4539纵轴流式水稻联合收割机脱离系统结构设计【机械毕业设计全套资料+已通过答辩】
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4539纵轴流式水稻联合收割机脱离系统结构设计【机械毕业设计全套资料+已通过答辩】,纵轴,水稻,联合收割机,脱离,系统,结构设计,机械,毕业设计,全套,资料,已经,通过,答辩
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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 吴梓高 学 号 200940615119 年级专业及班级 2009级农业机械化及其自动化 (1)班 指导教师姓名 吴明亮 指导教师职称 教授 论文（设计）题目 纵轴流式水稻联合收割机脱粒系统机构设计 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 1， 选毕业论文的题目，找好了指导老师。 2，查找了一些相关的资料，然后进行了整理。 3，进行资料汇总，并做好开题报告。 1,输送搅龙最佳螺距的确定。 2,装配图最合理的视图组合。 , 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 吴梓高 学 号 200940615119 年级专业及班级 2009级农业机械化及其自动化(1)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 纵轴流式水稻联合收割机脱粒系统结构设计 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 : 脱粒装置是水稻联合收割机的重要工作部件，它的功用是将谷粒与其禾杆分离，并且将脱下来的谷粒部分或全部从脱出物（谷物脱粒后有谷粒、长茎秆、短茎秆、颖壳和混杂唔等组成的混合物）分离出来。谷物的脱粒方式又很多种，依照你的所学所获设计出纵轴流式水稻联合收割机的脱粒系统。 主要要求 : 1、完成对纵轴流式水稻联合收割机脱粒系统的整体结构设计工作。 2、计算得出纵轴流式水稻联合收割机脱粒系统的能耗、传动方案、传动比等。 3、做出整体的校核计算。 4、完成 3张 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 15000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农业机械设计手册（上册） 机械工业出版社， 1988 2水稻联合收割机原理与设 计 国农业机械化出版社， 1981 3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 J008,24（ 3）： 1394衣淑娟，毛欣 J008,24（ 6） :1545谢方平，罗锡文，卢向阳，等 J2009,25（ 8） :1106王岳，曹扬，夏晓东，等 J2002,18（ 2）： 687谢方平，罗锡文，苏爱华，等 J然科学版， 2005,31（ 6）： 6488李耀明，周金芝，徐立章，等 J然科学版， 2005,26（ 1）： 19高焕文，李问盈，李洪文 J2000,16（ 2）：910牛盾 J2000,16（ 4）： 7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 整理毕业论文，准备毕业答辩 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 吴梓高 学 号 200940615119 年级专业及班级 2009级农业机械化及其自动化(1)班 指导教师及职称 吴明亮 教授 学 院 工学院 20 年 月 日 毕业论文（设计）题目 纵轴流式水稻联合收割机脱离系统 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） 一、课题研究的意义 目前 国内生产的水稻联合收割机基本上都采用横向布置的轴流滚筒脱离装置，这种布置方式结构紧凑，在喂入量较小时作业性能也不错。但由于脱离滚筒横向布置，受空间位置的限制，脱离滚筒不能太长，因此，这类收割机普遍存在以下问题：一是由于脱离滚筒较短，脱离和分离能力受到限制 ，在喂入量稍大时夹带损失会增大；二是对潮湿作物和一些较困难的作物适应性较差。 随着水稻种植面积的不断扩大，产量的提高，对联合收效率割机的动力，工作性能，作业效率，可靠性等要求越来越高。要提高收割机的生产率，收割机的脱离长度与分离面积就要增大，因此 ，在尽量减少体积增大的前提下，提高联合收割机的工作效率，可靠性、对作物的适应性和清洁度已经成为收割机行业的主要课题。 纵轴流式水稻联合收割机脱粒装置采用纵向布置，可以在不增大机体的情况下加大脱离滚筒长度和分离面积。与横向轴流式联合收割机相比，它的脱粒系统有以下优势：一是可以在不断增大机体体积的情况下提高生产效率、脱净率和减少破碎率；二是作物适应性广，对潮湿作物和难脱粒作物效果也较好。 二、 国内外的联合收割机脱粒系统研究状况 滚筒 凹板脱粒原理早在两个多世纪以前已经出现，至今这一原理几乎没有什么变化 ，遗忘的研究主要集中于脱粒部件的机械参数对脱粒性能的影响方面，目的是使脱粒部件具有最高效率。 1956）研究了脱粒过程，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，滚筒圆周速度和穗头上脱粒所需的功的平方根有关。脱粒速度为 17秒，这个速度必须低于籽粒的破碎临界速度，以免破碎。 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效率提高的关键。 王成芝、葛永久等于 1980年前后对轴流滚筒进行了实验研究，研制出一台大型轴流滚筒试验台，目的是探究轴流滚筒的合理结构与参数。该试验台滚筒型式有三种纹杆叶片式、钉齿叶片式和钉齿式，凹板选用横栅式、单栅式、双栅式和三栅式，上盖具有不同导向板高度和导程参数，可以组成多组参数进行对比试验。 万金保、赵学笃、纪春千（ 1990）进行了传统型纹杆滚筒脱粒装置数学模型的建立及应用研究。为建立数学模型他们将脱粒装置的工作过程分为两个阶段，第一个阶段是籽粒被脱粒，第二阶段，被脱粒的籽粒随茎秆运动，并随机的从凹板处栅格的某处分离出来。他们认为籽粒在 凹板上任何位置处被脱粒或分离是随机的。 梅田翰雄（ 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，实验测量了谷物的抗绕刚度、质量和振动特性，结果是，谷物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。分析讨论了谷物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，分析讨论了谷物和脱粒元件的撞击过程，计算了撞击力，给出了数学模型，并通过试验验证了结论。运用可靠性工程方法，分析了脱粒过 程，用两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离机的动力系统。对动力系统进行了仿真，并进行了试验验证，使脱粒机动力系统特性的预测成为可能。 张金海、都丽萍 1994年也对脱粒部件数学模型进行了研究，在作物在脱粒室内脱粒的机会均等，且脱下的籽粒量与未脱粒量成正比，被脱籽粒在脱粒室内的任何一处，被分离的可能性相等，且被分离的籽粒量与脱粒室的自由籽粒量成正比。 薛方期 1998对切流式脱粒分离部件实验结果进行了综合分析研究，得出： 粒间隙益阳 的情况下对破碎率有影响，但其影响比打击数、脱粒间隙等因素要小；变栅格间距是提高脱粒性能的有效途径； 、 3格的间距，即可增加凹板的分离率，也不会降低脱粒性能，是提高凹板分离率的一种有效途径。 尹文庆、何瑞银、王耀华等 1999年设计了一个脱粒装置，并且用该装置对小麦脱粒特性的测量和表示进行了研究，认为可用谷粒分离率沿凹板变化规律的函数来表示小麦的脱粒特性，提出了一个新的小麦脱粒特性的表示方法。 衣淑娟等 2005年在纵置钉齿式轴流试验台上，进行了脱粒试验，目的是研究脱出物 在滚筒轴向的分布规律，试验结果表明脱出物沿轴向分布受籽粒分布影响最大；籽粒沿轴向分布规律是，在 20为最高值，然后逐步下降，降到 100位置时，就几乎没有籽粒分布了，同时对纵置单轴流滚筒脱粒与分离装置功耗性能试验研究，得出结论是它的功耗影响最显著地因素是滚筒转速：各个因素及其交互作用对其功耗主要影响为喂入量与导向板导角；各因素水平间的最佳组合工艺是：喂入量为 2,滚筒转速为 700r/向板导角为 45。 李耀明，周金芝，徐立章等 2005年采用纹杆、锯齿性滚筒和栅格冲孔式组合的脱粒分离装 置进行脱粒分离试验。 脱粒分离装置有三大主要部件：脱离滚筒凹板和顶盖它们对脱粒性能的影响主要表现在： 粒元件及其排列方式，滚筒的转速以及脱离滚筒和凹板、顶盖的组合形式； 板包角； 向板的排列及其螺旋角。 近年来人们对脱粒分离系统装置做了大量的实验和研究，希望用新的脱粒分离装置来代替原有的脱粒分离装置。尽管如此，目前常用的脱粒分离装置仍为纹杆式、钉齿式和弓齿式等，它们可能有不足之处，必须系统地总结和分析前人已经作的工作，在这个基础上，进一步开发 新的脱粒分离装置。 三、主要参考文献 1农业机械设计手册（上册） 机械工业出版社， 1988 2水稻联合收割机原理与设计 国农业机械化出版社， 1981 3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 J008,24（ 3）： 1394衣淑娟，毛欣 J008,24（ 6） :1545谢方平，罗锡文，卢向阳，等 J2009,25（ 8） :1106王岳，曹扬，夏晓东，等 J002,18（ 2）： 687谢方平，罗锡文，苏爱华，等 J然科学版， 2005,31（ 6）： 6488李耀明，周金芝，徐立章，等 J然科学版， 2005,26（ 1）： 19高焕文，李问盈，李洪文 望 J2000,16（ 2）：910牛盾 J2000,16（ 4）： 711万霖，衣淑娟，马永财 J2005,17（ 2）： 5612孟昌盛，庞风斌，叶耘 J2005,36（ 5）：14113李杰，杨方飞，等 J2006,27（ 4）：29914蒋亦元 J2000（ 3）： 515李显旺 J,中国农机化， 2006，（ 1）： 3816姬长英，尹文庆 J1996，（ 3）： 2917中国农机研究院 1982（ 15）： 5718黎力年 牧与食品机械， 1988（ 3）： 2919藤子丰 风扇滚筒脱粒机实验 研究 1992（ 2）： 520姜翔 农机化研究， 1992（ 4）： 4121赵国远，张振清，黄国华 J3）： 2922周银才，胡明法 J1992,2:1523中国农业机械化科学研究所编 册） M械工业出版社， 1998. 24江苏工学院 册） 械工业出版社， 1986 25胡伟 北京：中国农业大学出版社， 1998 26南京农业大学主编 册） 国农业出版社， 1996 27邱白晶 南京：东南大学出版社， 1997 28洪添胜、陈元 广东农机， 1996（ 3） 29高连兴 北京：中国农业出版社， 2000 30余友泰 北京：中国展望出版社， 1987 31国家标准局，农业机械试验条件测定方法的一般规定 5262：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） 一、研究目的 随着水稻种植面积的不断扩大，产量的提高，对联合收效率割机的动力，工作性能，作业效率，可靠性等要求越来越高。要提高收割机的生产率，收割机的脱离长度与分离面积就要增大，因此，在尽量减少体积增大的前提下，提高联合收割机的工作效率，可靠性、对作物的适应性和清洁度已经成为收割机行业的主要课题。 目前国内生产的水稻联合收割机基本上都采用横向布置的轴流滚筒脱离装置，这种布置方式结构紧凑，在喂入量较小时作业性能也不错。 但由于脱离滚筒横向布置，受空间位置的限制，脱离滚筒不能太长，因此，这类收割机普遍存在以下问题：一是由于脱离滚筒较短，脱离和分离能力受到限制 ，在喂入量稍大时夹带损失会增大；二是对潮湿作物和一些较困难的作物适应性较差。所以为了可以在不增大机体的情况下加大脱离滚筒长度和分离面积，我研究了脱离滚筒纵置能达到要求。因此纵置式脱粒滚筒能够克服横置式的一些缺点。 二、研究内容 脱粒装置是水稻联合收割机的重要工作部件，它的功用是将谷粒与其禾杆分离，并且将脱下来的谷粒部分或全部从脱出物（谷物脱粒后有谷粒、长茎秆、短茎 秆、颖壳和混杂唔等组成的混合物）分离出来。谷物的脱粒方式又很多种，依照你的所学所获设计出纵轴流式水稻联合收割机的脱粒系统。 三、 研究方法 四、 预期成果 能够将 谷粒与其禾杆分离，并且将脱下来的谷粒部分或全部从脱出物（谷物脱粒后有谷粒、长茎秆、短茎秆、颖壳和混杂唔等组成的混合物）分离出来 ，并且尽可能地减小破碎率和脱粒损失 。 进程计划（各研究环节的时间安排、实施进度、完成程度等） 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 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 吴梓高 学 号 200940615119 年级专业及班级 2009 级农业机械化及其自动化 指导教师姓名 吴明亮 指导教师职称 教授 论文（设计）题目 纵轴流式水稻联合收割机脱粒系统 结构设计 论证小组质疑： 学生回答简要记录： 1，由 输入轴与脱粒滚筒轴是垂直关系，首先会考虑蜗轮蜗杆或者锥齿轮传动，经过分析得出用锥齿轮较合适。 2，复脱提升输送有两种方法，一种是搅龙输送，另一种是刮板输送，综合考虑还是刮板效率更高。 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论设计 纵轴流式水稻联合收割机脱粒系统结构设计 F 学生姓名： 吴梓高 学 号： 200940615119 年级专业及班级： 2009 级农业机械化及其自动化 （ 1)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： 20 年 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： 年 月 日 目 录 摘要 . 1 关键词 . 1 1绪论 . 2 . 2 . 2 . 4 . 5 . 6 2脱粒装置整体方案的确定 . 6 . 6 基本脱离原理 . 6 . 9 3主要零部件选择 . 9 . 9 . 9 . 14 4主要零部件设计与计算 . 14 . 14 . 15 . 16 . 17 . 17 . 20 5传动设计及其校核 . 20 . 20 . 21 . 24 设计与校核 . 24 . 29 6结 论 . 29 参考文献 . 30 致谢 . 31 1 纵轴流式水稻联合收割机脱粒系统结构设计 学 生：吴梓高 指导老师：吴明亮 (湖南农业大学 工学院，长沙 410128) 摘 要 :本文简述了国内、外联合收 割机的研究现状和典型脱粒分离装置的工作原理。通过查阅资料了解水稻的农艺、形态参数。通过对比方式选择出钉齿 顶盖导向板脱粒分离的方式的效果最佳。并且采用纵置脱离滚筒，在不改变机体体积的条件下能够加长滚筒长度，增加脱粒和分离时间。这种纵置式轴流脱粒与分离装置工作时谷物留作空间螺旋运动，脱 粒 柔和且工作时间长，脱粒和分离比较充分，在脱净率、破碎率、分离率等都优于切流。为了减少脱粒损失，此脱粒系统还增加了复脱机构，能够将未脱粒完全的穗头通过它再次输送到脱粒滚筒再次脱粒，大大提高了脱粒效率。 本课题的 研究为知道实际生产，提高轴流脱粒分离装置的性能以及降低成本提供了理论依据。 关键词 :水稻 ; 纵置式轴流脱粒 ; 复脱 ; 理论依据 u u 10128, at of of up of I is by is is in a It in So it is in In to of of 2 to of is to of a on 绪论 课题研究的意义 目前国内生产的水稻联合收割机基本上都采用横向布置的轴流滚筒脱 粒 装置，这种布置方式结构紧凑，在喂入量较小时作业性能也不错。但由于脱离滚筒横向布置，受空间位置的限制，脱 粒 滚筒不能太长，因此，这类收割机普遍存在以下问题：一是由于脱离滚筒较短，脱 粒 和分离能力受到限制 ，在喂入量稍大时夹带损失会增大；二是对潮湿作物和一些较困难的作物适应性较差。 随着水稻种植面积的不断扩大 ，产量的提高，对联合收割机的动力，工作性能，作业效率，可靠性等要求越来越高。要提高收割机的生产率，收割机的脱 粒 长度与分离面积就要增大，因此，在尽量减少体积增大的前提下，提高联合收割机的工作效率，可靠性、对作物的适应性和清洁度已经成为收割机行业的主要课题。 纵轴流式水稻联合收割机脱粒装置采用纵向布置脱粒滚筒 11，可以在不增大机体的情况下加大脱 粒 滚筒长度和分离面积。与横向轴流式联合收割机相比，它的脱粒系统有以下优势：一是可以提高生产效率、脱净率和减少破碎率；二是作物适应性广，对潮湿作物和难脱粒作物效 果也较好。 国内外的联合收割机脱粒系统研究状况 滚筒 凹板脱粒原理早在两个多世纪以前已经出现，至今这一原理几乎没有什么变化，遗忘的研究主要集中于脱粒部件的机械参数对脱粒性能的影响方面，目的是使脱粒部件具有最高效率。 1956）研究了脱粒过程，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，滚筒圆周速度和穗头上脱粒所需的功的平方根有关。脱粒速度为 17秒，这个速度必须低于籽粒的破碎临界速度，以免破碎 。 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效率提高的关键。 王成芝、葛永久等于 1980年前后对轴流滚筒进行了实验研究，研制出一台大型轴 3 流滚筒试验台，目的是探究轴流滚筒的合理结构与参数。该试验台滚筒型式有三种纹杆叶片式、钉齿叶片式和钉齿式，凹板选用横栅式、单栅式、双栅式和三栅式，上盖具有不同导向板高度和导程参数，可以组成多组参数进行对比试验。 万金保、赵学笃、纪春千（ 1990）进行了传统型纹杆滚筒脱粒装置数学模型的建立及应用研究。为 建立数学模型他们将脱粒装置的工作过程分为两个阶段，第一个阶段是籽粒被脱粒，第二阶段，被脱粒的籽粒随茎秆运动，并随机的从凹板处栅格的某处分离出来。他们认为籽粒在凹板上任何位置处被脱粒或分离是随机的。 梅田翰雄（ 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，实验测量了谷物的抗绕刚度、质量和振动特性，结果是，谷物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。分析讨论了谷物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，分析讨论了谷物和脱粒元件的撞击过程，计算了撞击力，给出了数学模型，并通过试验验证了结论。运用可靠性工程方法，分析了脱粒过程，用两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离机的动力系统。对动力系统进行了仿真，并进行了试验验证，使脱粒机动力系统特性的预测成为可能。 张金海、都丽萍 1994年也对脱粒部件数学模型进行了研究，在作物在脱粒室内脱粒的机会均等，且脱下的籽粒量与未脱粒量成正比，被脱籽粒在脱粒室内的任何一处，被分离的可能性相 等，且被分离的籽粒量与脱粒室的自由籽粒量成正比。 薛方期 1998对切流式脱粒分离部件实验结果进行了综合分析研究，得出： 粒间隙的情况下对破碎率有影响，但其影响比打击数、脱粒间隙等因素要小； 变栅格间距是提高脱粒性能的有效途径； 、 3格的间距，即可增加凹板的分离率，也不会降低脱粒性能，是提高凹板分离率的一种有效途径。 尹文庆、何瑞银、王耀华等 1999年设计了一个脱粒装置，并且用该装置对小麦脱粒特性的测量和表示进行了研究，认为可用谷粒分离率沿凹 板变化规律的函数来表示小麦的脱粒特性，提出了一个新的小麦脱粒特性的表示方法。 衣淑娟等 2005年在纵置钉齿式轴流试验台上 4，进行了脱粒试验，目的是研究脱出物在滚筒轴向的分布规律，试验结果表明脱出物沿轴向分布受籽粒分布影响最大；籽粒沿轴向分布规律是，在 20为最高值，然后逐步下降，降到 100位置时，就几乎没有籽粒分布了，同时对纵置单轴流滚筒脱粒与分离装置功耗性能试验研究，得 4 出结论是它的功耗影响最显著地因素是滚筒转速：各个因素及其交互作用对其功耗主要影响为喂入量与导向板导角；各因素水平间的最佳组合 工艺是：喂入量为 2,滚筒转速为 700r/向板导角为 45。 李耀明，周金芝，徐立章等 2005年采用纹杆、锯齿性滚筒和栅格冲孔式组合的脱粒分离装置进行脱粒分离试验 8。 脱粒分离装置有三大主要部件 2：脱 粒 滚筒凹板和顶盖它们对脱粒性能的影响主要表现在： 滚筒的结构形式，脱粒元件及其排列方式，滚筒的转速以及脱离滚筒和凹板、顶盖的组合形式； 板包角； 向板的排列及其螺旋角。 近年来人们对脱粒分离系统装置做了大量的实验和研究，希望用新的脱粒分离装置来代替原有的脱粒分离装置。尽管如此，目前常用的脱粒分离装置仍为纹杆式、钉齿式和弓齿式等，它们可能有不足之处，必须系统地总结和分析前人已经作的工作，在这个基础上，进一步开发新的脱粒分离装置。 研究内容 脱粒装置 6是水稻联合收割机的重要工作部件，它的功用是将谷粒与其禾杆分离，并且将脱下来的谷粒部分或全部从脱出物（谷物脱粒后有谷粒、长茎秆、短茎秆、颖壳和混杂 物 等组成的混合物）分离出来。谷物的脱粒方式又很多种，依照所学所获设计出纵轴流式水稻联合收割机的脱粒系统 。 脱粒分离装置有三大主 要部件：脱粒滚筒、凹板和顶盖 导向板 ，它们对脱 粒 性能的影响主要表现在：（ 1）脱离滚筒的结构形式，脱粒元件及其排列方式，滚筒的转速以及脱离滚筒和凹板、顶盖 导向板 组合形式；（ 2）凹板的型式，凹板包角；（ 3）顶盖中的导向板的结构，导向板的排列及其螺旋角等。在这三大部件中脱 粒 滚筒是核心部件。今近年来人们对脱粒分离装置做了大量的试验和研究，希望用心的脱粒方式代替原来的脱粒分离装置。 因此现在的脱粒分离装置要向一下方面发展 9： 高效、大功率、大喂入量方向发展，以提高生产率 ； 复脱分离装置的研究，以减少脱粒损失，降低脱粒损伤和降低能耗为目标，是现代谷物联合收割机主要的发展趋势 ； 靠性更高 ； 节、更换的灵活、快捷、方便性 ； 5 研究方法 研究的方法可以用下面一幅流程图来表示： 机械系统设计 17 设计任务书 技术文件 1： 系统原理方案及确定 原理方案试验 系统工作原理 功能分析 技术文件 2： 功能求解：初步形成物料流、能量流 关键技术验证 主要部件工作原理图 及信息方案 机构方案设计，分系统 及总成选配，接口设计 技术文件 3：方案评审报告 方案评审 技术文件 4：总体设计报告 总体布置设计 技术文件 5：总体布置图 工程设计 设计评审 测试 测试实验 调制调试 调试结果 设计任务完成 机械系统设计的第一个环节就是总体设计，要有系统的原理方案构想，结构方案设计，总体布局与环境设计，主要参数的确定，总体方案的评价与决策。因此，研究方法是相当重要的，用得恰当会事半功倍。 6 本章小 结 本章主要介绍了国内外学者对联合收割机脱粒系统的研究现状，并结合了目前联合收割机脱粒系统存在的问题，阐述了研究的目的及其意义，并给出了主要研究内容和研究方法。 2 脱粒装置整体方案的确定 脱粒装置简介 脱粒装置的基本脱 粒 原理 脱粒装置的基本脱离原理有以下几种 24： 1、碾压脱粒：靠脱粒元件对谷穗施加压力使谷粒脱粒，作用在谷粒上的力主要沿谷粒表面的法线方向，使谷粒与穗轴之间形成剪切破坏，同时也存在沿谷粒表面的切向力也起脱粒作用。 2、梳刷脱粒：将 谷穗通过排列较密的脱粒元件的缝隙，靠脱粒元件对谷粒施加拉力和冲击力将其脱粒。 3、冲击脱粒：靠脱粒元件与谷物穗头之间相互冲击使谷物脱粒。 4、振动脱粒：利用脱粒元件对谷物施加高频振动进行脱粒。 5、揉搓脱粒：靠脱粒元件对谷物及谷物之间的相互揉搓进行脱粒，主要是切向力。 不过无论何种机械脱粒 装置进行脱粒时都不是单一原理，都是采用多种脱粒原理综合应用。 脱粒装置的种类 联合收割机脱粒分离装置的种类按照不同的分类方式又一下几种 26： 1、根据作物喂入脱粒装 置的情况可分为半喂入式脱粒分离装置和全喂入式脱粒分离装置两大类。 2半喂入式脱粒装置根据工作滚筒和作物相应位置不同可分为倒挂输送侧脱、平移输送上脱和平移输送下脱三种脱粒方式。 3、全喂入式脱粒分离装置根据喂入作物沿滚筒的运动方向可分为切流式、轴流式及其组合方式。 4、按脱粒元件的形式脱粒分离装置可分为：纹杆式、钉齿式、弓齿式、齿板式、板齿式 22等，以及不同脱粒元件的组合式。 脱粒装置的选择 通过对不同脱粒装置的组合方式的理论研究：大多都是以滚筒 凹板的脱粒组 合方式，但针对于我研究的这种纵轴流式水稻联合收割机脱粒系统，能够在不改变机体 7 体积的情况下增长脱粒滚筒的长度，因此加长了脱粒和分离的时间。为了让碎矸和秸秆顺畅的排出，在脱条粒滚筒顶盖加上导向条，呈螺旋分布，因此脱粒装置的模型就为脱粒滚筒 凹板 顶盖导向条。 在脱粒过程中大家都会想到脱粒损失，为了尽可能地减少这种为脱净的脱粒损失，在此 脱 粒系统中增加复脱结构，它是将未脱粒完全的谷穗从复脱槽中通过复脱下搅龙轴上的搅龙水平输送到脱复脱刮板处，通过刮板输送到复脱上搅龙轴端，再 由 它的搅龙输送到脱粒滚筒再次脱粒，提 高脱粒效率。 1. 整个脱粒系统我们可以用一张简图来表示： 龙 图 1 纵轴流式水稻联合收割机脱粒系统 on 8 输入轴 脱粒滚筒 （传动） （传动） （再次脱粒） 付搅龙轴 复脱上搅龙 （复脱结构） （辅助输送稻谷） 复脱下搅龙轴 （传动换向） 主搅龙 复脱短介轴 （传动） （传动） 垂直搅龙（将稻谷输送至储粮仓） 从 1 输入轴左端大皮带轮（含离合装置）接入动力 ,7 脱粒滚筒轴通过一对锥齿轮进行垂直方向上的动力输送， 1 输入轴的右端安装链轮与 5 付搅龙轴右端的链轮连接传递动力， 5 付搅龙右端另一个链轮与 4 主搅龙右端的链轮连接传递动力，主搅龙左端安装链轮与垂直搅龙的短介轴的左端连接传递动力，并且 8 复脱短介轴通 过一对锥齿轮与 9垂直搅龙连接传递垂直动力，由于 3 复脱下搅龙的转动方向要符合它与复脱上搅龙间的 10 复脱刮板转动方向，因此，不能同向传递动力，需要一对齿轮改变转动方向。由此引入 2 复脱短介轴，其端头安装链齿轮，将动力换向传递，复脱下搅龙的左端安装链轮，并且与复脱上搅龙左端的链轮连接传递动力，在传递链条上安装刮板，因此完成所有动力的传递。 输入轴：将电动机的动力传递给各个下级运 动 的轴上，还能进行动力离合。左端有大皮带轮和离合装置，中间配合锥齿轮，它由左右两节结合而成，右端安装 多排链轮，将动力传递给风机轴、付搅龙轴、输送槽输入轴。 付搅龙轴：连接输入轴的右端链轮输入动力，辅助主搅龙输送稻谷。 主搅龙轴：右端连接付搅龙轴的右端链轮输入动力，通过搅龙将脱机箱体底部的稻谷输送到垂直搅龙下端，主搅龙的左端伸出箱体左端，并且安装链轮，连接垂直搅龙短介轴。还将右端动力传递给复脱短介轴反转。 垂直搅龙：通过一对锥齿轮与垂直短介轴啮合，将主搅龙输送过来的稻谷垂直输送至储粮仓。 9 垂直搅龙短介轴：连接主搅龙轴与垂直搅龙轴。 复脱短介轴：连接主搅龙轴与复脱下搅龙 轴，传动反向。 复脱下搅龙轴：右端链轮齿轮与复脱短介轴上的链齿轮啮合输入动力，搅龙将未脱粒完全的谷穗输送至其左端。 复脱上搅龙轴：左端链轮与复脱下搅龙轴左端的链轮相连输入动力，将复脱下搅龙输送过来的未脱粒完全的稻穗输送只脱粒滚筒。 复脱刮板：将复脱下搅龙轴左端的未脱粒完全的稻穗刮向复脱上搅龙。 脱粒滚筒：将稻谷与穗杆进行脱粒。 本章小结 本章主要对联合收割机脱粒系统进行简述，列出了不同的脱粒原理与方式，并且通过组合对比选择出所要研究的脱粒系统。介绍了主要零部件及其功 能，还对整体动力输入设计进行设计。 3 主要零部件选择 零部件的设计 脱粒装置的选择 脱粒滚筒上脱粒元件的排列方式以及脱粒间隙是影响脱粒性能的重要指标 57，首先要做理论分析，设计出滚筒上安装脱粒元件的最好空间排列，一般采用螺旋排列，为了加强分离效果，在脱粒滚筒下端安装凹板，凹板的结构有栅格式、冲孔筛式和编织筛式等类型，以栅格式凹板的分离效果最好。还有一个要考虑的就是排草，因此将螺旋导板装在圆柱形脱粒滚筒式脱粒装置的顶盖内，引导作物以适当的速度沿滚筒轴向运动。由于滚筒 喂入端容易出现堵塞，在脱粒滚筒喂入端设计一个脱粒滚筒喂入搅龙，将输送槽输送过来的稻穗向脱粒滚筒。由脱粒滚筒 凹板 顶盖导向条组成脱粒系统 3。 图 2 凹板的结构示意图 10 设计出的脱粒装置可以由下面的简图表示： 图 3 脱粒滚筒 凹板 顶盖导向条的结构示意图 1. of . . . 它的工作流程：首先稻穗有脱粒滚筒左端喂入，在 1 脱粒滚筒喂入搅龙的输送下将稻穗送至脱粒滚筒，稻穗在脱粒滚筒和顶盖上的导向条作用下沿轴向作螺旋运动，时 受到反复的冲击与搓擦进行脱粒。谷粒、颖壳和杂草等通过 8 凹板筛孔分离，秸秆由另一端沿轴向排出。 脱粒滚筒由滚筒端板、连接块、击禾杆、钉齿、中间加强圈、打草板、摔草片及摔草片加强筋等组成。喂入搅龙体由左端防草圈、锥形体和搅龙叶片组成。凹板由横格板和筛条构成，筛孔面积占凹板的 40% 70%，筛孔面积越大，分离能力越高，但过大则滑下未脱净的断穗增多。导向条由圆柱形顶盖安装螺旋导向条。 为了更清晰的表示脱粒装置和原理，从侧面附加一张图： 11 图 4 脱粒滚筒 凹板 顶盖导向条示意图 12 图 5 钉齿在击禾杆上的螺旋排列示意图 of 4 搅龙端板套 图 6 喂入搅龙体机构示意图 13 复脱机构的选择 复脱机构的脱粒装置的辅助机构，它能够提高脱粒效率。它由复脱短介轴、复脱上搅龙、复 脱下搅龙和复脱刮板组成。工作时由复脱短介轴传动换向并且输入动力，复脱下搅龙将复脱搅龙槽里的为脱净的稻穗输送到搅龙的另一端，在复脱下搅龙的另一端通过链轮与复脱上搅龙连接，并在输送链条上面安装刮板，将搅龙输送过来的稻穗刮送到复脱上搅龙端，再由复脱上搅龙输送至脱粒滚筒，进行二次脱粒。为了简洁地表示出 复 脱机构，我们可以通过下面的复脱机构示意图来认识此机构： 图 7 复脱机构的结构示意图 on 4. 14 在此机构中另外对复脱刮板进行设计：它由刮板和胶片组成，其中胶片的作用是保护 稻谷不被碾碎，其简图如下： 图 8 复脱刮板示意图 of 本章小结 本章主要是对脱粒装置的选择，重点介绍了脱粒装置和复脱装置，并对它们的工作原理和工作流程进行了简述，对主要的零部件进行选择。 4 主要零部件设计与计算 脱粒滚筒的设计 由于我研究的脱粒滚筒是纵置轴流式滚筒 13，滚筒速度可以较切流 略低 一些。实验表明，脱水稻时，圆柱滚筒的圆周速度为 22s；圆锥形滚筒大端的圆周速度为28s。下表 1为不同形式轴流滚筒对不同作物 脱粒时对应脱粒速度。 表 1 轴流脱粒滚筒的脱粒速度 1（ m/s） of 粒作物 钉 齿式 叶片式 纹杆 麦类 20 16 20稻 18 13 - 大豆、玉米、高粱 7 10 - * 籼稻采用较低，粳稻采用较高。 钉齿式脱粒滚筒装置的主要技术参数 3： 15 （ 1）钉 齿 Z（ 1Q/( (1) 其中： 每个钉齿允许负担的喂入量，当凹板也带钉齿时（对于稻麦类），采用刀齿（带入输送装置的脱粒机）可取 s；对于采用刀齿 的联合收割机： s。有些以脱稻为主的板刀齿滚筒，如果齿侧间隙较大，或凹板不带钉齿，所采用的 0%左右，以加强梳刷作用。 （ 2）滚筒长度 L 和滚筒有效长度 确定： L=a（ z/+2 L (2) l=a(z/ (3) 式（ 2）（ 3）中 般为 3 a 2（ b+ b=（ b1+ 般不小于 3用的 5 滚筒的结构需要确定 。 滚筒长度 L（或 l）可以根据机器的总体设计来考虑，或者根据生产效率来计算：一般每个钉齿的生产效率为 s，按生产效率，在求出总齿数以后，即可以求出滚筒的长度。 （ 3） 滚筒的齿端直径 D:可由下式确定 D= +2h (4) 式（ 4)中 以近似按弦长计算，常用值为 120 般取值范围在 60 （ 4）脱粒速度 v：钉齿滚筒式脱粒滚筒装置的脱粒速度 v 即滚筒钉齿端的圆周速度： v= 0 (5) 式（ 5）中 n 滚筒速度 D 滚筒钉齿顶端直径。 根据总体尺寸的设计要求与计算核算求出并元整得： 钉齿数 z=80 滚筒长度 L=1375筒有效长度 l=1255筒钉齿顶端直径D=560粒速度一般取 v=22s 则脱粒滚筒转速 n=800 凹板的设计 凹板除配合脱 粒滚筒起脱粒作用外，还应起分离脱出物的作用。使脱下的大部分 16 稻粒能很快地分离，可以避免和减少稻粒破碎，同时也减轻了分离装置的负担，要提高凹板的通过性，必须尽可能地加大凹板的有效分离面积，也称筛孔率。 栅格式凹板的筛孔率为 40凹板的分离率课可高达 75故栅格式凹板应用比较普遍。栅格式凹板由横格板，侧弧板，筛条等组成，一般为整体结构，包角超过 120的凹板分成两段或三段制造。通过调节机构可以改变凹板与滚筒的间隙。凹板上的栅格板与筛条构成分离筛孔，横格板均布时格板间的孔长约为 30均布为30条间孔宽为 8孔宽大时，稻粒破碎少而漏下的未脱净与碎秸秆增多。横格板应用棱角，顶面一般高出筛条，使旋转滚筒对作物冲击，振动充分发挥脱粒和分离作用，高度过大易使秸秆破碎增多。 凹板面积 而也与喂入量有关，其关系式为： A= 1q/ （ 6） 式（ 6）中 m） m） kg/s） 位凹板面积允许负担的喂入量；对脱粒机 取 联合收割机 5求脱粒装置具有较高的分离性能时去最小值 ，发动机功率较大可取最大值。 凹板宽度 ，因此当滚筒长度确定后，即可求出凹板弧长 l。 弧长大脱粒分离能力加强，允许的喂入量增大，生产率提高。但相对应的秸秆增多，功率消耗也加大。滚筒直径一定，加大凹 板弧长等于增加包角，凹板包角过大时，易使秸秆缠绕滚筒。现有脱粒装置上凹板包角多数采用 90 少数达 150左右。在工作质量满意的前提下，凹板弧长取短些为好，一般弧长为 350 A= （ 7） B=L=90 凹板弧长 l= r= （ 8） 脱粒间隙的设计 脱粒滚筒与凹板之间组成的间隙称为脱粒间隙。为使脱粒装置能适应不同品种和不同的作物，脱粒间隙一般可以调节。在通常情况下脱粒间隙按一定规律变化，在进口处的间隙大，出口的间隙小，间隙比（入口间隙与出口间隙之比）为 17 顺利喂入的条件下入口间隙可尽量调小，有利于提高脱粒装置的工作质量。常用的作物脱粒间隙范围见下表： 表 2 脱粒装置的脱粒速度与脱粒间隙 of 作物种类 滚 筒速度（ m/s） 入口间隙（ 出口间隙（ 小、大麦 276稻 246粳 100豆 100粱 120米 1052子 245照上表，可得出脱粒间隙为：入口间隙为 20口间隙 5 复脱机构的设计 复脱下搅龙的设计 复脱下搅龙的作用是将动力输入给 复脱上搅龙并且将未脱净的稻穗（通过风机的抛扬原理，掉落在复脱下搅龙槽内）输送至搅龙另一端，中间部分由搅龙轴和螺旋叶片构成。根据使用的场合不同，其机构形状也有所不同。用于输送、装料的搅龙一般为圆柱形，螺距都相等。这种搅龙轴与叶片一般分别制造，然后通过焊接或者其它连接。主要设计参数有外径 D、轴径 d 和螺距 S。设计时，外径 D 可以根据使用要求确定。轴径 d 的大小与多种因素有关，轴径太小，对输送不利，还会增加叶片的制造难度。轴径太大，显得笨重，结构不紧凑。据经验推荐取 d=（ 可以根据产生效率确定 ，在转速一定的条件下，一般来说，螺距越小，效率越低。但螺距增大到一定程度后，效率不会再随螺距的 增 大而提高，反而降低。通过资料显示 8推荐取S=（ D。 速度分析： 在搅龙的作用下，物料输送过程中，既有沿轴向的直线运动，又有绕轴线转动。速度分析如下图所示。 18 图 9 搅龙输送速度分析 of 直于螺旋叶片的理论速度： Va= 0) （ 9） 式（ 9）中： 如下 图可知，与 r 之间的关系为 图 10 螺旋升角与半径 （ 10） 19 考虑摩擦后的物料输送速度： 由于螺旋叶片在旋转中推动物料时，物料与叶片之间有摩擦，其输送动力和输送速度受摩擦角的影响。因此，考虑摩擦后叶片推动物料的速度为： va/(60 （ 11） 则物料实际输送速度（轴向速度）为 Vf=v +） （ 12） 利用三角函数 可以解得 0） 1 （ 13） 式（ 13）中： f= 最佳螺距： 通过计算机编程计算 32，可以输入已知参数 D、 d、 f 后，可以得到结果，例如下表所示。 表 3 螺距计算举例 of 号 搅龙直径 D（ 轴径 d（ 摩擦系数 f 最佳螺距 S0(1 74 20 74 20 74
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