【《大豆种子脱粒机总体设计计算案例》2800字】

大豆种子脱粒机总体设计计算案例1.1脱粒装置的工作原理随着农业机器的研发与政府对农业出台的政策支持，农村使用机械化工作的覆盖率越来越广，而脱粒装置的研究与制造程度是收获类机械最重要的部分之一。脱粒原理的差异，其所对应的脱粒装置的构造也将不同。依据相关脱粒原理可分为：差速脱粒、梳刷脱粒、搓擦脱粒、碾压脱粒、冲击脱粒五种REF_Ref71373046\r\h[11]。1）差速脱粒：利用同方向(或者不同方向)不同旋转速度的脱粒元件间所形成的差速旋转来进行脱粒。2）梳刷脱粒：利用脱粒元件对谷物施加冲击拉力而使其脱粒。3）搓擦脱粒：利用农作物与脱粒元件之间，以及谷物与谷物之间的相互摩擦而使谷物脱粒。4）碾压脱粒：利用脱粒元件对农作物施加挤压力而进行的脱粒。5）冲击脱粒：利用脱粒元件与谷物穗头的相互冲击作用而进行脱粒。1.2设计原则1）一次工序就可以完成脱粒、分离、清选、收集等作业工序。2）脱粒机参数多方面可调整。3）机具结构合理，便于拆卸和清理。4）物料投入安全，不发生堵塞。5）脱粒装置结构简单，效率要高，生产率大，损伤率低。6）噪音小，机器振动小。根据国家对大豆脱粒机的设计标准，脱粒机的主要性能指标如表1所示。表1大豆种子脱粒机主要性能指标Tab.1Mainperformanceindexofsoybeanthresher主要性能指标值未脱净率/%≤1破碎率/%≤3含杂率/%≤4总损失率/%≤31.3工作方式及基本原理大豆种子脱粒机整体结构如三维图如图1.1所示，由喂入口、脱粒装置、清选装置、传动系统、排杂口、排口等部分组成。1.喂入口1.排杂口3.排豆口4.排杂口图1.1大豆种子脱粒机Fig.1.1Soybeanplantthrasher基本工作方式：将单株大豆从喂入口1投入，进入滚筒中进行脱粒，脱粒的过程中可以通过透明罩子观察，脱粒结束后的大豆种子通过排豆口排出。待大豆种子排出完成之后转动出料把手，杆茎等杂物从排杂口2排出。a.正面视图b.背面视图1.喂入口1.滚筒转子3.出料把手4.排杂口5.过滤网6.排豆口7.通风道8.风扇连接9.风扇10.滚筒转子11.风扇带轮11.电机带轮13.调速带轮14.换向带轮图1.2大豆种子脱粒机结构Fig.1.2Thestructureofsoybeansingleplantthrasher基本原理：当电机启动时，电机驱动带轮12运转，从而带动13无极调速带轮转动，然后通过换向带轮14，使得带轮转向改变，接着带动滚筒转子10转动；电机驱动带轮转动12，皮带连接到风机一侧，风机11转动。当大豆植株进入喂入口1再进入到滚筒转子2内，此时转子对大豆植株进行梳刷，大豆种子通过排豆口6然后排出。1.4脱粒装置设计脱粒装置是大豆种子脱粒机的关键部分。其作用是将大豆种子从豆荚中分离，并且尽量不伤害种子，所以对于大豆植株的脱粒设计是保证生产率，降低损伤率的重要环节。1.4.1滚筒的选择与计算根据谷物与滚筒的相对运动情况，脱粒的滚筒组合主要有轴流式（横轴流和纵轴流）、切流式、切流和轴流联合等方式REF_Ref71373102\r\h[12]。1）轴流式脱粒装置：轴流式滚筒装置由脱粒滚筒、凹版和带有螺旋形导向的顶盖组成。滚筒结构滚筒有圆柱形和圆锥形两种。滚筒上大多安装杆齿和叶片齿，也有板齿、纹杆或纹杆与杆齿混装等。2）切流式脱粒装置：切向流滚筒式脱粒装置在使用过程中穗秆都是沿滚筒圆周的切线方向流动。包括三种纹杆滚筒式、钉齿滚筒式、双滚筒式。其所用功率较大，结构复杂。综上所述，滚筒决定选用轴流式滚筒脱粒装置。为了满足不同品种的大豆植株，滚筒的直径设计需要满足大部分大豆植株特性，计算公式如下所示。（1）式中：D-滚筒直径/mm；L-最长植株长度/mm，取1800mm；H-板尺高度/mm；取450mm。即滚筒直径为D=348。1.4.2脱粒元件设计按照关键部位可分为纹杆式、弓齿式、钉齿式、双滚筒式和板齿式。①纹杆式：由喂入输送机、喂入轮、纹杆滚筒、逐稿器等元件组成，其结构简单，适应多种作物，应用最广泛。②弓齿式：一般在小型脱粒机中应用广泛，弓齿型结构抗冲击能力较强，脱粒的冲击缓冲空间较大，但其脱粒效率一般。③钉齿式：由喂入台、钉齿滚筒、逐稿轮、凹板等元件组成，其脱离能力强，对大豆水稻及潮湿作物适应性好，秸秆断碎多，能耗大，增加分离难度。④双滚筒式：由喂入输送装置、钉齿滚筒凹板，纹杆滚筒及凹板和逐稿轮等元件组成，其第一滚筒（钉齿式）和第二滚筒（纹杆式）组成，脱粒干净，分离性能好，谷粒破碎少，生产率高。但结构复杂，能耗大，秸秆断碎多，清洗负荷较大。⑤板齿式：板齿式脱粒原理属于搓擦式脱粒，脱粒元件将会推动农作物，使得农作物与筛网之间进行摩擦，最终导致其籽粒脱落。综上所述，本文决定采用的是板齿式结构。由于板齿脱粒元件在大豆脱粒机中很少被研究，所以通过这次设计，本文将会对横轴流板齿结构进一步研究，结构如图1.3，应力云图1.4。1.4.3筛网设计筛网的设计也是至关重要的一环，如果筛网过大会使未脱粒完全的籽粒脱出，如果筛网过小会导致籽粒无法从排豆口排出。因此筛网采用编织筛，钢丝直径选择7至16mm，网筛尺寸选用15*15mm网状筛网，网筛包角为110°,将两端嵌入滚筒底部，从而起到筛选的作用，结构图如图1.5，应力云图1.6。图1.3脱粒元件图1.4脱粒元件应力云图Fig.1.3ThreshingelementFig.1.4Threshingelementstresscloud图1.5筛网图1.6筛网应力云图Fig.1.5ScreenmeshFig.1.6Screenmeshstresscloud1.4.4滚筒转速主要根据大豆脱粒线速度来确定n，本文中的滚筒线速度v选为9m/s。计算公式如下所示。（2）式中：v-主滚筒圆周速度，m/s经计算得主滚筒转速取值为495r/min。1.5脱粒功率脱粒部分所消耗的功率占整个机器的75%左右，所以选择符合的电机功率匹配是十分关键的。脱粒过程中的做功主要分为以下两个部分。①机械内部的摩擦所做的功，带轮、传动轴、皮带、轴套等方面引起的消耗，这方面被称为空转做功N0。②脱粒转子与农作物之间的做功，板齿在脱粒过程中对植株的梳刷、摩擦、打击等，这方面的做功被称为有效功耗N1。所以脱粒部分的功耗总和为N0与N1之和。如公式（3）（3）式中：N0-无效功率，kw；N1-有效功率，kw；N2-脱粒装置的总功率消耗，kw；v-滚筒圆周速度，m·s-1；m-单位时间喂入作物的质量，kg；n-脱粒滚筒转速，r·min-1；f-搓擦系数。搓擦系数与很多因素有关，例如线速度、脱粒带间隙等因素。一般取值在0.9-0.95，此处选择f=0.92。取m=0.0648kg/s。A、B系数与传动方式和滚筒迎风面积有关系，取A=0.5×10−3，将以上各参数代入公式（3）中，得出此装置的功率消耗为1.4kw。由于生产中喂入机器的农作物的数量不同，大豆植株的潮湿程度和品种具有不确定性，如果按照公式计算出来的数据来选取电动机，有一定的几率会导致电动机超负荷工作，不仅会导致电机寿命下降还会使生产率下降。为了防止这种情况的产生，电机将选取1.0kw的三相异步电动机。1.6大豆籽粒受力分析经过脱粒装置的筛选，大豆与颖壳随着重力下落，由于吹风机造成的低气压，质量较轻颖壳将会从风道排出，而大部分的大豆籽粒将会从排豆口排出，小部分大豆籽粒将会与两侧的挡板有接触碰撞，大豆籽粒从挡板上滚落的受力如图1.7所示。图1.7大豆籽粒受力分析Fig.1.7Thestressofsoybeangrain对其