小型小麦脱粒机结构优化设计

18农学·经济

引言

中国自古以来就是农业大国，农业生产结构复杂多样，

其中以种植业为主，人口众多导致人均耕地面积少。小麦

在农作物种植中占有重要地位，在粮食作物中种植面积较

大，是主要的粮食作物之一。目前联合收割机和割晒机逐

渐引用到小麦收割生产中，但在我国复杂多样的地形环境

中就受到了局限。在地势复杂的丘陵、半山区的间作套种

地区以及杂粮、水稻种植区，要在收割后再由脱粒机械进

行脱粒加工，在此类地区脱粒机使用十分广泛。小麦脱粒

机的出现改变了劳动者手工脱粒的作业方式，大大的提高

了劳动效率，但目前这一类小麦脱粒机操作不够安全，仍

存在诸多问题，工作效率有待提高。若要得到食用或育种

的籽粒，还得需要劳动者采用原始的方法手动清理，耗时

耗力，不能够完全满足劳动者的需求。并且近年来山区农

户外出打工较多，家庭劳动力减少，因此就得降低劳动强

度提高劳动效率，提高脱粒机械化水平尤为重要。综上所

述，目前急需作业质量好、效率高、使用安全、舒适，保

证无混杂、脱粒干净、破碎少、损失少、种粒清洁度高、

易清机，且操作安全简便、耐用以及移动轻便的脱粒机。

为此，在目前多种收获形式并存的条件下为满足山区

小用户对小型脱粒机的需求，本文以小麦脱粒机为研究对

象，着重对脱粒机的结构和功能进行了优化设计。

1.整机系统设计

小麦脱粒机的各个结构和功能通过三维建模软件Creo

Parametric来实现。为降低在地形复杂耕种小麦的农户的

劳动强度，提高小麦生产率，在更短时间内得到优质的无

混合的小麦籽粒，并简化操作步骤，提高操作安全性，决

定对以下几个方面进行研究改进：为提高整个结构的紧凑

性和安全性决定把筋板重新布置，通过有限元分析选择最

优方案；目前的移动装置多为水平直线移动的橡胶滚轮，因承受不住整个机器的重量为损坏，并且不方便移动，因

此在移动装置上采用工业脚轮中的万向轮，在水平方向可

360°移动；在以往的传动装置中都是采用带传动，耗功

率高，为了达到小麦脱粒的转速而不得不选择高功率电动

机，价格昂贵耗电量大，因此本机传动装置采用带传动和

齿轮复合式传动，整个动力源由单项异步电动机驱动，减

少带摩擦损耗提高传动效率；喂入的方式选择全喂入式，

过去将小麦喂入脱粒机时直接手动塞入，为了防止把手刮

伤有时会戴手套，而这往往会造成安全事故，因此本机将

手动塞入改为小型输送带喂入装置，降低操作安全隐患，

提高工作效率；传统的小麦脱粒机清选装置效率并不明显，

直接将麦穗和麦粒分离开，无法分离破碎麦粒和混合物，

本机采用吸气式气流清选装置和两个过滤网组成三级清选

装置实现优质小麦籽粒的挑选，进行复式分离，可以提高

分离效率，挑选优质麦粒。

1.1脱粒机整机结构

小麦脱粒机完成小麦收割后的脱粒、分离、清选和优

选作业，本机主要由机架、移动装置、送料装置、脱粒装

置、传动结构、清选装置和防护罩等组成。各部构件如图

1所示。小型小麦脱粒机结构优化设计

马浩浩 高卫林

（天水师范学院 机电与汽车工程学院，甘肃　天水　741001）

摘　要：小麦脱粒机是用于将小麦籽粒和麦秆、麦穗脱离的农业专用机械，可降低小麦收获的劳动强度，提高农业生产效率，解放生产力。本文参照传统小型脱粒机的结构与功能，应用Creo Parametric软件对本机进行结构设计，通过Creo Simulate对关键部件结构优化分析。本设计选用全喂入方式，输送带送料进给，对脱粒装置采用斜齿型滚筒和方孔式凹板脱粒结构设计，实现了打击搓擦脱粒功能。通过吸气式气流清选装置和两个过滤网三级清选装置实现优质小麦籽粒的挑选，将脱粒、清选和优选功能集于一体。本机结构简单、安全可靠并且操作简单。关键词：小麦脱粒；Creo；Parametric；结构设计；优化分析文章编号：ISSN2096-0743/2020-19-0018

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1.机架 2.电动机 3.锥形收集箱 4.电机控制箱 5.电机开

关 6.9.13防护罩 7.输送带 8.送料装置 10.输送带主动轴

11.脱粒滚筒 12.风机 14.间隙调节装置 15.出风口 16.方孔

凹板 17.滚筒传动轴 18.清选装置 19.万向轮

图1　小麦脱粒机总体结构图

1.2脱粒机工作原理

整个脱粒机的动力来源由电动机2提供，电机控制

箱4控制电机的转动，电动机与电机控制箱直接固定在机

架上1。将收割后的小麦放在送料装置8处，电动机1通

过滚筒传动轴17带动脱粒滚筒11转动，脱粒滚筒通过防

护罩6内的减速装置带动输送带7将小麦送入由脱粒滚筒

11和方孔凹板16组成的脱粒装置，麦秆经过脱粒滚筒11

高速转动直接从防护罩13排除，防护罩13附带控制麦秆

飞出距离，小麦籽粒、麦穗和其他较小杂物进入锥体收集

箱3，清选装置18里的风机12直接与脱粒滚筒11相固定，

风机11通过吸气式清选装置18排出麦穗和轻浮杂质，从

出风口15排出，小麦籽粒和其他较重杂质首先通过清选

装置18第一层过滤网排出杂质和破损麦粒，完好麦粒进

入第二层过滤网，挑选出颗粒饱满的麦粒，其他品质较低

的麦粒最终从清选装置底部排出。整机结构紧凑，运行稳

定，安全系数高，将脱粒、分离、清选和优选集于一体，

减少了农户购买时的经济负担，减少了手工作业步骤，降

低了劳动强度，提高了小麦脱粒效率。

2.关键部位结构设计

2.1机架设计

机架尺寸由各个构件尺寸确定，整体由铁三角和铁板

焊接而成，通过Creo有限元分析确定铁三角尺寸为90°

夹角腰长为35mm厚度为4mm，铁板厚度为4mm。机架

设计好之后用于安装万向轮、电动机、脱粒风扇、滚筒、

凹板筛、齿轮和传送带送料装置，为整个构件起支撑和固

定作用。

2.2送料装置设计

送料装置结合工业输送带送料方式和原始脱粒机手动

塞入送料方式，输送带是在输送中起承载和运送物料的一

种橡胶与纤维、金属复合制品，或者是织物和塑料复合的

一种制品。它广泛应用与各行业输送距离较短、输送量较

小的场合，因此完全适用于小麦输送。

脱粒滚筒和输送带之间设有一级减速器，电动机带

动脱粒滚筒转动，脱粒滚筒通过一级减速器带动输送带，

将输送带的速度降低，达到操作允许的范围，最高不超过

2.5m/s。

本机按照传统脱粒机送料口尺寸并进行改装，采用输

送带将小麦送入脱粒装置，进行下一步的脱粒步骤。将送料装置各个零件进行建模，最后进行装配及运动仿真。

2.3脱粒装置设计

本机采用斜齿型脱粒滚筒和方孔凹板组合的方式实现

脱粒目的，通过电动机转动带动斜齿型滚筒高速转动将小

麦整体带入方孔凹板进行脱粒，可根据小麦的干湿度及谷

物籽粒大小（同样适用于豌豆、菜籽和胡麻等谷物的脱粒）

调节方孔式凹板的高低程度，提高脱粒效果。

2.4传动结构设计

根据电动机与滚筒位置采用锥齿轮传动，风扇与滚筒

通过螺丝固定，传送带与滚筒之间采用减速器装置进行减

速传动，如图2所示。

1.电动机 2.3.5.6.9锥齿 4.滚筒传动轴 7.8直齿

图2 齿轮传动路线

电动机1将动力传入锥齿1，锥齿2与锥齿1相啮合

通过滚筒传动轴4和锥齿5将动力传入到脱粒装置，脱粒

滚筒上的锥齿与锥齿6相啮合将动力经过减速装置里的直

齿7、8传入锥齿9，最后锥齿9将动力传送到输送带上。

2.5清选装置设计

麦秆通过滚筒转动从另一侧排出，排出一侧设有防护

罩，如图3所示，可防止麦秆乱飞、飞出过远；麦粒和其

他杂物进入收集箱到达底部，进入清选装置混合物进入口

1，通过吸气式气流清选装置从麦穗和轻杂物排出口3排

出重量较轻的漂浮物；麦粒和其他较重杂质（碎石子、打

碎麦秆）进入第一层圆孔筛网5，排除杂质；麦粒整体进

入第二层圆孔筛网6挑选饱满麦粒。整个清选装置提高了工作效率，节省了农户的时间。

1．混合物进入口 2.清选支架 3.麦穗和轻杂质排出口 4.风20农学·经济

机 5.第一层圆孔筛网 6.第二层圆孔筛网

图3 清选装置机构

2.6防护罩设计

为提高脱粒机操作安全，在齿轮传动部位专门设计防

护罩，麦秆输出部位设计防护罩，防止人员受伤。改变传

动即插即用的供电方式特设计电动机控制箱，设有三个安

全开关按钮（启动、关闭、急停），减少了作业时的安全

问题。

2.7脱粒间隙设计

脱粒间隙是指脱粒斜齿轮与方孔凹板之间的距离。脱

粒机采用全喂入式，在脱粒过程中通过调节脱粒间隙可提

高脱粒率且减少破碎率。一般情况下若脱粒间隙较小时脱

粒率会提高，但是麦粒损伤会比较大，破损率较高；当间

隙较大时破损率较小，但是会导致脱粒不干净，需要多次

脱粒作业，效率低下。

为解决上述问题，在方孔凹板和机架之间设置间隙调

节装置，即在凹板四角设有四个孔，机架两面设有螺栓固

定孔位，通过四组螺栓来控制脱粒间隙的大小，调节时只

需调整竖直螺栓高度即可。根据谷物大小通过Creo建模

初步测量到螺栓可调节距离为±10mm。

2.8电动机与滚筒装配齿轮设计

滚筒所需转速为1900 r/min，电动机额定转速1900 r/

min，因此传动比为1，为减少齿轮选购，直接选用齿数

为20的小锥齿轮，模数为3，齿顶高系数为1，顶隙系数

0.25。

三、整机装配与优化

本文采用Creo Parametric软件对本机进行结构设计，

整体装配如图4所示，再通过Creo Simulate对关键部件结

构优化分析，重点分析了电机与脱离滚筒之间的滚筒传传

动轴，作业时受到各方面的影响可能会发生断裂现象；机

架要承受电动机、脱离滚筒、方孔凹板、喂入装置和清选

装置等各个构件的重量，在机架底部的四个移动装置受到

上述整个构件的重力，在万向轮中间的螺栓在长时间作业

中可能会弯曲破损。图4　Creo Parametric建模及整体装配图

4.总结

本文设计了小型小麦脱粒机的各个结构，通过软件

Creo Parametric来实现结构模型，再通过Creo Simulate对

关键部件结构优化分析。本设计旨在降低在地形复杂耕种

小麦的农户的劳动强度，提高小麦生产率，在更短时间内

得到优质的无混合的小麦籽粒，并简化操作步骤，提高操

作安全性，重点研究改进了机架、送料装置、脱粒装置、

传动机构、清洗结构、防护罩等结构。通过对关键部件的

优化分析，本设计实现了预期设计目标。

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