脱粒装置毕业设计

摘要本文从农业估产、测产以及农业大专院校、科研院所进行小麦、水稻脱粒的需要着手，参考目前市场上联合收割机以及交流电动脱粒机的工作原理，考虑到测产、估产现场脱粒以及小样本采集精细脱粒的现实需要，利用直流电能便于贮存，传输的特点，采用了以蓄电池作为电源，直流电动机驱动脱粒机的工作原理，进行了直流微型电动脱粒机的设计。本装置除了要满足各级政府部门的稻麦现场估产、测产，农业大专院校、科研院所小样本采集脱粒的基本功能外，还应具有质量轻、体积小、操作简便、维护方便、便于携带的微型特点关键词：脱粒装置，清选，梳脱MiniaturethresherpreliminarydesignAbstract:Thisarticlefromagriculturalcropestimation,testingandproductionofagriculturaluniversities,researchinstitutesforwheat,ricethreshingneedstoproceedinlightofthecurrentmarketextensiveuseofthelargeandmediumcombineharvesters,theexchangeofelectricthresherworkprinciples,takingintoaccountdirectionoff,cropestimation,scientificresearchsmallsamplecollectionthreshing,thethreshingandotherissues.Underthedirectcurrentgeneratoroperatingprinciples,andtofacilitatedirectcurrentstorage,transmissioncharacteristics,usedbatteriesasanenergysource.Inthedirectcurrentgenerator,thresheranalysistoexploretheprinciplesoftheworkafteraDCmicro-electricalthresherdesign.Inadditiontoagriculturetomeettheplanetertiaryinstitutions,scientificresearchinstitutestocropestimation,measuringoutput,thesmallsamplecollectionthreshingbasicrequirements,butalsothequalityoflight,bothsmallandtooperateandmaintainconvenient,easytocarryandcanbeoperateddirectlyonthecharacteristicsofahighervalueisanewtypeofmechanicalproducts.Keyword:threshingdevices-election,SalisburydelinkingTOC\o"1-5"\h\z引言 1\o"CurrentDocument"微行脱粒机的原理分析 1\o"CurrentDocument"喂入方式 1脱粒原理 2打击原理 2梳刷原理 2\o"CurrentDocument"揉搓或搓擦原理 3\o"CurrentDocument"碾压原理 3\o"CurrentDocument"分离排杂原理 4\o"CurrentDocument"清选输送原理 4\o"CurrentDocument"整机方案 5\o"CurrentDocument"脱粒机构基本参数的选择 5\o"CurrentDocument"脱粒轴有效长度的选择 5\o"CurrentDocument"脱粒轴转速选择 6\o"CurrentDocument"3.2配套动力的确定 6\o"CurrentDocument"传动机构 7\o"CurrentDocument"清选输送装置 7\o"CurrentDocument"蓄电池的选用 7\o"CurrentDocument"工作流程 8\o"CurrentDocument"结束语 9\o"CurrentDocument"谢辞 9\o"CurrentDocument"参考文献 101引言农业是国民经济的基础，小麦和水稻是我国农业生产中的主要粮食作物，小麦和水稻的产量直接影响着国家农业政策的宏观调控。多年来，我国的小麦、水稻专家一直致力于品质、产量的研究。无论是国家的宏观调控，还是农业院校、研究院所都需要一种方便于现场脱粒估产、测产，以及科研小样本精细脱粒作业的机具，而现在各种农业脱粒机械并没有很好的解决这些问题。现实中测产工作人员或科研工作人员，不得不从田间把麦穗或稻穗剪下带回试验室，后采用交流脱粒机或手工揉搓进行脱粒。这种情况不仅延长了时间，而且操作不方便，也容易给手工操作者造成手面的伤害，给科研和国家宏观调控工作带来了不必要的麻烦。直流电能具有便于贮存、携带的特点，采用直流蓄电池为直流电动机供应能源，结合脱粒机的结构原理，进行了直流微型脱粒机的研制。2微行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。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。2.1喂入方式分析小麦、水稻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。其特点是不需要设置专门的分离装置，便可将谷粒与茎蒿完全分开。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。只要很好的解决了动力消耗问题，会使结构明显简单化。是一种较常见的喂入方式，在家庭式小型机中应用广泛。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。但需要单独设立分离排杂装置，结构较为复杂。一般应用于大中型联合收割机中。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全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。其结构简图如图1所示。图1轴流滚筒2.2脱粒分析稻麦的脱粒主要是利用机械装置，将稻麦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［4L般有打击、梳刷、揉搓或搓擦、碾压等原理。2.2.1打击分析脱粒机械的工作部件（如图2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。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。主要适用于小麦的脱粒，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。由于秋季水稻潮湿击打脱粒，难以确保脱粒的脱净率，所以，不适合于水稻的脱粒。图2击打钉齿滚轴结构图2.2.2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3所示。图3梳刷滚筒2.2.3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小麦的穗部进行搓擦作用，使籽粒脱离穗轴。一般在脱粒小麦时效果较好。这种机械主要利用谷层在钉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），即摩擦力的大小，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，类似于击打脱粒，不适合于水稻的脱粒。2.2.4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。图4碾压滚轮上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、钉齿滚筒的喂入口处）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，另考虑既脱麦又脱稻的功能要求，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，不能单独使用，所以，在微型脱粒机中综合前三种脱粒原理的优点，兼顾既能脱麦又能脱稻的使用要求，采用特殊设计的弓齿轴流式的脱粒装置。脱粒小麦时，运用打击原理和揉搓原理；脱粒水稻时，运用梳刷原理。不但实现了一机多用，而且结构简单。脱粒弓齿如下图5所示。图5脱粒弓齿轴结构图2.3分离排杂原理分析分离排杂是利用机械装置,实现对断穗的复脱和将混杂在长脱出物中的籽粒分离出来。传统的稻麦脱粒机设置排蒿轮用以排杂,用副滚筒或二次回送机构等实现对断穗的复脱和将混杂在长脱出物中的籽粒分离出来，结构过于复杂，体积大，质量重，直接在微型脱粒机中使用不满足结构简单、微型化、轻型化的设计要求。又考虑到使用微型脱粒机过程蒿杂较少，而采用南京大学最新研制的回转离心式分离排杂机构[2],增加轴上的弓齿，同时使弓齿在轴上呈螺旋线排列，使麦穗在高速弓齿作用下脱粒干净，而分离出来的杂余物，依靠脱粒滚轴带动作回转运动的离心力，通过排杂口排出机外，该机构在原有结构的基础上进行改进，不需要另外设立排杂装置，只需在罩壳上开一排杂口即可。所以整个分离排杂机构的结构简单，体积较小，质量较轻。2.4清选输送原理分析清选输送主要将脱粒装置脱出的子粒与较小的蒿杂，在下落的过程中，利用鼓风装置进行分离，并将纯净的籽粒输送到出粒口。传统的脱粒机构中籽粒、蒿杂较多，清选和输送必须作为分立的两个机构，才能满足籽粒蒿杂体积大、重量大的清选输送工作，造成机构较为复杂。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，结合微型脱粒机脱粒时籽粒蒿杂较少，将传统清选装置进行改进，把清选工序和籽粒输送工序结合在一次完成，利用气流对籽粒有吸引力与籽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和籽粒输送。不但满足使用要求，而且使体积较小，重量较轻。3整机方案微型脱粒机的整机方案包括脱粒机构基本参数的选择、配套动力的确定、传动机构确定、蓄电池的选用几个方面。3.1脱粒机构基本参数的选择脱粒机的核心部分是脱粒装置，它不仅对脱粒的质量有影响，而且对以后的分离和清选也有很大的影响。脱粒装置的技术要求：结构简单，脱粒干净、谷粒破碎率小、分离效果好、通用性好、功率消耗低、使用安全可靠；在某些情况下还要保持茎蒿完整或尽可能的减少破碎。3.1.1脱粒轴有效长度的选择微型脱粒机在综合考虑使用要求和微型化的设计理念基础上，参考我国大型脱粒机滚筒长度系列尺寸标准(NJ105-75)，选取脱粒滚筒有效长度L=200mm,即可以满足脱粒干净的使用要求，而且体积小，重量轻。综合击打、梳刷、搓擦等脱粒原理，取用各原理的优点，在轴上采用特殊形状的弓齿进行脱粒，弓齿在轴上呈螺旋线排列。脱粒轴上弓齿的多少影响着击打的次数，过多容易将籽粒打碎，太少又难以脱粒干净；选择轴上弓齿共16个，呈4条螺旋线排列，单排个数为4。这样的设计不但能方便的进行脱粒，而且能使蒿杂轴向移动排出机外。为了提高弓齿的刚性和强度，采用直径为4mm的钢材制造。3.1.2脱粒筒直径的选择脱粒筒直径的大小直接影响到脱净率及脱粒效率，滚筒直径加大，喂入作物对滚筒的覆盖面大，在滚筒中受击打的次数多，脱净及脱粒效率较高，且不易缠草，但消耗动力也较大。参考有关资料，以及普通脱粒机的成功经验，结合微型脱粒机的设计要求。在动力允许的条件下，尽量选取较大的滚筒直径。在该机中滚筒直径D=130mm，即保证了微型化的设计要求，也实现了动力的充分发挥。如图6所示。图6脱粒筒图6脱粒筒3.1.3脱粒轴转速选择确定滚筒转速的主要依据是作物所需的脱粒速度Mi。脱粒速度大，则弓齿对作物的打击作用大，脱净率和生产率高，但破碎率和功率消耗较大。全喂入式脱稻机的脱粒速度一般为5-8m/s,脱小麦则要求稍高的脱粒速度。综合考虑以上因素以及本装置既脱麦又脱稻的实际情况，选取脱粒速度为6.8m/s。则可计算出：=999.54r/minv 6.8x=999.54r/minn= =2n2x3.14x0.065即滚轴的圆周速度约为1000r/min。3・2配套动力的确定微型脱粒机测产按稻麦亩产750Kg，则平均每平方米所得的稻麦重约为1.5Kg。按照一般稻麦脱粒机脱粒速度的要求，稻麦从投入罩壳，到籽粒从罩壳脱出，每次击打时间约为3S,稻麦籽粒在罩壳中的最大线速度一般为5-8m/s;而籽粒上升到最大线速度的时间t探讨较为复杂，综合各种情况，根据微型脱粒机的结构要求江选为0.5s，衮轴的转速为n=1000r/min，罩壳的半径r=65mm。该机可一人作业，也可两人交替作业。若分四次投入脱粒机，则脱粒机中实际麦重约为m=0.375Kg稻麦籽粒在罩壳中的最大线速度v=6.8m/s。钉齿滚轴击打籽粒的理论阻力为：F=mvt=0.375x6.8=5in0.5脱粒机的理论工作功率[17]:p=FV=5.1x6.8=34.7w考虑到脱粒过程中，要有一定的功率损耗，主电机的实际功率要是理论功率的2〜3倍。由此可见，主电机带动主轴进行脱粒所需的功率在100W左右。一般脱粒机采用交流电动机作为驱动装置,主要因为交流电动机成本低，使用方便，便于维护，但是由于有些作业现场并无交流电源或要使用交流电源很不方便，而且交流电动机体积较为庞大，又需要交流电源驱动，所以微型脱粒机选择使用直流电动机进行驱动。这不仅是由它功率小而决定的，更重要的是由现场脱粒条件所决定的。另外，考虑到微型脱粒机的微型化、轻行化、便携化等特点，直流电动机的结构外型尺寸要小，总体长度为180mm左右,直径为65mm左右；其重量大约要在5公斤左右。根据以上数据，选择ZYT型直流电动机，其总体尺寸为168x76x76mm（带轴尺寸）如图7所示。参数如下表。ZYT型直流电动机主要参数表型号额定电压额定电流额定转速额定功率ZYT9024DC<5A1000r/min100W图7直流电动机外型图3.3传动机构鉴于本机具有较高的转速，为了减小噪音污染，并且要有一定的过载保护能力。综合考虑这些因素本机选用单级V形带传动。本机所使用的电动机转速为1000r/min，不需要进行变速，因此选择传动比为1:1。3.4清选输送装置借鉴大中型脱粒机的清选装置［16的结构以及微型脱粒机的特殊要求。微型脱粒机将清选装置与输送装置合二为一，整个机构由滑板、风机等组成，将清选与输送一次完成，直接可获得干净的籽粒。不但能适应潮湿作物，不同湿度、不同品种和不同生产率的要求，而且结构简单。3.5蓄电池的选用在以直流电为能源的机械中，蓄电池显的特别重要。本机械中使用常见的24V通用蓄电池作为能源供应，即解决了能源问题，同时也方便了机构的可移动

性能。蓄电池的容量为100W~250W，尺寸为99X74T8mm，工作的环境温度应大于15度，在正常情况下可工作一个小时。其结构简图如图8所示。图8 蓄电池外型图为了能够清楚直观的了解各部件在整机中的装配情况，在设计过程中，综合运用了AutoCAD、Solidworks等软件进行造型和图纸设计，并按配合要求进行了模拟装配。在样机制造过程中，以图纸为依据根据实际实际情况进行改进，基本上满足了微型脱粒机的使用要求。如图9、图10所示。图9整机结构爆炸图mo整机结构装配图4工作流程当电动机起动以后，风机随之转动，并且电动机通过三角皮带传动机构，带动脱粒滚筒旋转，便可以进行脱粒作业了。脱麦（稻）时，操作者将收割下的麦穗喂入到滚筒上方的喂入口，麦粒在弓齿的冲击和梳刷下脱离麦穗，茎秆从滚筒另一侧排出机外，完成脱粒；与此同时，脱下的籽粒和碎壳的混合物便经过筛网及滑板落入风选机构中。在下落过程中，由于风机产生的强劲风力，碎壳便从风选筒中被吹出，而籽粒依旧继续下落至出粮口排出，完成脱粒和清选。工作流程如图ii所示。图ii工作流程图5结束语微型脱粒机整机尺寸只有500x400x400mm左右，具有体积小、重量轻脱粒效率高，脱粒干净等优点。在脱粒机中采用蓄电池和转速为1000r/min的ZTY90型直流电动机，解决了省、市、县、乡各级政府部门农业田间现场测产、估产，各农业大专院校、科研院所田间小样本现场脱粒测试，没有脱粒设备的困难。本装置具有现场化、微型化、轻性化、便于携带的特点。该设计填补了该领域的空白，具有较高的使用价值。谢辞毕业在即，在大学最后阶段一项重要的学习工作--毕业设计也即将完成。在院系领导的关心支持下，在老师的谆谆教诲和细心指导下，我在团结、温馨的集体中顺利的走过了大学生活，在此谨向各位领导和老师表示诚挚的谢意！导师杨天明副教授宽仁祥和、治学严谨。授课、科研均重视科学方法。强调我对基础知识要融会贯通，要广开思路，要有端正、谦谨的学风。尽心培养我独立思考和解决一般工程问题的能力以及书写一般论文的能力。在本文的写作过程中，从杨老师身上学到的不仅是前沿的知识理论，更重要的是做事做人。从问题提出到框架布局，思路整理到标点句读，老师无不悉心指导。老师严谨的治学态度和求真务实的作风对我产生了深刻的影响。设计以及论文的整理程中，得到多位同学的帮助，相互之间对问题的学习、探讨都使我受益非浅。毕业之际，谨以此表示对尊敬的老师和各位同学由衷的感谢！参考文献张元禄，瞿国慰编.