玉米脱粒机机械系统分析.docx

机械系统设计课程论文题目： 玉米脱粒机机械系统分析学 院 机械电气工程学院 专 业 机械设计及理论 班 级 2012级 姓 名 * 学 号 * 指导教师 * 2013年3月1日玉米脱粒机机械系统分析摘要：为了降低农民在玉米脱粒时劳动强度、提高工作效率,对玉米脱粒机从整体上进行系统分析。该种机器主要有入料口、栅格式凹板与钉齿脱粒滚筒及传动部件等组成。以电动机为动力源，动力由电动机输出轴输出，再通过传动带传递到钉齿脱粒滚筒上，钉齿脱粒滚筒配合栅格式凹板将玉米脱粒，玉米粒从栅格式凹板分离并排出机体外，而玉米芯从入料的另一端排出机体之外。关键词：玉米；脱粒机；黑箱法；功能分析 一、目的意义玉米收获工作是整个玉米生产过程中最重要的一环，而玉米脱粒则是收获工作中的关键环节，它决定了玉米的破损程度。玉米的破损影响玉米籽粒短期或长期的储藏，遭受破损的玉米发芽率低，易生霉菌与虫子、易破碎，而且其市场价值与出口价值降低。对于一个玉米加工厂来说，1%的破损率就意味着相当大的经济损失。所以，降低玉米脱粒损伤成为机械脱粒的主要问题。玉米破碎过程中受力情况非常复杂，玉米在脱粒过程中的破碎主要与冲击力有关，是玉米与刚性部件冲击作用的结果。因此，从玉米芯上脱下籽粒需要一个适当力的作用，这依赖于应用的方法，方法的适当应用可减小损伤。根据我国玉米种植面积大、用种子量大、机械化程度低的情况，有必要从玉米脱粒机的整体系统角度入手，深入研究机械作用机理及其对玉米破碎的影响，进而为低损伤、低破碎玉米脱粒机的研制提供理论基础。二、国内外研究现状2.1 国外研究现状从1785年苏格兰人安朱梅克( AndrewMeikle)发明第一个回转滚筒脱粒装置以来, 人们对种子玉米脱粒装置做了大量的试验与研究, 不断开发出新的种子玉米脱粒装置。1815年, 美国开发出世界上第一台专用于玉米脱粒的手工操作玉米脱粒机。该机的脱粒部分主要由装有钉子的盘型脱粒装置构成, 通过手摇曲柄来转动一个安装有钉的盘片。脱粒时, 操作员一边摇动曲柄来旋转盘片, 一边使盘片紧压玉米穗, 这个盘片就从玉米芯上把籽粒脱下来。加拿大的Agriculex公司研制了用于单穗种子玉米脱粒的SCS-2型种子玉米脱粒机, 它由3个包有橡胶的、并以相同方向不同速度旋转的辊子组成, 在三个差速旋转的辊子所产生的摩擦力作用下, 玉米籽粒被脱下。该机不伤胚芽、不断玉米芯, 具有破碎率低、未脱净率低及适应性强等特点。美国AECgroup公司生产的HS-48型挤搓式种子玉米脱粒机, 脱粒性能好、对不同类型种子玉米的适应性强、种子破碎率相对打击式种子玉米脱粒机小, 在欧洲及美国等发达国家应用普遍。该机生产率高( 10-12t/h), 破碎率0. 8%左右, 但体积庞大, 价格昂贵。2.2 国内研究现状分析上个世纪70年代初期, 我国自行研制的冲击式原理玉米脱粒机得到了普及应用, 当时以大、中型脱粒机为主。进入80年代后, 农村开始实行家庭联产承包责任制, 我国又相继研发了冲击式原理的一系列中、小型玉米脱粒机, 以适应农户的生产需要。80年代初期, 我国开始推行实现种子生产专业化、种子加工机械化、种子质量标准化、品种布局区域化与以县为单位组织统一供种“四化一供”的种子体系, 政府拨款从国外引进一批种子加工成套设备。1996年重庆市农机研究所陈吕西开发采用搓擦式原理5TY-0. 2型玉米脱粒机。2001年农业部规划设计研究院何晓鹏在消化吸收美国引进设备基础上进行自主研发的新型挤搓式玉米脱粒机, 由北京西达农业工程科技发展中心、甘肃酒泉奥凯种子机械与北京市丰田种子机械厂在进一步改进的基础上生产出了各种系列挤搓式玉米脱粒机。2007年沈阳农业大学李心平研制出了差速式玉米脱粒机。2.3 国内外玉米脱粒装置汇总玉米脱粒装置的种类很多,可按不同种类分成不同类型。 1> 按驱动力分：R手动扳手式：手动扳手（图1）式用扳手式揉搓工具代替人的一只手进行揉搓，在一定程度上减轻了玉米棒对人手的摩擦，但由于玉米棒大小不同，玉米棒呈圆锥形，所以两头玉米很难揉搓干净，大部分依靠人手完成，劳动强度大，效率低。图1 手动扳手式R手摇式：手摇玉米脱粒机（图2）是由手把、手柄、转轴、轮毂、支板、支架、插板、辐条、护罩、刀架组成，支架能以螺钉固定在木板上，转轴右边是插板与支架，可固定护罩，转轴右端连接手柄的一端，而手柄的另一端是手把，转轴左端是辐条插入孔，辐条的另一端焊在刀架上，刀架上均匀分布着四个刀片固定孔。手摇式玉米脱粒机是一种新型农用玉米脱粒小机械，价格便宜，操作简单，本身结构简单，不用动力，破损率低，脱粒干净，效率可达每小时脱粒60公斤的高效。图2 手摇式R电动式：电动式（图3）玉米脱粒机，工作时，玉米由进料口为入，玉米在高速旋转的转子与滚筒内受到撞击，籽粒由筛孔分离出去，玉米芯从机器尾部排出，玉米丝，皮从风口排出。图3 电动式2> 按牵引方式分：²移动式：主要由筛网上机盖(即滚筒)，转子总成，喂料装置，机架等5部分组成（图4），筛网与上盖转子总成共同形成脱粒室，转子总成是主要工作部件，玉米的脱粒就在脱粒室完成。进料口设在机器上盖上部，玉米棒通过进料口进入脱粒室，在脱粒室内受到高速旋转的转子撞击玉米粒脱落，通过筛孔分离出去，喂入口前下部有一块挡板，防止脱落的玉米粒飞溅伤人。图4 移动式²悬挂式：悬挂式玉米脱粒机（图5）安装在拖拉机上，动力完全由拖拉机动力输出提供，脱粒效率较高，但安装调试不方便。图5 悬挂式²牵引式： 牵引式玉米脱粒机（图6）主要用于光棒玉米及带皮玉米的脱粒作业；各种大、中型拖拉机牵引，后输出轴为动力进行脱粒，行走更方便，也可用柴油机传动，小车牵引。图6 牵引式²全自动上料自走式：提供的全自动上料玉米脱粒机（图7）自动上料，省力省时 ，只要将初步晾晒好的玉米棒堆积在场地内即可，在动力设备的驱动下，自动完成上料，省去了人工装料的麻烦，并大大提高了工作效率。全自动上料玉米脱粒机主要结构:¯ 收集装置：收集初步晾晒的玉米棒¯ 传送装置：将收集的玉米棒传送至脱离装置¯ 脱粒装置：将玉米粒与玉米芯脱离¯分离清选装置：网筛二次清选装置将玉米粒与玉米芯分离，吸风装置除去其中的轻型颗粒。¯辅助装置：包括离合装置，传动装置，安全装置等。图7 全自动上料自走式全自动上料玉米脱粒机厂家提供的技术参数：ô 配套动力：5.5kw或15马力柴油机ô 主轴转速：1000-1100(r/min)ô 作业方式：三马车ô 生 产 率：5000kg/h3> 按工作部件分：¹ 捶打式：捶打式玉米脱离机（图8）的脱粒主要依靠捶打力，玉米粒从分离滚筒下方进入集料装置，玉米棒从另一端排除。其工作效率高，但所脱玉米粒较脏，且人工劳动强度大。图8 全自动上料自走式¹ 狼牙棒式：狼牙棒式（图9）脱粒部分为转子，脱净率由滚筒的长度与直径来决定，转子上的钉齿是易损件,主要依靠狼牙棒之间的摩擦揉搓进行脱粒。图9 狼牙棒式¹ 板齿式：板齿式（图10）脱粒装置板齿式脱粒装置, 是模仿人工用手搓玉米的动作。由于板齿与滚筒轴之间有一定的夹角, 利用板齿拨动果穗, 使果穗在受到推挤的情况下, 既做向前的运动, 又做向上或向下的运动。在运动过程中, 与两侧与底部的栅格进行揉搓, 并且与栅格凹板做相对运动, 既滚动又滑动, 以达到挤搓脱粒的效果。果穗相互之间也同样在受到一定压力的作用下进行充分的挤搓, 并且机内所有果穗的任何部位都有充分的挤搓机会, 从而脱掉全部籽粒。板齿式脱粒装置脱粒性能好, 对不同类型种子玉米的适应性强、效率高、脱净率高、玉米籽粒破碎率低。图10 板齿式三 功能分析3.1 玉米脱粒机的总体结构玉米脱粒机主要组成部分：入料口、钉齿脱粒滚筒轴、栅格式凹板、机架等部分组成。整机结构如图11所示1）入料部分入料口与玉米脱粒机的上盖部分相连，它是利用一厘米厚的铁板制成，入料部位与钉齿滚筒的钉齿部位相切，将已拨皮的玉米从入料口进入，下滑到脱粒部位，即钉齿滚筒与栅格式凹板之间，进行脱粒。 图11 玉米脱粒机整机结构图2）脱粒部分脱粒部分主要是由钉齿滚筒、栅格式凹板、半圆型上盖组成。玉米穗在钉齿滚筒与栅格式凹板之间进行脱粒，将已脱下的玉米粒从栅格式凹板的缝隙漏下，落到下滑板，由仓口排出机体之外，玉米芯借助于滚筒上的螺旋排列的钉齿的螺旋推力与螺旋导向作用，由入料口的另一端（即出料口）排出机体之外。3）筛选部分 筛选部分主要是由栅格式凹板完成，它是由一定数量的铁条及两条主要梁与两条副梁组成，每两根铁条之间的缝隙可以将玉米卡住，然后快速旋转的钉齿滚筒将被卡死的玉米强行脱粒，当然，无论是工作时还是安装时，栅格式凹板是固定不动的。玉米脱粒之后，再将玉米粒经过栅格式凹板，从凹板的缝隙漏出，顺着斜滑板滑出机体之外，目的是将玉米与玉米芯分开。4）机架部分 机架是由左机架、右机架、出料口、下滑板及稳定结实的主机梁组成，机架是玉米脱粒机的主要支撑，他承担着脱粒机的主要重量与动力、负载与力矩，因此它的设计是许强不弱的部分。机架的两部分要各自稳定，而且相对固定，以便做到机械在运转过程中不会产生晃动、歪斜，造成人身危险，因此为了机架的坚固，此玉米脱粒机的设计采用三毫米厚的角铁制成。3.2 功能提取分析3.2.1 玉米脱粒机整体功能提取 采用黑箱法对玉米脱粒机功能提取如图12所示：玉米棒（原始状态）玉米粒玉米脱粒机图11 玉米脱粒机黑箱3.2.2 玉米脱粒机工作过程玉米脱粒机基本工艺路线如图12所示：原始态玉米棒入料口脱粒装置玉米粒（含少量杂物）玉米棒等杂物筛分机构杂物杂物分离机构排料口除杂口干净玉米粒脱粒后玉米棒杂物图12 玉米脱粒机基本工艺路线工作时，玉米由进料口喂入，玉米棒经螺旋推进轴旋转打击，籽粒由筛孔分离出去，玉米芯从机器尾部排出，进料口设在上盖上部，玉米通过进料口在滚筒内受到滚轴的撞击玉米脱落，籽粒通过筛孔下部排出，再由风机将杂质吹（抽）出。实现三分离不烂芯的效果。首先玉米通过脱粒机入口进入，玉米穗在滚筒的旋转的作用下也进行旋转运动，于此同时，玉米穗上的玉米籽收到滚筒上细轴与格栅凹板的作用力，将卡在格栅凹板缝隙里的玉米籽脱落下来，玉米籽在重力的作用下通过凹板缝隙降落到脱粒机斜板即脱粒机出口处，此时玉米籽里的杂质已经在风机的作用下，通过除杂口清除。玉米穗脱完后会在滚筒的圆周力的作用，从除杂口掉离脱粒机。3.3 各组成部分机构组成分析3.3.1 入料部分入料口与玉米脱粒机的上盖部分相连，利用一厘米厚的铁板制成，入料部位与滚筒上的钉细轴部位相切，将已拨皮的玉米从入料口进入，下滑到脱粒部位，即滚筒细轴与栅格式凹板之间，进行挤搓脱粒，入料部分组成如图13所示。 入料部分入料仓下面板入料口 图13 入料部分框架图3.3.2 脱粒部分脱粒部分主要是由滚筒、栅格式凹板、半圆型上盖组成（图14）。玉米穗在滚筒与栅格式凹板之间进行脱粒，将已脱下的玉米粒从栅格式凹板的缝隙漏下，落到下滑板，由仓口排出机体之外，玉米芯借助于滚筒上的成180度分布的细轴的螺旋推力与螺旋导向作用，由入料口的另一端（即除杂口）排出机体之外。脱粒部分滚 筒前网板下网板细 轴图14 脱粒部分框架图3.3.3 筛选部分筛选部分主要是由栅格式凹板完成（图15），由一定数量的铁条及两条主要梁与两条副梁组成，每两根铁条之间的缝隙可以将玉米卡住，然后快速旋转的滚筒细轴将被卡死的玉米强行脱粒，无论是工作时还是安装时，栅格式凹板是固定不动的。玉米脱粒之后，再将玉米粒经过栅格式凹板，从凹板的缝隙漏出，顺着斜滑板滑出机体之外，目的是将玉米与玉米芯分开。筛选部分风 机除杂板除杂护板出料口图15 筛选部分框架图四 执行系统分析玉米脱粒脱粒机的执行系统为脱粒装置，若假设对输入轴施加1 440 r/min的转速,运用ADAMS进行5s、50步的仿真分析,得到玉米的速度变化曲线(如图16所示)与冲击力变化曲线(如图17所示)。图15 速度变化曲线图 图16 冲击力变化曲线从图15中可以看出曲线上下波动,这是由于玉米进入滚筒后与滚筒钉齿发生碰撞,受到冲击作用速度迅速增大,当分离后,玉米速度下降。玉米棒进入滚筒后与滚筒钉齿碰撞,使玉米籽产生振动从而破坏其与芯轴的连接,只有冲击力足够大才能使玉米脱下来。从图16中可看出第一次碰撞时的冲击力为2 500N，不同时刻碰撞冲击力变化较大。五 动力及传动系统分析根据设计要求确定脱离装置的主轴转速，一般主轴的转速在 750850，按机械设计指导书中所推荐的传动比选取合理的传动比取值范围，一般取V带的传动比24，即可满足电动机的转速与主轴的转速相匹配，则电动机转速范围可选为：。 按照上述取值范围选取相符合的电机，例如选取上述范围的同步电动机转速的有720，1440，2900，根据容量与相关转速，由机械设计通用手册查出适宜的电动机型号，从而确定不同的传动比方案，如表1为3中不同的电动机型号及技术参数：表1 电动机的型号与技术参数及传动比 方案电动机型号额定功率电动机转速基本参数P/kW同步转速满载转速效率（%）电动机重量（KG）功率因数1Y160M2-85.5750720851190.742Y132S2-45.51500144085.5680.843Y132S1-25.53000290085.5640.88综台考虑电动机与传动装置的尺寸、重量以及带传动的传动比，选取比较适合的电动机型号，确定电动机尺寸。 表2 电动机尺寸列表 单位/mm中心高H 外形尺寸底脚安装尺寸 地脚螺栓孔直径 轴伸尺寸 装键部位尺寸 电动机的输出轴尺寸 132六 结论：玉米脱粒机是农作物玉米脱粒机器,起主要功能是将玉米与玉米芯分开，达到玉米脱粒的效果，现行的脱粒机生产率较高，单位时间内生成效率高，在市场上应用广。但是，目前的玉米脱离装置也有一些不足之处,比如它的重量沉,体积大等缺点。因此，在今后还要加强对玉米脱粒机的技术开发，使玉米脱粒机更完美、更效率化。第 16 页