玉米脱粒机的设计-东方科技【11张图纸】

全 日 制 普 通 本 科 生 毕 业 设 计玉米脱粒机的设计THE DESIGN OF CORN THRESHERS学生姓名：学 号： 年级专业及班级：机械设计与制造 12-2 班指导老师及职称：学 院：机电工程学院提交日期：2015 年 3 月目 录摘要1关键词11 前言22 玉米脱粒机的总体构造32.1 脱粒机构32.2 筛选机构32.3 清选机构42.4 机架43 玉米脱粒机的设计53.1 电动机的选择53.2 V带传动的计算63.2.1 确定传动装置的传动比63.2.2 确定计算功率63.2.3 确定 V带型号63.2.4 确定带轮直径与验算速度63.2.5 确定 V带中心距与基准长度63.2.6 验算包角73.2.7 计算 V带根数73.2.8 计算初单根 V带拉力最小值73.2.9 计算压轴力83.3 带轮的设计83.3.1 带轮材料选择83.3.2 主动带轮设计83.3.3 从动带轮设计93.4 轴的结构尺寸设计9 3.4.1 传动轴的选择93.4.2 确定轴的直径长度103.4.3 轴上载荷计算113.4.4 校核轴的长度133.5 轴承的选用133.6 键的选择与计算143.6.1 键的选择143.6.2 键的强度验算143.7 风机的选用143.7.1 风速的计算143.7.2 受力分析154 结论16参考文献16致谢17附录171玉米脱粒机的设计摘 要：长期以来我国玉米脱粒机主要是以打击原理对玉米进行脱粒，导致玉米脱粒过程中玉米的破碎率偏高，不仅降低了其价值，也对其生产效率与农民朋友的收入造成很大的影响。针对我国玉米脱粒现状，对现有玉米脱粒机进行改进设计很有必要。本设计一改传统钉齿脱粒方法，采用挤搓式原理用板齿进行脱粒，板齿呈螺旋均布便于脱粒与排出玉米芯。清选机构采用风机与分离筛，能很好的将玉米籽粒与杂物分离。关键词：玉米；脱粒机；板齿The Design of Corns ThreshersAbstract：For a long time,our corn shellers machine using principle of hitting to threshing，which leads to a high breakage rate.It not only decreas the value of corn ,but also has a great influence on its production efficiency and the income of farmer. In view of the current situation of the corn threshing in our country,improvement is in the need for corn shellersmachine. This design change our traditional method，which adopt principle of keading that using plank-tooth to threshing，the plank-tooth for threshing is arranged in spiral shape which is convenient to thresh corn and discharge core of corn，Construction of selective machine adopts fans and the separate shifter,which can separate of the corn and sundries.Key words：corns ；shellers machine；plank-tooth21 前言我国是一个农业大国,目前主要以传统农业为主,仍存在着生产结构不合理、生产规模小、技术落后等特点,因此农产品无论从价格上还是从品质上相对发达国家还存在着很大的差距。农业是我国的基础经济、是国家发展的根本，机械化的普及，不仅使农业加强了农业化生产，同时也减轻了农民的劳动强度。农业产业而且是国民经济的基础性产业,其他产业发展在很大程度上依赖于农业的发展。因此,农业机械的飞速发展将对人民生活、国民经济发展和社会稳定产生巨大的影响，其必要性不言而喻。就玉米利用而言，大体经历了作为人类口粮、牲畜饲料和工业生产原料的三个阶段玉米口粮消费占玉米总消费的比重大约在 5%左右，但是随着时代的发展，这个比例有逐步降低的趋势。玉米是三大粮食品种之一，为解决人类的温饱问题起到很大作用。时至今日，玉米仍然是全世界各国人民餐桌上不可或缺的食品：在“玉米的故乡”墨西哥， “国菜”玉米饼的年消耗量达到 1200万吨之多，人们无论贫富贵贱都非常喜欢食用；在发达国家和地区，玉米也被作为补充人体所必需的铁、镁等矿物质的来源为人们广泛食用；在某些贫困国家和地区，玉米依然是人们廉价的裹腹之物。从 2011年度玉米产业技术发展报告 看出，虽然近几年国家采取限制深加工企2业产能扩张以及控制深加工企业消费玉米数量等调控措施，但玉米深加工下游产品需求旺盛，2011 年工业消费玉米数量继续增加，达到 5600万吨，比 2010年增加 300万吨。受猪肉价格持续上涨的影响，养殖业效益改善，生猪存栏数从 2011年 2月持续增长，玉米饲用需求明显增长， 2011年全年饲用玉米总量为 1.02亿吨。2011 年由于国内玉米市场供给稳定，国家对玉米市场的调控力度不大。2011 年通过竞价销售和跨省移库向市场投放国家玉米储备约 400万吨，大大低于 2010年 2744万吨的水平。截止 2011年 11月，我国累计进口玉米 118.3万吨，预计 2011年的总进口为 140万吨左右，略低于 2010年 157.3万吨的进口水平。2011 年 12月，我国政府启动了对新玉米的临时储备收购政策，并提高了玉米收购价格，这将对未来国内玉米价格形成重要支持。在如此高涨的玉米产业形势下 ，不管是和玉米相关的生产商还是农民，都对这个行业产生前所未有的热情，都渴望从中分一杯羹。而 06年 1月，温家宝同志在总公司呈送的工作报告上批示 ：要居安思危，思则有备，有备无患。储粮于田，储粮3于库，都是为了维护农民利益，维护粮食市场稳定，维护国家粮食安全。从长远和大局来看，中央储备粮工作，把确保数量真实、质量良好，调得动、用得上放在重要位置，具有现实和深远意义。这一切将粮食产业中的玉米产业推上了发展的巅峰，而如3何保证优质而高效的玉米生产成为玉米产业中急需解决的难题。针对我国脱粒现状 ，通过验学国外先进技术，改进设计了采用挤搓原理的板齿4脱粒机，玉米被滚筒抓取后，随滚筒作切线回转运动，同时还沿轴向和径向运动，其合运动的轨迹线为圆锥螺旋线，脱粒后茎秆可轴向或切向流出。其脱净率高，分离效果好，破碎率低，为一种优秀，高效的玉米脱粒机。2 玉米脱粒机的总体构造2.1 脱粒机构根据作物在脱粒装置中的运动情况，基本可以将脱粒装置分为三种 ：切线型，5轴流-切线-径向型，轴流切线型。切线型：玉米被滚筒抓取后垂直于滚筒轴，沿滚筒切线方向运动而不发生轴向运动，脱粒后的玉米芯也沿切线方向流出，但存在籽粒与果穗分离问题。轴流-切线-径向型：玉米被滚筒抓取后，随滚筒做切线回转运动，同时沿轴向和径向运动，其合成运动的轨迹线为圆锥螺旋线，玉米芯可切向或轴向流出，但存在脱离时间长，结构复杂，茎秆破碎严重等缺点。而第三种轴流切线型，同样在作切线回转运动的同时沿轴向运动，运动轨迹线为螺旋线而并不需要锥形滚筒，其很好的结合了前两种脱粒的优点，结构简单，脱净率高而破碎率低通过前面的分析，选取第三种脱粒方式，即轴流切线型脱粒装置。它由脱粒滚筒，栅格式凹板和顶盖等组成。凹板和顶盖形成一个圆筒，把滚筒包围起来。脱离时，玉米从滚筒的入料口喂入，随着滚筒旋转，在螺旋导板的作用下，玉米在脱粒装置内做螺旋运动。在滚筒和凹板的打击和搓擦作用下，玉米粒被脱下，并通过栅格状凹板分离出来，而玉米芯则从滚筒的轴向一侧排出。图 1 脱粒滚筒Fig1 Threshing cylinder2.2 筛选机构采用滚筒脱粒其凹板有栅格式，冲孔式等类型。由于采取轴流切线式脱粒，脱粒主要为挤搓作用，其中栅格式凹板脱粒能力与分离能力都能达到要求，所有本设计选4用栅格式凹板。它是由一定数量的钢条及两条主要梁和两条副梁组成，快速旋转的板齿滚筒将被卡死的玉米挤搓脱粒，无论是工作时还是安装时，栅格式凹板是固定不动的，因此对于钢条的强度有一定的要求。玉米脱粒之后，再将玉米粒经过栅格式凹板，从凹板的缝隙漏出，顺着斜滑板滑出机体之外，目的是将玉米和玉米芯分开。图 2 栅格式凹板Fig2 Fence form grid concave2.3 清选机构清选机构主要实现脱粒后籽粒与杂质杂物之间的分离。 常见的请选原理可以分6为两类：一类是按照籽粒的空气动力特性进行请选，另一类是利用气流进行请选。其中后者最为常用，结构简单，分离效率高。本设计采用气流请选的方式，其中气流由风机提供。图 3 风机Fig3 Fans2.4 机架机架在脱粒机中用于容纳和支承各种零部件。本设计采用 5mm厚三角钢。由于整机工作过程中会出现比较大的抖动，对机架的强度要求比较大，所以对焊接的要求比5较大，本机架采用角焊。焊缝高度值指教三角形的直角点到斜边的距离，这个距离已经比较格式用于整机震动比较大的部件上。其壳体为覆盖件，对设计的强度要求不大，也采用 5mm厚的薄钢板冲压或卷制折弯，各个零部件的衔接主要采用焊接和螺栓紧固。3 玉米脱粒机的设计3.1 电动机的选择查阅相关的资料 ，TY-10 型板齿滚筒转速设计为 340r/min,板齿齿顶直径为7190mm，栅格式凹板的直径为 270mm，其凹板的长度为 600mm，在主轴上螺旋均布着板齿，以便玉米芯随螺旋板齿的螺旋作用排出机体之外。据公式 v=Dn/60, （1）计算得 v=3.4m/s式中 n=滚筒的转速(r/min)V=齿顶线速度（m/s）D=滚筒齿顶直径（m）本设计采用交流电机为动力来源 ，通过 V带传动实现脱粒滚筒的转动以及风机的转8动。而 v带传动，传动比过大时会减小带轮的包角。当带轮的包角减小到一定程度时，带传动就会打滑，从而无法传递规定的功率。因此，带传动比一般取 i7，推荐值为2-5.则电动机的转速范围为： （2）n电=in=（2-5）340=680-1700r/min 现在选用工业广泛应用的 Y系列的三相异步电动机，参考机械设计简明手册 9表 1 电机的参数表Table 1 Parameter of the electric machinery table 额定功率电动机转速 基本参数方案 电动机型号P/kW同步转速满载转速效率（%）电动机重量（KG）功率因数1 Y132M2-8 3.0 680 710 82 79 0.7262 Y112M-6 2.2 900 940 80.5 33 0.743 Y100L2-4 3.0 1380 1430 82.5 35 0.81考虑到玉米脱粒机的整体设计的质量问题与脱粒强度问题，选用 3号方案，选定电机型号为 Y112M-6电动机尺寸列表表 2 电机的尺寸表Table 2 Dimensions of the electric machinery table单位 m中心高H外形尺寸 HDACL)2(底脚安装尺寸 B地脚螺栓孔直径 K轴伸尺寸 ED键部位尺寸 )(GF电动机的输出轴尺寸 112 653041409260848283.2 V 带传动的计算3.2.1 确定传动装置的传动比总传动比 ia= na（3）式中 nm为电动机满载转速，r/min 则由上式得 i=940/3402.76其 V带传动比在 2-5之间，符合要求3.2.2 确定计算功率查机械设计 表 8-7得工况情况系数 KA=1.3，故10Pca=KaP=2.21.3=2.86Kw （4）3.2.3 选择 V 带的型号根据 Pca， 查机械设计V 带选型图 8-11，选用 A型 V带1n3.2.4 确定带轮的基准直径 d1 并验算带的速度 v初选小带轮的基准直径 .由机械设计表 8-6和表 8-8，取小带轮的基准直径1d=106mm1d验算带速 v 7smNDv 21.510643.3106（5）因为 5m/sv30m/s,在规定的范围内，故带速合适。 计算大带轮的基准直径 2dD2= =1062.76=292.5mm1id查机械设计表 8-8，得圆整为 =315mm3.2.5 确定 V 带的中心距 a 和基准长度 dL初定中心距取 )(2)(7.02121dad（6）即： )31506(2)31506(7.0a得： m84294取中心距 =500mm0a计算初选带所需的基准长度0212104)()(2addLd （7）即： 54)63()16(2.352d得 Ld=1681.2mm查机械设计表 8-2 找到的 1600mm 数据相近，所以取 Ld=1600mm计算实际中心距 aa + =（500+ ）mm460 020Ld21680（8）3.2.6 验算小带轮上的包角 1a012013.57ad即： 001 .468求得 ： 满足 V 带传动的包角要求。0125a83.2.7 计算带的根数 z计算单根 V带的额定功率 Pr由 d1=106mm和 n1=940r/min,查机械设计表 8-4a得 P0=1.15Kw根据 =940r/min,i=2.76,和 A型带，查表 8-4b得P0=0.11Kw查 8-5机械设计表得 Ka=0.93，查 8-2表得 KL=0.99.于是Pr=（P0+P0）Ka KL=（1.15+0.11）0.930.99=1.16kw （9）计算 V带的根数Z= =2.46 取 3根 16.82Prca（10）3.2.8 计算单根 V 带初拉力的最小值查表得 A型带的单位长度质量=0.1kg/m,所以20 )5.2(5qvkKaZvpFca（11）即 157N2min0 1.5*093.)5(21.3865)(应使带的实际初拉力 min0)(F3.2.9 计算压轴力 Fp压轴力的最小值为=943N NaFzp 2154sin732sin)(2)( 01m0min （12）3.3 带轮的设计3.3.1 带轮材料因为带轮的转速 ，即 ，转速比较低，所以材料选定为灰铸铁，sv4.3smv25硬度为 。150HT3.3.2 主动带轮的设计带轮的结构设计主要是根据带轮的基准直径，选择带轮的结构形式，根据带的型号来确定带论轮槽的尺寸，设计如下：主动带轮的结构选择 因为根据主动带轮的基准直径尺寸 ，而与主动mD1069带轮配合的电动机轴的直径是 ，因此根据经验公式 2.5d1D1300mm，所md281以主动带轮采用腹板式。带轮参数的选择： 通过查机械设计一书，可以确定主动带轮的结构参数，结构参数如下表，其他的相关尺寸可以根据相应的经验公式计算求得 。12表 3 带轮的结构参数表Table 3 Parameter of the pulley table单位（mm）d与 相应的 槽型 基db准宽度 minah基准线上槽深inf基准线下槽深E槽间距第一槽minf对称面到端面距离 =32=34 =36 =38A 11 2.75 8.70.315 9 - 118 - 118主动带轮的厚度可以由计算公式： feZB2)1(（13）求得 mB639215)4(图 4 主动带轮Fig4 The driving pulley3.3.3 从动带轮的设计从动带轮的结果选择 因为根据主动带轮的基准直径和传动比来确定，即 ，mD3152，所以从动带轮采用轮辐式。mD302从动带轮的厚度可以由计算公式： 求得feZB2)1(10即 ： mB489215)3(图 5 从动带轮Fig5 The driven pulley3.4 轴的结构尺寸设计3.4.1 传动轴的选择传动轴是玉米脱粒机的重要设计部件之一， 他在玉米脱粒机正常工作过程时，13承担主要转矩、扭矩、弯矩和支撑传动轴上的回转零件，玉米脱粒时的瞬时冲击很大，而且冲击次数非常频繁，因此传动轴的设计是一个至关重要的一个步骤。它的主要公用是：一是在径向上支撑所安装的回转零件，使其有确定的工作位置；二是传递轴上的运动和动力，使其正常工作。根据轴流切向式板齿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阶梯轴。此轴的设计如下：根据轴的扭转强度来初步计算确定其最小直径，可利用经验公式：30npAd（14）其中： 轴常用的几种材料的 的 值032.95TT0A主轴上的功率 pkw主轴上的转速 nminr轴上的材料应选取应用最为广泛的 45号钢 ，并进行调制处理，其抗拉强度1411，查表得 45号钢 Ao取值范围为 112-135， 取值范围为 10-35.MPB640 MPaT/取 ，于是有 ：12Amd2340.8min3.4.2 确定轴的各段直径和长度输出轴上的最小直径显然是安装带轮的内孔， 必在轴上开有键槽，而且有两个15键槽，因此，为了开键槽又不消耗输出轴的强度，可以使周的直径增加 15%以上，这样增加输出轴的尺寸，因而可以提高轴的工作强度。即：md5.23%)0.1(2)15( 主输出轴的最小直径是安装带轮处的直径，为了使所选的轴直径与带轮相配合，故使输出轴端的轴径选为 24 。m查表可以得知带轮的厚度 ，则取输出轴的次段轴径为 ，其长B48 md24度为 。m50为了满足带轮的轴向定位要求，轴段右端需要制出一个轴肩，轴肩大小为 0.07-0.1d，故取 2 段的轴直径 ，轴肩处圆角 c 查表为 1，轴肩段长度取 30mm。d26输出轴的径向定位由普通平键来完成，选用键的型号为普通平键 为 。键的lhb378型号可以通过查机械设计课程设计手册一书取得。而与滚筒连接采用两个键连接， 为lhb708123.4.3 轴上载荷计算 作轴的简图 16图 6 轴的简图Fig6 The graph of axis 求输出轴上扭矩的大小根据公式： npT95012（15）其中： 电动机的额定功率 pkw主轴的转速 nminr即： MNT/61794302.95板齿上的合力根据公式： 求得 dFt（16）其中 ： 输出轴的轴心到板齿外圆的距离即 ： NFt 65019742根据公式： 求得%8tr其中：80%径向力占圆周力的百分数 即 ： Fr5206根据公式： 求得 tgFa（17）由于玉米脱粒机的主轴轴向基本不受力。 则取 0aF圆周力 径向力 轴向力 的方向如图所示tFra表 4 轴的受力分析表Table 4 force analysis of axis table载 荷 水平面 H 垂直面 V支反力 F FNH1=FNH2=260N = =325N1FN2弯矩 M =16120N/mmM=20150N/mmM总弯矩 =220516/84扭矩 T T61793.9轴上水平面内所受支反力如图根据公式： NFNH260521轴在垂直面内所受的支反力13NFnvNV3251图 7 轴的受力分析图Table 7 force analysis of axis3.4.4 校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面，即危险截面的强度。观察表中与弯矩图中的数据，以及轴单项旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取折合系数 a=0.6，轴的计算应力MPaWTMca 3.6401.)679(62)(32232 （18）前面以及选定轴的材料为 45号钢，调质处理，查表得 。因此 01ca，故安全。13.5 轴承的选用由脱粒机的结构和相关尺寸可知所设计的轴上装有带轮和板齿滚筒，其上的板齿承螺旋排列，其轴向受力较小。又根据 ，初步选取支撑的轴承为深沟球轴md26承，取其内径为 30mm。查表得深沟球轴承的型号为 6006，它的结构尺寸 为BDd.135014取安装板齿的轴 4段的直径为 ， 轴承与轴肩用轴端挡圈固定，左、md4017右两端采用的轴承用轴承座固定轴承，配合为 ，考虑板齿滚筒工作强度问题，6KH其上采用两个平键连接板齿滚筒，键的尺寸为 12 8 70已知板齿滚筒长为 。m60两个轴承其径向载荷为 325N对于深沟轴承，其径向基本额定载荷1)60(nttprLfPC（19）式中 Cr-基本额定动载荷，查表得，Cr=13.2KN-载荷当量系数，查表得， =1Pfp PfpP当量动载荷，N温度系数，查表为 1tfLh基本额定寿命，本机预设寿命 Lh=8000hN轴承转速，r/min寿命指数，对球轴承取 3将以上数据代入上式，得 316)8014(1320P解得 P=2414N而在规定的条件下，6006 轴承可承受最大径向载荷为 8300N，远大于轴承实际承受的径向载荷 2414N。故所选轴承合格。3.6 键的选择与计算3.6.1 键的选择统一选取最为常见实用的 A型平键，与带轮连接的平键 为 。与滚lhb3278筒连接的平键 为 ，电动机平键为 8736，风机轴键为 6612lhb708123.6.2 键强度的验算查表得需用挤压应力 MPap6而普通平键连接的强度条件为（20）1023ppkldT15式中：T传递的转矩（T=FyFd/2） ，N/MK键 轮毂键槽的接触高度，k=0.5h，此处 h为键的高度，mmL键的工作长度，mm，圆头平键 l=L-b，L 为键的公称长度，mm；b 为键的宽度，mm；D轴的直径，mm由上述公式，代入数据得小键 1=46MPap大键 2=11MPa都小于许用挤压应力 60MPa，故键能安全工作3.7 风机的选用3.7.1 风速的计算风压 、就是垂直于气流方向的平面所受到的风的压力 。根据伯努利方程得出18的风压关系。风的动压为 wp=0.5rov （21）其中 wp为风压kN/m，ro为空气密度kg/m，v为风速m/s。 由于空气密度(ro)和重度(r)的关系为 r=rog, 因此有 ro=r/g。在(1)中使用这一关系，得到 wp=0.5rv/g 此式为标准风压公式。在标准状态下(气压为 1013 hPa, 温度为 15C), 空气重度 r=0.01225 kN/m 2。纬度为 45处的重力加速度 g=9.8m/s, 我们得到 wp=v/1600 此式为用风速估计风压的通用公式。应当指出的是，空气重度和重力加速度随纬度和海拔高度而变。一般来说，r/g 在高原上要比在平原地区小，也就是说同样的风速在相同的温度下，其产生的风压在高原上比在平原地区小。3.7.2 玉米粒受力分析设计玉米粒从凹板筛出来后进入出料板，出料斜坡设计为 30度，由下图分析可知风机对杂质和玉米粒进行分离时，只有当 Fmgsin 时才有可能将玉米粒误从出糠口吹出。计算风机风力最大值，取其与 F方向一致，假设玉米粒的最大截面积为 1 ，2cm16玉米粒的重量为 1g，则作用在单颗玉米上力 F的临界值为F=1 =5 N21033则临界值的风压 Wp=F/S=0.05KN/m2而由前面的简化公式wp=v/1600解得临界速度 V8.94m/s图 8 玉米粒受力分析Table8 Force analysis of kernels则风机设计取风速 8m/s 即可满足要求， 设计出糠口高度为 160mm，滚筒风机19的直径为 120mm，长度为 280mm，风扇页高度为 40mm，由以上数据算得：当风速为 8m/s 时，风机转速约为 200r/min,计算后得与电机传动比为 1:1.7，取风机带轮 d 为180mm。4 结论与同类机器相比，本机采用新的脱粒原理 避免了以前用直接打击式脱粒方法对20玉米种子的损伤具有生产效率高、脱净率高、并且保证了玉米芯的完整。保证了较低的破损率。操作简单，无需专门培训，就能很好的使用。结构简单，便捷省力，可维护性强，无需专门的修理机构。既可用于农村家庭式、小型企业的定量生产，又可适用于中大型企业的批量生产，摆脱传统手搓和整体打碎的方式对玉米进行脱粒，减小劳动强度，提高劳动效率并降低了破损率，既适合普通玉米脱粒、也适合种子玉米脱粒。促进农业机械化的发展进程。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。17参考文献1李宝筏.农业机械学M.中国农业出版社,2009,6(3):5-23.22011年度玉米产业技术发展报告J.农业工程技术(农产品加工业),2012,2.3 武平.中央储备粮管理工作会议在京召开C. 商业会计,2006,3.4吴多峰.袁长胜.板齿式与顶齿式玉米脱粒机的性能比较J.农机化研究,2006,12.5张学堂.商立今.脱粒机械设计手册M.中国农业出版社,1985,6(2):35-42.6何晓鹏.挤搓式玉米脱粒机的研制J. 农业部规划设计研究院,2006,3.7杨喜贵.5TY10 型玉米脱粒机M.CSTAD,1989,5(2):23-55.8秦曾煌.电工学M.高等教