玉米剥皮脱粒机脱粒装置设计

1、玉米剥皮脱粒机脱粒装置的设计摘 要：近年来，在国家政策的大力支持和各级政府的积极指导下，玉米脱粒械化发展迅速。 但目前，我国玉米脱粒机机械化收获水平仍然很低。 机械一般只占2%。同时，大多数成熟的玉米脱粒机没有剥皮装置。 在这一重要的脱皮环节中，大多数农民迫切需要一种廉价高效、易于使用的既能脱皮又能脱粒的小型机械来取代繁琐的体力劳动。因此，本课题主要针对玉米剥皮脱粒机的设计，该机的主要特点是：适用于农村收获困难的复杂地形；一机双用，运行质量好，效率高；结构简单，使用方便；成本低，减轻人力劳动。关键词：结构设计；Corn peeler and threshing On the design of

2、 threshing mechanism （College of Mechanical Engineering，Longdong University）Abstract: In recent years, with the strong support of national policies and the active guidance of governments at all levels, corn harvesting mechanization has developed rapidly. But at present, the level of mechanized corn

3、harvest in China is still very low. Machinery generally only accounts for 2%. At the same time, most mature corn harvesters do not have peeling devices. In this important part of peeling, most farmers urgently need a kind of cheap, efficient and easy-to-use small machinery which can peel and thresh

4、to replace the tedious manual labor. this topic is mainly aimed at the design of corn peeler and thresher. The main characteristics of this machine are: it is suitable for the complex terrain with difficult harvest in rural areas; one machine is used for two purposes, with good operation quality and

5、 high efficiency; the structure is simple and easy to use; the cost is low and human labor is reduced.Key words: Corn threshing; Structural design; Mechanical analysis; Load calculation1.1研究背景与意义玉米是我国第三大种植作物，是食品和饲料的原料，也是重要的工业原料。表1-1列岀了2017-2019年我国米生产情况。时间指标单位数值2019播种面积千公顷41284.0002019产量万吨26077.00020

6、18播种面积千公顷42129.0002018产量万吨25717.3932017播种面积千公顷42399.0002017产量万吨25907.070表1-1 2017-2019年我国玉米生产情况注：表1资料来源自中华人民共和国国家统计局我国玉米种植范围广，根据农业部全国农业统计数据得知除青海、海南、江西和上海的种植面积小于10千外，全国玉米种植面积约41284千,占全国耕地面积的24.2%。目前，我国农业现代化水平有了很大的提高，但玉米剥皮、脱粒的机械化程度相对较低。 随着我国畜牧业和粮食加工业的快速发展，对玉米的需求逐年增加。我国西北大部分地区的玉米剥皮脱粒依旧靠人力完成，因此玉米高效率的剥皮、

7、脱粒的机械化水平已成为制约玉米产业发展的瓶颈。我国现阶段玉米收获的主要机型有4YW-2型玉米联合收获机、4YZ-4型自走式玉米联合收获机、4YW-2型悬挂式玉米联合收荻机和单行玉米联合收获机。此种机型适用于大型、平整、种植面积广的地形，我国西北地区的多数耕地未承包化，地形多为小型地块、山洼地块，收获机无法进入作业，现阶段这些地区的玉米收获基本上依赖人力完成。目前多数玉米脱粒机械多为玉米脱粒机，玉米剥皮依靠人力完成。本设计的玉米剥皮脱粒机可适用于个人家用，解决玉米脱粒机功能单一，安全性低的问题，提高玉米剥皮和脱粒效率，设计玉米剥皮脱粒机，提高整个装置的生产性。玉米剥皮脱粒机结构简单，调整方便可靠

8、，运用电动机作为动力，为了达到设计要求，主剥皮脱粒装置中的剥皮辊采用螺旋铁棍和橡胶辊组合的玉米剥皮辊，并且两辊高低配置，且根据玉米棒的大小不同，通过弹簧调节两辊间的距离，玉米剥完皮后通过输送管输送到脱粒室，工作时玉米在高速旋转的转子与滚筒内受到撞击玉米粒脱落，筛孔把籽粒分离出去。1.2国内外研究现状与发展趋势1.2.1国内外研究现状进入21世纪，经济发达国家的玉米机械化收获已经实现，玉米收获机械的研究与生产技术已经成熟。法国、德国、乌克兰、俄罗斯等国家，玉米的收获已基本实现了全部机械化作业。美国、加拿大等国家由于其种植地块大、且多为一年一季种植，收获时玉米籽粒的含水率很低，一般是在谷物联合收获

9、机上换装玉米割台，采用直接脱粒的收获方式。20世纪70年代开始我国相继引进入一些国外玉米收获机械，如美国凯斯公司的玉米联合收获机。添加玉米收割台，一次性完成玉米摘穗、剥皮、脱粒和清选工作。但由于我国与美国玉米行距存在差异，且我国玉米收获时含水量大于美国本土玉米，造成引进的收获机械水土不服，玉米粒损失比较严重。同时，直接收获导致无法利用后熟作用，产量大幅下降。于是我国开始了自行研制玉米收获机械的道路。我国在20世纪70年代末自行研制出小型玉米联合收获机和玉米割台，80年代研制出了青贮玉米收获机，以及与小型拖拉机配备的悬挂式玉米联收机。目前为止我国玉米的种植面积仅次于小麦，但其机械化劳动作业程度却

10、有很大差异。玉米联合收获机的使用主要集中在山东、河北等省区的一些国有大型农场。而我国许多玉米产地至今仍靠人工掰穗收获，由于我国与美国等国家玉米收获含水率存在较大差异，我国大部分地区玉米收获含水率高于26%导致玉米粒碎裂严重影响产量及农户的经济收益，因此针对不适用玉米收获机的地区亟需机械化玉米收获的普及。1.2.3研究目的与内容玉米剥皮脱粒机有着高效、高性能、高精度的巨大优势，农户将带皮的玉米运回家中进行一定的晾晒处理即可使用玉米剥皮脱粒机剥皮、脱粒一步到位，能够大幅提高收获效率大量的节约人力劳动。本设计的主要研究内容包括:脱粒装置总体结构及工作原理；主要零部件设计计算；脱粒装置的性能及特点。玉

11、米脱粒装置的工作原理：玉米从剥皮机构的出料口进入脱粒装置的入料口，在脱粒滚筒的高速运转下使玉米粒和玉米芯分离，玉米粒经凹型筛网的缝隙落下，从出料口排出，玉米芯则被隔住，从排芯口排出。从而实现高效率、高精度的不间断脱粒过程。脱粒装置用电力驱动，电动机安装于剥皮机下方，与剥皮机构机架的最底层固定连接。2.结构设计、三维建模及方案选择玉米脱粒装置是玉米粒和玉米芯分开的一种装置。主要由入料口、脱粒滚筒、有孔凹板、机架和电机组成。总体结构如图1所示。图2-1 脱粒装置结构图本次设计的玉米脱粒机其工作原理为电机皮带轮传动,玉米果穗进入进料箱，皮带轮带动脱粒滚筒转动，在脱粒区内果穗沿脱粒滚筒轴做螺旋滚动与滑

12、动，在此过程中果穗之间、果穗与脱粒锤之间进行充分碰撞，籽粒被击打下来；脱掉的籽粒穿过栅格凹板筛排出主机，通过前、后溜板沿出料口排出；全部脱掉籽粒的玉米芯沿轴线方向被推送到排芯口排出机外，即完成整个脱粒过程。2.2结构设计及三维建模本设计使用creo6.0软件进行结构设计和建模分析。Creo6.0具有6大优点：（1）草图的方便性，智能线性捕捉、自动弱尺寸标注和简单易懂的菜单栏大幅度提高草绘速度。（2）特征调整的方便性，可以通过右键切换选择特征、双击即可修改尺寸等便捷优势。（3）装配体中调整特征的方便性，装配方便快捷，可直接调用标准零件库完成装配需求。（4）配置常用参数的方便性，自定义快捷键、菜单

13、栏和各种建模参数。（5）工程图的方便性，模型图可直接投影为工程图省去再使用CAD等软件重复出图。（6）文件管理的方便性，建模过程中的文件保存相对完整不易出错、回溯丢失。脱粒装置的入口是剥皮装置的出口通过料槽连接。通常使用空心管道、半开滑槽、空心料槽等方式。空心管道和半开滑槽效率低，制造成本高、安全性低和不方便维护等缺点。本设计选用壁厚2mm的空心料槽，空心料槽具有制造方便、下料速度快、质量轻的优点，同时料槽的倾斜设计使剥皮后的玉米更容易通过料槽进入脱粒装置，极大的提高脱粒效率。创建TM1-TM7定位面为草绘创造定位基准。选择平面TM1和TM2画出基准参考线。选择参考基准线扫描、拉伸出大致轮廓。

14、将扫描出的模型抽壳厚度为2mm。将抽壳后的模型棱角倒圆角使其符合加工工艺。表2-2-1-2 料槽建模玉米脱粒的核心部件是脱粒滚筒，滚筒长度为2700mm，直径500mm。滚筒上均匀分布齿杆和螺旋式叶片。脱粒过程中玉米快速横向移动，旋转速度逐渐增加，这个过程主要依赖滚筒上的叶片和齿杆完成，大幅度保证脱下的玉米粒外观完整。选择TOP平面为参考面建立草绘平面，草绘画尺寸并拉伸为圆柱。在已画出的圆柱上扫描出螺旋形状的叶片。在已画出的圆柱上拉伸出齿杆并均匀阵列到圆柱体。2.2.3分离和机架部分脱粒完成后玉米芯和玉米粒分离。滚筒下方有厚度为2mm凹型板，板子上均匀分布直径为4mm的孔洞以保证玉米粒漏下从凹

15、板下方的出粒口排出，玉米芯从凹板上方的出芯口排出。分离板及机架建模：选择TOP平面建立草绘面，建立弧度尺寸。以草绘尺寸为考拉伸为H型模型。把H型模型镜像后得到两个形状尺寸相等的模型。拉伸连接镜像后的H型模型。在凹型面创建直径为4mm的孔并均匀阵列。在机架上切出出芯口。创建草绘平面画出出粒口并拉伸为实体。2.2.5动力传动装置农用机器常见的动力装置有燃烧柴油输出动力的发动机，还有消耗电力提供动力的电动机两种。柴油发动机成本高昂，柴油的储藏容易发生安全隐患，噪音大质量非常重等缺点。故本设计选用型号为Y132M-4型三相异步电动机。3.重点零部件的设计计算及校核常用的传动方式有链传动、齿轮传动以及带

16、传动。链传动和齿轮传动安装不方便，制造的价格也非常贵，因此本设计选用带传动。带传动是一种挠性传动。带传动的基本组成零件为带轮和传送带。当主动带轮转动时，利用带轮和传动带轮间的摩擦或啮合作用，将运动和动力通过传送带传递给从动带轮。带传动具有结构简单、传动平稳、价格低廉和缓冲吸震等特点。根据玉米脱粒机的具体传动要求，可选取电动机和主轴之间用V带和带轮的传动方式传动，因为在脱粒机的工作过程中，传动件V带是一个挠性件，它赋有弹性，能缓和冲击，吸收震动，因而使玉米脱粒机工作平稳，噪音小等优点。虽然在传动过中V带与带轮之间存在着一些摩擦，导致两者的相对滑动，使传动比不精确但不会影响玉米脱粒机的传动，因为玉

17、米脱粒机不需要精确的传动比，只要传动比比较准确就可以满足要求，而且V带的弹性滑动对脱粒机的一些重要部件是一种过载保护，不会造成机体部件的严重损坏，还有V带及带伦的结构简单、制造成本底、容易维修和保养、便于安装，所以，在电动机与玉米脱粒机之间选用V带与带轮的传动配合是很合理的选择。V带和带轮因当从它的传动参数入手，来确定V带的型号、长度和根数，再来确定导轮的材料、结构和尺寸（轮宽、直径、槽数及槽的尺寸等）传动中心距（安装尺寸）带轮作用在压力（为设计轴承作好准备钉齿条及钉齿的设计钉齿条的功用是固定钉齿的相对位置，使钉齿在正常工作过程中能够持续的正常工作，钉齿所受的脱粒力直接传递到钉齿条上，钉齿条所

18、承受着钉齿的切向力，所以钉齿条应该采用足够强度和刚度的材料 制 成，根 据脱 粒机一 书 中，可 以 查 得 材 料 选 为 45钢 。3.1.2带轮传动设计根据电动机功率P=7.5KW，转速=1440r/min,传动比i=3，每天工作8h。有关计算资料查自机械设计。由表8-8查得工作情况系数=1.0，故根据、由图8-11选用B型。3.确定带轮的基准直径并验算带速v1)初选小带轮的基准直径。由表8-7和表8-9，取小带轮的基准直径mm。因为5mvS,对于单向转动的转轴，通常转矩按脉动循环处理，故取折合系数=0.6，则当量应力/MPa=1.18已知轴的材料为45钢，调质处理，由表10.1查得=6

19、50MPa,由表10.4查得=60MPa。显然，,故轴的aa剖面右侧的强度满足要求。V带轮键连接的挤压应力取键轴的材料都为钢，查表得=120150MPa，显然，S,因此轴有右移趋势，但由轴承部件结构图分析可知轴承将使轴保持平衡，但两轴承的轴向力分别为比较两轴承的受力，因FF及Fe所以 X=0.44,Y=1.36P/N=XF+YF=0.44266.17+1.36566.232=887.2（3）校核轴承寿命L/h=()=()=136122.4已知机器使用5年，两班工作制，则预期寿命L/h=823005=24000显然，L远大于L，故轴承寿命很充裕。4.玉米脱粒机的可靠性设计4.1脱粒滚筒运转的稳定

20、性现代化联合收获机的发展方向是在增大生产率的同时提高作业质量。收获的损失主要原因是脱粒不净、谷粒破碎和分离不净，而这些损失与脱粒滚筒和逐稿器的转速波动有密切的关系。为此一般要求脱粒滚筒和逐稿器的转速波动不大于57。联合收获机在作业时脱粒装置的负荷是在不断变化着的，而供给脱粒装置的功率也是在不断变化着的。例如由于谷物产量的变异、杂草的多少以及地面分布不匀，尤其是由于收割台输送过程中造成的谷物流的不均匀，使得喂入量的变异系数一些机器上可达31.4，则394，即此种有规律的变异幅度达平均值的一倍多。另一方面，由于地面地形、土壤含水量、抗压强度等的变异，使行走装置的行走阻力变化为25，则375；前者使

21、工作部件的作业负荷发生变化、后者使提供给脱粒装置的动力大小发生变化，二者同时作用的结果就可能使运转很不平稳。4.2对发动机的要求为了能适应上述工作特点，对联合收获机的发动机提出以下要求：1应具有足够而适当的功率储备；2发动机或脱粒滚筒应具备足够的转动惯量。3联合收获机的发动机应用全程式调速器，并应有足够的调速灵敏度。由上可知，为了得到脱粒滚筒作业的稳定性，即减少其运转的不均匀度，在下述三种情况下都以采用较大的滚筒转动惯量为佳： 一是在发动机功率配备不足的情况下，可在滚筒轴上采用附加飞轮的方 法，另一种是在发动机额定转矩MeH大于阻力矩M1M2的情况下，喂入量突增时，较大的转动惯量I也可依靠其运

22、转系统本身贮存的能量克服阻力矩的变化，使转速不致发生过大的波动。还有一种是在人工喂入的脱粒机上，滚筒采用较大而适度的转动惯量尤为必要。综上所述，脱粒机机构合理可靠。时间似流水，到今天，我们的毕业设计总算完成了，心里充满感慨和心酸，这段时间的毕业设计，让我充分认识到机自在理论方面的学习的知识不能够学以致用和设计方面的不足，使我深感自己各方面还需要加强，同时在设计过程中，我深感自己所学知识不够，在机械行业的基础知识很欠缺。通过初期的定稿，查资料和做毕业设计这段时间，让我系统的了解到所学知识的重要性，从而让我更加深刻的体会到做一门学问的不易，需要不断的钻研，不断的进取，不断的努力才能做得好。总结有以

23、下几点不足之处：1、前期玉米剥皮脱粒机的方案不能确定。由于对农机机器的了解不够充分，综合个方面的考虑，耽误了很长一段时间。2、计算问题繁杂，容易出错。因为计算不够细心，常常导致错误，往往一个错误导致连锁反映，给后期计算带来不便。3、设计应该考虑是否和实际相符，在前期在这个问题上面没有考虑太多，所以导致设计中出现种种困难。4、尺寸标注遇到困难。设计好零 8件后，在标注时没有做到规范，部分尺寸不会标注。这次毕业设计让我对机械设计行业有了一个全新的认识，经过这次的毕业设计，我获得的很大的提高，这种提高是综合方面的。我感到自己不足之处在于理论知识和不够细心，因为机械设计要求合理、精密为一体，这是要考虑

24、的关键因素，在玉米剥皮脱粒机设计中出现了这类问题。在设计中，我明白一个道理，没有厚实是基础，就不能再设计中把作品做到合理、实用；没有细心和耐心，就不能做成功一件繁琐的事。在设计的同时，我通过查找资料、学习软件等方法，将所学知识综合的利用，提高了个人能力，发现不足立即改正。这次毕业设计，我充分明白团队合作与个人能力的重要性，也明白理论知识和实践相结合的重要性。此次设计中仍存在不足之处，希望老师指出我的不足之处，这样我可以更加完善设计。1 柴永生,丁兆露,李保敏等.负压气流玉米剥皮脱粒机的设计与分析J.农机化研究.2016,38(6) 2 朱丹莉.“咬人”农机属于“三无”产品购买使用都要谨慎J.农业知识（乡村季风）,2014,3 鸿盛5YT系列玉米脱粒机J.农业机械：导购.2012,(5):74-744