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湖南农业大学全日制普通本科生 毕业论文（设计） 中 期 检 查 表 学 院： 工学院 学生姓名 吴明 学 号 200940614426 年级专业及班级 2009 级机械设计制造及其自动化 (3)班 指导教师姓名 吴明亮 指导教师职称 教授 论文（设计）题目 小型水稻脱粒机结构设计 毕业论文（设计）工作进度 已完成的主要内容 尚需解决的主要问题 脱粒机脱粒原理 脱粒机脱粒结构 脱粒机动力传动方案、传动比 运动过程分析与计算 零部件的计算校核 机构仿真图 指导教师意见 签名： 年 月 日 检查小组意见 组长签名： 年 月 日 注： 可打印，但意见栏必须相应责任人亲笔填写。 湖南农业大学全日制普通本科生 毕业论文（设计）任务书 学生姓名 吴明 学 号 200940614426 年级专业及班级 2009 级机械设计制造及其自动化 (3)班 指导教师及职称 吴明亮 教授 学 院 工学院 20 年 月 日 填 写 说 明 一、毕业论文（设计）任务书是学校根据已经确定的毕业论文（设计）题目下达给学生的一种教学文件，是学生在指导教师指导下独立从事毕业论文（设计）工作的依 据。此表由指导教师填写。 二、此任务书必需针对每一位学生，不能多人共用。 三、选题要恰当，任务要明确，难度要适中，份量要合理，使每个学生在规定的时限内，经过自己的努力，可以完成任务书规定的设计研究内容。 四、任务书一经下达，不得随意更改。 五、各栏填写基本要求。 （一）毕业论文（设计）选题来源、选题性质和完成形式： 请在合适的对应选项前的“”内打“”，科研课题请注明课题项目和名称，项目指“国家青年基金”等。 （二）主要内容和要求： 1工程设计类选题 明确设计具体任务，设计原始条件及主要技术指标；设计方 案的形成（比较与论证）；该生的侧重点；应完成的工作量，如图纸、译文及计算机应用等要求。 2实验研究类选题 明确选题的来源，具体任务与目标，国内外相关的研究现状及其评述；该生的研究重点，研究的实验内容、实验原理及实验方案；计算机应用及工作量要求，如论文、文献综述报告、译文等。 3文法经管类论文 明确选题的任务、方向、研究范围和目标；对相关的研究历史和研究现状简要介绍，明确该生的研究重点；要求完成的工作量，如论文、文献综述报告、译文等。 （三）主要中文参考资料与外文资料： 在确定了毕业论文（设计）题目和明确 了要求后，指导教师应给学生提供一些相关资料和相关信息，或划定参考资料的范围，指导学生收集反映当前研究进展的近 1 3 年参考资料和文献。外文资料是指导老师根据选题情况明确学生需要阅读或翻译成中文的外文文献。 （四）毕业论文（设计）的进度安排： 1设计类、实验研究类课题 实习、调研、收集资料、方案制定约占总时间的 20%；主体工作，包括设计、计算、绘制图纸、实验及结果分析等约占总时间的 50%；撰写初稿、修改、定稿约占总时间的 30%。 2文法经管类论文 实习、调研、资料收集、归档整理、形成提纲约占总时间的 60%； 撰写论文初稿，修改、定稿约占总时间的 40%。 六、各栏填写完整、字迹清楚。应用黑色签字笔填写，也可使用打印稿，但签名栏必须相应责任人亲笔签名。 毕业论文 （设计）题目 微 型水稻脱粒机结构设计 选题来源 结合科研课题课题名称： 生产实际或社会实际 其他 选题性质 基础研究 应用研究 其他 题目完成形式 毕业论文 毕业设计 提交作品，并撰写论文 主要内容和要求 主要内容 : 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。 主要要求 : 1、完成对 微 型水稻脱粒机的整体结构设计工作 ，喂入量 s。 2、计算得出 微 型水稻脱粒机的能耗、传动方案、传动比等。 3、做出整体的校核计算。 4、完成 3 张 （折合），并要求利用计算机绘图软件绘出装配原理图及各零部件图，正稿电子文档各一份。 5、撰写不少于 10000 字的设计说明书，提交草稿、正稿电子文档各一份。要求计算合理、数据可靠， 6、设计说明书的内容包括：课题的目的和意义；研究的主要内容；整体方案的确定；主要零、部件的选择和设计；工作过程分析与计算；重要零、部件的计算与校核；参考文献；致谢。 注：此表如不够填写，可另加附页。 主要中文参考资料与外文资料 1杨朝晖 J):38. 2侯守印，陈海涛 J. 农业工程学报， 2012， 28(5)： 19 25. 3张汝坤 . 5稻麦脱粒机的研究设计 J2001.(1):604衣淑娟 ,赵妍 . 水稻轴流脱粒分离装置的研究现状及发展趋势 J. 黑龙江八一农垦大学学报 . )： 28 31 5 王显仁 ,李耀明 ,徐立章 J 2007, 23( 8) : 166 徐立章 ,李耀明 ,李洪 昌 J2008,39(12):557 李耀明 ,李洪昌，徐立章 板齿与钉齿脱粒滚筒的脱粒对比试验研究 J2008， 24(3):139 142 8 李耀明 ,徐立章 ,陆林 J2006,37(11):639 谢方平 ,罗锡文 ,卢向阳 J2009,25(8):110 114 10 陶桂香 ,衣淑娟 J2007(11):239工作进度安排 起止日期 主要工作内容 题、了解课题内容及要求 料汇总、查阅参考文献，完成开题报告 步拟定设计方案，完成草图设计 出三维模拟图、完成装配图纸、撰写计算说明书 期检查 交毕业论文初稿 次修改毕业论文初稿、提交正稿 理毕业论文，准备毕业答辩 要求完成日期： 20 年 月 日 指导教师签名： 审查日期： 20 年 月 日 专业委员会主任签名： 批准日期： 20 年 月 日 学院指导委员会签名（公章）： 接受任务日期： 20 年 月 日 学生本人签名： 注：签名栏必须由相应责任人亲笔签名。此表可从教务处网站下载中心下载。 湖南农业大学全日制普通本科生 毕业论文（设计）开题报告 学生姓名 吴明 学 号 200940614426 年级专业及班级 2009 级机械设计制造及其自动化 (3)班 指导教师及职称 吴明亮 教授 学 院 工学院 2013 年 1 月 31日 毕业论文（设计）题目 小型水稻脱粒机结构设计 文献综述（选题研究意义、国内外研究现状、主要参考文献等，不少于 1000 字） 选题研究意义： 水稻是我国的主要粮食作物之一，具有单产量最高，总产量最稳定的特点。种 植面积近 2600 万 产量近 吨，约占世界水稻种植面积的 21，产量占世界总产量的 34。占全国谷物种植面积 30%，产量占全国粮食产量 40%，实现水稻生产机械化在我国农业机械化工作中的份量是不言而喻的。近些年水稻种植面积处于稳步上升的状态。尽管近几年联合收割机的发展迅猛 ,但由于我国地域辽阔 , 气候和地理条件以及栽培品种、种植方式有较大的差异 ,加上经济发展不平衡 , 有些联合收获机械的性能和部分关键技术尚不成熟 ,在今后一段时间内 , 脱粒机在我国的粮食作物收获作业中 , 特别是在山区、丘陵小块地、 间作套种和杂粮种植地区仍是不可缺少的作业机具。在目前水稻收获机械多种形式并存条件下，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机 型的基础上，设计一种水稻半喂入脱粒机械，该机采用半喂入、弓齿滚轮脱粒、风扇清选等机构，使其具有结构简单、体积小、重量 轻、操作灵活、通过性与适应性好、脱粒质量好等特点。 国外研究现状： 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 朱 米克尔 设计了在直径为 25筒上安装 4 条齿板的、圆周速度为 4s 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流式脱粒 分离装置的过程中，逐渐深入详细的分析研究。据资料记载 ,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， 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厘米，脱粒速度为 /秒，这个速度必须低 于籽粒破碎临界速度，以避免破碎。 1982）在脱粒过程稳定、脱粒空间一致和被脱物同质的假设条件下，分析了被脱 物在脱粒过程中的受力状况，从力学角度出发，导出了可以决定整个脱粒分离过 程的六个微分方程，由于脱粒过程的复杂，即使在许多特定条件下，他仍只给出了上述微分方程组的近似解，他对这些近似解进行了对比试验，结果表明，预测数据与试验值吻合，由于微分方程的假设条件过多和脱粒过程 的复杂，这些微分 方程在实际中应用起来很困难。 通过 理论分析， (1)在谷粒任何时间被脱粒的可能性相同，（ 2）给定半径上的任何 谷粒任何时间具有相等的到达凹板的可能性，（ 3）任何谷粒在任何时间具有相等的通过凹板筛的可能性等三点假设之上，他们给出了谷粒被脱粒概率分布为对脱粒时间呈指数递减分布。在此基础上，他们试验研究了喂入速度、凹板长度、滚 筒速度、滚筒直径、凹板间隙等因素对脱粒性能的影响。除此之外，他们还试验 研究了脱粒功率以及脱粒损伤问题，他们认为，谷粒在脱粒过程中的损伤与其再 被纹杆冲击时吸收的能量有关，谷粒 的损伤度随冲击次数及冲击程度的增加而增加，并给出了谷粒在遭受一次冲击时所吸收的能量计算式及谷粒损伤破碎度的计 算式。李异揆，川村登 （ 1986）对轴流滚筒内谷物的受力与运动关系进行了分析研究，得到了脱粒室内谷物的运动微分方程，在不同的脱粒参数下，通过计算机对微分 方程进行了求解，并与实验观察数据进行了对比。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。 梅田斡雄还 分析脱粒元件和稻谷的撞击过程后，在将稻谷和脱粒元件假设为两个球的条件下，分析讨论了稻谷和脱粒元件的撞击过程，计算了撞击力，给出 了稻柄的数学模型，并通过试验验证了结论。梅田斡雄 用可靠性工程方法，分 析了脱粒过程，用二项分布描述了脱粒概率，用述了凹板下谷粒的分 布规律。 运用反馈理 论描述了脱粒机的动力系统。对动力系统进行了仿真，并进 行了试验验证，使脱粒机动力系统动态特性的预测成为可能。2002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， 梅田斡雄 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。其还 对切流脱粒分离装置和轴流脱粒分离装置脱粒过程分析的基础上，构建了两种脱粒分离装置的数学模型，该模型能对未脱净率、谷粒的损失等进行定量分析，模型经过验证是有效的 。 注：此表如不够填写 ，可另加页。 研究方案 （ 研究目的、内容、方法、预期成果、条件保障等） 研究目的： 由于我国地域辽阔 , 气候和地理条件以及栽培品种、种植方式有较大的差异 ,加上经济发展不平衡 , 有些联合收获机械的性能和部分关键技术尚不成熟 ,在今后一段时间内 , 脱粒机在我国的粮食作物收获作业中 , 特别是在山区、丘陵小块地、间作套种和杂粮种植地区仍是不可缺少的作业机具。 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。 研究方法： 针对半喂入 小型水稻脱粒结构的特点 ,结合农业机械实际工作情况 ,查阅相关文献 ,总结 小型水稻脱粒结构的设计思路 ;以农业机械的实际工作环境为背景 ,对 小型水稻脱粒结构以及关键机构的设计、参数的确定等问题进行了分析研究 ; 计算得出 小型水稻脱粒机的能耗、传动方案、传动比等。 预期成果： 1 完成传动 系统，操作系统设计 2 完成数据计算，主要零 部件设计计算或 校核 3 完成主要零部件的技术设计，绘制零件图和装配图 4 完成系统设计说明书 条件保障： 1 学院有对这方面进行过比较深入的老师 2 学校有较齐全的硬件设备 3 本人有一定专业知识基础 4 前人对 纵轴流小型水稻脱粒结构 的研究对我有很大帮助 进程计划（各研究环节的时间安排、实施进度、完成程度等） 选题、了解课题内容及要求 资料汇总、查阅参考文献，完成开题报告 初步拟定设计方案，完成草图设计 画出三维模拟图、完成装配图纸、撰写计算说明书 中期检查 提交毕业论文初稿 再次修改毕业论文初稿、提交正稿 整理 毕业论文，准备毕业答辩 论证小组意见 组长签名： 20 年 月 日 专业委员会意见 专业委员会主任签名： 20 年 月 日 注： 可打印，但意见栏 必须相应责任人亲笔填写。 湖南农业大学全日制普通本科生毕业论文（设计） 开题论证记录 学 院： 工学院 记录人： 学生姓名 吴明 学 号 200940614426 年级专业及班级 2009 级机械设计制造及其自动化 指导教师姓名 吴明亮 指导教师职称 教授 论文（设计）题目 小型水稻脱粒机结构设计 论证小组质疑： 1. 小型水稻脱粒机结构设计 的理论意义与实践意义是什么？ 型水稻脱粒机 的了解？ 品 结构设计？ 学生回答简要记录： 1. 小型水稻脱粒机结构设计的理论意义与实践 意义是什么？ 答： 在我国 ， 南方地区多为丘陵，不便于大型收获机作业，所以需要一种结构合理，操作简便的小型脱粒机。它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， 并且 方便携带，能适应野外工作， 功耗低 。 型水稻脱粒机 的了解？ 答： 小型水稻 脱粒机 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 。 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。 答：产品结构设计是针对产品内部结构、机械部分的设计。一个好的产品首先要实用，因此，产品设计首先是功能，其次才是形状。 论证小组 成员签名 论证地点： 论证日期： 年 月 日 注：此表可从教务处网站下载中心下载。记录、签名栏必须用黑色笔手工填写。 湖 南 农 业 大 学 全日制普通本科生毕业设计 微 型水稻脱粒机设计 F 生姓名： 吴 明 学 号： 200940614426 年级专业及班级： 2009 级机械设计制造 及其自动化 (3)班 指导老师及职称： 吴明亮 教授 学 院： 工学院 湖南长沙 提交日期： 2013 年 5 月 湖南农业大学全日制普通本科生毕业 设计 诚 信 声 明 本人郑重声明：所呈交的本科毕业设计 是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 毕业设计 作者签名： 20 年 月 日 目 录 摘 要 . 错误 !未定义书签。 关键词 . 错误 !未定义书签。 1前言 . 1 . 4 2脱粒机脱粒原理 . 5 . 5 . 5 . 5 理 . 6 . 6 . 6 . 8 3总体方案 确定 . 8 . 8 . 9 . 10 . 10 . 11 . 11 4设计目标与主要技术参数 . 12 4 1主要技术参数 . 12 . 12 择 . 12 . 12 . 11 . 13 . 11 . 11 . 13 . 13 . 12 5主要零部件设计 . 12 . 14 计 . 13 求 . 13 料 . 13 算 . 13 动 设计 . 14 . 16 . 16 . 17 . 17 6风机与风选筛 的设计 . 18 的计算 . 18 算 . 18 7键的选择及校核 . 19 8总结 . 19 参考文献 . 19 致谢 . 20 1 小型水稻脱粒机设计 学 生： 吴明 指导老师：吴明亮 (湖南农业大学工学院，长沙 410128) 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 of u 10128, n to of of of of is of a of to of is 前言 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， 2 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 朱 米克尔 设计了在直径为 25条齿板的、圆周速度为 41835 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 ,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， 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厘米，脱粒速度为 /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。2002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）作物在脱粒室内脱粒的机会均等，且脱下的籽粒量与未脱籽粒量成 正比，（ 2）被脱籽粒在脱粒室内的任何一处，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预测，预测结果与试验结果比较 接近 6。王长宁、杨红新 （ 2002） 申请了名称为“改 3 进的切流滚筒”（专利号： 的专利，专利中提出一种由具有良好弹性的高分子弹性材料制成，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 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 2。 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。 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 4 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 外还有 1200万 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 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 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，设计一种半喂入式脱粒机，为进一步改进和提高水稻脱粒机械奠定基础 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 5 四个部分。 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。 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 。 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。 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。 6 图 1 冲击 钉齿滚轴结构图 of 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 of 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。 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。 7 图 3 碾压滚轮 结构 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。而揉搓原理则不同，它发生在已经获得地、较大运动速度（如在脱粒间隙的后段）的谷层内部，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各紧搓，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。 经对上述四种原理的比较于分析 ，碾压脱粒不能满足微型化及结构的简单化的设计要求，所以在本装置中不能采用该原理。由于前三种脱粒原理，不适合 单独使用，所以，在微型 脱粒机中综合前三种脱粒原理的优点 ， 兼顾破碎率低，生产效率高的特点 采用特殊设计的 弓 齿轴流式的脱粒装置。脱粒时，运用冲 击原理和梳刷 原理； 并且结构简单。脱粒弓 齿如下图 4 所示 图 4 脱粒 滚筒 结构 8 清选 原理 分析 清选主要将脱粒装置脱出的谷粒混合物在下落的过程中，利用鼓风 装置进行分离，并将纯净的谷粒 输送到出粒口。微型脱粒机在传统清选方法的基础上将工艺流程与设备综合起 来，将传统清选装置进行改进，把清选工序和谷粒输送工序结合在一次完成，利用气流对谷粒的作用力与谷 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 ,不但满足使用要求，而且使体积较小，重量较轻 10 。 3 总体方案的确定 初步设计方案 根据设计方案可知， 微型 脱粒机 主要是用于水稻的脱粒 。据此，抽象设计如图 5所示： 图 5 抽象设计图 功能分解 为了完成 谷穗与谷粒分离，该脱粒 机械应该能具备 执行机构 装置，由电机输入动力，带动 脱粒 滚筒旋转和 风机 旋转。经详细分析，得到 脱粒机 的功能树，如图 6所示： 9 图 6 功能分解图 结构及工作原理 基本结 构 小型水稻 脱粒 机主要由进料口、脱粒机构 、 风机 、主轴、机架、 传动机构以及排料口等部分组成，总体结构如图 7所示。 1入料口 2脱粒滚筒 3风扇 4出杂口 5出料口 6电机 图 7 总体结构 10 工作原理 待脱粒 的 谷穗通过入料口喂入脱粒滚筒内并在滚筒和顶盖上倒板的作用下沿轴向做旋转运动，同时受到反复的冲击和搓檫进行脱 粒 。谷粒、颖壳和碎草等通过凹板筛孔分离出来 后送至筛子的前端，由于风扇产生的气流轻杂物沿风道被吹走，谷粒靠重力穿过气流厂和筛 孔流入出粮口 13 。 传动系统 本方案中脱粒滚筒与风机需要转动，而本机只采用一个电机提供动力，因此采用 式传递动力 。 电 动机传递出来的动力 传递给 电机带轮，电机 带轮通过带传动将动力传递给 工作轴上的 带轮，实现 脱粒滚筒和风机传动。 4 设计目标与主要技术参数 4 1 主要技术参数 如表 1 表 1 主要技术参数 技术参数 要求 生产率 s 破碎率 小于 含杂率 小于 1% 滚筒转速 1300 r/机转速 1800r/ 设计目标 基于滚筒 冲击和 梳刷 原理设计一台小型水稻脱粒机 ，使其将谷粒从谷穗上脱下，并从脱出物（由谷粒、碎 壳和混杂物组成）中分离、清选出来，达到回收干净谷粒 的目的 15 。 脱粒滚筒 及 主要参数的选择 脱粒滚筒按作物沿滚筒的运动方向又可以分为切流式和轴流式。在切流式脱粒装置中，作物喂入后沿滚筒切向流动并排出，谷穗在通过凹板间隙的过程中被脱粒，脱粒时间很短，籽粒与谷穗分离不 清，需在脱粒装置后面加设分离装置。在轴流式脱粒装置中，作物由一端沿滚筒轴向后切向喂入，在滚筒和上导板的作用下 沿轴向做螺旋运动，同时受到反复的冲击及搓擦进行脱粒，谷粒、颖壳和碎草等凹板筛孔分离。作物在脱粒装置中运行时间长，脱净率高分离率可达 99%，无需另设分离装置。为了保 11 证脱粒的脱净率，本设计采用轴流 滚筒 式脱粒装置 15 。 根据滚筒的形式有圆柱形和圆锥形两种轴流滚筒， 圆锥形滚筒作物人滚筒作物从滚筒小端喂入，从大端正排出，滚筒圆周速度 逐渐增大，但是所需功率较大且设计结构要比圆柱形复杂，故选用圆柱形。 转速 滚筒上安装有弓 形 齿，滚筒的作用是带动弓形齿转动， 齿推动 谷 穗作螺旋运动。滚筒的转速由滚筒外缘板齿顶部的线速度决定的，滚筒外缘线速度是以保证不损伤水稻粒籽为前提条件，但滚筒外缘线速度也不能过低，否则会影响其生产率，故取线速度为 8m/s。 滚筒直径 滚筒直径由凹板直径决定，并且保证脱滚筒外径与凹板留有 1550中弓齿高 15的间隙 ,现 取滚筒直径为 120滚筒长取 200筒 设置根齿杆。其轴径根据实际功率负荷计算扭矩确定 。 滚筒弓 齿 弓 齿有规律 地安装在滚筒轴上，其作用是拔动谷穗，也推动谷穗移动， 鉴于作物形状、体积、，喂入方式等采用 10齿，外端较小尺寸的弓 齿 ， 其目的是使工作时与谷穗接触面较小，避免大面积接触式卡住 。 滚筒脱粒段长度 滚筒脱粒段长度是决定脱粒质量的主要参数，滚筒过短影响脱净率，滚筒过长则会增加功率消耗及制造成本，根据以往经验，用籽粒含水率为 20%左右的 谷 穗，取 脱粒段长度 100 凹版 筛 凹板筛的包角一般取 180 240之间，考虑整机结构，取凹板筛包角为 180，脱粒主要利用物粒的撞击与搓擦的作用力来实现的，因此盖板与脱粒滚筒之间取 50保证具有足够的磨擦力和冲击力，促使谷 粒剥离，而凹板筛与弓 齿之间的缝隙大小影 响脱粒效果，缝隙较大籽粒通过性好，夹带损失小，但 影响籽粒净度，缝隙较小，则夹带损失大。故应取 10 40含水率较高时，取较大值，含水率较低时，取最小值。 凹板直径是决定生产率的主要因素（在限制滚筒转速的情况下，凹板直径是决定身产率的唯一参数），凹板直径与生产率成正比，但不是一次线性关系。根据 凹板直径与生产率的关系和实际生产情况，本设计现取凹板直径为 170 12 风机 清选机构采用风选，由于脱粒后的混合物含杂少，所以采用农用型风机吹送分离出夹在 谷 粒中的杂物， 风扇出口处的平均风速为 8 10m/s,风机的参数与选择见后面计算。 进料斗 进料斗是保证进料顺利，起定料作用，根据整机的特点，进料斗设计成长方形形状，进料口的 长为 21020保证谷物进入脱粒滚筒，保证生产效率 s。 机架 根据零件的装配和定位特点设计机 架。机架要起到支承整机的功能 ，此设计采用一个整体结构， 两根垂直支架支撑风机。整个机架的高度宽度由零件安装的尺寸来决定。并合理安排零件安装位置。 5 主要 零部件 选择 及校核 电 机选择 电动机选择包括选择类型、结构型式、容量（功率）和转速，并确定型号 （ 1）选择电动机类型和结构形式 电动机的选用，首先要了解电动机的机械负载特性，根据机械负载的类型和特性来选择电动机的额定容量、额定转速、额定电压以及型式。 要为某一生产机械选配一台电动机，首先要合理选择电动机的功率。通常根据生产机械负载的需要来选择电动机的功率，同时，还要 考虑负载的工作制问题，也就是说，所选的电动机应适应机械负载的连续、短时或间断周期工作性质。功率选用时不能太大，也不能太小。选小了，保证不了电动机和生产机械的正常工作 ;选大了，虽然能保证正常运行，但是不经济，电动机容量不能被充分利用，而且电动机经常不能满载运行，使得效率和功率因数不高。 (2）选择电动机的容量 电动机的容量（功率）选得合适与否，对电动机的工作和经济性都有影响。容量小于工作要求，就不能保证工作机的正常工作，或使电动机长期过载和功率因数都较低，增加电能消耗，造成很大浪费。 已知脱粒速度为 8m/s， 滚筒直径 120则脱粒滚筒转速 =n 082 （ 1） 即滚轴的圆周速度约为 1300r/ 13 依据参考文献 18， 弓 齿滚轴击打籽粒的理论阻力为 80N， 脱粒机的理论工作功率： p =0 8=640w （ 2） 考虑到脱粒过程中风机消耗，传动系统损耗 等功率损耗，功率储备系数为 2文取2。由此可见，电机带动 轴进行脱粒所需的功率在 1400 （ 3）确定电动机转速 容量相同的同类型电动机，有几种不同的转速系列供使用者选择。同步转速由电源频率与极对数而定的磁场转速，电动机空载时才可能达到同步转速，负载时的转速都低于同步转速。在设计中 滚筒 所需要的转速 300r/对清粮装置的风扇，转速 n=10002000r/这里取 n=1520r/考虑到电动机传动装置的性能，尺寸、重量和价格等因素，最终选用小功率异步电动机。 所以综合以上我们查表选电动机的型号为 参数如 表 2。 表 2 电动机主要参数 号 额定电压 额定转速 额定功率 220V 1500r/ 1500W 带轮的设计 带 轮设计的要求 设计 V 带轮时应满足的要求有：质量小；结构工艺性好；无过大的铸造内应力；质量分布均匀，转速高时要经过动平衡；轮槽工作面要精细加工，以减少带的磨损；各槽的尺寸和角度应保持一定的精度，以使载荷分布较为均匀等。 带轮的材料 带轮的材料主要采用铸铁，常用材料的牌号为 速高时宜采用铸钢（或用钢板冲压后焊接而成）；小功率时可用铸铝或塑料。 本设计取铸铁 带轮 设计计算 初选电动机 带轮基准直径0d=71 脱粒滚筒 从动轮 基准 直径1001 电动机与脱粒滚筒的传动比为0i，则 （ 3） 得1d=8014 电动机与风机的传动比为1i，则 风机从动轮 基准 直径2得2d=63V 带设计 确定计算功率工作情况系数 4 86 8 （ 4） 选取 由48W， 1n =1400r/带带型为 电动机带轮与脱粒滚筒的中心距10(2)(，初步确定0a=300算带所需的基准长度 02000 4)()1(22 1=622 （ 5） 选带的基准长度30算实际中心距 a 20 = =320理可得电动机带轮与风机带轮中心距 330， = 21 a dd （ 6） 主动轮上的包角合适。 同理可得风机带轮、脱粒滚筒带轮包角合适。 综上所述， 根据表 1100 计算 z z )(00 += （ 7） 15 由 1n =15200d=75i =0p=p=取 z=1根。 计算预紧力0 =（ 9） q=m，故0F=算作用在轴上的压轴力p 2532 i s i 0 = 脱粒 轴的计算 计算各轴的最小直径 30 （ 10） 此确定 轴的最小直径均为 16 根据轴的受力分析和工作环境查 1 机械设计手册表 155钢 ，调质处理 轴的结构设计 轴的结构设计包括定出轴的合理外形和全部结构尺寸。轴的机构主要取决于以下因素：轴在机器中的安装位置及形状；轴上安装的零件类型、尺寸、数量以及和轴联接的方法；载荷的性质、大小、方向及分布情况；轴的加工工艺等。根据整个脱粒机的结构，和配合在轴端上零件应采取标准直