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湘潭大學興湘學院 畢業(yè)設計說明書 題 目： 小型水稻脫粒機設計 學 院： 興湘學院 專 業(yè)：機械設計制造及其自動化 學 號： 2010963022 姓 名： 劉梓豪 指導教師： 朱石沙 完成日期： 2014.5.10 湘潭大學興湘學院 畢業(yè)論文（設計）任務書 論文（設計）題目： 小型水稻脫粒機設計 學號： 2010963022 姓名： 劉梓豪 專業(yè)： 機械設計制造及其自動化 指導教師： 朱石沙 系主任： 劉柏希 一、主要內(nèi)容及基本要求 主要內(nèi)容 1、傳動裝置的設計 2、脫粒裝置的設計 3、清選裝置的設計 4、動力匹配 要求 1、生產(chǎn)輸送 2、生產(chǎn)效率：1噸/時 3、完成2張A0圖紙 4、撰寫畢業(yè)設計說明書 5、外文文獻翻譯，字數(shù)3000字以上。 二、重點研究的問題 水稻脫粒機裝置的設計 三、進度安排 序號 各階段完成的內(nèi)容 完成時間 1 查閱資料、調(diào)研 第1-2周 2 開題報告、制訂設計方案 第3周 3 方案（設計） 第4-5周 4 小型水稻脫粒機設計 第6-7周 5 寫出初稿，中期檢查 第8-9周 6 修改，寫出第二稿 第10-11周 7 寫出正式稿 第12-13周 8 答辯 第14周 四、應收集的資料及主要參考文獻 [1]全臘珍，張淑娟《畫法幾何與機械制圖》[M].中國農(nóng)業(yè)大學出版社，2007. [2]濮良貴，紀名剛.《機械設計》[M].高等教育出版社,2010. [3]徐學林. 《互換性與測量技術基礎》[M].湖南大學出版社,2010. [4]張偉.《農(nóng)業(yè)機械學》[M].東北林業(yè)大學出版社,2008. [5]孫桓，陳作模，葛文杰. [M].高等教育出版社，2009. [6]衣淑娟.《水稻半喂入脫粒機的設計》[J].黑龍江八一農(nóng)墾大學，2000. [7]王萬鈞.《農(nóng)業(yè)機械設計手冊》[M].機械出版社,2000. [8]張?zhí)m星.《谷物收割機械原理與計算》[M].吉林人民出版社,1995. [9]中國農(nóng)業(yè)機械化科學研究院. 農(nóng)業(yè)機械設計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1988.185. [10]中國收獲脫粒機械聯(lián)營公司.脫粒機的選購與安全操作[M].北京：農(nóng)業(yè)出版社，1986.29. [11]鄧玲黎,李耀明.我國水稻聯(lián)合收割機的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 農(nóng)機化研究,2001,（2）：4~6 . [12]楊貴, 孫景杰, 張長富.水稻生產(chǎn)全程機械化的研究探討[J].農(nóng)機化研究,2001,（1）：27~29 . [13]杜茂軍, 郭立軍, 林廣友水稻生產(chǎn)機械化的影響因素及發(fā)展對策[J].農(nóng)機化研究,2002,（1）：46 . ［14］楊新春，張文毅，袁釗和．我國水稻生產(chǎn)機械化的現(xiàn)狀與前景［J］．中國農(nóng)機化，2001（1）：20-21． ［15］GB/T5982-2005.半喂入式稻麥脫粒機試驗方法.中華人民共和國機械行業(yè)標準，JB/T9777-2008. ［16］明福留．收割機脫粒弓齒（申請?zhí)枺?3210051）2003. 湘潭大學興湘學院 畢業(yè)論文（設計）評閱表 學號 2010963022 姓名 劉梓豪 專業(yè) 機械設計制造及其自動化 畢業(yè)論文（設計）題目： 小型水稻脫粒機設計 評價項目 評 價 內(nèi) 容 選題 1.是否符合培養(yǎng)目標，體現(xiàn)學科、專業(yè)特點和教學計劃的基本要求，達到綜合訓練的目的； 2.難度、份量是否適當； 3.是否與生產(chǎn)、科研、社會等實際相結(jié)合。 能力 1.是否有查閱文獻、綜合歸納資料的能力； 2.是否有綜合運用知識的能力； 3.是否具備研究方案的設計能力、研究方法和手段的運用能力； 4.是否具備一定的外文與計算機應用能力； 5.工科是否有經(jīng)濟分析能力。 論文 （設計）質(zhì)量 1.立論是否正確，論述是否充分，結(jié)構(gòu)是否嚴謹合理；實驗是否正確，設計、計算、分析處理是否科學；技術用語是否準確，符號是否統(tǒng)一，圖表圖紙是否完備、整潔、正確，引文是否規(guī)范； 2.文字是否通順，有無觀點提煉，綜合概括能力如何； 3.有無理論價值或?qū)嶋H應用價值，有無創(chuàng)新之處。 綜 合 評 價 論文選題符合培養(yǎng)目標要求，能體現(xiàn)學科專業(yè)特點，達到了綜合訓練的目的。該生具有較強的文獻查閱、資料綜合歸納整理的能力，能在設計中熟練運用所學知識，設計方案可行，工作量飽滿，論文質(zhì)量符合本科生畢業(yè)設計要求。 同意參加答辯。 評閱人： 2010年5月 日 湘潭大學興湘學院 畢業(yè)論文（設計）鑒定意見 學號： 2010963022 姓名： 劉梓豪 專業(yè)： 機械設計制造及其自動化 畢業(yè)論文（設計說明書） 34 頁 圖 表 8 張 論文（設計）題目： 小型水稻脫粒機設計 內(nèi)容提要： 主要內(nèi)容 1、傳動裝置的設計 2、脫粒裝置的設計 3、清選裝置的設計 4、動力匹配 要求 1、生產(chǎn)輸送 2、生產(chǎn)效率：1噸/時 3、完成2張A0圖紙 4、撰寫畢業(yè)設計說明書 5、外文文獻翻譯，字數(shù)3000字以上。 指導教師評語 該生在畢業(yè)設計中，積極認真，鉆研思考，設計方案較合理，按時按量，較好地運用所學知識，有綜合運用文獻及計算機的能力，設計任務完成的較好，設計及說明書符合要求，分析問題和解決問題的能力得到提升。 同意其參加答辯，建議成績評定為 指導教師： 年 月 日 答辯簡要情況及評語 根據(jù)答辯情況，答辯小組同意其成績評定為 答辯小組組長： 年 月 日 答辯委員會意見 經(jīng)答辯委員會討論，同意該畢業(yè)論文（設計）成績評定為 答辯委員會主任： 年 月 日 目 錄 摘要…………………………………………………………………………………………1 關鍵詞………………………………………………………………………………………1 1 前言………………………………………………………………………………………2 1.1 課題研究的和意義………………………………………………………………2 1.2 小型水稻脫粒機的現(xiàn)狀…………………………………………………………3 1.3 本設計的創(chuàng)新思路………………………………………………………………3 2 總體方案確定……………………………………………………………………………4 2.1 脫粒機的工作原理………………………………………………………………4 2.2 設計目的…………………………………………………………………………4 2.3 設計任務…………………………………………………………………………4 2.4 系統(tǒng)功能描述和功能分解………………………………………………………4 1.1 喂入部分…………………………………………………………………4 1.2 脫粒部分…………………………………………………………………5 1.3 篩選部分…………………………………………………………………5 2.5 總體方案的設計和求解…………………………………………………………5 3 脫粒裝置設計……………………………………………………………………………7 3.1 脫粒原理…………………………………………………………………………7 3.2 脫粒裝置類型選擇………………………………………………………………7 3.3 脫粒滾筒轉(zhuǎn)速計算………………………………………………………………8 3.4 滾筒直徑計算……………………………………………………………………9 3.5 脫粒滾筒長度確定………………………………………………………………9 3.6 滾筒脫粒齒確定………………………………………………………………9 1.1 弓齒形狀選擇…………………………………………………………9 1.2 弓齒排列………………………………………………………………9 1.3 相關參數(shù)計算…………………………………………………………10 4 清選裝置設計…………………………………………………………………………11 4.1 清選原理………………………………………………………………………11 4.2 清選裝置類型選擇……………………………………………………………11 4.3 風機參數(shù)計算…………………………………………………………………11 1.1 風機計算………………………………………………………………11 1.2 風機參數(shù)選擇…………………………………………………………12 4.4 凹版設計………………………………………………………………………12 1.1 凹版類型確定…………………………………………………………12 1.2 凹版直徑確定…………………………………………………………13 1.3 凹版與滾筒之間間隙確定……………………………………………13 5 動力選擇………………………………………………………………………………14 5.1 整機消耗的功率計算…………………………………………………………14 1.1 脫粒裝置的消耗的功率計算…………………………………………14 1.2 清選裝置的消耗的功率………………………………………………14 5.2 電動機選擇……………………………………………………………………15 6 傳動裝置的設計………………………………………………………………………16 6.1 傳動路線………………………………………………………………………16 6.2 確定傳動裝置的傳動比………………………………………………………16 6.3 確定傳動裝置的動力參數(shù)……………………………………………………16 6.4 皮帶輪的設計與計算…………………………………………………………17 1.1 帶型確定………………………………………………………………17 1.2 帶輪直徑與帶速確定…………………………………………………17 1.3 帶的基準長度和軸間距確定…………………………………………17 6.5 驗算小帶輪的包角……………………………………………………………18 6.6 確定V帶的根數(shù)………………………………………………………………18 6.7 單根V帶預警力計算…………………………………………………………18 6.8 計算壓軸力……………………………………………………………………18 7 圓柱齒輪的設計與計算………………………………………………………………20 7.1 材料的選擇及許用應力確定…………………………………………………20 7.2 按輪齒接觸強度計算…………………………………………………………20 7.3 按齒根彎曲強度計算…………………………………………………………21 8 軸設計與計算…………………………………………………………………………23 8.1 軸的材料選擇…………………………………………………………………23 8.2 軸的最小直徑確定……………………………………………………………23 8.3 軸結(jié)構(gòu)設計……………………………………………………………………23 9 鍵連接選擇……………………………………………………………………………24 10 滾動軸承選用…………………………………………………………………………24 11 主要部件校核…………………………………………………………………………24 11.1 圓柱齒輪校核…………………………………………………………………24 11.2 軸校核…………………………………………………………………………24 1.1 軸上載荷計算…………………………………………………………24 1.2 按彎扭合成應力校核軸的強度………………………………………26 1.3 精確校核軸的疲勞強度………………………………………………26 11.3 鍵強度校核……………………………………………………………………27 11.4 滾動軸承校核…………………………………………………………………27 1.1 當量動載荷計算………………………………………………………27 1.2 計算所需的徑向基本額定動載荷……………………………………27 1.3驗算軸承的壽命…………………………………………………………28 結(jié)束語………………………………………………………………………………………28 參考文獻……………………………………………………………………………………29 致謝…………………………………………………………………………………………30 附錄…………………………………………………………………………………………31 小型水稻脫粒機設計 摘 要： 為了滿足湖南農(nóng)村水稻脫粒生產(chǎn)的需要，設計一種針對湖南市場的水稻脫粒機已迫在眉睫，該水稻脫粒機可一次性完成脫粒、篩選、分離和裝袋作業(yè)。該機體積小、重量輕，操作靈活，通過性與適應性好，較好地解決了丘陵、山區(qū)和水田水稻收獲的難題。該機采用半喂入、弓齒式滾筒脫粒機脫粒，確保脫粒干凈、破碎率低，分離性能好。 關鍵詞：水稻脫粒機；脫粒；分離；清選 Small rice thresher design Abstract:In order to meet the needs of the production of Hunan rural rice threshing , the design of one kind of rice thresher for Hunan market is imminent, this kind of rice thresher can complete threshing, separation, screening and packaging operation. This machine has small volume, light weight, flexible operation, Passing ability and good adaptability to better solve the hills, mountains, and the problem of rice paddy harvest. The machine uses half- feeding, bow roller gear threshers threshing, ensure threshing clean, broken rate is low, good separation performance. Key Words: Rice thresher; thresh ;separate；clean 1 前言 水稻在三大糧食作物面積和產(chǎn)量僅次于小麥，多于玉米。亞洲的水稻種植面積占世界的90%以上，中國的水稻的總產(chǎn)量和面積位于世界第一位和第二位。目前中國的水稻種植面積達4.3億畝，水稻作為我國第一大糧食作物，約占糧食總產(chǎn)量的４０％。水稻生產(chǎn)不僅擔負著確保我國糧食安全的重任，還肩負實現(xiàn)種糧增效、稻農(nóng)增收和全面推進新農(nóng)村建設的重大使命。但是和西方的發(fā)達國家相比較，我國的水稻收獲的機械化程度嚴重偏低，收獲過程中糧食的損失大，制約著我國農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和農(nóng)民收入水平的增長。 1.1 課題研究的意義 水稻是我國第一大糧食作物，不到３０％的水稻種植面積，生產(chǎn)了約占世界總產(chǎn)量４０％左右的糧食。近些年水稻種植面積處于穩(wěn)步上升的轉(zhuǎn)狀態(tài)。在目前水稻收獲機械多種形式并存的條件下，為了滿足廣大用戶莖桿需求量的不斷提高，在消化吸收國內(nèi)外同類型機型的基礎上，設計一種水稻半喂入式的脫粒機械，該機械采用夾持喂入、弓齒滾筒脫粒、風扇清選等機構(gòu)，使其具有機構(gòu)簡單、體積小、重量輕、脫粒質(zhì)量好等特點。 近幾年，隨著聯(lián)合收割機作業(yè)范圍的不斷擴大，聯(lián)合收割機發(fā)展十分迅速，使脫粒機市場受到一定的沖擊。在這種形式下，聯(lián)合收割機、脫粒機和割曬機將如何發(fā)展，怎么發(fā)展，脫粒機還有沒有發(fā)展前途，這是脫粒機相關方面應當高度關注的問題。據(jù)統(tǒng)計，目前我國的種植面積為4.3億畝，此外還有1200萬hm2 的山區(qū)和丘陵小塊地的小麥收獲全靠人工收割后，再由脫粒機械進行脫粒。所以，脫粒機械對農(nóng)作物的收獲還占有很大的工作量。 我國的水稻、玉米、小麥等農(nóng)作物機械收割的狀況。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國水稻機械化收獲的作業(yè)面積僅僅只占總種植面積的7.3%，絕大多數(shù)的水稻脫粒仍然靠脫粒機進行脫粒；玉米機械收獲面積僅占全國玉米種植面積的0.2%，而且，目前我國生產(chǎn)的玉米聯(lián)合收獲機大部分只具有摘穗、剝皮和秸稈粉碎等功能，籽粒的脫粒還要靠脫粒機來完成。就全國范圍來說，對于農(nóng)作物的收獲脫粒80%以上要靠脫粒機和人工來完成。 終上所述，盡管近年來聯(lián)合收割機的迅猛發(fā)展，但是由于我國幅員遼闊、氣候地理條件加上種植方式的差異，以及不同地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展的不平衡、聯(lián)合收割機械的廣泛應用還有相當長的路要走。因此，在今后的相當長的的時間內(nèi)，脫粒機在我國農(nóng)作物的收獲中，尤其是邊遠的山區(qū)、丘陵地帶，脫粒機仍然是主要的不可或缺的農(nóng)業(yè)收獲機械。 本設計通過對水稻脫粒機械的分析和對存在的問題進行改進，設計一種半喂入式脫粒機，為進一步改進和提高水稻脫粒機械奠定基礎。 1.2 小型水稻脫粒機的現(xiàn)狀 1800年，―固立式打谷機，“地豬牌”在美國得到廣泛應用，木架式的推家上固立滾筒進行打谷，手工進行分離清選。以后產(chǎn)生了具有抖動特點的分離裝置。1850年后，自動喂入、解捆、谷粒處理等出現(xiàn)，并逐漸發(fā)展完善。在本世紀以前，是把收割和脫?？醋魍耆毩⒖紤]的 到了本世紀提出了降低成本和縮短作業(yè)時間都要求，希望制成切割器和脫粒裝置作合在一起的收割機。這種想法是在140多年以前在美國作業(yè)記的，110年前制成了機器，70年前，開始用帶了發(fā)動機的聯(lián)合收割機，近代的自走式聯(lián)合收割機大約是在40多年前制成的。日本久保田水稻聯(lián)合收割機、三久、金子谷物烘干機、中型拖拉機、埋草旋耕機等一大批國內(nèi)外先進適用的機具得到了較好的推廣應用，加快了我國水稻聯(lián)合收割機技術的改造和完善，成為水稻收獲機械的主導機型，大大提升了我國水稻收獲機械的整體技術水平。 目前，全世界的可用耕地大約有32億公頃，已開發(fā)的有13.7億公頃，未達到可用耕地的一半。就總的耕地資源來說，在南美和澳洲以及亞洲的北部還有大量的耕地未開發(fā)。但是由于氣候等原因，真正可供開發(fā)的耕地并不多。大規(guī)模經(jīng)營的資本主義大農(nóng)牧場、大種植園主要生產(chǎn)供出口的經(jīng)濟作物和其他農(nóng)牧產(chǎn)品，專業(yè)化、機械化程度較高；同時并存數(shù)量龐大的個體農(nóng)戶，除部分以生產(chǎn)糧食作物為主的自給性農(nóng)業(yè)外，也為國內(nèi)市場提供大量的農(nóng)牧產(chǎn)品。因此，小型水稻脫粒機不能滿足生產(chǎn)作業(yè)的需要，所以大中型水稻脫粒機已經(jīng)得到了廣泛的應用。但是適合人均耕地面積少、缺乏先進適用機具廣大的農(nóng)民的小型脫粒機。 近幾年我國小型水稻脫粒機的設計也有了一定的基礎，并且不斷地在它的研發(fā)上取得了快速的進展，我國通過對外國先進的脫粒技術的吸收和對主要零部件的改進，使得小型水稻脫粒機的結(jié)構(gòu)和性能有了很大的提高，現(xiàn)在已經(jīng)可以生產(chǎn)出操作方便、經(jīng)濟實用的小型水稻脫粒機，為我國水稻脫粒機的發(fā)展和推廣起到了極大的作用。 1.3 本設計的創(chuàng)新思路 本次設計的主要目的是針對現(xiàn)存的小型水稻脫粒結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化、對其存在的一些缺點進行改進；首先在原理上，主要以梳刷脫粒為主，打擊原理為輔兩者相互結(jié)合的脫離方式對水稻進行脫粒，這主要體現(xiàn)在脫離滾筒的齒的設計上。其次，清選方面是采用風機和篩子結(jié)合進行清選，在一定方面上提高了稻粒和雜質(zhì)的分離，提高了稻粒的純凈度。 2 總體方案確定 2.1 脫粒機工作原理[4] 被割谷物經(jīng)脫粒機械的喂入口進入由脫粒滾筒和凹版組成的脫粒裝置進行打擊和搓擦后，短脫出物通過柵格狀凹版進入由清選篩和風機組成的清糧裝置進行清選；長脫出物則進入分離裝置進行莖稈與籽粒的分離，長莖稈被排出機外，而籽粒等短脫出物則通過分離裝置上的篩孔進入下方的清糧裝置進行清選；在風機和清選篩的聯(lián)合作用下，穎殼等細小輕雜物被吹出機外，干凈的籽粒經(jīng)由籽粒收集裝置進入集糧裝置。 2.2 設計目的 進一步加深學生對大學所學理論知識的理解，培養(yǎng)學生運用理論知識獨立解決有關本課程實際問題的能力，使學生對設計有一完整和系統(tǒng)的概念；同時通過畢業(yè)設計，培養(yǎng)學生計算，使用技術資料及繪制圖形的工程設計能力，為今后的工作打下堅實的基礎。 2.3 設計任務 1、 傳動裝置的設計 2、 脫粒裝置的設計 3 、清選裝置的設計 4 、動力的匹配 要求：1、輸送流暢 2、生產(chǎn)效率:1噸/時 3、要求機構(gòu)設計方案合理、結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，質(zhì)量輕，噪音小、無污染，使用方便。 5、撰寫設計說明書，文字在1.0～1.5萬字間，條理清楚，計算有據(jù)，翻譯一定數(shù)量的英文（摘要）。 6、設計說明書的內(nèi)容包括：課題的目的、意義、國內(nèi)外動態(tài)；研究的主要內(nèi)容；總體方案的擬定和主要參數(shù)的設計計算；傳動方案的確定及設計計算，主要工作部件的設計；主要零件分析計算和校核；參考文獻，鳴謝。 2.4 系統(tǒng)的功能描述和功能分解 2.4.1 喂入部分 喂入部位與釘齒滾筒的釘齒部位存在一定的間隙，將已割下來的水稻經(jīng)過人工從喂入口進入，水稻的穗部分進入脫粒部位，即釘齒滾筒和柵格式凹板之間，進行脫粒。 2.4.2 脫粒部分 脫粒部分主要是由釘齒滾筒、柵格式凹板。水稻穗在釘齒滾筒和柵格式凹板之間進行脫粒，將已脫下的谷粒從柵格式凹板的縫隙漏下，落到下滑板，經(jīng)過振動篩和風機的清選，由倉口排出機體之外[2]。 2.4.3 篩選部分 篩選部分主要是由柵格式凹板、風機、振動篩完成，當水稻穗進入脫粒部分后，經(jīng)過弓齒滾筒的脫粒，水稻脫粒之后，再將谷粒經(jīng)過柵格式凹板，從凹板的縫隙漏出，當然，無論是工作時還是安裝時，柵格式凹板是固定不動的。谷粒順著斜滑板，在振動篩和風機的綜合作用下，將谷粒和雜質(zhì)分開[3]。 圖1 水稻脫粒機的機構(gòu)功能構(gòu)成圖 本設計要求實現(xiàn)水稻的脫粒以及水稻莖稈的分離，其主要功能是脫粒，機構(gòu)的脫粒需要動力，這就涉及到動力的選擇與安裝，為機構(gòu)的動力功能；脫粒機的工作還需要控制，這是脫粒機的控制功能。根據(jù)上述分析，繪制的機構(gòu)功能構(gòu)成圖[4]如圖1所示。 為了實現(xiàn)脫粒機的脫粒功能，脫粒機需要動力，從發(fā)動機輸出的動力經(jīng)過皮帶輪的傳遞給脫粒滾筒；根據(jù)不同的條件，脫粒滾筒需要不同的轉(zhuǎn)速，這要求脫粒機需要調(diào)節(jié)控制功能，經(jīng)過分析，得到如圖2所示的水稻脫粒機的功能樹。 2.5 總體方案設計和求解 對上述功能樹的分析可知，脫粒機包括動力部分、脫粒部分、傳動部分，根據(jù)功能可以尋求其功能載體，根據(jù)功能載體可以形成形態(tài)學矩陣，如表1所示[5]。 根據(jù)形態(tài)學矩陣可知，本設計共有4×2×4×3=96種方案可以供選擇。根據(jù)設計說明書的要求，水稻脫粒機要輸送流暢，動力足夠且穩(wěn)定性好，以及結(jié)合農(nóng)村的具體情況 圖2 水稻脫粒機的功能樹 考慮，經(jīng)過綜合分析，選用A3×B2×C1×D2。動力經(jīng)發(fā)動機輸出，通過V帶將動力三部分輸出，一部分給脫粒滾筒，一部分給分離裝置 ，一部分給清選裝置。整機的結(jié)構(gòu)初步確定如圖3所示。 表1 水稻脫粒機的形態(tài)學矩陣 分功能 功能解 1 2 3 4 A 驅(qū)動 水冷柴油機 汽油機 電動機 風冷柴油機 B 脫粒 全喂入 半喂入 C 傳動 帶傳動 鏈傳動 圓柱齒輪傳動 同步帶傳動 D 清選 氣流式 風扇篩子式 氣流清選筒 3 脫粒裝置設計 3.1 脫粒原理 1）沖擊脫粒：靠脫粒元件與谷物穗頭的相互沖擊作用而進行脫粒。沖擊速度越高，脫粒能力越強，但破碎率也越大[6]。 2）搓擦脫粒：靠脫粒元件與谷物之間，以及谷物與谷物之間的相互摩擦而使谷物脫粒。脫粒裝置的脫粒間隙的大小至關重要。 3）梳刷脫粒：靠脫粒元件對谷物施加拉力而進行的脫粒。 4）碾壓脫粒：靠脫粒元件對谷物施加擠壓力而進行的脫粒。此時作用在谷物上的力主要是沿谷粒表面的法向力。 5）振動脫粒：靠脫粒元件對谷物施加高頻振動而進行的脫粒。 上述幾種脫粒方式是在長期的生產(chǎn)實踐過程中總結(jié)而來的，水稻為帶殼貯存。如果裸存的話，存放時間很短。水稻的籽粒脆硬，容易破碎。因此，本設計采用梳刷脫粒為主，打擊脫粒為輔，兩者配合完成脫粒。 3.2 脫粒裝置類型選擇 1.風機 2.凹版篩 3.滾筒 4.弓齒 5.振動篩 6.出糧口 圖3 脫粒機的結(jié)構(gòu)圖 脫粒裝置按不同的方式分有不同的類型，按喂入方式可分為：全喂入和半喂入[6]； 按脫粒齒形可分為： 1)切流紋桿滾筒式脫粒裝置，其由紋桿滾筒、柵格狀凹版、間隙調(diào)節(jié)裝置等組成。以搓擦脫粒為主、沖擊為輔，脫粒能力和分離能力強，斷穗率小。但當喂入不均勻、谷物濕度大時，脫粒質(zhì)量明顯下降。 2) 切流釘齒滾筒式脫粒裝置，其由釘齒滾筒和釘齒凹板組成。利用釘齒對谷物的強 圖4 半喂入式脫粒裝置的脫粒方式 烈沖擊以及在脫粒間隙內(nèi)的搓擦而進行脫粒。抓取能力強、對不均勻喂入和濕作物有較強的適應性。但斷稈率較高，分離效果較差。 3)雙滾筒脫粒裝置，采用兩個滾筒串聯(lián)工作。第一個滾筒的轉(zhuǎn)速較低，可以把成熟的好、飽滿的籽粒先脫下來。第二個滾筒的轉(zhuǎn)速較高，間隙較小，可使前一滾筒未脫凈的谷粒完全脫粒。 4)軸流滾筒脫粒裝置，軸流式滾筒功率耗用受作物物理機械特性影響較大，比傳統(tǒng)型更為敏感，喂入作物長度、含水率的影響均較大。 5)弓齒滾筒式脫粒裝置，適用脫粒水稻，也可以兼脫小麥。脫粒僅穗頭進入滾筒，脫粒后能保證莖桿完整；凹板篩分離物含雜率小有利于后續(xù)的清選；絕大部分谷粒能夠由凹板篩分離出來，谷粒的破碎和損傷很少，功率消耗小。但是只適應脫粒梢部接穗的作物，不適應矮桿作物，對作物的適應性差。 考慮到成本和農(nóng)村稻田等因素，本設計采用的是弓齒滾筒半喂入脫粒裝置。脫粒方式分為上脫、下脫和側(cè)脫三種形式，如圖4 上脫式分離效果好，滾筒位置低，喂入性能差；下脫式分離性能差，斷穗和帶柄少，適用于一般夾持式半喂入脫粒機和聯(lián)合收割機；側(cè)脫式分離性能和喂入性能較好，適用于臥式聯(lián)合收割機。本設計采用的是下脫式。 3.3 脫粒滾筒轉(zhuǎn)速計算 滾筒的轉(zhuǎn)速一般根據(jù)滾筒的有效直徑來計算。當滾筒速度增加時，脫凈率增加，水稻帶柄率減少，但破碎率和斷莖率都會增加，當圓周速度大于12米/秒時，水稻脫凈率在99％以上，但如果圓周速度過大，脫離效率提高并不顯著，僅使谷粒在滾筒上跳動加劇，增加谷粒的拋散損失[7]。當滾筒的圓周速度太小時，弓齒對穗的沖擊力減弱，從而延長脫粒時間而降低生產(chǎn)率。通常情況下對于水稻來說：。根據(jù)圓周速度V可以求得滾筒的轉(zhuǎn)速。 （1) 式中 D——滾筒直徑（不包括弓齒高度）； H——弓齒的高度，取。 滾筒轉(zhuǎn)速 取 3.4 滾筒直徑計算 滾筒圈直徑D由防止?jié)L筒纏草和滾筒對莖稈的最大允許包角兩個條件確定[8], 其計算式為： 其中 L——下作物的長度mm； l——作物喂入深度, 一般大于400mm[9]； ɑ——所包圍滾筒的允許包角,一般為120o[10]。 一般況下, 選用較大直徑為有利, 其原因是：作物喂得深, 未進未脫損失少；喂人口弧度大, 可以提高喂人性能；滾筒不易纏草, 對作物品種和濕度的適應性好；凹板篩面積大, 分離能力強；引轉(zhuǎn)動慣量大, 運轉(zhuǎn)平穩(wěn), 適應超負荷的性能良好；凹板曲率小,喂進脫粒室的莖稈折斷少, 有利于減少功率消耗[11]。 L取1200mm，l取300mm。則 由上式可得：， 由上式可得：。 滾筒直徑一般為按齒頂計算）[12]，齒根處直徑一般為。由于本次設計中的采用的是半喂入式脫粒裝置，因此進入脫粒裝置的只是作物的穗頭部分，故不用擔心莖桿纏繞的問題可以取滾筒直徑為400mm[13] (不含弓齒高）。 3.5 脫粒滾筒長度確定 它與喂入速度和弓齒總數(shù)有關[14]。半喂入脫粒機工作時作物潮濕, 工作量大,一般選為600-1000mm,本機設計滾筒長度定為700mm[15]. 3.6 滾筒脫粒齒設計 3.6.1 弓齒形狀選擇 弓齒的形狀有“V”字形及“U”字形兩種。試驗結(jié)果表明“V”字形弓齒頂角為22o時，消耗的功率和斷穗率都最少?！癠”字形弓齒圓弧大的功率消耗小，斷穗率也小。本設計滾筒上脫粒齒采用三重齒，它們能夠提高梳刷、脫粒質(zhì)量，并且滾筒不易纏草。弓齒用45鋼制造，淬火部位的硬度為HRC 45-55[16]。 3.6.2 弓齒的排列 半喂入式的脫粒滾筒的弓齒排列按斜線，具有工作平穩(wěn)，生產(chǎn)率高的特點。所以，在本設計中，采用的是齒排斜線配置。弓齒依螺旋排列的目地除了達到脫粒時負荷均勻外，而且還能促使雜余沿軸向流動。所以，選擇弓齒的排列按照螺旋線分區(qū)的排列。分三個區(qū)，第一區(qū)段為梳整區(qū)，約占滾筒全長的10%-15%，梳整齒選材為6-8mm 的鋼絲，對作梳導和推送，梳整齒安裝在滾筒喂入端的錐形面上。第二區(qū)段為脫粒區(qū)，約占滾筒全長的70-75％[17]。鋼絲直徑5-6mm，它又分前后兩區(qū)。前區(qū)約占全長的40-45％。由于谷物剛進入脫粒間隙，脫粒量較大，安裝了加強齒。 第三區(qū)為排稿區(qū)，只占滾筒全長的8-10％，鋼絲直徑5-6mm，為加強排草能力，齒距較密，為60毫米左右，齒形與脫粒齒相同。 3.6.3 相關參數(shù)的計算 螺旋排列的列數(shù)： 。 弓齒軸向間距： 。 弓齒數(shù)： 。 4 清選裝置設計 4.1 清選原理 經(jīng)脫粒裝置脫下的和經(jīng)分離裝置分離出的短脫出物中混有斷、碎莖稈、穎殼和灰塵等細小夾雜物。清選裝置的功用就是將混合物中的籽粒分離出來，將其他混雜物排出機外，以得到清潔的籽粒。清選原理大致可以分為兩類：一類是按照谷粒的空氣動力特性（懸浮速度）進行清選。另一類是利用氣流和篩子配合進行清選。 4.2 清選裝置類型的選擇 清糧裝置的類型主要有：氣流式、篩子式和氣流篩子組合式[18]。 (1)氣流式清選裝置：按照谷物混合物各組成部分的空氣動力特性的不同進行選別。根據(jù)這一原理，可利用相關機械將混合物擲向空中，或利用風機產(chǎn)生的氣流對谷物進行分離和選別，飄浮速度小的輕雜物吹的較遠，而飄浮速度大的籽粒將落在距風機較近的地方。 (2)篩子式清選裝置；利用混合物各組成部分的尺寸特性的差異進行分離和選別。具體 方法是：根據(jù)谷粒的大小、形狀，設計適當?shù)暮Y孔，以達到篩選的目的。 (3)氣流篩子組合式清選裝置：利用混合物各組成部分的尺寸特性和空氣動力特性將篩子和風機配合進行分離選別。清糧效果好，在多數(shù)脫粒機和聯(lián)合收獲機上采用這種配合形式。 本設計采用第三種清選裝置，其結(jié)構(gòu)如下圖5所示。 圖5 風扇篩子式清選裝置 4.3 風機參數(shù)的選擇和計算 4.3.1 風機計算 (1）風機葉輪葉輪的外徑D1 (2) 其中為壓力系數(shù)，一般取=0.35。 代入上式得：23.61(m/s) ==60/(3.14×650)×23.61=0.69m 取=0.70m。 (2）風扇進風口的直徑=(0.65～0.8)，取＝0.70×0.70=0.50m。 (3）風扇寬度Ｂ ，取B=0.50m。 (4）風機出風口高度S ，取0.28m。 (5)風扇功率 (6)葉輪內(nèi)徑 ＝,?。剑?4×0.70=0.28m (7）葉片數(shù)的確定 ,取片。 4.3.2 風機參數(shù)的選擇 本設計中的風機采用的是農(nóng)機中廣泛采用的農(nóng)用型風機,葉片采用直葉,外形為切角的矩形,以改善風機出口氣流的不均勻性,殼體為蝸殼形外殼,據(jù)試驗飽滿谷粒的懸浮速度為之間,比重/cm3,選取風機的風速為。 (1)假設輕質(zhì)夾雜物的質(zhì)量為， ——輕質(zhì)雜質(zhì)量與空氣量之比的系數(shù)，通常， 則空氣的流量為=0.050/0.25=0.20 m3/s (2)風機的全壓力為： =+=2/2+15=72×0.1+15=19.9/2 (3) 4.4 凹板的設計 4.4.1 凹板類型的確定 凹板有編織篩式和柵格式兩種，其比較如表2所示。 表2 編織篩式與柵格式凹板的對比 凹板類型 篩孔尺寸（mm ） 優(yōu)點 缺點 處理斷穗能力很強， 容易變形 編織篩凹板 鋼絲直徑2.5 斷穗、帶柄率少結(jié)構(gòu) 濕脫性能差、 簡單、容易制造 易堵塞易磨損 篩孔寬12-15 剛性好、分離能力強 結(jié)構(gòu)和制造工藝復雜 柵格式凹板 篩孔長20-30 夾帶損失小、濕脫適好 較多、斷穗、帶柄較多 經(jīng)過綜合比較，本設計采用柵格式凹板，其結(jié)構(gòu)如圖6所示。 圖6 凹板篩結(jié)構(gòu)示意圖 4.4.2 凹板直徑的確定 凹板直徑是決定生產(chǎn)率的主要參數(shù)（在限制滾筒轉(zhuǎn)速的情況下，凹板直徑是決定生產(chǎn)率的唯一參數(shù)），凹板直徑與生產(chǎn)率成正比，但不是一次性線性關系。 根據(jù)凹板直徑與生產(chǎn)率的關系和實際生產(chǎn)情況，本設計現(xiàn)選取凹板直徑D為490mm，對水稻脫粒機來說，其脫粒間隙就是滾筒齒頂圓與凹板圓鋼之間的間隙。 4.4.3 凹板與滾筒之間間隙的確定 滾筒與凹板入口間隙和出口間隙的比值為3-4。出入口間隙小則凹板分離能力強，但過小易產(chǎn)生堵塞。入口間隙過大（>30mm）則滾筒抓取作物的能力和凹板前端的分離能力減弱。取入口的間隙為30mm，則出口的間隙為10mm，脫粒間隙從喂入口到出口從30mm逐漸減至10mm，在脫粒區(qū)為3-8mm，取6mm。 5 動力的選擇 5.1 整機消耗的功率計算 5.1.1 脫粒裝置的功率消耗的計算 脫粒裝置在工作時，在運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性較好（保障脫粒滾筒運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性的條件：有足夠的轉(zhuǎn)動慣量；發(fā)動機有足夠的儲備功率和較靈敏的調(diào)速器）的條件下，其功率總耗用N 由兩部分組成：一部分用于克服滾筒空轉(zhuǎn)而消耗的功率（占總功率消耗的5%-7%），一部分用于克服脫粒阻力而消耗的功率（占總功率消耗的93%-95%），所以 脫粒裝置的功率消耗為： N =+ （kW ） (4) 1)其中空轉(zhuǎn)功率消耗: =+ 式中：——系數(shù)，為克服軸承及傳動裝置的摩擦阻力的功率消耗， B——系數(shù)，為克服滾筒轉(zhuǎn)動時的空氣迎風阻力而消耗的功率， . 2)其中脫粒功率消耗:這個過程比較復雜，水稻首先是以較低的速度進入脫粒裝置入口處，與高速旋轉(zhuǎn)的脫粒滾筒接觸，然后被拖入脫粒間隙進行脫粒，既有梳刷也有打擊，研究的依據(jù)是動量守恒定律： 沖量轉(zhuǎn)換為動量： ， （5) —單位時間喂入的谷物量； —綜合搓擦系數(shù)，0.7-0.8； —滾筒的切向速度，15m / s。 將數(shù)據(jù)代入N =+ 得： N= 0.52+1.5=2.02（） 5.1.2 清選裝置的功率消耗的計算 清選裝置消耗的功率由下式可求得： (6) 其中：——單位時間進入清選裝置的脫出物質(zhì)量（）； ——單位脫出物質(zhì)量清選篩所需的功率（），上篩：0.4-0.5，下篩：0.25-0.3； ——選別能力系數(shù)，0.8-0.9。 代入數(shù)據(jù)可得消耗的功率： 1.75（） 5.2 電動機的選擇 通過上面的計算，可以知道整個脫粒機消耗的功率，其消耗的總功率為： 0.043+2.02+1.75+1=4.813（） 查機械設計手冊[19]可得，選取廣泛用于農(nóng)業(yè)上的Y系列的三相異步電機，選取型號為：Y160M2-8，其額定功率為5.5，滿載轉(zhuǎn)速為.滿足水稻脫粒機的動力的需求。 6 傳動裝置設計 6.1 傳動路線 主傳動軸→脫粒滾筒→第2傳動軸→風機 ↓→ 第1傳動軸→曲柄搖桿 6.2 確定傳動裝置的傳動比 總傳動比 (7) 式中 —電動機滿載轉(zhuǎn)速，750r/min,則 那么V帶的傳動比，處于2～4之間，符合要求。 分配各級傳動比 1) 取V帶傳動傳動比為 ， 2)取第1傳動軸傳動比為0.6， 3)第2傳動軸傳動比。 6.3 傳動裝置動力參數(shù)的計算 電動機輸出軸額定轉(zhuǎn)速為, 脫粒