水稻脱粒机设计机械创新设计课程设计题目：水稻脱粒机的机构创新设计二级学院 专 业 班 级 姓 名 学 号 指导教师 2014 年 12 月 1 日 目录1绪论11.1引言11.2脱粒机的分类21.3脱离装置的工作原理21.4脱离分离装置的研究方向32机构设计42.1脱粒机的机构设计42.2脱粒机的控制系统设计53机构各部分的设计和选材53.1纹杆式滚筒和凹板筛的设计53.2纹杆式滚筒的设计63.3凹板的设计63.4脱离装置的调节机构73.5脱粒滚筒和凹板结构参数选择93.6谷物清选装置的设计103.7机架的设计113.8入料口和出料口的设计123.9电机的选择124机构系统的运动分析与设计144.1机构系统的运动分析144.2机构系统的运动综合145结论156参考文献157致谢16水稻脱粒机创新设计 水稻脱粒机一般针对丘陵、山区和水田水稻收获的难题设计。要求功率小、重量轻、操作灵活、通过性和适应性好。水稻脱粒机能一次性完成脱离、筛选、分离和装袋作业。同时需要根据水稻脱粒机的使用和性能进行了脱离方式的选择，滚筒直径和长度、脱离间隙、滚筒转速、筛子底的设计。1 绪论1.1 引言 水稻是我国的主要粮食作物，具有单产量最高，总产量最稳定的特点。近些年水稻种植面积处于稳步上升的状态。水稻的特点是口紧，脱粒、分离、清选困难，且种植面积大，收获季节短，因此对收获机械要求高。尤其是脱粒分离装置，它是联合收获机的核心，决定着其他各部分的工作性能。近年来人们对脱粒分离装置进行了大量的试验和研究，企图用新的脱粒分离装置来代替原有的脱粒分离装置。一些科研单位和生产企业也针对水稻现有的脱粒分离装置进行了研究和改进，如采取加大配套动力、增加二次脱粒能力或采用纵置式轴流滚筒等。尽管如此，目前常用的脱粒分离装置仍为纹杆式、钉齿式和弓齿式，这几种脱粒分离装置与当初的发明相比并无多大的改进。但这并不是说目前所使用的脱粒分离装置己尽善尽美。恰恰相反，其存在着许多不足之处，必须系统地总结和分析前人完成的工作，在这个基础上，进一步开发新的脱粒分离装置。在目前水稻收获机械多种形式并存条件下，为了满足广大用户茎杆需求量的不断提高，在消化吸收国内外同类机型的基础上，设计一种水稻喂入脱粒机械，该机采用全喂入、纹杆式滚筒脱粒、风扇清选等机构，使其具有结构简单、体积小、重量轻、脱粒质量好等特点。1.2 脱粒机的分类脱粒分离装置的种类按照不同的分类方式有以下几种：1）根据作物喂入的情况脱粒分离装置可分为半喂入式和全喂入式两大类。2）半喂入式脱粒装置根据工作时滚筒和作物相对位置不同可分为倒挂输送侧脱、平移输送上脱和平移输送下脱三种脱粒方式。3）全喂入式脱粒分离装置根据喂入时作物沿滚筒的运动方向可分为切流式、轴流式(横轴流、纵轴流)及其组合方式。切流式脱粒装置中，作物喂入后沿滚筒的切线方向进入又流出，在此过程中在滚筒与凹板之间进行脱粒，属此型式的有纹杆滚筒、钉齿滚筒式和双滚筒脱粒装置。轴流式脱粒装置中，谷物在作旋转运动的同时又有轴向运动，所以谷物在脱粒装置中运动的圈数或路程比切流式多或长。使它能在脱粒的同时进行谷粒的分离，脱净率高而破碎率低。4）按脱粒元件的形式脱粒分离装置可分为：纹杆式、钉齿式、弓齿式、齿板式、板齿式等，以及不同脱粒元件的组合式。1.3 脱离装置的工作原理为了使谷粒脱离穗轴，可以有多种原理来实现，但主要有下述三种：1.打击由工作部件（如钉齿或纹杆）打击穗头（或反过来由穗头碰击台面，如南方水稻的拌桶脱粒）使谷粒产生振动和惯性力而破坏它与穗轴的连接。它取决于打击速度的大小和打击机会的多少。2梳刷当工作部件很窄，在谷穗之间通过时，就形成了梳刷脱粒。实际上它也是打击。通常在梳刷中茎秆不动或少量的纵向运动。3揉搓或搓擦它是指谷层在挤压状态下在层内出现挫动而使谷粒脱落，发生在钉齿或纹杆滚筒的脱粒间隙中。它取决于揉搓的松紧度（强度），也就是间隙的大小和谷层的疏密。因为打击脱粒必须要有部件与谷粒间较大的相对速度这一个条件，所以这种脱粒通常出现在茎秆静止（如半喂入式）或运动速度很低(如纹杆、钉齿滚筒的喂入口处）的时候。而揉搓则不同，它发生在已经获得较大运动速度（如在脱粒间隙的后段）的谷层内部，由于相对揉搓而脱粒。4碾压脱粒元件对谷穗的挤压造成脱粒，在碾压过程中会使谷粒与穗柄之间产生横向相对位移，而通常谷粒与穗轴的抗剪能力是较弱的，上述相对位移就形成了剪切破坏其连结。在此同时碾压会造成相邻谷层之间的移动，这也能破坏谷粒的连结力。因此，用辊子碾压铺在场院的谷层进行脱粒是有效方法之一。梳刷原理用于如夹持半喂入式脱粒装置脱水稻等。以上几种原理相互组合都可以达到脱粒的目的，其效果有所不同，常用的有以下几种组合：用高的打击速度和紧搓，经较短的脱粒过程，如单滚筒脱粒装置；用由低到高的打击速度，揉搓强度由小到大，用较长的脱粒过程，如双滚筒脱粒装置；用较低的打击速度和松搓，用长而又长的脱粒过程，如轴流滚筒脱粒装置。1.4 脱离分离装置的研究方向轴流脱粒分离滚筒具有结构简单、工作时谷物流作螺旋运动，脱粒柔和且时间长，脱粒和分离比较充分，因而在脱净率、破碎率、分离率等项指标方面都优于切流装置的特点，它的分离能力足以取代庞大的逐稿器而缩小机器的尺寸，是很有前途的脱分装置。通过上述国内外水稻脱粒分离装置的研究现状分析，得知国内外学者对脱粒分离装置已开展了众多前沿性的研究，取得了较大进展，但是无论国内还是国外理论研究都是针对于不同机型的研究，没有普遍性。另外，国外研究多侧重于如何提高脱粒率以及影响谷物损伤率的外围因素，现有的谷物脱粒分离装置还存在着许多技术关键问题，如收获损失率较高，籽粒的破损率较高，脱出的茎秆较碎，功耗较大，等问题，仍然是目前难以解决的问题，也是今后的研究方向。（1）通过实践可知脱粒间隙、凹板形式、顶盖中的导向板、排列及其螺旋角等是影响脱粒性能的重要因素，一方面应当从机理的研究入手，找出问题的本质，另一方面应当通过试验寻找脱粒间隙、凹板型式、顶盖中的导向板、排列及其螺旋角的最佳参数值，建立新型脱粒分离装置来保证其良好性能。（2）对影响收获损失率的主要工作部件进行更为深入的研究，以减少脱粒损失、降低脱粒损伤和降低能耗为目标，利用先进的技术如高速摄像、原子示踪技术等有效手段对其脱离过程进行跟踪观察和分析，找出在脱粒与分离过程中损失的主要原因是今后的主要发展方向。（3）滚筒转速与喂入量是影响谷物脱粒分离过程中功耗的主要因素，对于不同的作物应具有不同的脱粒速度，对于某一特定的作物，脱粒滚筒转速与喂入量之间应有良好的匹配关系。为了减少功耗，应当根据喂入量的变化及实际转速相对于设定转速的偏差，通过液压系统和无级变速器控制滚筒转速向节能方向发展。2 机构设计 2.1 脱粒机的机构设计工作原理示意图如下：图1 工作示意图1.下料槽 2.轴承座 3.轴承 4.轴承盖 5.轴套筒 6.平键 7.螺钉 8.扇叶 9.风道 10.侧挡片 11.带轮罩 12.轴 13.大V带轮 14.V带 15.小V带轮 16.平键 17.六角螺母 18.垫圈 19.电机 20.机架 21.滚筒 22.进料斗 23.上盖 23.出杆口 24.凹板筛2.2 脱粒机的控制系统设计（1）入料部分：入料口与脱粒机的机架部分相连，它是用1mm铁皮制成，将稻穗顺着入料口下滑即滚筒和栅格式凹板之间，进行脱粒（2）脱离部分：脱粒部分主要是由纹杆滚筒、栅格式凹板、方型上盖组成。稻穗在纹杆滚筒和栅格式凹板之间进行脱粒，将已脱下的稻谷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，稻秆借助于滚筒上的螺旋排列的纹杆的螺旋推力和螺旋导向作用，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主要梁和11条副梁组成，每两根铁条之间的缝隙可以将稻穗卡住，然后快速旋转的纹杆式滚筒将被卡死的稻谷强行脱粒。谷粒通过筛孔流下3 机构各部分的设计和选材3.1 纹杆式滚筒和凹板筛的设计它由纹杆滚筒和凹板组成。作物进入脱粒间隙之初受到纹杆的多次打击，这时就脱下了大部分谷粒。随后因靠近凹板表面的谷物运动较慢，靠近纹杆的谷物运动较快而产生揉搓作用，纹杆速度比谷物运动速度大，它在谷物上面刮过，使得后者象爬虫一样蠕动（图95），从而产生谷物的径向高频振动。同时当谷层在间隙中以波浪式移动时，其波浪向出口处逐渐变小。高速摄影纹杆滚筒与凹板间的脱粒过程表明，谷粒在其间运动的平均速度为5m/s左右，逐渐增至8m/s或更高一些，茎秆亦为这一数值，二者的最大瞬时速度可达2530m/s左右。运动的加速度平均为3000m/s2左右，由此形成的惯性力有助于脱粒。同时表明在入口阶段，在打击和搓擦共同作用下脱粒以及由此引起的振动。在此期间小麦脱粒已基本完成，中段时穗头几乎已全部脱净，仅有不成熟的籽粒尚未脱净，茎秆已开始破碎。出口段中以搓擦为主，完全脱净，茎秆的破碎加重。谷物被抛离滚筒的速度可达1215m/s。谷粒在凹板上有6090可被分离出来，分离率的密度分布亦是在入口段为最高并以指数函数规律下降。所以当凹板包角已经较大时，再以扩大包角来增强分离是无效的。图7 纹杆滚筒结构图1.辐盘 2.纹杆座 3.成型螺钉 4.纹杆纹杆滚筒式的特点是有较好的脱粒、分离性能，稿草断碎较少；对多种作物有较好的适应性，尤其适合麦类作物。结构较简单，故运用最广泛。但是如果作物喂入不均匀和作物湿度较大，则对脱粒质量有较大影响。3.2 纹杆式滚筒的设计为了平衡，纹杆总是偶数，一般为6、8、或10根，随滚筒直径而异。过密其抓取能力减弱，且不便于拆装。一般纹杆间距为180250mm，纹杆有A型与D型两种。A型纹杆通过纹杆座安装在辐盘上。纹杆座高，抓取能力强，鼓风作用大，消耗功率多，周围的紊乱气流对分离谷粒及抛离稿草均不利。D型纹杆为弯曲型钢断面，适用于多角辐盘，其尾部相当于纹杆座，起抓取作用。它用螺栓直接固定于辐盘上，结构简单。纹杆表面的斜纹可增强抓取和搓擦的能力，左右纹向交替安装，可抵消脱粒时茎稿向一侧的轴向移动。3.3 凹板的设计一般为栅格式（图7），当凹板包角（）超过1200时多分为两块，凹板筛孔率（，为筛孔总面积占凹板总面积的比率）一般为4070左右。在一定范围内筛孔率越大分离效果越好。格板间的孔长（b）为3040mm，筛条间距（a）为815mm，较宽时断穗增多。有的机器上备有盖板把凹板前部盖住，以防止收获难脱小麦时出现过多的断穗。格板应有必要的棱角和足够的强度，以保证脱粒性能和防止变形。格板顶面高出筛条，h515mm，保证脱粒和分离作用，过大易使茎稿破碎。图8 栅格状凹板a.侧视剖面图 b.分离筛孔凹板面积是决定脱粒装置生产率的重要因素。凹板弧长增大，横格数也增多，脱粒和分离能力增强，生产率提高；但脱出物中碎稿增多，功率耗用增大。包角过大易使潮湿作物缠绕滚筒，对分离率要求不太高或在直流型联合收获机上喂入谷层较薄的脱粒装置可采用较小的包角，弧长为30040