微型脱粒机的研制(成品).doc

微型脱粒机的研制摘 要脱粒机作为一种现代化的生产机械在农业生产当中得到了越来越多的应用，它减轻了广大的农民进行夏收时的繁重体力劳动，也为我国北方地区雨季到来之前抢收抢种做出了很大贡献。在脱粒机中脱粒装置是其核心部件,其性能的好坏,很大程度上决定了脱粒机的脱粒能力。常见的脱粒装置有击打脱粒装置、梳刷脱粒装置、揉搓或搓擦脱粒装置、碾压脱粒装置。在大型脱粒机中，为了实现其多方面的综合性能，常常综合使用多种脱粒装置共同进行多次脱粒并配以其它装置以期实现脱粒、清选、排杂等各项操作一次完成，还针对不同的农作物进行脱粒时程现出的不同特点采用不同的脱粒装置。在国外各个研究机构从未停止过对脱粒机的各项研究，我国的农机研究所也正在进行着这方面的研究，人们都期待着一种新型的能适应我国地域特点新型脱粒机的出现。 关键词：脱粒装置，清选、梳脱AbstractKey word: 9目 录引 言11 研制方案11.1 喂入方式11.2 脱粒装置21.2.1 打击原理21.2.1 梳刷原理21.2.1 揉搓或搓擦原理21.2.2 碾压原理31.3 分离、排杂机构41.4 清选输送装置41.5 罩壳52 整机方案52.1 基本参数的选择52.1.1 脱粒滚筒有效长度的选择52.1.2 滚筒直径的选择52.1.3 滚筒转速选择52.2 配套动力的确定52.3 传动机构62.4 滚动轴承的选用63 工作流程64 结论7参考文献9谢 词10引 言脱粒机是在场上进行作业的一种固定式机具。它的作用是将割下的作物进行脱粒、分离和清选，以便获得所需的干净谷粒。它是提高生产率，改善劳动条件节省劳动力，减少损失，是确保丰产、丰收的重要手段。大中型脱粒机在进行脱粒水稻、小麦时一般采用全喂入式，脱粒装置多为纹杆式或钉齿式,生产率高，体积大，机器重，设备投资大，适合于集体及农场使用。农村实行生产责任制后，农事作业均以单户作业为主，经营规模变小，电动、机动和脚踏式小型脱粒机在广大农村得到推广。但目前作为估产、测产的科研人员还没有从手工作业的困境中走出来。手工作业劳动量大，效果差，且没有清选装置。为此，我们深入分析了大型脱粒机存在的如防混杂能力差、机器清理困难；劳动强度大，生产率低；对不同作物和潮湿作物的适应性差；机器在场上作业的中间环节多，间接损失大等缺陷。研究出了一种主要应用于科研测产、估产的微型脱粒机。它以直流电动机为动力，配以蓄电池就可以正常工作。该机体积小，设备投资少，便于搬运移动，可用于场上作业或田间作业。1 研制方案1.1 喂入方式脱粒机的喂入方式主要有全喂入式和半喂入式两大类。全喂入式是将作物带茎秆全部喂入脱粒装置，脱粒后作物茎秆被揉碎，消耗动力较大；半喂入式脱粒机在工作中，仅将穗头部分放入脱粒装置，作物茎秆的尾部被来住，消耗动力较小，可保持较完整的作物茎秆。全喂入式按脱粒装置的特点可分为普通滚筒式和轴流式。普通滚筒式脱粒机一般配备有纹杆滚筒或钉齿滚筒，或二者都有。按机器的性能完善程度分为筒式、半复式和复式三种。筒式一般只有脱粒装置，脱粒后大部分谷粒与碎蒿混杂，小部分与长蒿混在一起，需人工清理。半复式具有脱粒、分离、清选等部件，脱下的谷粒与蒿草、颖壳等分开；以中小型为多。复式除脱粒、分离、清选装置外，还有复脱、复清装置，并配备喂入、颖壳收集、蒿草运集等装置；一般还可分级，直接得到商品粮，单独收集饱满的谷粒可作种子用。轴流滚筒式脱粒机装有轴流式脱粒装置，其特点是不需设转置专门的分离装置，便可将谷粒与茎蒿完全分开。作业时，作物由脱粒装置的一端喂入，在脱粒间隙内做螺旋运动，脱下的谷粒同时从凹板栅格中分离出来，而茎蒿由轴的另一端排出。半喂入式脱粒机有筒式和复式之分，筒式是作物茎秆的尾部被夹住使作物与脱粒滚筒垂直并与滚筒平行运动，仅穗头部分进入脱粒装置。复式由半喂入式脱粒装置、清选风扇（或配振动筛）、排杂轮、谷粒输送装置等组成。工作时，作物由夹持机构沿滚筒轴向通过脱粒装置，在脱粒室的作物穗部受弓齿的梳刷、打击脱粒。脱后的蒿草由脱粒装置一端排出机外。脱下的谷粒、谷粒皮、碎杂物通过凹板的筛孔进入清选室，由风扇气流和筛选把杂质排出机外，谷粒则通过输送装置送至出粮口。本台微型脱粒机采用轴流全喂入方式，用人工把割下的麦穗投入脱粒机顶的锥形进麦口，完成喂入。操作简单，可实现操作人员轮流喂入，以提高生产效率。这样使整机明显简单，体积小、重量也较轻。1.2 脱粒装置脱粒机的核心部分是脱粒装置。它不仅对机器的脱粒质量和生产率有很大的影响，而且对以后的分离和清选也有很大影响。对脱粒装置的技术要求是：脱粒干净、谷粒破碎率小、分离效果好、通用性好、功率消耗低、使用安全可靠；在某些情况下要求保持茎蒿完整或尽可能的减少破碎。这些条件及要求和谷物本身的脱粒特性是形成各种型式脱粒装置的基础。常见的脱粒装置有以下几种：1.2.1 打击原理由工作部件（如钉齿或纹杆）高速转动产生惯性力打击穗头（或反过由穗头碰击后面，如南方水稻的拌桶脱粒）使谷物产生振动和惯性力而破坏谷穗与穗轴的连接。该种方法，主要取决于打击速度和打击机会以及冲击力的大小。打击的速度快，打击的次数越多，产生的惯性力也就越大，穗与穗之间的撞击次数就会增多，也就越容易脱粒干净。冲击力的大小与脱粒质量和生产率有密切的关系。冲击强度增加，可提高生产率和保证脱粒干净，但易使谷物破碎；降低冲击强度，同时也降低了生产率。1.2.1 梳刷原理该种方法工作部件一般很窄，当工作部件在动力部件的带动下转动时，会像梳子一样，从谷穗之间通过，对谷物施加一定的拉力作用，使谷物脱离穗轴。通常是茎秆不动或有少量的纵向移动。这种脱粒方式滚筒上的伸出辊较多，呈梳状排列。对水稻有非常好的脱粒效果，在我国南方广大的水稻种植区应用较为广泛。1.2.1 揉搓或搓擦原理通常指谷穗在钉齿或带纹杆的滚筒的脱粒间隙的挤压状态下在层内出现错动而使谷粒脱落。脱粒的干净程度取决于揉搓的松紧度（强度），即摩擦力的大小，也就是间隙的大小和谷层的疏密程度。在常见的中小型脱粒机进行脱粒小麦时这种脱粒装置应用较多。它一般用一个带纹杆的滚筒与带间隙的纹板相互配合对小麦的穗部进行搓擦作用，在脱粒小麦时效果非常好。1.2.2 碾压原理它是利用脱粒原件从谷物上压过，在碾压的过程中，会使谷粒和穗柄之间产生横向或纵向的相对位移，相对位移就形成了一定的拉力，破坏其连接力。通常谷粒与穗轴的抗剪力是较弱的，上述相对位移就形成了剪切破坏其连接力。因此，用辊子碾压铺在场院里的谷物层进行脱粒也是有效的方法之一，现在仍为广大农村广泛使用中。如下图所示是在我图北方地区仍在使用的两种碾压工具。图1上述四种原理既可单独应用也可组合应用，均能达到脱粒的目的，但其效果有所不同，这是各原理的特点所决定的。如打击脱粒要求工作部件与谷粒间必须有较大的相对速度，所以这种脱粒通常出现茎秆静止（如半喂入式）或运动速度很低（如纹杆、钉齿滚筒的喂入口处）的时候。而揉搓原理则不同，它发生在已经获得较大运动速度（如在脱粒间隙的后段）的谷穗层内部，由于相对揉搓而脱粒。一般来说，常见的组合有如下几种：一是用高的打击速度和揉搓，经较短的脱粒过程，如单滚筒脱料装置；二是用由低到高的打击速度，揉搓强度由小到大，用较长的脱粒过程，如双滚筒脱粒装置；三是用较低的打击速度和松搓，用长而又长的脱粒过程，如轴流滚筒脱粒装置。 在本台微型脱粒机中，采用传统的弓齿式封闭脱粒滚筒。弓齿在滚筒上螺旋线排列，并作适当增减，共有4排，弓齿数为7。为了提高弓齿的刚性和强度，弓齿的制造采用直径为4的钢材制造。如图所示。图21.3 分离、排杂机构传统的稻麦脱粒机设置排蒿轮用以排杂，用副滚筒或二次回送机构等实现对断穗的复脱和将混杂在长脱出物中的籽粒分离出来，结构过于复杂。本机采用增多弓齿的方式，使麦穗在高速弓齿作用下脱粒干净，而分离出来的杂余物，依靠被脱粒滚筒带动作回转运动的离心力，通过排杂口排出机外。这种装置称为回转离心式分离排杂机构。如图所示。图31.4 清选输送装置稻麦脱粒机传统的清选方法难以适应微型脱粒机移动作业的要求，需要探索新的技术方案。采用液体力学与工程力学相结合的工作原理，将工艺流程与设备结合起来考虑，把清选工序和籽粒输送工序结合在一起完成。利用气流对籽粒有吸引力与籽粒在倾斜面上受重力作用有下滑的趋势结合起来，根据通过滚筒筛的细小脱出物中各种成分飘浮速度的差别来完成清选和籽粒输送。根据本机的工作要求，清选输送装置由滑板、清选筛、风机等组成，能适应潮湿作物，不同湿度、不同品种和不同生产率的要求。风机安装在滚筒下方；风扇设计成轴流式，由数个叶片按一定角度焊接在叶片空心轴上，空心轴则用螺栓直接固定在机架上。如图所示。图41.5 罩壳罩壳的作用：一是防止谷粒飞溅损失；二是收集脱麦时未脱净的断穗；三是引导脱下的谷物进入风选排杂装置。如图5左图所示。2 整机方案2.1 基本参数的选择2.1.1 脱粒滚筒有效长度的选择该机可一人作业，也可两人交替作业。考虑到操作方便，参考我国大型脱粒机滚筒长度系列尺寸标准（NJ105-75），选取脱粒滚筒有效长度L=100mm。2.1.2 滚筒直径的选择滚筒直径的大小直接影响到脱净率及脱粒效率，滚筒直径加大，喂入作物对滚筒的覆盖面大，脱净及脱粒效率较高，且不易缠草；滚筒直径小，脱净率及脱粒效率低，且容易缠草。故参考有关资料，以及大型脱粒机的成功经验，选取滚筒直径D=100mm（弓齿外端）。2.1.3 滚筒转速选择确定滚筒转速的主要依据是作物所需的脱粒速度。脱粒速度大，则弓齿对作物的打击作用大，脱净率和生产率高，但破碎率和功率消耗较大。根据有关资料，半喂入式脱稻机的脱粒速度一般为5-8m/s，脱小麦则要求较高的脱粒速度。又考虑到这台微型脱粒机脱粒长度及滚筒半径都很小，为此我们选取脱粒速度为7.85m/s,可计算得出滚筒的圆周速度为1000r/m。2.2 配套动力的确定假设小麦亩产750Kg（目前实际产量尚未达到），则平均每平方米所得的麦重约为1.2Kg.若分四次投入脱粒机，则脱粒机中实际麦重约为0.3Kg(实际达不到这么多)。假设电机转速为1000r/min,每次击打时间为3S。可计算出：击打器工作阻力为： F=ma=mv/t=0.3100050(6031000)=0.083N工作机的工作功率： P=FV/1000=0.083100036050(6010001000)=0.024Kw工作机与电动机若采用带传动则主电机的工作功率为： Pd=p/=0.024/0.98=0.025Kw由此可见，主电机带动主轴进行脱粒所需的功率不超过100W，能耗较小。为使用方便，可使用直流电动机进行驱动，由随机所带的蓄电池驱动其工作。由以上数据，我们选定ZYT型直流电机其各方面参数如下表1所。表1型号额定电压额定电流额定转速额定功率ZYT9024DC 5A1000r/min100W图52.3 传动机构鉴于整个机构都具有较高的转速，而所需的传动功率较小，噪音要小，能对整个机构起到一定的保护作用。经过各种传动方式的比较，最终选用单级V形带传动,传动比选用1：1。2.4 滚动轴承的选用 图5 分析主轴受力情况可知，主轴在运转过程中，受麦子的扭矩作用、受两端以、支承的力的作用。另外，由于击打器与轴成一定的角度，主轴运转过程中受到轴向分力的作用。但该分力较小，而机械运转时间较短，可不考虑轴向分的影响。考虑到该机的运转速度在1000r/min左右，转速较高，初选深沟球轴承。为了尽可能的减小机构的外形，选定6201深沟球轴承。3 工作流程当准备工作做好以后，按下起动按钮，接通蓄电池与直流电动机、风机之间的电路。在电动机起动以后，风机随之转动，并且电动机通过三角皮带传动机构，带动脱粒滚筒旋转，便可以进行脱粒作业了。脱粒时，操作者将收割下的麦穗喂入到滚筒上方的锥形喂入口，麦粒在弓齿的冲击和梳刷下脱离麦穗，完成脱粒；与此同时，脱下的籽粒和碎壳的混合物便经过滑板落入风选机构中，而较大的穗柄则在成斜度的击打器的作用下沿轴向移动，最后依靠惯性排出机外。籽粒和碎壳的混合物在下落过程中，由于风机产生的强劲风力，碎壳便从风选筒中被吹出，而籽粒依旧继续下落至出粮口排出，完成脱粒和清选。工作完毕以后，按下停止按钮。蒿杂排出机外人工喂入麦穗脱粒脱粒物由于重力作用下落，经筛网做一次清选经风机的二次清选，获得干净的籽粒 图64 结论根据结束语本机械具有体积小、重量轻、移动方便，脱粒效率高，脱粒干净等优点，具有很高的使用价值。在成本最低的情况下，较好的解决了科研人员估产用机的要求。本机在设计上虽然还不尽完善，但随着科学技术的发展，特别的PLC等先进控制方式的出现，以及其在生产领域的应用，微型脱粒机必将以更高的使用性能，更人性化的操作方式，更加低廉的价格为科研为员提供更加优质的服务。参考文献1 张元禄,瞿国慰编.5TGQ-76(X)稻麦脱粒机研制.四川工业学院学报,1995: NO.1：1-72 王同福 宋玉英 王进朝 气流清选原理在脱粒机上的应用 河北农业大学学报 1997年1月第一期第20卷3 5ZTY-450型移动式种子脱粒机 胡波 张雪艳 农牧与食品机械 1994年第3期4 张汝坤编.5TX-500型稻麦脱粒机的研究设计. 农机化研究, 2001年2月第一期5 王志强 初尔庄 冯爱莲等编.脱粒机械与脱粒装置简介. 农村牧