玉米脱粒机-机械系统分析

机械系机械系统设计课统设计课程程论论文文 题题目目 玉米脱粒机机械系玉米脱粒机机械系统统分析分析 学 院 机械电气工程学院 专 业 机械设计及理论 班 级 2012 级 姓 名 学 号 指导教师 2013 年 3 月 1 日 玉米脱粒机玉米脱粒机机械系机械系统统分析分析 摘要 摘要 为了降低农民在玉米脱粒时劳动强度 提高工作效率 对玉米脱粒机从整体上进行系统 分析 该种机器主要有入料口 栅格式凹板和钉齿脱粒滚筒及传动部件等组成 以电动机为 动力源 动力由电动机输出轴输出 再通过传动带传递到钉齿脱粒滚筒上 钉齿脱粒滚筒配 合栅格式凹板将玉米脱粒 玉米粒从栅格式凹板分离并排出机体外 而玉米芯从入料的另一 端排出机体之外 关关键词键词 玉米 脱粒机 黑箱法 功能分析 一 目的意义一 目的意义 玉米收获工作是整个玉米生产过程中最重要的一环 而玉米脱粒则是收 获工作中的关键环节 它决定了玉米的破损程度 玉米的破损影响玉米籽粒 短期或长期的储藏 遭受破损的玉米发芽率低 易生霉菌和虫子 易破碎 而且其市场价值和出口价值降低 对于一个玉米加工厂来说 1 的破损率 就意味着相当大的经济损失 所以 降低玉米脱粒损伤成为机械脱粒的主要 问题 玉米破碎过程中受力情况非常复杂 玉米在脱粒过程中的破碎主要与 冲击力有关 是玉米与刚性部件冲击作用的结果 因此 从玉米芯上脱下籽 粒需要一个适当力的作用 这依赖于应用的方法 方法的适当应用可减小损 伤 根据我国玉米种植面积大 用种子量大 机械化程度低的情况 有必要 从玉米脱粒机的整体系统角度 入手 深入研究机械作用机理及其对玉米破碎 的影响 进而为低损伤 低破碎玉米脱粒机的研制提供理论基础 二 国内外研究现状二 国内外研究现状 2 12 1 国外研究现状国外研究现状 从 1785 年苏格兰人安朱梅克 AndrewMeikle 发明第一个回转滚筒脱 粒装置以来 人们对种子玉米脱粒装置做了大量的试验和研究 不断开发 出新的种子玉米脱粒装置 1815 年 美国开发出世界上第一台专用于玉米 脱粒的手工操作玉米脱粒机 该机的脱粒部分主要由装有钉子的盘型脱粒装 置构成 通过手摇曲柄来转动一个安装有钉的盘片 脱粒时 操作员一边 摇动曲柄来旋转盘片 一边使盘片紧压玉米穗 这个盘片就从玉米芯上把籽 粒脱下来 加拿大的 Agriculex 公司研制了用于单穗种子玉米脱粒的SCS 2 型种子玉米脱粒机 它由 3 个包有橡胶的 并以相同方向不同速度旋转的 辊子组成 在三个差速旋转的辊子所产生的摩擦力作用下 玉米籽粒被脱下 该机不伤胚芽 不断玉米芯 具有破碎率低 未脱净率低及适应性强等特点 美国 AECgroup 公司生产的 HS 48 型挤搓式种子玉米脱粒机 脱粒性 能好 对不同类型种子玉米的适应性强 种子破碎率相对打击式种子玉米脱 粒机小 在欧洲及美国等发达国家应用普遍 该机生产率高 10 12t h 破 碎率 0 8 左右 但体积庞大 价格昂贵 2 22 2 国内研究现状分析国内研究现状分析 上个世纪 70 年代初期 我国自行研制的冲击式原理玉米脱粒机得到了 普及应用 当时以大 中型脱粒机为主 进入80 年代后 农村开始实行家 庭联产承包责任制 我国又相继研发了冲击式原理的一系列中 小型玉米脱 粒机 以适应农户的生产需要 80 年代初期 我国开始推行实现种子生产专业化 种子加工机械化 种 子质量标准化 品种布局区域化和以县为单位组织统一供种 四化一供 的种子体系 政府拨款从国外引进一批种子加工成套设备 1996 年重庆市 农机研究所陈吕西开发采用搓擦式原理5TY 0 2 型玉米脱粒机 2001 年 农业部规划设计研究院何晓鹏在消化吸收美国引进设备基础上进行自主研发 的新型挤搓式玉米脱粒机 由北京西达农业工程科技发展中心 甘肃酒泉奥 凯种子机械有限公司和北京市丰田种子机械厂在进一步改进的基础上生产出 了各种系列挤搓式玉米脱粒机 2007 年沈阳农业大学李心平研制出了差速 式玉米脱粒机 2 32 3 国内外玉米脱粒装置汇总国内外玉米脱粒装置汇总 玉米脱粒装置的种类很多 可按不同种类分成不同类型 1 按按驱驱动动力力分分 手手动动扳扳手手式式 手动扳手 图 1 式用扳手式揉搓工具代替人的一只手进行揉搓 在一 定程度上减轻了玉米棒对人手的摩擦 但由于玉米棒大小不同 玉米棒呈圆 锥形 所以两头玉米很难揉搓干净 大部分依靠人手完成 劳动强度大 效 率低 图 1 手动扳手式 手手摇摇式式 手摇玉米脱粒机 图 2 是由手把 手柄 转轴 轮毂 支板 支架 插板 辐条 护罩 刀架组成 支架能以螺钉固定在木板上 转轴右边是插 板和支架 可固定护罩 转轴右端连接手柄的一端 而手柄的另一端是手把 转轴左端是辐条插入孔 辐条的另一端焊在刀架上 刀架上均匀分布着四个 刀片固定孔 手摇式玉米脱粒机是一种新型农用玉米脱粒小机械 价格便宜 操作简 单 本身结构简单 不用动力 破损率低 脱粒干净 效率可达每小时脱粒 60 公斤的高效 图 2 手摇式 电电动动式式 电动式 图 3 玉米脱粒机 工作时 玉米由进料口为入 玉米在高速 旋转的转子与滚筒内受到撞击 籽粒由筛孔分离出去 玉米芯从机器尾部排 出 玉米丝 皮从风口排出 图 3 电动式 2 按按牵牵引引方方式式分分 移移动动式式 主要由筛网上机盖 即滚筒 转子总成 喂料装置 机架等 5 部分组 成 图 4 筛网与上盖转子总成共同形成脱粒室 转子总成是主要工作部 件 玉米的脱粒就在脱粒室完成 进料口设在机器上盖上部 玉米棒通过进料口进入脱粒室 在脱粒室内 受到高速旋转的转子撞击玉米粒脱落 通过筛孔分离出去 喂入口前下部有 一块挡板 防止脱落的玉米粒飞溅伤人 图 4 移动式 悬悬挂挂式式 悬挂式玉米脱粒机 图 5 安装在拖拉机上 动力完全由拖拉机动力输 出提供 脱粒效率较高 但安装调试不方便 图 5 悬挂式 牵牵引引式式 牵引式玉米脱粒机 图 6 主要用于光棒玉米及带皮玉米的脱粒作业 各种大 中型拖拉机牵引 后输出轴为动力进行脱粒 行走更方便 也可用 柴油机传动 小车牵引 图 6 牵引式 全全自自动动上上料料自自走走式式 提供的全自动上料玉米脱粒机 图 7 自动上料 省力省时 只要将 初步晾晒好的玉米棒堆积在场地内即可 在动力设备的驱动下 自动完成上 料 省去了人工装料的麻烦 并大大提高了工作效率 全全自自动动上上料料玉玉米米脱脱粒粒机机主主要要结结构构 收集装置 收集初步晾晒的玉米棒 传送装置 将收集的玉米棒传送至脱离装置 脱粒装置 将玉米粒和玉米芯脱离 分离清选装置 网筛二次清选装置将玉米粒和玉米芯分离 吸风装置 除去其中的轻型颗粒 辅助装置 包括离合装置 传动装置 安全装置等 图 7 全自动上料自走式 全全自自动动上上料料玉玉米米脱脱粒粒机机厂厂家家提提供供的的技技术术参参数数 配套动力 5 5kw 或 15 马力柴油机 主轴转速 1000 1100 r min 作业方式 三马车 生 产 率 5000kg h 3 按按工工作作部部件件分分 捶捶打打式式 捶打式玉米脱离机 图 8 的脱粒主要依靠捶打力 玉米粒从分离滚筒 下方进入集料装置 玉米棒从另一端排除 其工作效率高 但所脱玉米粒较 脏 且人工劳动强度大 图 8 全自动上料自走式 狼狼牙牙棒棒式式 狼牙棒式 图 9 脱粒部分为转子 脱净率由滚筒的长度和直径来决定 转子上的钉齿是易损件 主要依靠狼牙棒之间的摩擦揉搓进行脱粒 图 9 狼牙棒式 板板齿齿式式 板齿式 图 10 脱粒装置板齿式脱粒装置 是模仿人工用手搓玉米的 动作 由于板齿与滚筒轴之间有一定的夹角 利用板齿拨动果穗 使果穗 在受到推挤的情况下 既做向前的运动 又做向上或向下的运动 在运动过 程中 与两侧和底部的栅格进行揉搓 并且与栅格凹板做相对运动 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在受到一定压力的作 用下进行充分的挤搓 并且机内所有果穗的任何部位都有充分的挤搓机会 从而脱掉全部籽粒 板齿式脱粒装置脱粒性能好 对不同类型种子玉米的 适应性强 效率高 脱净率高 玉米籽粒破碎率低 图 10 板齿式 三三 功功能能分分析析 3 1 玉玉米米脱脱粒粒机机的的总总体体结结构构 玉米脱粒机主要组成部分 入料口 钉齿脱粒滚筒轴 栅格式凹板 机 架等部分组成 整机结构如图 11 所示 1 入入料料部部分分 入料口与玉米脱粒机的上盖部分相连 它是利用一厘米厚的铁板制成 入料部位与钉齿滚筒的钉齿部位相切 将已拨皮的玉米从入料口进入 下滑 到脱粒部位 即钉齿滚筒和栅格式凹板之间 进行脱粒 图 11 玉米脱粒机整机结构图 2 脱脱粒粒部部分分 脱粒部分主要是由钉齿滚筒 栅格式凹板 半圆型上盖组成 玉米穗在 钉齿滚筒和栅格式凹板之间进行脱粒 将已脱下的玉米粒从栅格式凹板的缝 隙漏下 落到下滑板 由仓口排出机体之外 玉米芯借助于滚筒上的螺旋排 列的钉齿的螺旋推力和螺旋导向作用 由入料口的另一端 即出料口 排出 机体之外 3 筛筛选选部部分分 筛选部分主要是由栅格式凹板完成 它是由一定数量的铁条及两条主要 梁和两条副梁组成 每两根铁条之间的缝隙可以将玉米卡住 然后快速旋转 的钉齿滚筒将被卡死的玉米强行脱粒 当然 无论是工作时还是安装时 栅 格式凹板是固定不动的 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 4 机机架架部部分分 机架是由左机架 右机架 出料口 下滑板及稳定结实的主机梁组成 机架是玉米脱粒机的主要支撑 他承担着脱粒机的主要重量和动力 负载和 力矩 因此它的设计是许强不弱的部分 机架的两部分要各自稳定 而且相 对固定 以便做到机械在运转过程中不会产生晃动 歪斜 造成人身危险 因此为了机架的坚固 此玉米脱粒机的设计采用三毫米厚的角铁制成 3 2 功功能能提提取取分分析析 3 2 1 玉玉米米脱脱粒粒机机 整整体体功功能能提提取取 采用黑箱法对玉米脱粒机功能提取如图 12 所示 玉米棒 原始状态 玉米粒 玉米脱粒机玉米脱粒机 图 11 玉米脱粒机黑箱 3 2 2 玉玉米米脱脱粒粒机机 工工作作过过程程 玉米脱粒机基本工艺路线如图 12 所示 原始态玉米棒 入料口 脱粒装置 玉米粒 含少量杂物 玉米棒等杂物 筛分机构 杂物 杂物分离机 构 排料口除杂口 干净玉米粒脱粒后玉米棒杂物 图 12 玉米脱粒机基本工艺路线 工作时 玉米由进料口喂入 玉米棒经螺旋推进轴旋转打击 籽粒由筛 孔分离出去 玉米芯从机器尾部排出 进料口设在上盖上部 玉米通过进料 口在滚筒内受到滚轴的撞击玉米脱落 籽粒通过筛孔下部排出 再由风机将 杂质吹 抽 出 实现三分离不烂芯的效果 首先玉米通过脱粒机入口进入 玉米穗在滚筒的旋转的作用下也进行旋转运动 于此同时 玉米穗上的玉米 籽收到滚筒上细轴与格栅凹板的作用力 将卡在格栅凹板缝隙里的玉米籽脱 落下来 玉米籽在重力的作用下通过凹板缝隙降落到脱粒机斜板即脱粒机出 口处 此时玉米籽里的杂质已经在风机的作用下 通过除杂口清除 玉米穗 脱完后会在滚筒的圆周力的作用 从除杂口掉离脱粒机 3 3 各各组组成成部部分分机机构构组组成成 分分析析 3 3 1 入入料料部部分分 入料口与玉米脱粒机的上盖部分相连 利用 一厘米厚的铁板制成 入 料部位与滚筒上的钉细轴部位相切 将已拨皮的玉米从入料口进入 下滑到 脱粒部位 即滚筒细轴和栅格式凹板之间 进行挤搓脱粒 入料部分组成 如图 13 所示 入料部分 入料仓 下面板 入料口 图 13 入料部分框架图 3 3 2 脱脱粒粒部部分分 脱粒部分主要是由滚筒 栅格式凹板 半圆型上盖组成 图 14 玉 米穗在滚筒和栅格式凹板之间进行脱粒 将已脱下的玉米粒从栅格式凹板的 缝隙漏下 落到下滑板 由仓口排出机体之外 玉米芯借助于滚筒上的成 180 度分布的细轴的螺旋推力和螺旋导向作用 由入料口的另一端 即除杂 口 排出机体之外 脱粒部分 滚 筒 前网板 下网板 细 轴 图 14 脱粒部分框架图 3 3 3 筛筛选选部部分分 筛选部分主要是由栅格式凹板完成 图 15 由一定数量的铁条及两 条主要梁和两条副梁组成 每两根铁条之间的缝隙可以将玉米卡住 然后快 速旋转的滚筒细轴将被卡死的玉米强行脱粒 无论是工作时还是安装时 栅 格式凹板是固定不动的 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 筛选部分 风 机 除杂板 除杂护板 出料口 图 15 筛选部分框架图 四四 执执行行系系统统分分析析 玉米脱粒脱粒机的执行系统为脱粒装置 若假设对 输入轴施加 1 440 r min 的转速 运用 ADAMS 进行 5s 50 步的仿真分析 得到玉米的速度变化 曲线 如图 16 所示 和冲击力变化曲线 如图 17 所示 图 15 速度变化曲线图 图 16 冲击力变化曲线 从图 15 中可以看出曲线上下波动 这是由于玉米进入滚筒后与滚筒钉齿 发生碰撞 受到冲击作用速度迅速增大 当分离后 玉米速度下降 玉米棒进 入滚筒后与滚筒钉齿碰撞 使玉米籽产生振动从而破坏其与芯轴的连接 只 有冲击力足够大才能使玉米脱下来 从图 16 中可看出第一次碰撞时的冲击力为2 500N 不同时刻碰撞冲 击力变化较大 五五 动动力力及及传传动动系系统统分分析析 根据设计要求确定脱离装置的主轴转速 一般主轴的转速在 750 850 按 机械设计指导书 中所推荐的传动比选取合理的传动 min r 比取值范围 一般取 V 带的传动比2 4 即可满足电动机的转速与主轴 i 的转速相匹配 则电动机转速范围可选为 2 nind 15007504 3000 min r 按照上述取值范围选取相符合的电机 例如选取上