(毕业论文)小型水稻脱粒机结构设计.doc

目 录摘要 . 错误！未定义书签。关键词 . 错误！未定义书签。1 前言 . 11.1 研究现状.21.2 研究意义.41.3 研究内容 . 42 脱粒机脱粒原理 . 52.1 喂入方式 . 52.2 脱粒原理 . 52.2.1 冲击原理 . 52.2.2 梳刷原理 . 62.2.3 揉搓或搓擦 . 62.2.4 碾压原理 . 62.3 清选原理 . 83 总体方案确定 . 83.1 初步设计方案 . 83.2 功能分解 . 93.3 结构及工作原理 . 103.3.1 基本结构 . 103.3.2 工作原理 . 113.3.3 传动系统 . 114 设计目标与主要技术参数 . 1241 主要技术参数 . 124.1.1 设计目标 . 124.2 脱粒滚筒及主要参数选择 . 124.2.1 转速 . 124.2.2 滚筒直径 . 104.2.3 滚筒板齿 . 134.2.4 滚筒脱粒段长度 . 114.3 凹版筛 . 114.4 风机 . 134.5 进料斗 . 134.6 机架 . 115 主要零部件设计 . 115.1 电机选择 . 145.2 带轮设计 . 135.2.1 带轮设计要求 . 135.2.2 带轮材料 . 135.2.3 带轮设计计算 . 135.3 带传动设计 . 135.4 脱粒轴 . 165.4.1 计算各轴的最小直径 . 165.4.2 轴的结构设计 . 175.5 滚动轴承选择及校核 . 176 风机与风选筛的设计 . 186.1 风量 Q 的计算 . 186.2 风扇尺寸计算 . 187 键的选择及校核 . 198 总结 . 19参考文献 . 19致谢 . 20 小型水稻脱粒机设计 摘 要： 为了满足山区农村水稻脱粒生产的需要，设计一种针对山区的水稻脱粒机已迫在眉睫。本文设计了一种微型水稻脱粒机的结构，该水稻脱粒机可一次性完成脱粒、筛选、分离作业。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：微型；水稻；脱粒机；分离；设计 Design of the structure for Micro-rice-thresher Abstract:In order to meet the needs of the production of mountains rural ricethreshing the design of one kind of rice thresher for mountains is imminent. This paperdesigns the structure of a micro-rice thresherthis kind of rice thresher can completethreshing separation and screening operation. This machine has small volume light weightflexible operation Passing ability and good adaptability to better solve the hillsmountains and the problem of rice paddy harvest. The machine uses half- feeding bow rollergear threshers threshing ensure threshing clean broken rate is low good separationperformance. Key Words: The microRice Threshing machineSeparateDesign1 前言1.1 研究现状 脱粒装置对作物脱粒过程的物理现象是比较复杂的，往往是几种作用力同时作用，归纳起来，脱粒可以靠冲击、揉搓、梳刷、碾压、振动等原理进行。在国外，脱粒分离装置工作原理得到了农机工作者普遍重视，在生产中也得到了广泛的应用。从 1785年苏格兰安 圆周速度为 4-6m/s 朱米克尔设计了在直径为 25cm 圆筒上安装 4 条齿板的、的纹杆滚筒，1835 年美国人特纳发计了钉齿滚筒开始，人们在不断改进完善这两种切 1流式脱粒分离装置的过程中，逐渐深入详细的分析研究1。据资料记载Kolganov 1965研究了脱粒过程，根据他的研究，对一种谷物，籽粒从穗头上脱下来的过程与滚筒圆周速度之间存在着一定的关系，Kolganov 认为，滚筒圆周速度和从穗头上脱粒所需要的功的平方根有关。饱满籽粒平均千粒重达 40 克，而不成熟籽粒的千粒重只有 20 克。相应脱粒功为 60-120 克厘米，脱粒速度为 17.34 米/秒，这个速度必须低于籽粒破碎临界速度，以避免破碎2。梅田斡雄（1992）对日本联合收割机的脱粒装置进行了分析与研究，分析了谷物在脱粒室中的运动，试验测量了谷物的抗挠刚度、质量和振动特性，结果是，稻谷的固有频率小于脱粒元件的冲击频率，也分析了随脱粒元件的运动枝梗的运动，结论是由于摩擦力作用，脱粒中穗头沿垂直于脱粒滚筒轴线方向运动3。PetreI.Miu（2002-2008）对联合收割机的切流脱粒分离装置和纵轴流脱粒分离装置进行分析和研究，对传统联合收割机轴流滚筒脱粒过程分析的基础上，建立了传统轴流滚筒的一个较为详尽的数学模型，并进行了验证4。 国内很多单位都对联合收割机的脱粒分离装置开展研究工作，并已取得很大成果。高元恩（1976）研究了单纹杆滚筒脱粒装置和三种双滚筒脱粒装置，得出：秸草中夹带籽粒损失是限制联合收割机生产率提高的关键。提高脱粒装置的分离能力，以减少进入逐藁器的籽粒量是提高机器分离能力的有效措施之一许大兴（1980）对纵向轴流滚筒的工作原理作了初步分析，提出喂入段与割台螺旋推运器相似，脱粒段为斜喂谷物作多次切流脱粒，分离段靠离心分离，谷粒沿滚筒外柱面作螺旋运动，并分析了谷粒的运动和受力状态以及脱粒一分离规律，可作为纵轴滚筒数学模型的基础，最后讨论了设计参数和功耗5。张金海、都丽萍（1994）也对脱粒部件的数学模型进行了研究，他们也将脱粒分离过程分为脱粒和凹板分离两个阶段，在（1）作物在脱粒室内 （2）被脱籽粒在脱粒室内的脱粒的机会均等，且脱下的籽粒量与未脱?蚜砍?正比，任何一处，被分离的可能性相等，且被分离的 籽粒量于脱粒室的自由籽粒量成正比，（3）试验物料的物理特性保持不变三个假设条件下，建立了脱粒和分离的数学模型，其建模方法是将凹板展开成平面结构， 建立了某处脱粒、分离率与该处距入口间距离的函数关系，并应用上述数学模型， 对一给定的脱粒部件的脱粒分离性能功能进行了 6预测，预测结果与试验结果比较接近 。王长宁、杨红新（2002） 申请了名称为“改 （专利号：01234380.3）的专利，专利中提出一种由具有良好弹性的高进的切流滚筒”分子弹性材料制成，且在其顶端设置有圆弧槽的矩形脱粒齿板，使用该脱粒齿板的切流滚筒可以在保证脱粒性能前提下，提高对物料的抓取能力，降低籽粒和茎秆的破碎率，从而减轻了清选的负荷7。衣淑娟（2006）利用自行研制的试验台，对切向喂入的 2钉齿式双滚筒轴流脱粒与分离装置进行多因素的性能试验，得出了滚筒线速度、导向板导角、喂入量同功耗、脱不净率、茎秆破碎程度、夹带 损失率、总损失等性能指标的试验结果，明确了相互关系及影响，并分析了脱出 物沿轴向分布规律8。谢方平、罗锡文（2009）等设计了一种脱粒原理类似刚性 杆齿脱粒的柔性杆齿脱粒滚筒，对其脱粒力进行了研究。分析表明在滚筒转速一 定的情况下，采用柔性杆齿脱粒增加了与稻穗的接触时间，减少了冲击力，柔性杆 齿打击力小于刚性杆齿。脱粒对比试验结果表明，直径小于刚性杆齿的柔性杆齿 脱粒滚筒能适应水稻脱粒要求，脱粒指标中破碎率显著低于刚性杆齿滚筒，未脱净 率、含杂率、脱粒率和断穗率均与刚性杆齿脱粒滚筒相近9。 目前，全世界的可用耕地大约有 32 亿公顷，已开发的有 13.7 亿公顷，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。 21 世纪的前 20 年，是中国全面建设小康社会，加快实现由传统农业向现代化农业转变的历史新时期。农业现代化重要标志之一，是用现代物质条件装备农业大幅度提高农业土地产生率、劳动生产率和资源利用率，实现农业的机械化与信息化。农业生产离不开农业装备，农业机械化发展又在很大程度上制约着优质、高效、安全农业又好又快的发展进程 。而小型农业作业机械是大田作业机械化的一个重要补充。现 2代农业对发展小型农业作业机械装备和更快的采用新技术提出了迫切的需求。发展小型农业作业机械，提高科学水平和振兴我国小型农业作业机械装备制造业，对加快促进我国农业综合机械化有着重要的现实意义。1.2 研究意义 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 3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 4.3 亿亩，此外还有 1200 万 hm2 的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 7.3，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 0.2，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 3入式脱粒机，为进一步改进和提高水稻脱粒机械奠定基础 。1.3 研究内容 在我国南方，水稻是主要的作物，每年水稻收获时脱粒的工作量相当大，而且在南方地区多为丘陵，不便于大型收获机作业，所以需要设计一种结构合理，操作简便的小型脱粒机。要求能够长时间正常工作，水稻脱净率高，籽粒破碎率低，籽粒清洁率高，脱粒滚筒内不易存留杂物且便于清洁。方便携带，能适应野外工作，结构流畅，功耗低。2 脱粒机的原理分析 脱粒机是一种利用特定机械部件的旋转运动或移动将谷物从谷穗上脱下，并进行杂质分离的专用机器 4 。其结构一般可分为喂入方式、脱粒原理、分离排杂、清选输送四个部分。2.1 喂入方式分析 脱粒机的喂入方式一般有全喂入式和半喂入式两大类。 全喂入式是将作物全部喂入脱粒装置中，脱粒后作物茎秆被揉碎，动力消耗较大。 4在全喂入方式中以轴流滚筒式应用最为广泛。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，脱下的谷粒同时从滚筒正下方的凹板栅格中分离出来，而茎稿则随惯性力的作用由轴的另一端排出。但结构较为复杂。一般应用于大中型联合收割机中 5 。 半喂入式脱粒机在工作中，仅穗头部分进入脱粒装置，作物茎秆的尾部被夹住不进入脱粒装置，动力消耗较小，可保持较完整的作物茎秆。根据微型脱粒机的设计要求及应用需要，在微型脱粒机喂入方式中的采用半喂入轴流式脱粒装置。由于测产、估产及精细脱粒使用中，是把人工割下的麦穗（稻穗）投入脱粒机中进行脱粒，可避免全喂入式中过大的动力消耗，消除了全喂入方式能耗大的缺陷，同时也使整个机构明显简单，体积减小、重量减轻。半喂入是一种较常见的喂入方式，在家庭式小型机中应用广泛。其特点是脱粒干净，分离清洁率高，破碎或脱壳少，并且体积小，功耗少，成本低。2.2 脱粒原理分析 谷物的脱粒主要是利用机械装置，将谷物的籽粒与包裹及茎杆的结合破坏，以实现脱粒。脱粒机中具体的脱粒原理一般有冲击、梳刷、揉搓或搓擦、碾压等原理。2.2.1 冲击原理分析 脱粒机械的工作部件（如图 1 所示钉齿或纹杆轴）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 6 。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。但单一的击打方式难以脱粒干净，常和其它脱粒方式混合使用。 5 图 1 冲击钉齿滚轴结构图 Figure 1 The roller structure of impact nails tooth2.2.2 梳刷分析 脱粒机械的工作部件，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。梳刷式脱粒对谷稻的脱粒效果较好，但对小麦的脱粒效果较差，常和其它脱粒方法合起用来进行水稻的脱粒。梳刷滚轴如图 2 所示。 图 2 梳刷滚筒结构 Figure 2 The roller structure of comb brush2.2.3 揉搓或搓擦分析 脱粒机械用一个带纹杆的滚筒与一带间隙的纹板相互配合对谷物的穗部进行搓擦作用，使籽粒脱离穗轴。这种机械主要利用谷层在板齿或纹杆滚筒的脱粒间隙内，出现挫动而使籽粒脱落。脱粒的干净程度取决于揉搓的松紧度（强度），也就是间隙的大小和谷层的疏密程度。搓擦脱粒法对小麦的脱粒效果犹为突出，常在脱粒机中作为最终脱粒工序，只要松紧度合适经清选可得到干净的籽粒，但能量消耗较大，一般适用于小麦的脱粒，类似于冲击脱粒。2.2.4 碾压原理分析 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。碾压法脱粒结构简单，但较费时费力。对小麦的脱粒效果最佳。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，现在仍为贫困农村使用中。 6 图 3 碾压滚轮结构 Figure 3 The roller structure of Rolling wheel 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、板齿滚筒的喂入口处）的时候