小麦联合收获机脱粒装置设计

2022年122022年12月24日小麦联合收获机脱粒装置设计说明书目录TOC\o"1-2"\h\z\u小麦联合收获机脱粒装置的设计 绪论1.1选题的依据和意义我国是一个农业大国，粮食作物种植面积广，其中水稻和小麦是我国的主要粮食作物，水稻的种植面积约4.5亿亩，约占我国耕地面积的一半：小麦是我国约一半人口的主食，种植面积约2.5亿亩。谷物的收割作业季节性强，时间紧，任务重，用工多，同时容易受到雨、风、霜等天气的影响。传统的人工收获，劳动强度大、效率低，已远远不能满足现代农业的发展需求Ⅱ。
做为谷物的收获机械，联合收割机的出现解决了这个问题，它可以一次性完成谷物的收割、脱粒、清选、籽粒回收等一系列工作。大大提高了收获效率、代替了人工劳动，并且有脱净率高、谷物损失小、含杂率低等特点。随着经济和工业的不断发展，联合收割机需求也越来越高。各科研院所、高校、企业都积极开展了联合收割机的研发工作，使联合收割机得到快速发展。随着技术的不断进步，联合收割机也衍生出多种形式：按照喂入方式主要分为全喂入式和半喂入式收割机：按谷物沿脱粒滚筒的运动方向可分为轴流式、切流式以及组合式收割机等。无论何种形式的联合收割机，整机都是由割台装置、脱粒分离装置、清选装置三大部分组成。而联合收割机的收割能力主要由脱粒分离的能力决定，可以说收割机的脱粒能力决定着收割机的水平和性能，是联合收割机的核心。因此对联合收割机的脱粒装置进行研究，是提高其收获性能的关键。虽然经过近些年来的不断发展，脱粒装置有了不断的进步和改进，有了很大进步，但仍存在着一些问题：如：在实际使用中由于不同地块农作物、不同环境等，收割性能并不稳定，导致收割过程中时有出现脱粒不干净，有的分离不彻底，有的夹带损失较大等；在大喂入量收割的情况下，不能保证脱净率、且存在夹带损失高、籽粒破碎率高、时常出现滚筒堵塞等问题。同时随着现代农业的发展和农民对收割机性能要求不断的提高，致使联合收割机不断向高效率、低损失率、低破碎率、和低功耗等更优越的性能发展。1.2本设计相关机械国内外发展现状1.2.1国外发展现状国外对联合收割机研究较多的为欧美系和日韩系：欧美国家以其农田面积广，可大面积收割作业，所以脱粒能力强、大喂入量的联合收割机研制较多，如：凯斯的8010型联合收割机，喂入量可达到10kg/s，还可适应不同农作物的收割脱粒作业，显示了其脱粒分离装置的先进性。凯斯及CLAAS等公司研制出一种以短纹杆为脱粒齿的脱粒装置，其脱粒齿为螺旋状排列，亦可满足不同作物脱粒要求。2016年，约翰迪尔公司亮相了一款新型收割机——C440联合收割机，这款收割机配备了一种双螺旋导锥结构脱粒装置，喂入量可达到13kg/s，脱粒性能优越；日韩系则以适应多种田块及土壤条件的联合收割机为特点，小喂入量高脱粒性能机型层出不穷，农机代表型公司久保田对联合收割机的研发和生产能力在国际都处于领先地位。1.2.2国内发展现状国内从1950年起，人们在收割谷物时就开始使用一种简易的轴流滚筒式脱粒机。20世纪60年代，已开始对脱粒机构进行研究。到了20世纪70年代我国对联收获机的研究开始重视起来。各大高校对脱粒装置进行理论分析和实际实验，使得脱粒装置技术突飞猛进，但仍与外国有较大差距。2小麦联合收获机脱粒装置的结构设计2.1工作原理小麦联合收获机的脱离装置根据工作原理和结构可以大致分为纹杆式、钉齿式、双滚筒式轴流式和半喂入式等。本设计研究内容为切流纹杆式。纹杆式脱粒机构主要利用纹杆与凹板对麦粒的搓擦；麦粒与凹板、机体、纹杆的碰撞冲击；麦粒与秸秆麦粒之间的搓擦与冲击进行脱粒。如图所示，由喂入轮喂入收割来的小麦，进入凹板与纹杆构成的脱粒间隙内，在纹杆与辐盘的转动过程中与麦粒碰撞，使其收到冲击与搓擦进行脱粒。这时脱下的谷粒有60%~90%通过凹板进入下端的运输装置，另一部分在纹杆的带动下与其他脱出物一起被带到间隙出口，由逐稿轮带到后方传送装置。2.2结构设计依据2.2.1纹杆的结构设计纹杆为脱粒装置的核心部件，纹杆分为A型和D型两种。A型适用于圆形辐盘上，抓取能力强，消耗功率多；D型使用与直接固定在多角形的辐盘上，D型纹杆具有弯曲锻钢面，纹杆尾部相当于纹杆座，起到抓取作物的作用，并可通过螺栓直接与辐盘连接，装卸比较简便。纹杆有左旋与右旋之分，相邻两杆纹路相反，防止作物移向滚筒的一侧，亦可以抵消脱粒时产生的轴向力。滚筒通常呈开式，即滚筒圆周方向不封闭。为了平衡，纹杆总是偶数，一般为6、8或10根，随滚筒直径而异。过密抓取能力减弱，也不便拆装。为了提高纹杆的抗磨性，一般用猛钢轧制。它的工作表面是一曲面，上有斜凸纹，可增强抓取和搓擦作物的能力。根据工作需要，取六根长度为1300mm的纹杆作为本次设计的纹杆。2.2.2滚筒长度L的设计滚筒的直径和长度大小与脱粒、分离装置的通过能力密切有关。作物进入脱粒装置呈薄层则得到的脱粒与分离效果最好制不能增大时才选用较大的滚筒直径。在纵喂的脱粒装置上滚筒长度按下式计算：L≥q/qo(m)q———脱粒装置的喂入量（kg/s）qo——滚筒单位长度允许承担的喂入量（kg/s·m），现有一般纵喂脱粒机取=1.5～2.0，对T型和P型联合收割机取qo=3～4，对直流型的滚筒长度随切割幅而定。在横喂入的脱粒机上，滚筒长度按所脱作物长度确定，L值大多在1200～1500mm。在NJ105-75标准中规定滚筒长度系列为500mm、700mm、900mm、1200mm、1350mm、1500mm、1100mm为保留系列，在新设计的机器中不采用。纹杆根数Z可按下式计算：Z=πD/S式中S——纹杆间距（mm），一般为18～250mm（以圆周弧长计），横喂滚筒直径较小，S的最小值可取150mm。为便于滚筒平衡，纹杆数一般都取偶数。在NJ105-75标准中规定D=400mm、450mm，Z=6；D=550mm、600mm,Z=8。2.2.3凹板的结构设计凹板除配合滚筒起脱粒作用外，还应起分离脱出物作用。使脱下的大部分谷粒能很快地分离，可避免和减少谷粒破碎，同时也减轻了分离装置的负担。要提高凹板的通过性，必需尽可能地加大凹板的有效分离面积。横格板均布时格板间的孔长（b）约30～40mm，非均布时为30～50mm，筛条间孔宽（a）为8～15mm。筛孔宽大时，谷粒破碎少而漏下的未脱净断穗与碎秸杆增多。横格板应有棱角，顶面一般高出筛条，其高度h为5～15mm，以便于阻滞作物，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A和凹板弧长l对脱粒装置的脱粒和分离能力有显著影响，因而也与喂入量有关。其关系式为：A=BL≥（1-β）Q/0.6q式中B——凹板的宽度（m）L——凹板的弧长（m）Q————脱粒装置的喂入量（kg/s）β———喂入作物中谷粒所占重量比率q————当β=0.4时，单位凹板面积允许负担的喂入量【kg/s·m²】；对脱粒机取2.5～3，对联合收割机取5～8。要求脱粒装置具有较高的分离性能时取小值，发动机功率较大可取大值。凹板宽度B等于滚筒长度L，因此当滚筒长度确定后，即可求出凹板弧长l。弧长大（横格板多）脱粒分离能力加强，允许的喂入量增大，生产率提高。但相应碎秸杆增多，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，易使秸杆缠绕滚筒。现有脱粒装置上凹板包角a多数采用90°～120°，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350～700mm。2.2.4脱粒间隙与速度脱粒间隙与脱粒速度是影响脱粒质量的重要参数，可以参考下表进行选择：2.2.5凹板与滚筒的相对位置大多数的脱粒机和联合收割机上都把喂入口布置在脱粒机的前部。凹板进口端设置在滚筒轴线以下，底部切线以上。作物喂入方向以位于D/4为半径的滚筒假想同心圆的切线处较宜。因作物从径向喂入时不易被抓取，同时滚筒回转产生的气流还有阻碍喂入的作用。若沿滚筒切线方向喂入时，作物受到的打击变形小，只靠纹杆表面的摩擦来抓取，茎秆不易被拉开，喂入的均匀性变差，使脱粒分离不良。脱出物排出口位置在凹板面积确定后大体上已定，但要求使秸草的抛出轨迹能适合脱粒工艺流程，避免排出的秸草返绕至滚筒前部。凹板包角的出口端通常在滚筒水平轴线以下。为提高脱粒装置的脱粒分离通过能力而增加凹板包角时，在凹板出口处可设置导向装置来控制脱出物的运动方向。2.2.6逐稿轮的设计逐稿轮可以帮助脱出物顺利进入清选分离装置，常用的逐稿轮为整体封闭式。用3～8片钢板焊成，叶片沿旋转方向后倾25°～35°，以利于抛扔脱出物并防止回带。直径一般为250～400mm，圆周速度应大于脱出物的抛出速度（脱小麦为6～8m/s），约为滚筒速度的1/4～1/3。在有些联合收割机上，为使逐稿轮速度和滚筒中抛出的脱出物速度相配合，逐稿轮转速和滚筒转速同步。逐稿轮的位置应与滚筒尽量靠近，以防止滚筒缠草，并能把脱出物抛向分离工作部件（逐稿器）的前方，使充分发挥逐稿器的分离作用。2.3小麦联合收获机脱粒装置的结构设计小麦联合收获机的滚筒设计滚筒长度L：q=μ0LMn60,已知q=4kg/s，取滚筒长度L=1300mm，M=6个，n=1000r/min，算得，μ0＝0.051凹板长度l：A=Bl≥（1-β）Q0.6qa，已知qa=5，β凹板包角l：α=l*360πD，由于l≥615mm脱粒间隙：取入口脱粒间隙为δr=20mm，出口脱粒间隙为δc脱粒滚筒直径取530mm。脱粒滚筒与逐稿轮的位置关系如图所示轮毂-辐盘与脱粒滚筒轴通过键链接3结论和建议综上所述，该脱粒滚筒的主要参数为：喂入量为4kg/s，脱粒滚筒长度为1300mm，转速为1000r/min,直径为530mm，脱粒入口间隙为20mm，出口间隙为5mm，凹板包角约为133°，逐稿轮为四个钢板焊接而成，工作直径为350mm。逐稿轮与脱粒滚筒的配合关系见工程图纸。本次设计只进行了结构设计，建议完成强度校核与仿真设计，建议进行田间实验以检验其工作效率。参考文献孟凡虎.纵轴流式小麦脱粒装置与技术研究[D].山东理工大学,