类的机器相比，其结构更加紧凑，脱净率更高。关键词：玉米； 脱粒部分； 结构设计AbstractChina is a large agricultural country, the corn production accounted for most of the national grain production. Good corn production plays an important role in the economic development of our country and peoples living standard. But the corn threshing is a process of corn production in the most complicated, so the research on corn thresher has not been terminated, for threshing of corn by machine, the mechanical operation instead of manual labor, reduce the work intensity of farmers, improve work efficiency. The main working principle of the corn thresher is: motor powered motor through a belt drive, driven rotating shaft, tooth cylinder shaft of the corresponding working, corn feed through the mouth into the threshing device, to a grid type concave plate, with the high speed rotating tooth cylinder, toothed continuously blow the corn, and matched with the grid type concave plate, squeezing rubbing on corn, the corn grain falling down. At the same time, corn cob in the helical arrangement of nail tooth movement under the action of discharge to the other end of the body. Corn grain from the gap grid type concave down along the inclined plate, slide, convenient collection, achieve rapid threshing effect. Compared with the similarmachine,thestructure is more compact,andthe netrate is higher.Key words：Corn; The threshing part; Structure design目 录1引言12脱粒机总体方案13主要脱粒装置的设计及计算23.1钉齿滚筒23.2钉齿条的设计33.3钉齿的设计33.4圆盘的设计43.5栅格式凹板的设计53.6入料口和上盖的设计63.7机架的设计74零部件的选择及设计84.1电动机的选择84.2传动带的设计计算94.3轴的设计104.4轴承的选择114.5键的选择124.6螺栓的选择125注意事项125.1安全操作125.2维护工作126结论13参考文献13致 谢141引言我国是一个农业大国，其中玉米的生产占国家粮食生产的大部分。做好玉米的生产对于我国的经济发展和人们的生活水平有重要作用。而玉米的脱粒是玉米生产中最繁琐的一个过程，所以对玉米脱粒机的研究一直没有终止过，用机器对玉米进行脱粒，使机械化操作代替传统的人工劳动，降低农民的工作强度，提高工作效率。随着科技的发展，玉米脱粒机也发生了重多改变和设备升级。从最初的手工脱粒到使用手工工具脱粒，再到机械设备在脱粒上的应用。而机械设备主要分为打击式和挤搓式，是在玉米脱皮后，经过一段时间的风干，使玉米和玉米芯分离。我国是一个农业大国，近年来，相应的农机产品技术水平也在不断发展，而且产品质量也在不断提升。十九世纪，美国研发出用于手工操作的玉米脱粒机，主要工作过程是操作人员一边手摇曲柄来旋转装有钉的盘片，一边使盘片挤压玉米穗，从而使玉米粒脱离下来。目前应用最广的当属美国一家公司发明的挤搓式脱粒机，它对玉米种子的适应能力强，种子破碎率相对较小，在一些发达国家普遍应用。我国玉米机械的应用主要在北方，又由于我国的农业现状，大都属于小农经济，所以中、小型玉米脱粒机的应用比较广泛。二十世纪七十年代，我国自行研发的冲击式玉米脱粒机广泛应用。目前，在吸收各种优秀研究成果的基础上，又研究出了各种系列的打击式玉米脱粒机。针对现有打击式玉米脱粒机脱净率和破碎率的问题，确定设计方案，进一步完善机器性能要求。查阅相关资料，充分利用图书馆和网络电子资源，完成设计任务。该玉米脱粒机主要由入料部分、脱粒装置、栅格式凹板、机架等组成。其工作原理是：用电动机提供动力，电动机通过带传动带动轴转动，轴上的钉齿滚筒相应的开始工作，玉米通过入料口进入到脱粒装置中，落到栅格式凹板上，随着钉齿滚筒的高速转动，钉齿不断地打击玉米，并与栅格式凹板配合，对玉米产生挤搓，使玉米粒脱落下来。与此同时，玉米芯在螺旋排布钉齿的作用下移动到另一端排出机体。玉米粒从栅格式凹板的缝隙落下，顺着斜板滑出，方便进行收集，达到快速脱粒的效果。2脱粒机总体方案该玉米脱粒机主要由入料部分、脱粒装置、筛选部分、机架等组成。其总体结构简图如图1所示。1.入料部分通过入料口将玉米顺利的放入机体内，并且确保在放入后不堵塞脱粒滚筒，脱粒机能安全地工作，玉米粒、玉米芯不能从入料口飞溅出来，避免造成人员伤害等事故。2.脱粒装置玉米通过入料口进入到脱粒装置中，落到栅格式凹板上，随着钉齿滚筒的高速转动，钉齿不断地打击玉米，并与栅格式凹板配合，对玉米产生挤搓，使玉米粒脱落下来。与此同时，玉米芯在螺旋排布钉齿的作用下移动到另一端排出机体。玉米粒从栅格式凹板的缝隙落下，顺着斜板滑出，方便进行收集。图1结构简图3.筛选部分主要通过栅格式凹板对玉米进行筛选，它是由铁条围成半圆桶形，铁条之间有间隙可以使玉米粒落下来，同时铁条也可以将玉米卡住，方便钉齿对玉米进行脱粒。4.机架机架是玉米脱粒机的主要支撑部分，它承受着玉米脱粒机的重量、动力、负载和力矩等，它的设计是要做到坚固、稳定，保证机器在运转过程中不产生晃动，工作正常进行。3主要脱粒装置的设计及计算3.1钉齿滚筒钉齿滚筒的主要组成部分包括：钉齿、钉齿条、圆盘。圆盘安装在轴上，用来固定4根钉齿条，钉齿条上装有钉齿，且钉齿在钉齿条上面有规律地排布着，轴的转动带动钉齿滚筒的转动，钉齿可以使玉米粒脱落下来，也可以将玉米芯顺着螺旋排布的钉齿排出机体之外。滚筒长度会影响脱粒的质量，其长度与栅格式凹板的直径有关，取凹板的直径为320，长度为800mm, 滚筒的直径为240mm。3.2钉齿条的设计钉齿条是脱粒机的主要脱离装置，关系到玉米脱粒质量的好坏，影响玉米脱粒机正常工作时的脱粒效果及脱粒后玉米粒和玉米芯的分离。机器正常运转时，四根钉齿条在轴的带动下快速转动，玉米从入料口进入，然后到达脱粒装置当中，钉齿也在快速转动，并且钉齿以一定的速度对玉米进行脱粒，钉齿条上的钉齿呈螺旋排列，在脱粒过程中将玉米芯顺着钉齿的螺旋排列排出机体，达到较高的脱粒效果。因而钉齿条的设计关系到脱粒是否干净，要合理安排其结构。根据钉齿条的功用分析，可知钉齿及钉齿条的工作强度很大，依据玉米种子脱粒损伤机理与脱粒设备研究1一书可知，玉米脱粒机的圆盘上固定有四根钉齿条，钉齿条上安装有钉齿，为保证工作的稳定进行，考虑到受力是否平衡的影响，此方案中所选取的钉齿个数为8个。每一个钉齿的直径设置为d=10mm，钉齿在钉齿条上均匀的呈螺旋方式排列，且要呈两条螺旋均匀排列。在钉齿条的两端分别用一个圆盘固定，圆盘上开有钉齿条截面形状的孔，需要开四个孔，且四个孔要呈90分布，四根钉齿条可以从四个孔中穿过。其中一端的钉齿条穿过孔后，需要在圆盘的外表面漏出3mm，方便焊接，固定，使结构更加稳定、可靠。圆盘固定钉齿条，考虑到钉齿条所能承受的弯扭强度，为了防止钉齿条断裂，提高钉齿条的刚度，需要在直径40的轴段增加铁柱，采用直径是d=10mm的铁柱，通过铁柱将钉齿条与主轴相连，连接方式采用焊接。从而使钉齿滚筒的整体刚度和强度增加，提高了脱粒装置的稳定性。钉齿条的主要功能是固定钉齿的位置，由于钉齿在工作的过程中频繁地与玉米碰撞，钉齿所受的力传递到钉齿条上，所以要求钉齿条应具有足够的强度和刚度，根据玉米种子脱粒损伤机理与脱粒设备研究1一书可以查得钉齿条的材料选45钢，所设计的钉齿条的长*宽*高为800*40*10，单位为mm，且钉齿条上安装的8个钉齿均匀分布，每个钉齿都穿过钉齿条，用螺母拧紧固定。进而要在钉齿条上设计圆形的通孔，直径为d=10mm，而且，在钉齿条上圆通孔的上端要开有深为2mm,宽为2mm，长为12mm的小槽，目的是使钉齿安装在钉齿条上时，相互配合，使钉齿在钉齿条上周向固定，钉齿正常工作时，钉齿和钉齿条不易分离。钉齿条结构如图2所示。3.3钉齿的设计玉米的脱粒主要依靠钉齿的工作，在脱粒的过程中，玉米与钉齿频繁地接触，对钉齿的摩擦也就相当地频繁，因此，在设计钉齿时应当考虑到对钉齿的强度要求和工作环境的影响等，依据农业机械设计手册13一书钉齿材料采用45钢，每个钉齿条上安装8个钉齿，一共32个钉齿，且呈螺旋排列。钉齿的简图如3所示。图2钉齿条3.4圆盘的设计圆盘安装在直径为40的轴段上，用来固定钉齿条，起到连接的作用，还可以承担钉齿和钉齿条所传递的力矩，圆盘采用焊接的方式连接，与主轴相对固定。由玉米种子脱粒损伤机理与脱粒设备研究1一书查得，圆盘采用45钢的材料为宜，其直径d=240mm，上面均匀分布着四个钉齿条截面形状的孔，固定钉齿条使用，孔的底端距圆盘的中心L=90mm，圆盘套装在主轴上（所安装部位轴的直径d=40mm）,因此，圆盘的中心应设有40mm的孔（允许有尺寸误差），以便安装在轴上，圆盘的具体尺寸设定为：厚度5mm，其上孔的形状取长10.1mm、宽为40.1mm，方便钉齿条通过该孔。圆盘简图如图4所示。图3钉齿图4圆盘3.5栅格式凹板的设计栅格式凹板是由27根钢筋条组成，钢筋条的直径d=10mm,长L=880mm，另外凹板的直径d=320mm，钢筋条之间要用铁条连接起来，铁条弯曲成半圆形，其直径为d=300mm，厚度为6mm，宽度为20mm，用到两根铁条，采用焊接的方式来连接钢筋条围成的凹板。而且因为栅格式凹板呈半圆桶型，所以，它与机架的连接需要一个托架，另外由于栅格式凹板需要安装在机架上，因此要将凹板、铁条和托架都焊接到机架上，这样，可以增强机体与栅格式凹板的连接质量。在机器正常工作时，有机架的固定支撑，可以使栅格式凹板的工作更加稳定、可靠。总体来说，达到了脱粒机一体化的设计，提高了整体的刚度。在玉米脱粒机中，栅格式凹板的主要功能是：一.在玉米粒脱落下来后，将玉米粒从栅格式凹板的缝隙中漏出，而玉米芯则被钉齿滚筒上螺旋排列的钉齿排出机体之外，从而使玉米粒和玉米芯分离，并从不同的出口排出机体之外，达到玉米脱粒、清选的作用。二.栅格式凹板是用钢筋条焊接而成，钢筋条之间有10mm的缝隙，这个缝隙可以将玉米卡在两根钢筋之间，以便钉齿对玉米进行快速、稳定的脱粒。栅格的托架主要是用来固定栅格式凹板，通过焊接方式连接到机架上，材料选用Q235钢。栅格式凹板简图如图5所示。图5栅格式凹板其截面展开图如图6所示：图6截面展开图3.6入料口和上盖的设计玉米从入料口放入，进入到脱粒装置中，它的作用是通过入料口将玉米顺利的放入机体内，并且确保在放入和放入后的工作过程中，脱粒机能安全地工作，玉米粒、玉米芯不能从入料口飞溅出来，避免造成人员伤害等事故。因此，玉米脱粒机入料口的设计关系到脱粒的质量。将玉米放入脱粒机中时，电动机带动轴高速旋转，如果向入料口一次性放入玉米太多，便会对主轴和脱粒装置产生很大的冲击作用，因此要将入料口的下端适当做小一点，使玉米有序、适量地进入，避免瞬时加大对主轴的负载，甚至造成卡死现象，使脱粒机停止正常工作，影响工作效率。玉米脱粒机的入料口与上盖连接为一体，入料口焊接在玉米脱粒机的上盖上，两者均采用1mm的薄铁板制成，玉米脱粒机上盖的形状设置为半圆形，其直径设置为d=340mm，长为L=930mm，入料口的一侧与脱粒机的上盖外圆相切，这样可以使玉米顺利进入脱粒机机体，而不会造成堵塞，玉米能够很好的被钉齿钉齿打削脱粒。因此，上盖上入料口的设计要考虑到尺寸的变化。其上的进口设置为正方形，尺寸为400mm*400mm，入料口的下端尺寸要适当减小，设置为长254mm，宽为180mm。玉脱粒机的上盖上要焊接两个角铁，角铁的厚度为3mm，长度为900mm，目的是便于与脱粒机的下半部分安装，起固定、支撑作用的铁条也要焊接在两个角铁上面。在玉米脱粒机上盖的两端分别设有半圆形状的铁板，一方面可以保障操作人员的安全，防止人为操作时，玉米脱粒机的主轴高速旋转，不甚将手、衣服等其他杂物绞进玉米脱粒机中，造成不必要的损伤。另一方面阻挡脱粒后的玉米粒飞溅。玉米在脱粒过程中，玉米粒由于轴的高速旋转，便会与脱粒装置相互碰撞，而使其四处飞溅，这两块铁板的设置恰好对玉米粒起到了阻挡的作用，能方便玉米粒的收集，同时飞溅的玉米粒也给操作人员带来危险。根据它的工作场合要求，两个挡板下端都应当与轴承座紧密结合，即挡板的安装要考虑到它与脱粒机上盖的连接又要考虑到它与轴承座的配合。挡板直径均为340mm，它与轴承接触处的形状根据轴承的尺寸与形状确定。入料口简图如图7所示：图7入料口3.7机架的设计机架对整个玉米脱粒机起支撑的作用，它承受着机身的全部重量，机架影响玉米脱粒机的工作稳定性和运转的平稳性，因此，对于机架而言，无论是从结构上还是材料，都应当采用坚固、稳定的材料制成。依据此玉米脱粒机的工作参数，参考脱粒机11一书可知，它的冲击载荷和内部应力偏低，从材料应用的经济性与适用性考虑，机架可选用角铁来支撑，选择角铁的厚度为3mm，角铁支撑的作用有：在角铁本身所承受的载荷范围内，不发生变形，也不会影响脱粒机整体的稳定，在玉米脱粒机正常工作的情况下，却不会影响玉米脱粒机的整体效果。上盖与机架下半部分的连接采用焊接，为确保连接的可靠性，要设置两段横梁，同样需要角铁来焊接，所选角铁的规格为厚度4mm，而它的高度40mm，宽40mm，主要用来支撑整个玉米脱粒机所受到的载荷。玉米脱粒机的机架上，也就是栅格式凹板的下方安装有一个方便玉米粒留出的斜板，其材料也是选用1mm厚的铁板，目的是在玉米脱粒机将玉米脱粒后，玉米粒先从栅格式凹板的缝隙中落下，然后再落到该斜板上，玉米粒顺着斜板向下滑，从而滑出机体之外，达到玉米脱粒的效果，同时有利于玉米粒的收集。 为了便于玉米芯的排出，要设置一个排出口，它位于玉米脱粒机的另一侧，也就是从动带轮的对面，其功能是：在玉米脱粒完成后，玉米芯随玉米脱粒机钉齿滚筒的不停旋转，随时地排出机体之外，方便工作人员的清理。它的形状呈半圆形，材料选用1mm厚的铁板，而且在机体的外侧要多出10mm,使排出的玉米芯掉落到机体外边，它与机体的连接方式采用焊接。从机架的整体来看，机架的受力、所能承受的载荷及其材料均可满足玉米脱粒机要求，而且结构设计合理、布局合理。4零部件的选择及设计4.1电动机的选择根据农业机械设计手册13介绍，当玉米脱粒机正常工作时，每个钉齿的平均受力N为40N ，主轴的转速V=750r/min,钉齿条快速旋转时，受到的切向力F=NMZ=4082=640N (4-1) 其中：M为参与工作的钉齿个数 Z为参与工作的钉齿条数有两个钉齿在运转过程中是空行程。钉齿的转速V钉齿=VD601000=3.1475024060000=9.42m/s (4-2)其中：D为钉齿距轴心的距离玉米脱粒机所需的功率Pw=FV钉齿1000=6409.421000=6.03kw (4-3)电动机的功率P电=Pw/，为脱粒机传动装置的总效率 =123 (4-4)其中：滚动轴承1取0.99 带传动2取0.96 滚筒转动3取1故=123=0.990.961=0.95 (4-5) 电动机的功率P电=Pw/=6.03/0.95=6.35kw根据上述计算选择三相异步电动机，其型号为Y132M-4，电动机的额定功率P电=7.5kw，满载转速N1=1440rmin。其余参数如表1所示，其中单位为mm。表1 电动机尺寸列表中心高H 外形尺寸底脚安装尺寸 地脚螺栓孔直径 键安装部位尺寸 电动机的输出轴尺寸 13247534531521614012103338804.2传动带的设计计算1.确定计算功率Pca=KAP其中：KA-工作情况系数P-电动机的功率查机械设计7一书可知：KA =1.0，Pca=KAP=1.07.5=7.5kw (4-6)2.确定V带型号根据计算功率P ca 和小带轮的转速，查机械设计带传动章节知识可选择V带的型号为B型。3. 确定带轮的基准直径初选主动带轮的基准直径D1=120mmV带的带速V=D1N1601000=3.14120144060000=9.04m/s (4-7) 符合带速要求。电动机与主轴的传动比i=n1n2=1440750=1.92 (4-8) 从动轮的直径D2=iD1=230mm4. 确定传动中心距由0.7（D1D2）a02(D1+D2) 初步确定中心距a0=500mm带的基准长度Ld1=2a0+（D1+D2）2+(D2-D1)4a0=1555.5 (4-9)选定带基准长度Ld=1400mm 实际的中心距a=a0+(Ld-Ld1)/2=500+(1400-1555.5)/2=422mm5.验算主动轮上的包角=180-D2-D160a=180-230-12060422=163 (4-10)满足要求。6. 计算V带的根数Z=Pcap0+p0KaK1 (4-11)其中：Ka为包角修正系数取0.98 Kl为带长修正系数取1.0 P0为单根V带的许用功率值取2.83kw P0为功率增量，经计算等于0.08kwV带的根数Z=7.5/(2.83+0.08) 0.981.0=2.61取Z=3根7. 确定带的初拉力F0F0=500PcavZ2.5-KaKa+qv=5007.59.0432.5-0.980.98+0.19.04=220N (4-12)其中q为V单位长度的质量取0.1kg/m8.计算压轴力FpFp=2ZF0sin1632=23220sin81.5=1300N (4-13)9.V带带轮的材料为HT150。4.3轴的设计1. 轴上的输出功率P1=P电=7.50.95=7.13kw 转矩T=9550P1/V=95507.13/750=90.79kN.m2. 确定轴上的最小直径DminA03P1v=11837.13750=24.78mm （4-14） 其中：A0为轴常用的几种材料的的A值，取118由于轴上的最小直径是安装带轮的内孔，需在轴上留有键槽，因此，可以适当增加轴的直径，从而提高轴的工作强度。即：Dmin = Dmin （1+5%）=24.78（1+5%）=26mm完成阶梯轴的设计，如图8。3.轴的校核：按弯扭合成条件对轴进行校核：扭矩T=9550000P/n=95500007.5/750=95500Nmm （4-15）其中：P为电动机的额定功率 n为轴的转速 图8轴钉齿条上的圆周力Ft=2T/d=295500/220=868N其中：d为轴心到钉齿距离径向力Fr=80%Ft=0.8868=694N根据平衡条件，列出轴上的力平衡方程：FNH1+FNH2-Ft=0FNv1+FNv2-Fr=0解得：FNH1=FNH2=1/2Ft=434N FNv1=FNv2=1/2Fr=347N水平面上：Mv=FNv1L1=347445=166430NmmMH=FNH1L2=434445=193130Nmm 总弯矩M=Mv2+Mh2=（1664302+193130）=254947Nmm （4-16）弯矩、扭矩合成： Mca=M2+T2=2549472+0.62955002=261307Nmm （4-17） 轴所受的应力ca= Mca /W其中：W为轴的抗弯截面系数，W=d/320.1d应力ca=McaW=2613070.140=40.8MPa=60MPa安全 （4-18）4.4轴承的选择1.选用深沟球轴承，型号为62306，具体参数如下：内径d=30mm,外径D=72mm，宽度=27mm基本额定动载荷Cr=36KN，基本额定静载荷Cor=18.2KN2.计算轴承的寿命 Lh=100000060nCP3=100000060750360006943=3067499h4.5键的选择选取普通平键，键的尺寸为bh=87,键长L=35mm,材料为45钢。键的校核：p=2T10kld其中：T为传递的扭矩 k为键与轮毂键槽的接触高度等于0.5h挤压应力:=2T10kld=2955000.573526=60MPa=120MPa4.6螺栓的选择螺栓是标准件,直接按照需求来选择，螺栓的选择可以根据机械设计手册查取。按照实际要求选择的螺栓公称直径为M8,长度为8cm和5cm,用来固定连接脱粒机中的零部件。机体的上盖和机架之间采用螺栓连接,电动机与机体之间的固定也采用螺栓连接，并且可以满足玉米脱粒机的动力需求。5注意事项5.1安全操作1. 玉米脱粒机的轴、钉齿滚筒、栅格式凹板等所承受的力有一定的范围，因此，不宜超速转动。2.保证螺栓紧固，提高安全系数，确保稳定。3.操作人员要分工明确,各司其职，使工作安全有序的进行。4.避免疲劳操作。5.向入料口填入玉米时，要注意手与钉齿之间的安全，避免受伤。6.周期性地对机器进行润滑、检验与维护。5.2维护工作在河北的大部分地区，玉米是一年一收的作物，少数地区因为气候不同则是一年两收。所以，用到玉米脱粒机的特点是：使用周期长，一次性使用的时间久，而且在使用期间的工作量大等。为了在使用期间充分利用机器，让玉米脱粒机充分地工作，从而进一步提高生产效率，也要考虑到机器的使用寿命问题，让它长期有效地工作，需要对它进行技术保养，因此要做到：1.及时清理机器内部的杂物，如玉米芯的碎屑，避免影响脱粒工作的正常进行。2.检查钉齿、栅格式凹板等的固定情况。3对机器的某些部位恰当地进行润滑，确保机器工作的顺畅进行。使用完玉米脱粒机后，要将机器清洁干净, 放在干燥的地方，防止零部件的腐蚀、损坏等，也可以适当延长机器的使用寿命。6结论我国是一个农业大国，其中玉米的生产占国家粮食生产的大部分。做好玉米的生产对于我国的经济发展和人们的生活水平有重要作用。该玉米脱粒机采用电动机提供动力，电动机通过带传动带动轴转动，轴上的钉齿滚筒相应的开始工作，玉米通过入料口进入到脱粒装置中，落到栅格式凹板上，随着钉齿滚筒的高速转动，钉齿不断地打击玉米，并与栅格式凹板配合，对玉米产生挤搓，实现了挤搓与打击方式并用，使玉米粒脱落下来。与此同时，玉米芯在螺旋排布钉齿的作用下移动到另一端排出机体。玉米粒从栅格
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