毕业设计（论文）-小型玉米脱粒机的设计

青岛农业大学 毕 业 论 文（设计） 题 目： 小型玉米脱粒机的设计 姓 名： 张三 学 院： 机电工程学院 专 业： 农业机械化及其自动化 班 级： 2007.01 学 号： 指导教师： 2011 年 06 月 18 日 毕业论文（设计）诚信声明 本人声明：所呈交的毕业论文（设计）是在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果，论文中引用他人的文献、数据、图表、资料均已作明确 标注，论文中的结论和成果为本人独立完成，真实可靠，不包含他人成果及 已获得青岛农业大学或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同 工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了 谢意。 论文（设计）作者签名： 日期： 2011 年 6 月 18 日 毕业论文（设计）版权使用授权书 本毕业论文（设计）作者同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论 文（设计）的复印件和电子版，允许论文（设计）被查阅和借阅。本人授权 青岛农业大学可以将本毕业论文（设计）全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本毕业论文（设 计） 。本人离校后发表或使用该毕业论文（设计）或与该论文（设计）直接 相关的学术论文或成果时，单位署名为青岛农业大学。 论文（设计）作者签名： 日期：2011 年 06 月 18 日 指 导 教 师 签 名： 日期： 2011 年 06 月 18 日 目 录 摘 要. Abstract. 1 绪 论.1 1.1 小型玉米脱粒机设计的目的和意义. .1 1.2 小型玉米脱粒机国内外研究现状.1 1.3 设计主要研究的内容 .5 2 小型玉米脱粒机工作机理分析.6 2.1 玉米籽粒基本物理特性.6 2.2 各种玉米脱粒装置的特点分析. .6 2.3 挤搓式玉米脱粒机的工作原理9 3 脱粒机总体方案的确定11 3.1 脱粒机组成11 3.2 脱粒机各部件设计12 4 脱粒机相关参数的确定18 4.1 脱粒板齿的线速度18 4.2 主轴的功率18 4.3 电动机的选择18 5 带传动的设计计算20 5.1 传动带的设计计算20 5.2 带轮的设计23 6 其它部分的设计25 6.1 脱粒主轴的设计25 6.2 螺旋输送器的设计计算26 6.3 机架结构设计27 7 结论28 7.1 结论28 7.2 设计中的不足28 参考文献29 致谢31 I 小型玉米脱粒机的设计 摘 要 本文设计的挤搓式小型玉米脱粒机，主要由喂入装置、脱粒装置和清选装置三部分组成；采用主 轴为推料螺旋与齿板组合结构，宽板齿，低转速脱粒滚筒，凹板式栅格板；工作时，利用挤搓原理， 由旋转主轴上的螺旋叶片带动果穗向前运动，安装在两侧和底部的栅格板与果穗充分接触并对其进行 挤搓，使齿板与果穗之间、果穗与果穗之间、果穗与栅格之间产生揉搓力，将果穗上的籽粒脱掉，从 而达到脱粒的目的；脱粒后经过凹板栅格和风机的清选作用，可得到较为清洁的玉米籽粒。 该机型具有对玉米果穗冲击力小，脱粒过程比较柔合的优点，因此，对玉米籽粒造成的破损远低 于传统的脱粒方式。 关键词：关键词：玉米脱粒机；挤搓原理；板齿 II Design of Small-Size Corn Thresher Abstract This paper is the design of a new, low rate of damaged small size corn thresher. The thresher has sheller device, feeding device and separating device. The body of the crowed Roll-corn thresher adopts a design method of corn thresher with broad- tooth, a shelling cylinder with lower rotary speed and grid concave. Spindle is a structure composed by push spiral and tooth board. During working, the tiling blade on the feed screw and tooth board of spindle to promote forward movement so that stress produce by rob and knead between the tooth plate and the ear, the ear and the ear, the ear and the grid will take off ear on the grain to achieving the purpose of threshing. After threshing, the separating device separates seed and tailing, get clean corn seed. This thresher is of weaker impact to the ear and of relatively soft threshing process, so the grain of corn cause by damaged far less than the tradition threshing way. Key words: corn thresher; extruding and rubbing; plank-tooth 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 1 1 绪 论 1.1 小型玉米脱粒机设计的目的和意义 根据联合国粮农组织统计，自 2001 年以来，玉米就已超过水稻和小麦成为全球第一 大作物。近几年，全球玉米产量均在 7 亿 t 左右，而我国是世界上第二号玉米生产大国， 年产量亿余吨，占世界总产量的 20%。中国的玉米种植面积有 3 亿亩左右，分六个种植 区（1）北方春播玉米区，以东北 3 省为主，种植面积占全国 36%左右；总产占全国的 40%左 右。 （2）黄淮海平原夏播玉米区，以山东和河南为主，种植面积约占全国 32%，总产占 全国 34%左右。 （3）西南山地玉米区，以四川、云贵为主，面积约占全国的 22%，总产 占 18%左右。 （4）南方丘陵玉米区，种植面积为全国的 6%，总产不足 5%。 （5）西北灌 溉玉米区，种植面积约占全国的 3.5%，总产约占 3%。 （6）青藏高原玉米区，种植面积及 总产，都不足全国的百分之一。 山东省是我国的第三大玉米主产省，同时也是黄淮海平原夏播玉米区最大的玉米主 产省。种植面积 400 多万公顷，约占全国种植总面积的 19%左右；年产在 1400 万吨以上， 约占全国的 20%左右1。 近年来农业种植结构的调整和玉米品种的改善，南方也开始种植玉米且初具规模， 如湖南湘西北部地区为玉米种植主产区，以家庭经营模式为主。玉米种植面积的扩大， 使玉米脱粒机的研制和推广应用迫在眉睫，尤其是小型玉米脱粒机，不管是从经济方面， 还是使用方面，都更容易被农民接受，也相对更容易推广。 1.2 小型玉米脱粒机国内外研究现状 1.2.1 国内玉米脱粒机研究现状 当前国内脱粒机脱粒机按喂入形式可分为全喂入和半喂入两大类；按脱粒部件的结 构特征可分为传统式、轴流式、风扇叶轮式三种；脱粒机按用途可分为稻麦脱粒机、杂 粮脱粒机和种子脱粒机。根据结构复杂程度在传统式脱粒机中，分为简式、半复式和复 式三种。轴流式脱粒机按滚筒配置形式可分为卧式轴流和立式轴流。卧式轴流还可分为 横轴流和纵轴流2。 脱粒原理主要有冲击脱粒、揉搓脱粒、梳刷脱粒、碾压脱粒、挤搓脱粒，其中冲击 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 2 脱粒是目前国内玉米最常用脱粒原理，由具有一定速度的脱离元件对谷物进行冲击，而 使谷物脱粒。例如，用连枷打场和脱粒机上的钉齿式或杆齿式滚筒，主要是利用冲击原 理来进行脱粒的；此外还有揉搓脱粒，利用谷物与原件之间的摩擦，以及谷物之间的摩 擦而进行的谷物脱粒。例如，手摇玉米脱粒机，以及脱粒机上的纹杆滚筒（如图 11） ， 主要是利用揉搓原理来脱粒的3。 国内玉米脱粒机应用最多的是钉齿式玉米脱粒机。以 5TY-10 玉米脱粒机为例4。 （1）工作原理：通过钉齿打击玉米果穗，使玉米籽粒产生振动和惯性力而破坏它与穗轴 间的连接；在钉齿滚筒的转动下，齿侧面间和钉齿顶部与凹板弧面上的搓擦作用使玉米 穗与穗之间、穗与凹板间产生搓擦，从而实现脱粒。 （2）结构特点：钉齿脱粒机主要由钉齿滚筒和凹板组成。钉齿滚筒上的钉齿通常按螺旋 线排列，成排的固定在滚筒上。钉齿形状有方形倾斜齿、圆柱形倾斜齿和球顶方根齿等 几种。滚筒外缘线的速度一般为 610m/s，滚筒直径一般为 200500mm。凹板有冲孔和 栅格式两种，凹板包角一般为 120180，通常凹板上装有导向板。 （3）脱粒过程：玉米穗由喂入斗切向进入，被钉齿抓取进入脱粒间隙，受钉齿的打击、 齿侧面间和钉齿顶部与凹板间的搓擦，实现脱粒；通过凹板筛分离出玉米和小杂，玉米 芯由轴向排出。 图 11 纹杆式玉米脱粒装置 1 纹杆滚筒 2 栅格凹板 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 3 1.2.2.国外玉米脱粒机研究现状 挤搓式玉米脱粒机：是国外玉米脱粒机常采用的一种工作原理，模仿人工用手搓玉 米的动作，该脱粒工艺是仿生技术的一种应用。其特点：一是由于机器滚筒轴转速较慢， 所以对玉米籽粒几乎无伤害，破碎率低；二是对玉米使用范围广，适应含水率范围 1525；三是脱净率高。 板齿式玉米脱机：是美国外应用最普遍的玉米脱粒机，它由美国 AEC group 公司研 制生产，之后便流行于欧美。以 TY-17 型玉米脱粒机为例5。 （1）工作原理：板齿式脱粒方式模仿人工用手搓玉米的动作，也就是采用了挤搓脱粒的 原理，在脱粒区内，由于板齿与滚筒轴之间有一定的夹角，玉米果穗既向前运动又向上、 向下运动，在运动过程中与两侧和底部的栅格进行揉搓，从而实现脱粒。 （2）结构特点：板齿式脱粒机主要由板齿滚筒和栅格凹板组成。板齿宽而高，与滚筒轴 成一定的夹角。板齿有平板齿和冠状板齿两种，在滚筒上按一定方式排列，滚筒外缘线 速度4m/s；凹板为栅格圆钢，分布于左、 图 12 国内钉齿式玉米脱粒装置 1 圆形钉齿滚筒 2 钉齿凹板 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 4 右、下三个方向，包角为 90，既起搓板作用，又起筛板作用。 （3）玉米果穗由喂入斗切向进入，滚筒对应进料处的结构为短螺旋搅龙，搅龙转动将果 穗送入脱粒区内，果穗沿轴向做螺旋滚动与滑动，在此过程中，板齿与果穗之间、果穗 与果穗之间、果穗与栅格凹板之间进行揉搓；被脱下的籽粒穿过栅格凹板排出，玉米芯 被送到排芯区排出6。 1.2.3 板齿式与钉齿式脱粒机性能比较 （1） 由于钉齿式的滚筒线速度为 7.39.4m/s 超过了 4m/s 这个限值故产生的破碎率 要高于板齿式脱粒机的破碎率7； （2） 当玉米含水率在 13% 20%范围内时两种机型的技术性能指标比较稳定当玉米 含水率高于 20%时钉齿式脱粒机的脱净率和破碎率指标明显下降板齿式脱粒机的脱净率 和破碎率稍有下降8； （3）板齿式脱粒机的单位功率生产率要高于钉齿式脱粒机9； （4） 板齿式脱粒机由于具有高脱净率低破碎率和低功耗等优点将会被越来越多的 种子企业所认可其市场前景良好10。 图 13 国外挤搓式玉米脱粒装置结构简图 1 滚筒 2 进料区螺旋 3 进料斗 4 脱粒板齿 5 栅格凹板 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 5 1.3 设计主要研究的内容 1.3.1 研究内容 设计一种新型的小型玉米脱粒机，主要是针对传统打击式玉米脱粒机破碎率高，脱 净率低的缺点11，摒弃钉齿式滚筒的使用，采用国外普遍应用的板齿式脱离滚筒，由于 板齿与滚筒轴之间有一定的夹角，玉米果穗既向前运动又向上、向下运动，在运动过程 中与两侧和底部的栅格进行揉搓实现脱粒，再结合栅格和风机实现玉米籽粒的分离和清 选，具体要求： （1）生产率：400kg/h （2）脱净率：98% （3）破碎率：4% 1.3.2 研究方法 检索和查阅大量相关信息，对各种脱粒装置比较分析，确定采用板齿式脱粒装置， 脱粒后经栅格凹板分离玉米籽粒和玉米芯，再经离心风机将玉米籽粒和小杂分开，最后 收集干净的玉米籽粒。根据这一工作过程来确定脱粒机各工作部件类型，在进行总体结 构设计，确定总体方案。 1.3.3 技术路线 调查研究确定总体方案工作机理分析主要工作部件的设计清选装置设计 计算和校核撰写论文绘制图纸修改图纸及论文申请答辩 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 6 2 小型玉米脱粒机工作机理分析 2.1 玉米籽粒基本物理特性 玉米是一种营养价值极高的经济作物， 籽粒为圆锥形，属于规则的物料形状， 结构如图 21 所示。根据物料的流动动 力学特性可知玉米的修正系数为 2.11， 临界速度为 9.8-14m/s；同时玉米又属于 散粒物料，滑动摩擦角为 20（钢板） ， 22（木板） ，休止角为 2935。玉米综 合特性系数为 0.0558，玉米的单位容积 质量为 0.68 0.77，充满系数为 0.3 0.4。 2.2 各种玉米脱粒装置的特点分析 2.2.1 打击式种子玉米脱粒装置的特点分析 打击原理设计的玉米脱粒装置，由工作部件（如钉齿或纹杆，见图 11,12）打击 玉米果穗或反过由果穗碰击后面，使玉米籽粒产生振动和惯性力而破坏它与穗轴的连接， 在钉齿滚筒的转动下齿侧面间和钉齿顶部与凹板弧面上的搓擦作用使玉米穗与穗间穗与 凹板间产生搓擦从而实现脱粒，主要取决于打击速度和打击机会，这样的脱粒机对玉米 籽粒伤害较大，但脱得净、效率高。打击原理设计的玉米脱粒机与普通脱粒机差别不大， 按照滚筒上脱粒元件来分，可主要分为纹杆式脱粒机、钉齿式脱粒机。国内外大企业一 般采用纹杆式脱粒机脱粒玉米，因为相对来说纹杆式脱粒机较钉齿式脱粒机对玉米损伤 小。纹杆式玉米脱粒装置由纹杆滚筒和栅格 图 21 玉米结构图 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 7 凹版组成，一般采用卧式结构。纹杆滚筒由纹杆、辐盘、滚筒轴等组成。纹杆上的沟纹 分为左纹和右纹两种，沟纹提高了脱粒能力。与钉齿式脱粒机相比，纹杆式玉米脱粒机 虽然籽粒破碎率小，脱净率高，清洁度高，生产效率高，通过性能和分离籽粒能力强， 但结构形式单一，功率消耗较大，对含水量高的作物适应能力差，在我国广大农村与小 型制种企业应用范围窄12。 2.2.2 搓擦式种子玉米脱粒装置的结构及特点分析 搓擦式原理的脱粒机，它是利用玉米穗与脱粒元件之间的摩擦，以及果穗之间的相 互摩擦而进行脱粒的，果穗的脱粒干净程度与摩擦力的大小有直接关系，增大摩擦作用， 可以提高生产率和使脱粒干净，但超过一定限度时，会使籽粒脱皮或脱壳，摩擦力的大 小只要取决于脱粒元件的表面状况和脱粒间隙。该原理的脱粒机工作可靠、脱净率高， 断玉米芯少、清洁度高，与打击式种子脱粒机相比，破碎率小，但排杂口玉米籽粒多。 该脱粒装置（如图 22 所示）由一个锥齿轮、小齿轮、支撑舌、脱粒盘组成，脱粒 区由锥齿轮、带有斜凸棱的支撑舌和安装有钉齿脱粒盘构成，支撑舌后面安装有弹簧， 脱粒区的大小可由弹簧来自动调节，脱粒时，脱粒盘向内拖拉玉米穗，由于锥齿轮、脱 粒盘的旋转方向以及大小都不同，因而使玉米穗产生自转，同时受到锥齿轮、支撑舌和 脱粒盘的搓擦作用，按照从玉米穗上部到下部的脱粒顺序，籽粒被脱粒下来，脱下的玉 米芯被脱粒盘的旋转力从排芯口排出。夹带杂质的籽粒通过风机风选后，干净的籽粒在 图 22 搓擦式玉米脱粒装置 1 锥齿轮 2 小齿轮 3 支撑舌 4 皮带轮 5 脱粒盘 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 8 底部收集。该机断玉米芯少、破碎低小、脱净率高、操作方便、工作可靠、结构紧凑、 坚固耐用、使用维护方便，但工作效率低，不适合大型制种企业的应用13。 2.2.3 差速式种子玉米脱粒装置的结构及特点分析 差速式原理的脱粒装置，它是利用同方向不同旋转速度的脱粒元件间所形成的差速 旋转来脱粒玉米穗，如图 23 所示，它还可以带皮脱粒，玉米籽粒仿手工搓落，不伤胚 芽，在含水率 25以下，不受水分影响，玉米穗完整，破碎率接近 0，脱净率可达 100，及适应性强等特点，但该种原理的脱粒机一般生产效率低。 该装置由三个包有橡胶的、并以相同方向不同速度旋转的辊子组成，一个叫压力辊， 它的一端传递动力，另一端为可调节的活动端，即随着不同品种和规格的单穗玉米的进 入，可调节活动端来适应玉米穗的进入，它的橡胶表面有几条坚直花纹，用来增强对玉 米的摩擦力；另一个叫支撑辊，它的作用是支撑玉米穗通过三辊围成的圆锥形空间，并 协助压力辊、脱粒辊脱粒玉米穗，它的橡胶表面与压力辊一样，也有几条坚直花纹，用 来增强对玉米的摩擦力；第三个叫脱粒辊，它的橡胶表面与压力辊、支撑辊不一样，它 的橡胶表面有几条由浅入深的圆台型花纹，用来增强对玉米的剥粒力，为了确保玉米穗 与脱粒辊线性接触，三辊互成一定的角度，围成圆锥形的空间。它的工作原理：当玉米 穗进入时，在三辊互成一定角度围成圆锥形的空间里，在三个差速旋转的辊子所产生的 摩擦力作用下，玉米芯绕自身轴线旋转，同时靠自重不断向下运动，靠脱粒辊对玉米所 图 23 差速式脱粒装置示意图 1 玉米果穗 2 脱粒元件 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 9 产生的切向力，玉米籽粒不断被脱下，籽粒落入回收箱，玉米芯排出机外，该机结构新 颖，设计合理，不伤胚芽、不断玉米芯，具有破碎率低、未脱净率低及适应性强等特点， 但它的生产效率低，仅适用于单穗玉米种子的脱粒。 2.3 挤搓式玉米脱粒机的工作原理 挤搓式玉米脱粒机机体采用圆钢焊制的栅格结构，其间隙大于玉米籽粒的宽度，主 轴采用推料螺旋输送果穗，平板齿与冠状板齿组合脱粒。工作过程中脱粒机主轴经皮带 轮减速，带动脱粒机主轴旋转，主轴上焊有双向螺旋叶片，工作时玉米果穗被主轴上的 叶片带动，既向前运动，又做上、下运动。在运动的过程与两侧和底部三个方向的栅格 进行挤搓，依靠主轴上的进料螺旋和齿板推动果穗向前运动，使齿板与果穗之间、果穗 与果穗之间、果穗与栅格之间产生揉搓力，将果穗上的籽粒脱掉，从而达到脱粒的目的。 这种方式不仅对果穗冲击力较小，脱粒过程比较柔和，而且对玉米籽粒的破损较低。 该脱粒工艺是仿生技术的一种应用，模仿人工用手搓玉米的动作。如图 24 所示， 在脱粒区内，滚筒平板齿拨动果穗沿栅格凹板作圆周运动，由于平板齿与滚筒轴心成一 定的夹角，所以同时也将果穗向排芯口推动，玉米果穗的运动轨迹是螺旋线。设计成顶 部带冠形状两处凸起，其作用如同人工用竹签子，先将玉米果穗上的局部籽粒挤掉，以 便后面挤搓顺利。由于排芯口压板的作用，正常工作时物料始终充满机器内部，所以平 板齿拨动果穗时具有一定的推力，即果穗是在受到推挤的情况下与栅格凹板接触，与栅 图 24 脱粒机上仓示意图 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 10 格凹板做相对运动，并且既滚动又滑动，以达到挤搓脱粒的效果。果穗相互之间也同样 是在受到一定压力的作用下进行充分挤搓，并且机内所有果穗的任何部位都有充分的挤 搓的机会，从而达到脱掉全部籽粒的目的14。 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 11 3 脱粒机总体方案的确定 3.1 脱粒机组成 玉米脱粒机主要包括入料斗、脱粒仓、主轴、机架、出料斗、导芯口、排芯口、压 板机构、皮带轮和电机等。结构如图 31 所示。 图 31 脱粒机机体组成 1 电动机 2 进料螺旋 3 滚动轴承 4 平板齿 5 大带轮 6 进料口 7 冠状板齿 8 栅格凹板 9 排芯区拨轮 10 压板机构 11 出料口 12 风机 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 12 3.2 脱粒机各部件设计 3.1.1 入料口的设计 入料口置于脱粒机上部，采用 2mm 的 Q235 钢板焊接制成，将剥了皮的的玉米果穗 从料斗喂入，下落到脱粒仓内，经由滚筒上的进料螺旋将玉米果穗推入脱粒区进行脱粒。 结构如图 32。 入料口是将玉米填入玉米脱粒机机体内的一个途径，它是玉米脱粒机上的一个部件， 它的作用在于通过入料口可以将玉米顺利的填入机体内，而且在填入的过程中或是填入 后的工作过程中，脱粒机能安全的工作，而且不会将玉米粒或是玉米芯从入料口飞溅出 来，造成人员伤害等事故发生，因此，玉米 图 32 入料口 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 13 脱粒机的入料口的设计，即关系到玉米脱粒机的工作质量即脱粒不干净或是不完全等。 因为在将玉米添入脱粒机时，电动机带动主轴高速旋转，如果入料口的填料方式不利于 主轴的工作，此时，这种填料方式对主轴、对机体都有很大的副作用，有可能瞬时加大 主轴的承担负载，即同时加大主轴的弯曲应力、扭转应力等，同时也加大了冠状平板齿 条上的冠状平板齿的磨损和老化等。如果入料口的设计不当，会造成主轴的瞬时被卡死， 电动机闷车等现象发生，这些现象对电动机和玉米脱粒机的主轴有极大的破坏性。因此， 在设计玉米脱粒机入料口时应当考虑到设计不当可能发生的危害，精心分析其结构的合 理性。采用了进料螺旋机构顺利将玉米果穗推入脱粒仓15。 3.2.2 脱粒部分的设计 按机械设计查得，对于材料为 45 的碳钢，调质处理，脱粒板齿采用的是平板齿 （如图 33a 所示）和冠状板齿（如图 33b 所示） ，板齿表面均采用渗碳处理，深度大 约 2.5mm，热处理硬度达到 HRC5055。 脱粒仓均采用 2mm3mm 的 Q235 钢板和角钢焊接而成。 平板齿 冠状板齿 图 33 脱粒部件 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 14 3.2.3 清选部分的设计 清选部分由凹板栅格和风机两部分组成。 3.2.3.1 栅格凹板的设计 凹板直径是决定生产率的主要参数，凹板装在滚筒下面，由一组 18mm 的圆钢均布 围成的，结构如图 34，通过隔板连结成一体的 U 型栅格式凹板，既起揉搓作用又起筛 板作用。本机凹板直径取为 250mm，凹板采用圆柱形，分开式结构，上凹板安装导向板， 下凹板为栅格式。栅格间隙的大小直接影响脱粒效果。缝隙越大，籽粒通过性好，夹带 损失小，但玉米芯漏过得也多，影响籽粒净度；缝隙较小，则夹带损失大。常用栅格间 隙为 1225mm，应在两者之间选择最佳值，选栅格间隙为 16mm。 在玉米脱粒机中，栅格式凹板是与冠状平板齿滚筒相配合的重要部件，栅格式凹板 有两种功能。其一，是将玉米脱粒后，使玉米粒从栅格式凹板的缝隙中漏出，而玉米芯 被冠状平板齿滚筒上的冠状平板齿螺旋排列排出机之外，从而使玉米粒和玉米芯分开， 从不同的出口排出机体之外，达到玉米脱粒清选的作用，其二，栅格式凹板是利用圆钢 横向焊接而成，圆钢之间有的缝隙，这个缝隙可以将玉米卡在两根圆钢的缝隙之间因为 玉米为圆柱型，以便于冠状平板齿对玉米进行快速、稳定的脱粒。 栅格式凹板与机架相连接，同样采用焊接的形式来连接用圆柱钢筋围成的凹板，因 为栅格式凹板要安装在机架上，所以将栅格式凹板两端的隔板和中间的隔板都焊接到脱 粒仓上，这样，可以加固机体与栅格式凹板的连接质量，在正常工作时，由于有机架的 固定支撑，可以使栅格式凹板的工作稳定性更高，更加可靠、稳定。从整体来讲，也达 到了脱粒机的一体化设计，提高了整体刚度16。 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 15 3.2.3.2 风机的设计 玉米籽粒经栅格落下，仍有少量轻质量杂余，可采用风机将其与玉米籽粒分离。风 机流量取决于清选混合物的的特性，清选干净与否直接决定风量的大小。由于玉米脱粒 是在剥皮后进行的，所以脱粒混合物中含有杂物较少，查农业机械设计手册与经验 公式相结合，最后确定风机的主要参数：流量 Q0.34kgm;出风口风速 v8ms；叶 图 34 栅格凹板 图 35 清选风机 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 16 轮外径 D1160mm；转速 n480rmin；叶片为径向直叶片，风机宽度 B200mm；叶 片数为 4 片。如图 35 所示17。 3.2.4 压板机构的设计 排芯区安装压板机构，压板的作用在于控制脱净率，其结构如图 36 玉米芯充满排 芯区后，在拨轮的推动下压板被顶开绕轴向上转动一个角度玉米芯即可通过排芯口 排出。玉米芯越多压板张开的角度就越大。压板的压力可以通过重锤调节若物料含 水率较高、较难脱粒时，可移动重锤在压杆上的位置或增加重锤重量以使玉米果穗之间 的挤压力和果穗与栅格式凹板之间的挤搓力增加，从而提高脱净率18。 3.2.5 出料口的设计 出料口是将脱完的玉米籽粒由栅格掉落在其收集区，采用 2mm 的 Q235 钢板焊接制成 19。其机构如图 37 所示。 图 36 压板机构 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 17 图 37 出料口 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 18 4 脱粒机相关参数的确定 4.1 脱粒板齿的线速度 （41）v 100060 Dn 其中： 板齿的线速度， （ms） ；v 脱离主轴的转速， （rmin） ；n 板齿外缘的回转直径， （mm）D 已知266 rmin；230mm；代入公式（41）得：nD 3.2msv 100060 23026614 . 3 对于板齿式脱粒滚筒来说，板齿外缘的线速度应4ms，这样可以有效降低破碎率，但 又不能太低，确认线速度在 3.23.9ms 之间最佳，大型机取偏高值，小型机取偏低值， 故线速度合适。 4.2 主轴的功率 玉米脱粒所需功率为 P1，由脱粒机的工作阻力和板齿外缘线速度求出，即 1 （42）P 1000 FV 参考生产量为 5t/h 的挤搓式玉米脱粒机，其平板齿宽为 110mm,受均布载荷 150N；而此 次设计的脱粒机平板齿宽 72mm,由此可知每个板齿的平均受力约为 95N,脱粒主轴上有 12 个板齿受力，得： 95121140NF 由上述知 3.2ms，代入公式（42）得：v 1 3.6kwP 1000 2 . 31140 4.3 电动机的选择 电动机的功率 P 主要由脱粒主轴功率 P1来计算，即 P 1 P（43） 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 19 各级传动效率； 查机械设计手册可知， 带传动的机械效率 1：0.94 0.98，取 0.97； 一对滚动球轴承机械效率 2：0.99； 滚筒传动由于板齿固定于轴上取 3为 1； 脱粒机传动中用到带传动，还有一对滚动球轴承故 123 3.7kwP 1 P 199 . 0 97 . 0 6 . 3 除此之外，还要将风机的功率也要考虑在内，此次设计选用 0.1kw 的离心风机，由查 脱粒机取滚筒转速 N266rmin,查机械设计手册 ，V 带的 2 5，故电动机转i 速可取在 5321330rmin,这一范围电动机可选 Y132M16，960rmin，4kw 的电动机。 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 20 5 带传动的设计计算 根据玉米脱粒机的具体传动要求，可选取电动机和主轴之间用带和带轮的传动方式 传动，因为在脱粒机的工作过程中，传动件带是一个挠性件，它赋有弹性，能缓和冲击， 吸收震动，因而使玉米脱粒机工作平稳，噪音小等优点。虽然在传动过程中带与带轮之 间存在着一些摩擦，导致两者的相对滑动，使传动比不精确但不会影响玉米脱粒机的传 动，因为玉米脱粒机不需要精确的传动比，只要传动比比较准确就可以满足要求，而且 带的弹性滑动对脱粒机的一些重要部件是一种过载保护，不会造成机体部件的严重损坏， 还有带及带轮的结构简单、制造成本底、容易维修和保养、便于安装，所以，在电动机 与玉米脱粒机之间选用带与带轮的传动配合是很合理的20。 选择带和带轮因当从它的传动参数入手，来确定带的型号、长度和根数，再来确定 导轮的材料、结构和尺寸轮宽、直径、槽数及槽的尺寸等，传动中心距安装尺寸，带轮 作用在轴上的压力为设计轴承作好准备21。 5.1 传动带的设计计算 电动机的功率4kw，转速960r/min，传动比 3.6，平均每天工作 8 小时左P 1 ni 右22。 5.1.1 确定计算功率 KAP （51）Pca 查机械设计课本表 8-7 查得工况系数 KA取 1.1，故 1.14 4.4kwPca 5.1.2 选择 V 带类型 根据、n1、实际情况由机械设计课本图 8-11 确定选用 A 型。Pca 5.1.3 确定带轮基准直径并验算带速 （1）初选小带轮的基准直径由机械设计课本表 8-6 和表 8-8，取小带轮基准 1d d 直径106mm. 1d d 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 21 （2）验算带速 v,按机械设计课本公式（8-13）验算的带速 5.325ms （52）v 100060 11 ndd 5m/sv30m/s，故带速合适。 （3）计算大带轮的基准直径。根据机械设计课本式（8-15a） ，计算大带轮的基 准直径 dd2 （53） 2d d 1d di 3.6106 382mm 根据表 8-8 圆整为 400mm。 2d d 5.1.4 确定 V 带中心距和基准长度 （1）根据机械设计课本式(8-20),初定中心距 0 a 0.7 2 （54）)( 21dd dd 0 a)( 21dd dd 0.7(106400) 2(106400) 0 a 354.21012 0 a 故初定600mm。 0 a （2）由机械设计课本式（8-22）计算所需的基准长度 do L 2 （55） do L 0 a 2 )dd21(dd 0 2 21 4 )( a dd dd = 2 )400106(14 . 3 6002 2400 2942 2030mm 由表 8-2 选带的基准长度2000。 d L （3）按机械设计课本式（8-23）计算实际中心距 a (600-15)mm585mm （56）a 0 a 2 0dd LL 中心距的实际变化 min 0.01558530555mmaa d L max 0.03d58560645mmaa 中心距的变化范围 555mm 645mm。 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 22 5.1.5 验算小带轮包角 1180o 151.2 o90 o （57） )( 3 . 27 21dd dd 5.1.6 计算 V 带根数 （1）计算单根 V 带的额定功率 Pr 由106mm 和960r/min，查机械设计课本表 8-4a 得1.05kw。 1d d 1 n 0 P 根据960r/min， 3.6 和 A 型带，查机械设计课本表 8-4a 得0.11kw。 1 ni 0 P 查机械设计课本表 8-5 得=0.923,表 8-2 得0.882 K L K 于是 （58） Lr KKPPP )( 00 =（1.050.11）0.9230.882 0.944kw （2）计算 V 带的根数 z z4.66 （59） Pr Pca 0.94 4.4 取 5 根。 5.1.7 计算单根 V 带初拉力的最小值 由机械设计课本表 8-3 得 A 型带的单位长度质量=0.1kgmq ()min （510） O F zv K Pca)K5 . 2(500 2 qa 0.1 5.325 325 . 5 50.923 4.4)0.9235 . 2(500 144N 应使实际初拉力()min 。 O F O F 5.1.8 计算压轴力 压轴力的最小值为 ()min2z()min p F O F 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 23 sin() （511） 2 =25sin() 2 2 . 151 =1394.75N 5.2 带轮的设计 5.2.1 大带轮结构设计 大带轮根据结构需要采用轮辐式，如图 51 所示，具体尺寸详见 CAD 图纸。 5.2.2 小带轮结构设计 小带轮结构采用实心式，如图 52 所示，具体尺寸详见 CAD 图纸。 图 51 大带轮 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 24 5.2.3 带轮材料的选择 因为带轮的转速 5.325ms25ms，转速较低，故材料可选用灰铸铁，牌号为v HT150 图 52 小带轮 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 25 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 26 6 其它部分的设计 6.1 脱粒主轴的设计 6.1.1 传动轴结构 传动轴是玉米脱粒机的主要设计部件之一，他在玉米脱粒机正常工作过程中，承担 主要转矩、扭矩、弯矩和支撑传动轴上的回转零件，玉米脱粒是瞬时冲击很大，而且冲 击次数很频繁的工作环境，因此传动轴的设计是很关键的一个步骤。它的主要功用是： 一是支持轴上所安装的回转零件，使其有确定的工作位置二是传递轴上的运动和动力。 轴按照轴线形状的不同，可以分为曲轴、直轴、软轴和挠形轴等，根据玉米脱粒机的结 构特点和组成形状及工作强度和环境的要求，玉米脱粒机的主轴选用直轴形式传递，而 且选用直轴中的阶梯轴23。 图 63 主轴 主轴结构如图 63 所示，材料采用 45 钢。 6.1.2 脱粒主轴整体结构 脱粒轴是脱粒机的重要组成部件，起始段为推运螺旋，将玉米果穗推运到脱粒区； 中间段上面焊接有冠状平板齿和平板齿，将玉米果穗首先由冠状平板齿抠入玉米果穗脱 下一部分果穗，接着由平板齿再将剩余玉米果穗脱下。冠状平板齿和平板齿上都有一定 的角度，使得在脱粒滚筒旋转时又向前推进，完成脱粒。末端是排芯区，轴上焊接着排 芯板，将玉米芯导入排芯口，排出机体24。结构如图 64 所示。 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 27 6.2 螺旋输送器的设计计算 6.2.1 螺旋直径 D D （61） 5 . 2 /cQ 物料综合特性系数，查农业物料学玉米取 0.0558； Q螺旋输送量 th，取 0.4t； 物料的单位容积质量，查农业物料学0.68 0.77，取 0.7； C倾斜输送系数，取 1； 充满系数，查农业物料学0.3 0.4，取 0.4 得： D0.055885mm 5 . 2 ) 3 . 017 . 0/(4 . 0 螺旋的标准直径 100，125，160，200，250，315，400，由于运输的是玉米果穗，其长度 一般在 130250mm,故取 D160mm 6.2.2 螺距 S 水平放置S0.81D160mm 图 64 脱粒轴总体部件 1 拨芯区板齿 2 冠状板齿 3 平板齿 4 推运螺旋 5 主轴 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 28 6.2.3 螺旋轴径 d0.20.35D3256mm （62） 为了配合脱离主轴的工