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玉米脱粒机结构设计

前言

本文是以脱粒机利用钉齿滚筒如何工作来脱玉米粒为研究对象展开工作的，主要是对带轮结构﹑轴与轴承的结构进行的是设计计算。分析论证了各种影响脱粒的因素。进而给出了玉米脱粒机总体结构的设计方案。

本文根据其机器的清选装置的设计实际工作要求，从整体上分为喂入口和排出口﹑脱粒装置、清选装置﹑带轮传动的设计几个部分，介绍了结构的设计原则和采取的一些措施，进一步说明了滚筒的性能，特点。本文也有重点介绍了各组成部分的功能﹑特点等。

本文对总体结构进行合理设计，逐步实现了入料﹑脱粒﹑出料一条生产线，保证脱粒的稳定性。本文在后边对脱粒机的各部分工作的稳定性进行了分析论证，从稳定性分析上确保了锤式滚筒稳定工作的科学依据。

关键词：滚筒；带轮设计；减速器设计

1概述 ........................................................................................................................ 错误！未定义书签。

1.1课题背景 ........................................................................................................ 错误！未定义书签。

1.1.1本课题的技术参数 ...................................................................................... 错误！未定义书签。

1.2本课题的研究意义 (3)

1.3本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段 (3)

2脱粒机总体结构设计与方案选择 (4)

2.1脱粒机的结构组成部分与功能 (4)

2.2脱粒机的结构组成及工作原理概述 (6)

2.3脱粒机总体结构设计轮廓 (6)

2.4脱粒机的的合理方案选择与论证 (6)

2.5本章小结 (8)

3脱粒机设计计算过程及电机的选择 (9)

3.2电机的选择 (16)

3.3本章小结 (16)

4玉米脱粒机的可靠性设计 (17)

4.1脱粒滚筒运转的稳定性 (17)

4.2对发动机的要求 (17)

总结 (18)

致谢 (19)

参考文献 (20)

工程概况

本文首先介绍了玉米脱粒机的理论基础，并建立二维模型，以及三维模型。然后对每一个零件进行合理的设计，脱粒机结构主要由喂料斗、脱粒滚筒、机架、凹板筛、上盖、出料斗、电机、减速器等组成。传动原理，是由电动机带动，然后经减速器连接主轴，完成传动。工作原理，玉米由入料口进入，跟随主轴做螺旋，滚动与滑动，脱粒锤击打玉米实现脱粒，玉米粒从筛网漏出，玉米芯从排芯口排出，完成玉米脱离工作。

塔里木大学毕业设计1概述

1.1课题背景

1.1.1本课题的技术参数

1.主轴转速：1000r/min

2.配用动力：1.5KW

3.生产效率：1500kg/h

4.未脱净率<1%

5.总损失率<1%

6.破碎率<2%

7.含杂率<1%

8.主机重量：20kg

9.外形尺寸（mm）：770*360*968

10.滚筒直径：240mm

1.1.2课题发展现状

玉米是世界三大粮食品种之一，为解决人类的温饱问题起到很大作用。我国是农业大国，农业在我

国占有相当重要的地位。其中我国的玉米种植面积和玉米总产量仅次于美国，位居世界第二位，在我国，

玉米也是仅次于小麦的主要粮食作物。但有着十二亿人口的中国土地资源却略显不足，这就要求在单位

面积上的产量的提高，而产量不能无限制的增加。因而提高作物的收获效率就成了重中之重。同时国家

对农业机械的发展也具有高度的重视，在这一点上，脱粒机的出现无疑把人们从繁重的体力劳动中解放

出来，不仅为广大农民节省了不少费用，更重要的是使收获率上升到最佳状态。时至今日，玉米仍然是

全世界各国人民餐桌上不可或缺的食品：在“玉米的故乡”墨西哥，“国菜”玉米饼的年消耗量达到1200

万吨之多，人们无论贫富贵贱都非常喜欢食用；在发达国家和地区，玉米也被作为补充人体所必需的铁、

镁等矿物质的来源为人们广泛食用。苏格兰的安德鲁2梅克尔（一个安装工的儿子），发明了第一台成

功的脱粒机。他的玉米脱粒机包含了许多天才人物在长期的社会发展过程中作出的贡献，是一项集社会

大成的发明。在这以前若干世纪就有简单的脱粒机了。中国人用碾滚绕着圈碾玉米；罗马人用下端有齿

的重木锤来给玉米脱粒。苏格兰发明家们曾发明采用转动原理的连枷。扬场机也采用了类似的原理。詹

姆斯2梅克尔（安德鲁的父亲），使苏格兰有了第一台成功的扬场机。他用木头做了一个驱动滚筒的结

实机架，把耐用的布或皮子一条一条地固定在机架上。滚筒转动时产生风，把穗子和茎秆吹走，剩下粮食。儿子无疑从父亲那里得到了借鉴；在制造脱粒机时，安德鲁采用了打麻机的原理，靠其速度对玉米

束的作用，把玉米粒儿打下来。开始是用马来带动机器，后来用蒸汽机，尔后蒸汽又为水力所取代。然而脱粒机在英国却并不受欢迎（在美国较有用武之地），而且是19世纪30 年代的一次农村骚乱的起因之一。冬天地里没活儿的时候，对农场的农民们来说，在棚子里用连枷脱粒是整个冬天的活路，使他们聊以敷生，不至于讨教区救济。现在脱粒机要改变这一切，是多么大的威胁！因此，脱粒机成了“卡普顿2斯温”暴乱的主要攻击目标。这次暴乱于1830年在肯特开始闹起来，很快地发展到产玉米的若干个县。为了不让把打场的棚子烧掉，许多农民都把脱粒机搬到院子里，让闹事的人们破坏。虽然这次暴乱遭到了无情镇压，脱粒机的推广却放慢了；东英吉利的许多农民，直到19世纪末叶还在使用连枷。连枷在剑桥郡称为“穷棒子”，因为农民曾跟教区官员达成妥协，让失业农民在棚子下用连枷脱粒。在19 世纪后半期，大多数脱粒工作都是用“脱粒滚筒”来作。“脱粒滚筒”最初是用一台小型蒸汽机来驱动，后来改用牵引机驱动。

脱粒机是用于对小麦、水稻、玉米、高粱、大豆及其它杂粮等作物进行脱粒作业的重要收获机械，在我国广大农村使用十分广泛。脱粒机在我国生产使用已有数十年的历史，目前据不完全统计，我国生产各类脱粒机的企业约有２００余家，年产量在３０万台左右。脱粒机是实施生产许可证的农机产品之一，截止１９９７年底，己领取生产许可证的企业数为１４６家。生产企业遍布全国各地，其中，以长江以北的麦类产区分布较多，产量较大，尤其山东、河南、河北、江苏四省生产以脱麦为主的脱粒机企业较多，每省有３０家左右。东北地区主要是生产以脱玉米、豆类及杂粮为主的脱粒机。在长江以南的地区，大都为生产人工踩踏或动力带动的梳刷式水稻脱粒机。在西南、西北等地也有一些以生产水稻、小麦类脱粒机为主的企业，杂粮类脱粒机占有较小比例。

生产脱粒机的企业，大都为中小型企业，尤以小型企业所占比例较大，其企业经济性质多为国有和集体企业，但乡镇和个体企业也为数不少，也有少数的大型生产企业生产脱粒机，但脱粒机产品不是该企业主导产品。目前生产脱粒机的企业大致可分为三种类型：一是有较好的工艺和工装设备条件，企业领导注重研究市场需求动态，人员素质和管理水平都较高的企业，生产批量较大，年产量均在１万台以上，有的高达３万台。这些企业是生产脱粒机的骨干企业。如河北邱县机械厂是国内目前生产脱粒机数量最大的企业之一，１９９７年的年产量近４万台，１９９８年在２．７万台左右。湖北佳华机械有限公司是国内生产水稻脱粒机数量最大的企业之一，年产量约在２万台以上。二是生产脱粒机历史虽然很长，但近几年产品型号、管理水平和生产规模变化不大，仅占领部分市场份额的老企业，其生产批量多在几千台左右。三是生产条件较差、人员素质低、管理水平不高的一些乡镇或个体企业，虽然每个企业的生产批量不是很大，有的产量仅为几百台，甚至几十台，但这类企业占有相当的数量。从产品的结构和类型来看，目前脱麦类的简式脱粒机机型占领了大部分市场份额，半复式脱粒机占有少量比例，复式脱粒机产量则很少。产品结构大都为十几年一贯制的老产品。近几年随着市场需求的变化，一些企业开

始研制出一些新机型或改进型脱粒机，颇受用户青睐，如山西晋城市西巷农机厂１９９８年新研究成功的与农用三轮车配套的装袋式简式脱粒机，一上市就受到农民的欢迎，具有较好的市场前景。

水稻用脱粒机在南方水稻产区生产销售较多，但仍以简易的动力带动或人工踩踏的梳刷式滚筒脱粒机较多，其产品结构、技术水平均未有较大的突破。玉米、豆类及其它杂粮类脱粒机近几年己开始进入市场，此类机具在东北地区发展较快。

1.1.3国内外在该现状上的研究分析

改革开放让中国成为举世瞩目的农业制造大国，但作为为国民经济发展和国防建设提供命脉重要支柱的农业，中国农业装备机械所存在的自主创新能力弱、对外依存度高、国际竞争力不强等问题也越来越凸显出来。

目前，我国最好的玉米脱粒机是5TY—32型，该设备产品结构紧凑、机体小；采用独立的脱粒方法，脱粒干净，玉米棒芯整体抛出，无需清洗，颗粒破碎率低，生产效率高，是全国唯一不打碎玉米帮芯的设备。

当前，虽然我们也取得了不小的进步，但与发达资本主义国家相比，还有很大的差距，这只是迈出的一小步，要想成为名副其实的工业大国，必须要以农业为基石。只有这样，才能加快进入社会主义进程。

1.2本课题的研究意义

经过此课题的设计，掌握脱粒机的工作原理，以及连杆偏心轮装配互动实现脱粒的机能。且通过控制脱粒锤与壁的距离大小及栅孔的大小保证脱离率。从而可实现系列化设计并保证设计原理的正确性。

1.3本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段

1.3.1主要研究内容

⑴小型玉米脱粒机的主要参数的确定

⑵主要设计零件的计算

⑶绘出一部分零件的零件图

⑷校核重要零件的受力情况

⑸绘出玉米脱粒机的装配图

1.3.2采用的研究手段

采用理论计算和实际勘测相结合的设计过程完成本课题。

2脱粒机总体结构设计与方案选择

2.1脱粒机的结构组成部分与功能

2.1.1滚筒的组成与功能

⑴脱粒滚筒

轴流式脱粒装置主要由滚筒、凹板（包括分离筛）、导板和盖等部分组成。工作时，作物由滚筒的一端喂入（顺着滚筒轴向或径向喂入），随着滚筒的旋转，作物贴着凹板与盖（或罩）组成的圆筒内弧面作螺旋运动。沿着滚筒轴线方向流过脱粒装置。谷粒、颍壳、碎秸、碎叶等谷粒混合物在滚筒离心力的作用下同时由凹板筛孔（或分离筛孔）落下，秸草则由滚筒的另一端（轴向或径向）排出。大部分生长成熟、饱满的谷粒在滚筒前半段脱下分离，一些生长不好和不太成熟的谷粒到后半段才被脱下,后半段滚筒还把其余混在碎秸里的谷粒分离出来。因作物在脱粒装置内的时间长（约2-3秒），能充分的进行分离，故比传统使用的切流式脱粒装置脱净率高，而且有可能把脱粒调整的柔和些。使受损伤的的谷粒减少。但碎秸杆多，脱粒消耗的功率也相应较大。轴流式滚筒脱粒装置可以不再设置其他专用的分离机构即可满足作物脱粒后的分离的技术要求。因此在同样等级的联合收割机上以通过能力计，比传统的脱粒装置加键式逐稿器要高。轴流式滚筒脱粒装置配无级变速驱动装置可以适应脱水稻、玉米、小麦、大豆等多种作物。

脱粒滚筒轴结构设计为轴流滚筒式，滚筒上脱粒锤按多头螺旋排列。轴长640mm。转速设计为：1000r/min.。

①滚筒转速。滚筒上安装有脱粒锤，滚筒的作用是带动击打锤转动，击打锤推动玉米果穗作螺旋运动。滚筒转速由滚筒外缘线速度决定，滚筒外缘线速度是以保证不损伤玉米籽粒为前提条件，由资料数据获得。但滚筒外缘线速度不能过低，否则会影响生产率。根据数据，确认线速度值在3.2～3.9m／s之间最佳。

②滚筒直径。滚筒直径由凹板直径决定，并且保证脱粒滚筒外径与凹板留有90～1O0mm的间隙。根据实际功率负荷计算扭矩，确定轴径。

③滚筒脱粒锤。脱粒锤有规律地安装在滚筒轴上，其作用是拨动玉米穗沿滚筒轴作复杂运动(玉米穗本身既滚动又滑动，同时沿滚筒轴作不规则螺旋运动)，也推动玉米穗向排芯口方向移动。击打锤宽度：脱粒锤设计比较宽，范围一般为30～50mm，目的是工作时使玉米穗接触面较大，避免点接触产生对玉米穗的局部压力集中损伤玉米籽粒。

④滚筒脱粒段长度。滚筒脱粒段长度是决定脱粒质量的重要参数，滚筒过短影响脱净率；滚筒过长，会增加功率消耗及制造成本。由网上得知，用籽粒含水率为20％左右(籽粒含水率高相对较难脱粒)的玉米穗做试验，脱粒段长度一般应为凹板直径的3.5倍左右。

2.1.2带轮的选用

⑴带轮的材料

带轮的材料主要采用铸铁，常用的材料牌号为HT150或者为HT200；转速比较高的时候采用铸钢（或者用钢板冲压后焊接而成）；小功率时可以用铸铝或者塑料。

⑵带轮传动

带传动是由紧固件连在主动轴上的带轮（主动轮）、固连于从动轴上的带轮（从动轮）和紧套在两轮上的传动带组成的。当原动机驱动主动轮转动时，由于带和带轮间的摩擦（或啮合），便拖动从动轮一起转动，并传递一定的动力。带传动具有结构简单、传动平稳、造价低廉以及缓冲吸振等特点，在机械中被广泛应用。

鉴于带传动的优点和在应用中的广泛性，选择带传动为玉米脱粒机传递动力。

在一般的机械传动中，应用最广泛的是V带传动。V带的横截面呈等腰梯形，V带轮上也做出相应的轮槽。传动时带只和轮槽的两个侧面接触，即以两侧面为工作面。根据槽面摩擦的原理，在同样的张紧力下，V带传动较平带传动等产生更大的摩擦力。这是V带传动性能上最主要的优点。再加上V带传动允许的传动比较大，结构紧凑，以及V带多以标准化并大量生产的优点，因而V带传动的应用比平带传动应用广泛的多。所以综合以上V带种种的优点和实际操作的可行性，V带传动是最佳的选择。

设计带轮时应该满足的要求有：质量小，结构工艺性好；无过大的铸造应力；质量分布均匀，转速高的时候要求经过动平衡，轮槽工作表面要精细加工（表面粗糙度要求一般比较高点，以减少带的磨损，各槽的尺寸和角度应保持一定的精度，以使载荷分布比较均匀。

2.1.3其他零部件的结构与功能

⑴喂入口和排出口的设计

为保证玉米穗顺利喂入而不堵塞滚筒，料斗底板应可以有一定的斜度；也可以没有，因为它可以通过控制呈螺旋式旋转的钉齿尺寸调整进而达到和有斜度的滚筒能实现一样的效果。轴流式滚筒式脱粒装置的喂入口和排出口设置在径向位置时，其设计原理与切流式脱离装置基本相同。根据需要也可配置喂入轮和逐稿轮。在现有的一些脱粒机上，喂入口宽约400-500mm，排出口宽约300mm。有的脱粒装置上的排出口宽度可以调节，用来改变作物的脱粒时间，以适应不同作物需要。穗轴排出口与子粒排出口的配置应保持一定的距离，以免穗轴于子粒混杂。轴流式滚筒上方的顶盖与凹板镶接组成圆筒行的脱粒室。圆柱形轴流滚筒的顶盖内壁应有螺旋线导向板，用以控制作物轴向移动的速度。导向板的螺旋升角约为20度到50度，升角过大导向板起不到轴向导送的作用，作物易滞留、积聚、使秸草破碎严重。导向板高度一般为50-70mm.喂入量大、作物层厚、导向板高度取最大值。导向板与滚筒间隙大多为10-15mm，间隙过大，作物轴向流动不畅，使生产率降低，甚至可能发生堵塞。间隙太小，碎秸草多，功率消耗大，

作物湿度较大时还易引起堵塞。因作物层沿轴向逐渐变薄，滚筒与导向板的间隙也可沿轴方向由大变小，以提高脱粒分离的效果。

在径向喂入作物的轴流滚筒式脱粒装置上，喂入口段内的导向板必须将喂入的作物导送到喂入口宽度以外，避免使作物回带到喂入口前，使喂入口不均匀或产生滚筒堵塞。径向排草的轴流滚筒上，最后一块导向板的位置应使脱粒过的喂草能导送至排出口位置，或伸入排出口段内100-150mm，以免排草不畅。相临的导向板应前后重叠配置，重叠量约50mm。

2.2脱粒机的结构组成及工作原理概述

脱粒机结构主要由喂料斗、脱粒滚筒、机架、凹板筛、上盖、出料斗、电机、减速器等组成。

本次设计的玉米脱粒机其工作原理为电机经减速器变速后皮带轮传动,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。

2.3脱粒机总体结构设计轮廓

图2-1脱粒机轮廓图

2.4脱粒机的的合理方案选择与论证

脱粒滚筒和凹板结构参数选择

在滚筒上影响脱粒性能的主要是滚筒的线速度而非角速度，当其保持不变，凹板弧长也固定时，试验表明，在喂入量较小时小直径滚筒凹板的谷粒分离率随喂入量的增加而急剧下降。大直径者其分离率

与小直径的相仿；但当喂入量增大时分离率能保持较高的值，因此，大直径滚筒的分离率较稳定。

纹杆滚筒的直径多为450－600mm ，个别的达800mm 。我国部颁标准，直径尺寸系列为400、450、550、

600mm ，纹杆数在D ≤450mm 时M ＝6；D ＝500－550m 时M ＝8，D ≥600mm 时M ＝10。至于滚筒直径对作业的影响可由以下试验结果说明之，下图所示，如果α＝1200

，脱粒速度＝32.5m/s 保持不变时，则

⑴当D 由550mm 增到1265mm 时，可使脱粒和分离性能加强（如分离性能增强30%左右），生产率也

相应地提高（由4kg/s 提高到7kg/s ）。

⑵当喂入量和其他条件不变，滚筒的阻力矩M 随D （由500逐级增达800mm ）值而增大，但在650mm

后就平缓下来（图2-2）。由于角速度下降，所需功率反而减少。如以D ＝800与600相比，可降低13％。这是由于茎稿的弯曲等变形能量消耗随凹板曲率而变小所致。

综上所述，通过放大滚筒直径比放大凹板弧长提高分离率，它既可保持凹板包角不变，不致破坏总体配置，又可以不使单位喂入量的功率耗用增加多少，甚至有所降低；同时，其分离率比较稳定，受喂入量的变化较少，所以放大滚筒直径是提高生产率的一个有效途径。

脱粒装置凹板的通过性能对于联合收获机的生产率和工作质量有很大关系。如果凹板分离率很高，

逐稿器的分离负荷减少，因而分离损失也可减少。凹板分离率主要取决于凹板弧长及凹板的有效分离面积。当脱粒速度增加时，凹板分离

率也相应提高。凹板弧长增加脱净率增高，但弧长达到一定值后再增大时，脱净率就增加得极为有

限，而茎秆和谷粒的破碎反倒增高。

凹板的通过性能对分离率有直接的影响，故应提高凹板的有效分离面积，但如过头，谷粒中的含杂

率激剧增加不利于清选，凹板的强度也会削弱，故一般栅格状凹板筛孔面积占总面积的百分数（又称活筛面）为45－75％，谷粒分离率可达80－90％。现有凹板弧长为350－700mm ，包角为100°－1200

，少数可达150°－1800。

纹杆滚筒式脱粒装置的脱粒功率主要随作物喂入量而定，但也与作物品种、湿度、谷草比以及喂入

方式、凹板结构尺寸等有关，一般情况下纹杆滚筒脱粒小麦所需的单位功率约3－3.8KW／kg/s。在用大

滚筒时可能降低一些。把纹杆滚筒作为双滚筒脱粒装置之一使用时，此值应略减。纹杆滚筒功率波动较大，设计时常取最大功率为平均功率的1.5－2倍。

2.5本章小结

本章具体的说明了脱粒机的结构，各部分部件的功能及其使用特点。进而以此达到合理选用最佳各部分零件。使脱粒机能完成任务书所要求的功能，精度。达到了本次课题的目的。

3脱粒机设计计算过程及电机的选择

3.1各部分的校核（注释：本章查表来源于机械设计）

3.1.1V 传带的设计计算

(1)已知电动机型号为Y90L-2，额定功率为2.2kw ，转速N1=2840r/min ，经减速器减速为1n =2000/min ，传动比i=2，二班制工作，载荷变化较大，工作环境恶劣。确定设计功率，由表8.8查得工作情况系数Ka=1.5，则Pd=Ka ?P=1.5?1.5=2.25kw 选取带型。根据P d .n.由图8.91查取，选A 型带。

(2)确定带转的基准直径，根据表8.4荐用最小基准直径.可选小带轮直径为1d d =50mm 。则大带轮直径为2d d /mm=i ?1d d =2?50=100mm ，根据表7.3取2d d =100mm ，其传动比误差小于5%，故可用。

(3)验算带的速度：

V/（m/s ）=10006011÷÷??n d d π=3.14?50?2000÷60÷1000=5.23

注：V

⑷确定v 带长度和中心距，根据0.7?(d1d +2d d )

⑸根据式<8-22>计算v 带基准长度：

1d L /mm=2a °+π/2×(1d d +2d d )+(1d d -2d d )2

÷4a o =2?120+3.14÷2?150+(100-50)2

=480.5mm 。

由表8.2选取v 带基准长度为L d =630mm ，由式<8.23>计算实际中心距a:

a/mm=a 0+(L d -L 1d )÷2=128+(630-480.5)÷2=202.5mm

(6)计算小轮包角。由式<8-25>得：