螺旋挤搓式玉米脱粒机的设计

螺旋挤搓式玉米脱粒机的设计 柳建安 李伟杰 中南林业科技大学 机电工程学院 长沙 410004 摘 要 为降低玉米种子脱粒过程中的损伤 设计了一种螺旋挤搓式玉米脱粒机 该机借助玉米果穗与螺旋 滚 筒之间以及玉米果穗与锥形外壳之间的摩擦作用 在推动玉米果穗向前移动的同时完成脱粒 在机器尾部设有 浮动齿 使挤搓更加充分 实践表明 螺旋挤搓式玉米脱粒机设计合理 提高了玉米的脱净率 降低了破损率 且 保证玉米芯完好 关键词 玉米脱粒机 螺旋 挤搓 浮动齿 脱净率 中图分类号 S226 1 文献标识码 A文章编号 1003 188X 2010 08 0082 04 0 引言 传统的普通玉米脱粒机大多采用打击原理设计 滚筒转速都在 700r m in以上 且滚筒外缘线速度均大 于 8r m in 靠钉齿或窄板齿高速打击玉米果穗实现脱 粒 对玉米籽粒伤害较大 目前发达国家已用挤搓脱 粒技术原理脱粒机取代以打击原理为主的玉米脱粒 机 并已得到推广应用 这种技术符合脱净率高 破 碎率低的要求 全面克服了老式脱粒机存在的缺点 近年来 我国的挤搓玉米脱粒技术的研究取得了 快速进展 使其结 构更加 趋于合 理 性能 得到提 高 1 2 本文设计了一种脱净率高和破碎率低 具备 可移动性且能行进中脱粒的螺旋挤搓式玉米脱粒机 1 螺旋挤搓式玉米脱粒机的结构和工艺流程 机器外壳呈锥形 其结构如图 1所示 前上方有 入料口 1 下方有收粒斗 11 尾部有排心口 9 圆柱形螺旋滚筒表面布满呈钝角锥形齿 在滚筒尾部 表 面装有 由专用 弹簧和 弹簧固 定圈构成 的浮动 齿 3 6 玉米果穗由进料口 1 喂入 电机带动带轮 12 转动 进而使轴 13 和螺旋滚筒 3 转动 在脱粒区 内 由于玉米果穗与滚筒之间以及玉米果穗与锥形壁 2 8前部组合构成锥形壁 之间的摩擦和玉米果穗之 间充分挤搓 使玉米粒脱落 在螺旋滚筒的作用下 玉米果穗将围绕滚筒做滚动 同时沿轴线方向移动至 收稿日期 2009 10 24 基金项目 湖南省教育厅科研项目资助 08C937 作者简介 柳建 安 1967 女 长 沙人 副教 授 硕 士 E mail liujianan2315293 163 com 排芯区 考虑玉米芯上会残留玉米粒 为使脱粒更充 分 滚筒尾部装有由专用弹簧 5 和弹簧固定圈 6 构 成的浮动齿 4 帮助充分脱粒 在机盖后方设有排芯 口 脱掉的玉米粒通过收粒斗 11 排出主机 1 入料口 2 锥形上外壳 3 螺旋滚齿滚筒 4 浮动齿头 5 专用弹簧 6 弹簧固定圈 7 齿笼 8 锥形下外壳 9 排芯斗 10 支架 11 收粒斗 12 带轮 13 轴 图 1 结构图 Fig 1 Structure chart 2 螺旋挤搓式玉米脱粒机的工作原理 螺旋挤搓式玉米脱粒机是利用挤搓原理脱粒的 由锥齿 低转速螺旋滚筒 尾部浮动齿和锥形外壳等 主要部分组成 可达到脱净率高和破碎率低的目的 该螺旋挤搓式玉米脱粒机仿效人工挤搓原理脱 粒 螺旋滚筒上安装有板齿 滚筒的作用是带动板齿 转动 板齿推动玉米果穗做螺旋运动 玉米果穗进入 螺旋轨道后 在螺旋板齿的作用下前进 由于脱粒机 外壳采用锥形结构 故空间越来越小 摩擦力越来越 大 玉米果穗与螺旋滚齿滚筒上均布的锥形齿之间 及玉米果穗与外壳之间进行挤搓 在锥齿的拨动下 玉米果穗旋转进行脱粒 同时 在螺旋板的作用下 玉 82 2010年 8月 农 机 化 研 究 第 8期 米芯向排芯口移动并排出 螺旋滚筒上的锥齿可以 处处进行拨削脱粒 同时螺旋滚筒尾端的锥齿为浮动 齿 这些浮动齿在底部弹簧的作用下 随着玉米的大 小和移动 空间大小会自动调整 使玉米尖部脱净 确 保脱净率 降低了玉米粒的破损率 3 主体结构设计及计算 3 1 螺旋滚筒 螺旋滚齿滚筒的结构如图 2所示 滚筒上安装有 板齿 滚筒的作用是带动板齿转动 板齿推动玉米果 穗做螺旋运动 同时螺旋板齿对玉米施加一个沿轴线 方向的力 使玉米与锥形外壁充分接触增大摩擦力 提高脱净率 图 2 螺旋滚筒 F ig 2 Spiral roller 滚筒是完成玉米脱粒的关键部分 在其表面均布 有脱粒滚齿 玉米果穗在齿力的作用下旋转 摩擦剥 削进行脱粒 滚齿如图 3所示 玉米脱粒机工作时主 要是齿的顶端与根部受力 参照变节面的柱体受力 齿根部直径设计为 10mm 能满足受力要求 顶端采 用圆弧过渡 以防顶部对玉米粒的划伤或破碎 并减 少应力集中现象 齿的高度取 13mm 沿径向相邻两 齿之间的夹角取为 12 以保证玉米果穗不落入两齿 之间的 空 隙 沿 轴向 齿 距取 15mm 若 齿距 大于 15mm 较小玉米可能会出现打横等问题 则产生卡死 或整根玉米破碎现象 若小于 15mm 则玉米果穗很难 沿齿间落下而顺利分离 可能出现玉米粒夹在相邻两 齿之间的现象 7 图 3 齿部结构 F ig 3 Gear structure 螺旋滚齿滚筒长度选取也很重要 过短会影响脱 净率 过长会使脱粒干净的玉米芯被打碎 进入清选 机构的杂质增多 增大功率消耗 同时增加制造成 本 8 根据试验数据分析 螺旋滚齿滚筒长度取 810 mm 假设每根玉米受力均匀 玉米长约 100mm 则玉 米经过的齿数为 n 810 15 54 滚筒上安装有板齿 滚筒的作用是带动板齿转 动 板齿推动玉米果穗做螺旋运动 且沿轴线向尾端 移动 9 为增强螺旋对果穗轴向的输送能力 并使果 穗运动稳定 受力均匀 螺旋板齿的导程取 260mm 则 可得到螺旋升角为 arctg s d 2 2 arctg 260 3 14 240 2 19 即螺旋板的螺旋升角为 19 滚筒转速由滚筒外缘线速度决定 滚筒外缘线速 度是以保证不伤害玉米粒为前提条件的 通常滚筒外 缘线速度应小于 4m s 但滚筒外缘线速度不能过低 否则会影响生产率 10 根据试验 确定线速度值在 3 2 3 9 m s之间最佳 本机滚筒转速设计为 340r m in 大端板齿齿顶直径为 190mm 根据公式 v Dn 60 计算 v 3 4m s 3 2 浮动齿 在螺旋滚筒尾端装有浮动齿 其结构如图 4所示 浮动齿的主要功能是脱掉玉米尖部和玉米芯上残留 的玉米颗粒 由于越接近机械尾端 空间越小 玉米 受力越大 所以玉米颗粒容易挤破 浮动齿下端的弹 簧可随玉米大小而自动伸缩 故可以避免玉米颗粒破 碎 保证了脱净率和玉米粒及玉米芯的完整 图 4 浮动齿结构 Fig 4 F loat gear structure 浮动齿固定在齿笼上 其下端用弹簧和弹簧固定 圈与轴连接 浮动齿的浮动由下面的弹簧控制 弹 簧直径的计算公式为 83 2010年 8月 农 机 化 研 究 第 8期 d 1 6 Fm axkc 1 式中 Fmax 弹簧所受最大力 经实验得 Fm ax 50N C 旋绕比 取 c 5 k 曲度系数 按 k 4c 1 4c 4 0 615 c 计算得 k 1 310 5 通过查资料 5 取钢丝直径为 2 0mm 的专用弹 簧 此弹簧两端螺距小 中间螺距大 便于固定连接 将其螺距密集端套入弹簧固定圈表面棒状约束 上端 与浮动齿棒状约束配合 弹簧固定圈起固定弹簧的作用 弹簧下端套在固 定圈表面凸起的圆柱上 每个圆柱之间的夹角为 15 角度过小 齿笼约束承载能力降低 角度过大 玉米可 能落在两齿之间的空隙 不能实现完全脱粒 在脱粒 过程中 弹簧固定圈主要承受弹簧施加的压力 凸起 圆柱只起约束作用 不承受任何力 3 3 齿笼 齿笼主要用来定位和束缚浮动齿头 其结构如图 5所示 齿笼上均布长方形孔 且每相邻两孔沿半径 方向的夹角为 15 与弹簧固定圈上的凸起圆柱对应 此外方孔与方孔之间间距不宜过大或过小 以保证两 孔之间的隔板强度 齿笼沿轴向可自由移动 且在一 端有 4个直径为 2mm 长度为 20mm 的圆柱 保证与前 部的螺旋滚筒连接并传递运动 这些圆柱在工作中 主要承受剪切应力 图 5 齿笼结构图 F ig 5 Gear coop structure chart 4 上下箱盖 上下箱盖与螺旋滚筒之间形成一个封闭的脱粒空 间 果穗在其中做复合运动 即绕自身轴线回转 同 时沿轴线方向移动 脱粒空间增大 可增加喂入量 但同时会降低脱粒效果 脱粒空间减小 降低了喂入 量 却 提高了 脱粒效 果 经 过试 验 脱 粒空 间取 30mm 上下箱盖外形均设计成锥形 在长度不变的情况 下 锥度过大 可能造成玉米芯不易排出以及整个玉 米挤碎 或玉米粒破碎率高和玉米芯碎渣增加等不良 后果 锥度过小 则对玉米施加的压力不够 玉米脱净 率下降 玉米在螺旋板作用下很容易排出 较小的玉 米可能没有脱粒就被排出 通过计算 锥度取 4 尾 端采用圆柱形 由斜线到直线过渡 可保证顺利排出 玉米芯 上箱盖外形如图 6所示 图 6 上箱盖外形 Fig 6 The appearance of upper box lid 下箱盖与上箱盖相配合 故锥度与上箱盖的一 致 在其底部有均布的直径为 10mm 间隔为 5mm 的 圆孔 以便玉米粒出料 5 结论 1 该螺旋挤搓式玉米脱粒机利用挤搓原理 借助 玉米果穗与螺旋滚筒之间 玉米果穗与锥形外壳之间 的摩擦作用以及尾部的浮动齿 使挤搓更加充分 且 保证玉米棒尖部脱粒 提高了脱净率 2 与同类机型相比 该机具有生产效率高 玉米 芯完整和脱粒质量好等优点 3 若将机器改装成螺旋齿结构 还可适合高粱和 大豆等农作物脱粒 对农业机械的改进具有很大推动 作用 4 该机器结构紧凑 既适合北方平原 又适应南 方丘陵地带 具有广阔的市场前景 参考文献 1 李心平 差速式玉米种子脱粒机的设计 J 农业机械学 报 2008 8 192 195 2 吴多峰 板齿式与钉齿式玉米脱粒机的性能比较 J 农 机化研究 2006 10 78 80 3 柳 建 安 李 伟 杰 一 种 玉 米 脱 粒 机 中 国 ZL 200620049812 6 P 2007 01 31 4 濮良贵 机械设计 M 北京 高等教育出版社 2006 5 吴宗泽 机械设计课程设计手册 K 北京 高等教育出 版社 2006 84 2010年 8月 农 机 化 研 究 第 8期 6 中国农业机械化科学研究院 农业机械设计手册 K 北京 机械工业出版社 1988 7 何晓鹏 挤搓式玉米脱粒机的研制 J 农业工程学报 2003 19 3 105 108 8 金奇志 ADAMS在 YT3 5型玉米脱粒机设计中的应用 J 农机化研究 2008 11 188 190 9 刘海英 PYT2600A 型滚筒式玉米脱粒机的改进 J 现 代化农业 2007 5 4 10 陈立东 小型揉搓式玉米脱粒机的设计 J 农机化研 究 2009 31 1 154 156 TheDesign of Spiral Corn Sheller by Extruding and RubbingM ethod Liu Jianan LiW eijie School of M echanical and E lectrical Engineering Central South University of Forestry and Technology Changsha 410004 China Abstract In order to m ini m ize the kernel damage the spiral corn sheller by extruding and rubbing method is designed Having the aid of the friction between corn and spiral roller and between corn and the tapered shel l corn are shelled in the meanti me corn are pushed for ward And the corn are pressed rubbed fully by the floating gear in the rear part Practice proves that the design of the spiral corn sheller by extruding and rubbing method is reasonable A higher threshing perfor mance and a lower percentage of kernel damage can be received and corn cob are comprehensive Key words corn sheller spira l extruding and rubbing floating gear threshing performance 上接第 81页 5 中国农业机械化科学研究院 农业机械设计手册 上册 K 北京 中国农业科学技术出版社 2007 6 李宝筏 农业机械学 M 北京 中国农业出版社 2003 319 348 7 郭新荣 谷谒白 全方位深松部件牵引阻力的分析 J 山西师范大学学报 1999 13 4 31 35 8 陈明 谷谒白 刘向阳 全方位深松部件结构参数的试验 研究 J 北京农业工程大学学报 1995 15 l 25 30 9 闾维健 1SQ 235型全方位深松机的受力分析 J 南 京工程学院学报 2003 1 4 68 72 10 西涅阿科夫 潘诺夫土壤耕作机械的理论 和计算 M 李清桂 高尔光 张先达 译 北京 农业 机械出版社 1981 10 30 11 周玉乾 深松铲受力数学模型与计算机模拟 D 郑州 河南农业大学 2006 Abstract ID 1003 188X 2010 08 0079 EA Study on 4U M S 390 2