目 錄
1.引言 1
2.玉米脫粒機總體結構 1
2.1入料裝置 1
2.2強制喂入裝置 2
2.3脫粒裝置 2
2.4機架 2
2.5篩選裝置 2
2.6總體設計 3
3.玉米脫粒機主要參數(shù) 3
3.1 電動機的選擇 3
3.2 滾筒上紋桿轉速 4
3.3 滾筒功率確定 4
3.4 電動機功率確定 4
3.5電動機的選擇 5
4.傳動系統(tǒng)設計 6
4.1傳動帶的設計與校核 6
4.1.1 確定計算功率 6
4.1.2 選擇V帶的型號 7
4.1.3確定帶輪的基準直徑 7
4.1.4 確定傳動中心距和帶長 8
4.1.5 驗算主動輪上的包角 8
4.1.6 確定V帶的根數(shù) 8
4.1.7 確定帶的初拉力 9
4.1.8求V帶傳動作用在軸上的壓力 9
4.2 V帶帶輪設計 9
5.關鍵部件設計 11
5.1脫粒滾筒設計 11
5.2導向上護蓋設計 12
5.3柵格式凹板設計 13
5.4喂料口設計 13
5.5機架的設計 14
6傳動軸設計 15
參考文獻： 16
玉米脫粒機的創(chuàng)新設計
摘要：為了降低玉米脫粒過程中的勞動強度以及提高脫粒工作效率，設計一款玉米脫粒機。該機器主要有喂料斗，上護蓋，下護蓋，紋桿式脫粒滾筒，機架以及傳動部件等機構組成。由電動機提供動力，經帶傳動將回轉力矩傳遞至紋桿式脫粒滾筒，脫離滾筒與柵格式脫粒凹板和上護導軌蓋相配合進行脫粒，玉米粒經收集裝置輸出機器外，玉米芯從出料口排出。
關鍵詞：玉米 脫粒機 創(chuàng)新設計
1.引言
玉米在我國乃至世界糧食生產中的重要地位，決定了玉米生產加工備受關注。中國是玉米作物種植大大面積平原的玉米收獲作業(yè)，基本上可以實現(xiàn)集玉米收獲，去皮，脫粒，清選一體化作業(yè)。但在一些小面積甚至丘陵地帶種植的玉米，大型聯(lián)合收獲機無法國，據(jù)不完全統(tǒng)計，2005年中國玉米產量為13937萬噸，在東北與華中平原的進入，就形成了收獲后再進行去皮與脫粒等工作。傳統(tǒng)玉米脫粒主要依靠純手工作業(yè)或者利用專用脫粒機械通過人力進行脫離作業(yè)。近幾年隨著農業(yè)機械化的發(fā)展，小型電動玉米脫粒設備已開始普及，目前常見的玉米脫粒形式有沖擊式脫粒，碾壓式脫粒，擠搓式脫粒，差速式脫粒，搓擦式脫粒等幾大形式，上述脫粒形式各有特點。根據(jù)玉米脫粒工作實際比較與研究，根據(jù)搓擦式原理創(chuàng)新設計一種脫粒機。其工作原理是：在玉米脫粒時，通過紋桿式脫粒滾筒與下方的柵格式凹板相配合進行搓擦脫粒，經過上護蓋的導板使玉米移動脫粒。玉米芯隨導板從排料口排出，玉米粒經下方的收集裝置從下方排出。
2.玉米脫粒機總體結構
該玉米脫粒機的主要組成部分有：入料口、螺旋推進器、紋桿式脫粒裝置、柵格式凹板、機架、上下護蓋等組成。
2.1入料裝置
入料口整體形狀呈斗狀，與機器的上護板通過螺栓相連，入料口由2mm厚的鋼板焊接而成，已剝皮的玉米從入料口上方進入機器，利用自身重力滑落至螺旋推進器。
2.2強制喂入裝置
強制喂入裝置即螺旋推進器，利用螺旋推機器的軸向轉動將玉米從紋桿式脫粒滾筒的切向喂入，依靠脫粒滾筒與柵格式凹版和上護板相互配合進行搓擦脫粒。
2.3脫粒裝置
脫粒裝置主要由脫粒滾筒與柵格式凹版組成，經螺旋推進器喂入的玉米穗在脫粒滾筒與凹版的相對轉動下進行搓擦脫粒，上護蓋內設有螺旋形導板，有利于玉米在脫粒過程中保持方向一致，提高了玉米在脫離過程中的運動速度。玉米穗在釘齒滾筒和柵格式凹板之間進行脫粒，將已脫下的玉米粒從柵格式凹板的縫隙漏下，落到下滑板，由倉口排出機體之外，玉米芯借助于滾筒上的螺旋式紋桿和上護蓋上的螺旋導板，由出料口排出機體之外。
2.4機架
機架是由左機架、右機架、出料口及穩(wěn)定結實的主機梁組成，機架是玉米脫粒機的主要支撐，他承擔著脫粒機的主要重量和動力、負載和力矩，因此它的設計是許強不弱的部分。機架的兩部分要各自穩(wěn)定，而且相對固定，以便做到機械在運轉過程中不會產生晃動、歪斜，造成人身危險，因此為了機架的堅固，此玉米脫粒機的設計采用三毫米厚的角鐵制成。
2.5篩選裝置
篩選裝置主要由柵格式凹板組成，它是由一定數(shù)量的鐵條及兩條主要梁和副梁組成，每兩根副梁之間的縫隙可以將玉米卡住，然后快速旋轉的紋桿式滾筒將被卡死的玉米強行脫粒，當然，無論是工作時還是安裝時，柵格式凹板是固定不動的。經脫粒滾筒脫下的玉米?？繓鸥袷桨及迳系拈g隙落入下護蓋的收集裝置，由于玉米芯不能穿過凹板的間隙，進而實現(xiàn)玉米粒與玉米芯的分離，玉米芯通過軸向運動從出料口排出機器。
2.6總體設計
由上所述，該玉米脫粒機由三相異步電動機提供動力，電動機固定在機架的下方，通過帶傳動將動力傳至傳動軸。將待脫粒的玉米穗從機體的斗式入料口喂入，經過螺旋推進器從紋桿式脫粒滾筒的切向強制喂入，進入到脫粒區(qū)域的玉米穗在紋桿式脫粒滾筒與其下方的柵格式凹板相互配合下進行搓擦脫粒，玉米穗在上護蓋設的螺旋導板與滾筒上的螺旋紋桿共同作用下呈螺旋式軸向運動。經脫粒的玉米粒在柵格式凹板的分離作用下與玉米芯分離，玉米粒經凹板下方的下護蓋收集裝置進行收集，玉米芯從機體的出料口排出機外。
該玉米脫粒機工作效率高，單位時間內可完成多人的工作量，大大降低了勞動強度，節(jié)省了工作時間，還有安全性能高、效率高、堅固耐用、結構簡單便于維修和保管等優(yōu)點。
玉米脫粒機主要結構如圖所示：
圖2.6 玉米脫粒機主要結構示意圖
3.玉米脫粒機主要參數(shù)
3.1 電動機的選擇
紋桿式玉米脫粒機較釘齒式玉米脫粒機消耗功率較大，但因所設計設計的玉米脫粒機為小型玉米脫粒機，故實際所需功率并不大。根據(jù)資料查詢得知查得該尺寸紋桿式脫粒滾筒受力約為。
3.2 滾筒上紋桿轉速
確定該機器滾筒轉速為800，由于紋桿固定在滾筒上，故紋桿的角速度與滾筒的一致。由于設計的紋桿式脫粒滾筒為錐狀，故取其平均半徑為有效半徑。
式中：—有效半徑
—大端半徑
—小端半徑
故紋桿有效轉速為：
式中：—紋桿的轉速
—脫粒機主軸的轉速
—釘齒距軸心的距離
3.3 滾筒功率確定
玉米脫粒機所需功率為，應由脫粒機的工作阻力和運轉參數(shù)求定，即：，計算求得：
3.4 電動機功率確定
電動機功率由公式來計算，脫粒機傳動裝置的總效率，應由組成傳動裝置的各個部分運動副的效率只積，即 ，其中、、 分別為每一個轉動副的效率，選取傳動副的效率值如下：
滾動軸承（每對）0.98～0.995 即取 =0.99
V帶傳動 0.94～0.97 即取 =0.97
滾筒轉動 （因為釘齒條固定于滾筒上） 即取 =1
則
由此可得電動機的功率：
3.5電動機的選擇
根據(jù)資料《脫粒機》一書可查得主軸的轉速在 750～850，按《機械設計指導書》中表一所推薦的傳動比合理取值范圍，取V帶的傳動比2～4，即可滿足電動機的轉速與主軸的轉速相匹配，故電動機轉速范圍可選為：～～。
符合這一范圍的同步電動機轉速的有720，1440，2900，根據(jù)容量和相關轉速，由《機械設計通用手冊》查出三種適宜的電動機型號，因此有三種不同的傳動比方案，如表1：
表1 電動機的型號和技術參數(shù)及傳動比
方案
電動機型號
額定
功率
電動機轉速
基本參數(shù)
P/kW
同步
轉速
滿載
轉速
效率（%）
電動機重量（KG）
功率因數(shù)
1
Y160M2-8
5.5
750
720
85
119
0.74
2
Y132S2-4
5.5
1500
1440
85.5
68
0.84
3
Y132S1-2
5.5
3000
2900
85.5
64
0.88
綜臺考慮電動機和傳動裝置的尺寸、重量以及帶傳動的傳動比，可知方案3比較適合。因此選定電動機型號為Y132S1-4。所選電動機的額定功率＝5.5kw，滿載轉速=1440r／min，總傳動比適中，傳動裝置結構較緊湊。如表2：
表2 其主要參數(shù)如下表
型 號
額定功率
KW
滿 載 時
額 定 電 流
額 定 轉 矩
最 大 轉 矩
轉速r／min
電流（380V）
效 率 %
功率因數(shù)
Y132S1-4
5.5
1440
11
85.5
0.84
7
2.0
2.2
表3為電動機具體安裝尺寸：
表3 電動機尺寸列表
單位
中心高
H
外形尺寸
底腳安裝尺寸
地腳螺栓孔直徑
軸伸尺寸
裝鍵部位尺寸
電動機的輸出軸尺寸
132
4.傳動系統(tǒng)設計
4.1傳動帶的設計與校核
4.1.1 確定計算功率
其中：—工作情況系數(shù)
—電動機的功率
查《機械設計》一書中的表14—7 可知：=1.0
KW
4.1.2 選擇V帶的型號
根據(jù)計算得知的功率和電動機上帶輪（小帶輪）的轉速（與電動機一樣的速度），查《機械設計》一書圖14—12，可以選擇V帶的型號為A型。
4.1.3確定帶輪的基準直徑
（1）初選主動帶輪的基準直徑：根據(jù)《機械設計》一書，可選擇V帶的型號參考表14—2，選取。
（2）計算V帶的速度V：
V帶在～的范圍內，速度V符合要求。
電動機與主軸傳動比的計算
（3）計算從動輪的直徑
4.1.4 確定傳動中心距和帶長
取
即：
得：
?。?
帶長
即：
得：
實際的中心距可按下列公式求得：
求得 ：
4.1.5 驗算主動輪上的包角
即：
求得 ： 滿足V帶傳動的包角要求。
4.1.6 確定V帶的根數(shù)
V帶的根數(shù)由下列公式確定：
其中 ： —單根普通V帶的許用功率值
—考慮包角不同大的影響系數(shù)，簡稱包角系數(shù)
—考慮的材質情況系數(shù)，簡稱材質系數(shù)，對于棉簾布和棉線繩結構的膠帶，取 ，對于化學線繩結構的膠帶，取 。
—計入傳動比的影響時，單根普通V帶所能傳遞的功率的增量，其計算公式如下：
式中：—單根普通V帶所能傳遞的轉矩修正值 ，從《機械設計》可以查表14—10
—主動輪的轉速
查得：
則：
查表取值：
由 查得：
所以：
即： 取 根
4.1.7 確定帶的初拉力
單根V帶適當?shù)某趵?由下列公式求得
其中：—傳動帶單位長度的質量，
即：
4.1.8求V帶傳動作用在軸上的壓力
為了設計安裝帶輪軸和軸承，比需確定V帶作用在軸上的壓力，它等于V帶兩邊的初拉力之和，忽略V帶兩邊的拉力差，則值可以近似由下式算出：
即：
求得；
4.2 V帶帶輪設計
4.2.1主動輪設計
因為帶輪的轉速，即，轉速比較低，所以材料選定為灰鑄鐵，硬度為。
帶輪的結構設計主要是根據(jù)帶輪的基準直徑，選擇帶輪的結構形式，根據(jù)帶的型號來確定帶論輪槽的尺寸，設計如下：
主動帶輪的結構選擇 因為根據(jù)主動帶輪的基準直徑尺寸，而與主動帶輪配合的電動機軸的直徑是，因此根據(jù)經驗公式～～，所以主動帶輪采用腹板式。
通過查《機械設計》一書，可以確定主動帶輪的結構參數(shù)，結構參數(shù)如下表，其他的相關尺寸可以根據(jù)相應的經驗公式計算求得。
表４ 帶輪的結構參數(shù) 單位（mm）
帶的型號
A
13
11.0
8
2.75
8.7
15
10
6
主動帶輪的厚度可以由計算公式： 求得
即 :
主動輪結構如圖所示：
圖4.1 主動輪結構
4.2.2 從動輪設計
從動帶輪的結果選擇 因為根據(jù)主動帶輪的基準直徑和傳動比來確定，即 ，，所以從動帶輪同樣采用腹板式。
通過查《機械設計》一書，可查得帶輪的結構參數(shù)間表，其他一些相關尺寸可以根據(jù)相應的經驗公式計算求得。
表４ 帶輪的結構參數(shù) 單位（mm）
帶的型號
A
13
11.0
8
2.75
8.7
15
10
6
從動帶輪的厚度可以由計算公式： 求得
即 :
從動輪結構如圖所示：
圖4.2 從動輪結構
5.關鍵部件設計
5.1脫粒滾筒設計
脫粒滾筒是玉米脫粒機上的主要部件之一，其設計的好壞直接關系到玉米脫粒機的工作質量，直接關系到玉米脫粒機正常工作時整體的脫粒效果以及脫粒后將玉米粒和玉米芯分離的情況。紋桿式脫粒滾筒的主要功能是采用均勻固定在滾筒上的三條螺旋紋桿與按一定規(guī)律分布在其中的條狀紋桿相配合，在滾筒的高速轉動下，通過紋桿式脫粒滾筒與下方的柵格式凹板相互配合進行搓擦脫粒。
本脫粒機采用滾筒作為固定紋桿的部件，滾筒式較柵條式的優(yōu)點主要表現(xiàn)為，滾筒式不會卡主或者夾住脫離過程中的玉米穗從而導致脫粒機擁堵甚至損害部件。滾筒制作成帶有一定角度的形狀，喂入口為小端，出口為大端，在同樣轉速下玉米穗在脫粒機中行進的速度越來越快，逐漸遞增的速度有利于提高玉米脫離的質量與速度。
滾筒由2mm厚的鐵板制成，大端直徑為mm.小端直徑為mm,總長度為mm,三條螺旋紋桿條呈圓形均勻固定，在紋桿條中間均勻固定摩擦條以增加摩擦面積進而提高脫粒質量。
脫粒滾筒可分為三部分，強制喂入部分，脫離部分，分離部分。喂入部分由攪龍組成，利用攪龍?zhí)厥獾慕Y構將從喂料口落下的玉米穗沿脫粒滾筒的切向強制喂入脫粒部分。脫粒部分主要結構上述已具體闡述，在此不再贅述。分離部分主要作用為將脫完粒的玉米芯和玉米粒進一步分離。
脫粒滾筒的具體結構如圖所示：
圖5.1 脫脫粒滾筒具體結構
5.2導向上護蓋設計
上護蓋主要起兩方面作用：一方面，保護封閉機體，防止脫下的玉米粒向上飛出機器造成浪費；另一方面，上護蓋的內側設有多組螺旋式的導板，在玉米穗脫粒過程中起到強制導向作用。
上護蓋主要有2mm厚的鐵板制成，通過螺栓固定在機架上，與下護蓋和兩側的護蓋將脫粒機的工作部分封閉為一個密閉的空間。
上護蓋的主要結構如圖所示：
圖5.2 上護蓋具體結構
5.3柵格式凹板設計
在玉米脫粒機中，柵格式凹板是與脫粒滾筒相配合的重要部件，柵格式凹板有兩種功能，其一，是將玉米脫粒后，使玉米粒從柵格式凹板的縫隙中漏出，而玉米芯被脫粒滾筒上的分離板排列排出機之外，從而使玉米粒和玉米芯分開，從不同的出口排出機體之外，達到玉米脫粒清選的作用，其二，柵格式凹板是利用鋼筋與鋼板交錯焊接而成，鋼筋與鋼板之間的縫隙，這個縫隙可以將玉米卡在兩根鋼板的縫隙之間（因為玉米為圓柱型），以便于滾筒對玉米進行快速、穩(wěn)定的脫粒。
柵格式凹板分為兩部分，其中一部分為與脫粒滾筒的脫粒部分相配合進行搓擦脫粒的柵格式脫粒凹板，形狀相應的為錐形。另一部分為與脫粒滾筒的分離部分相配合的柵格式篩選凹板，將玉米芯與玉米粒分開清選。
柵格式凹板的具體結構如圖所示：
圖5.3 柵格式凹板具體結構
5.4喂料口設計
入料口是將玉米填入玉米脫粒機機體內的一個途徑，它是玉米脫粒機上的一個部件，它的作用在于通過入料口可以將玉米順利的填入機體內，而且在填入的過程中或是填入后的工作過程中，脫粒機能安全的工作，而且不會將玉米玉米粒或是玉米芯從入料口飛濺出來，造成人員傷害等事故發(fā)生，因此，玉米脫粒機的入料口的設計，即關系到玉米脫粒機的工作質量（即脫粒不干凈或是不完全等）。因為在將玉米添入脫粒機時，電動機在高速的旋轉，連同它的主軸一起旋轉，如果入料口的填料方式不利于主軸的工作，此時，這種填料方式對主軸、對機體都有很大的副作用，有可能瞬時加大主軸的承擔負載，即同時加大主軸的彎曲應力、扭轉應力等，同時也加大了釘齒條上的釘齒的磨損和老化等。如果入料口的設計不當，會造成主軸的瞬時被卡死，電動機悶車等現(xiàn)象發(fā)生，這些現(xiàn)象對電動機和玉米脫粒機的主軸有及大的破壞性。因此，在設計玉米脫粒機入料口時應當考慮到設計不當可能發(fā)生的危害，精心的設計其結構。
喂料口與脫粒機的上護蓋是分開的，通過螺栓緊固連接。形狀設計為斗形，這樣下方的玉米穗就會通過上方玉米穗的重力順利進入機器中。
喂料口的具體結構如圖所示：
圖5.4 喂料口具體結構
5.5機架的設計
機架是玉米脫粒機的主要支撐部件，它是承擔所有來自軸及電動機、凹板的沖擊和應力，機架的堅固是玉米脫粒機的工作穩(wěn)定、運轉平穩(wěn)的基礎，因此機架無論是從結構上還是從材料上，都應該采用堅固的穩(wěn)定的材料和樣式制成。就此玉米脫粒機來說，它的沖擊載荷和內部的應力偏低，電動機達到動力偏小，以及所選用的機型比較輕便，根據(jù)《脫粒機》一書，查得的設計材料可采用角鐵支撐，角鐵支撐的好處在于：在角鐵材料本身所支撐的載荷范圍條件下，不會發(fā)生結構變形，雖然有較小的彈性變形，也不會影響脫粒機機體的堅固、穩(wěn)定的效果，盡管在玉米脫粒機正常工作的情況下，也不會影響玉米脫粒機的整體效果。選擇角鐵的厚度為，其規(guī)格尺寸為：高為，寬為。
機架的具體結構如圖所示：
圖5.5 機架具體結構
6傳動軸設計
傳動軸是玉米脫粒機的主要設計部件之一，他在玉米脫粒機正常工作過程中，承擔主要轉矩、扭矩、彎矩和支撐傳動軸上的回轉零件，玉米脫粒是瞬時沖擊很大，而且沖擊次數(shù)很頻繁的工作環(huán)境，因此傳動軸的設計是很關鍵的一個步驟。它的主要公用是：一是支持軸上所安裝的回轉零件，使其有確定的工作位置；而是傳遞軸上的運動和動力。軸按照軸線形狀的不同，可以分為曲軸、直軸、軟軸和撓形軸等，根據(jù)玉米脫粒機的結構特點和組成形狀及工作強度和環(huán)境的要求，玉米脫粒機的主軸選用直軸形式傳遞，而且選用直軸中的階梯軸。此軸的設計如下：
根據(jù)軸的扭轉強度來初步計算確定其最小直徑，可利用經驗公式：
其中：—軸常用的幾種材料的的值
—主軸上的功率
—主軸上的轉速
軸上的材料由《機械設計基礎》一書中表18—1 可以查到，應選取調質處理的45號鋼，，書中表18—2取，于是得 ：
由于該玉米脫粒機為紋桿式脫粒，所需直徑應比計算大，在此選擇軸的直徑為40mm.
主輸出軸的最小直徑是安裝帶輪處的直徑，為了使所選的軸直徑與帶輪相配合，故使輸出軸端的軸徑選為38在《機械設計基礎》一書。查表可以得知帶輪的厚度，則取輸出軸的次段軸徑為，其長度為。
6.1 軸形狀確定
由于該傳動軸上只固定一帶輪，因此軸的結構較為簡單，其結構如圖所示：
參考文獻：
[1]《機械設計》
[2]《玉米脫粒機的改進》吉林省犁樹縣郭家店鄉(xiāng)農機站 宋彥文 常友山
[3]《5TXY－3A型玉米脫粒機》許忠
[4]《5TY－0.2型玉米脫粒機》陳呂西
[5]《5TY－10玉米脫粒機的性能測試》潘慶和
[6]《5TYQ－100型負壓氣流清選玉米脫粒機的研制與試驗》李耀剛
[7]《型玉米種子復式脫粒機》閻冠 張守勤
[8]《ＬＤ—Ｉ型甜玉米脫粒機的研制》張旦聞 王大力
[9]《齒盤式玉米脫粒機的運動和參數(shù)分析》崔東飛
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