【正文】 且容易造成籽粒擦傷。差速原理玉米脫粒機(jī)的效率較低，僅適用于脫粒單穗玉米。 擠搓原理玉米脫粒機(jī)的脫粒過程柔和，對(duì)籽粒損傷小 。因此本文設(shè)計(jì)擠搓原理的板齒式玉米脫粒機(jī)。 采用 PRO/E 軟件對(duì)設(shè)計(jì)的玉米脫粒機(jī)進(jìn)行三維建模，并采用 CAD 軟件對(duì)所設(shè)計(jì)的玉米脫粒機(jī)進(jìn)行二維工程圖設(shè)計(jì)。 采用離散元法及課題組自主研發(fā)的 AgriDEM 軟件，利用離散元法對(duì)設(shè)計(jì)的板齒玉米脫粒機(jī)進(jìn)行仿真。通過改變滾筒轉(zhuǎn)速以及喂入量等變量，探究所設(shè)計(jì)的脫粒機(jī)的脫粒情況并進(jìn)行優(yōu)化。 關(guān)鍵詞：玉米脫粒機(jī) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 離散元法 仿真分析 吉林大學(xué)學(xué)士學(xué)位畢業(yè)論文 II Abstract For corn production country in China， the planting area of corn more than million could act as both a food and feed， also can be used as industrial raw spiketooth drum corn thresher of corn grain damage， had no such models in foreign countries. Design of a new type of maize grain damage small thresher of farmers39。 ine and the sustainable development of our country has important meaning. This paper first pares the advantages and disadvantages of various kinds of thresher. Spiketooth hit principle although corn thresher threshing efficiency is high，but the grain damage， affects the quality of corn harvest. Rolling principle of the corn thresher threshing efficiency is low， and easy to cause the grain abrasion. Differential principle of corn thresher efficiency is low， only applies to single ear corn threshing. Crowded rub principle of corn thresher threshing process soft， grain damage small. So this article design rub principle of plate type corn thresher. Through the PRO/E software for three dimensional modeling design of corn thresher. Through the CAD software for the design of the corn thresher twodimensional engineering graphics design. Developed by the tutor team with AgriDEM software， using the discrete element method to design the plate gear for the calculation of the corn thresher. Through change variables， such as roller speed investigation results： corn thresher threshing corn grain crushing rate， corn， corn grain to take off the rate of grain in the thresher threshing distribution curve ， the design of the thresher threshing， and the most suitable working parameters. Keywords： corn sheller physical design discrete element simulation analysis 第 1 章 緒論 1 第 1 章 緒論 研究 背景與意義 玉米是一種很重要的糧食作物，既可以食用或者作為飼料，也是重要的工業(yè)原料之一 [1]。玉米種植面積增長(zhǎng)十分迅猛，全球種植面積已超過 億公頃，主要分布于中國(guó)、美國(guó)、阿根廷和 巴西 [2]。在我國(guó)玉米作為第二大農(nóng)作物，其全國(guó)種植面積僅次于美國(guó) [3]，約為 億公頃。十五期間的數(shù)據(jù)表明我國(guó)玉米年消費(fèi)增長(zhǎng)率已經(jīng)突破 %。而十一五期間玉米的供求也得到了進(jìn)一步的增長(zhǎng)，玉米的產(chǎn)量由 2022 年 1258 億千克增長(zhǎng)到 2022 年的 1440 億千克 [4]，此產(chǎn)量可以較好的滿足國(guó)內(nèi)玉米的需求。 我國(guó)國(guó)土面積大，自然資源豐富，各農(nóng)作物的產(chǎn)量皆位于世界前列，但大部分地方玉米脫粒仍然采用的是較落后的技術(shù)。雖然個(gè)別地方采用各種大中型的玉米脫粒機(jī)進(jìn)行脫粒，但是這些機(jī)器生產(chǎn)不規(guī)范，容易造成玉米籽粒的破碎，而且往往一次脫粒不干凈，需要重復(fù)脫粒幾次，嚴(yán)重的影響了玉米的生產(chǎn)質(zhì)量與生產(chǎn)效率 [5]。人工手搖式玉米脫粒機(jī)生產(chǎn)率低，僅適用于小批量的玉米脫粒生產(chǎn)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。電動(dòng)機(jī)械式玉米脫粒機(jī)脫凈率差，效率低，脫粒時(shí)破損玉米芯影響脫粒質(zhì)量 [6]，并且結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，制造成本較高。運(yùn)用玉米脫粒裝置進(jìn)行脫粒時(shí)產(chǎn)生的壓縮、沖擊和剪切等作用都會(huì)損傷玉米籽粒 [7]，玉米脫粒質(zhì)量嚴(yán)重的影響著玉米產(chǎn)量。目前，在我國(guó)玉米脫粒機(jī)的普及率僅僅達(dá)到 2%，主要都在北京、天津、河北、山東等發(fā)達(dá)地區(qū)的一些大型農(nóng)場(chǎng)。因此玉米脫粒環(huán)節(jié)是我國(guó)糧食作物機(jī)械化生產(chǎn)的 一個(gè)瓶頸。 玉米脫粒機(jī)的種類及特點(diǎn) 玉米脫粒機(jī)的表示方法 玉米脫粒機(jī)的表示方法如下所示。 5 T Y — XX — XX ① ② ③ ④ ⑤ ① 5 代表脫粒機(jī)械產(chǎn)品代號(hào) ② T 代表脫粒機(jī)第一個(gè)字“脫”的第一個(gè)拼音字母 ③ Y 代表玉米第一個(gè)字“玉”的第一個(gè)拼音字母 吉林大學(xué)學(xué)士學(xué)位畢業(yè)論文 2 ④ 滾筒的工作長(zhǎng)度，單位為厘米 ⑤ 滾筒的最大工作直徑，單位為厘米 各類玉米脫粒機(jī)的工作原理 （ 1） 打擊脫粒原理 ：通過釘齒或者紋桿打擊玉米果穗，以及玉米果穗相互撞擊后，破壞玉米籽粒與其穗軸之間的連接使其脫落。打擊式玉米脫粒機(jī)主要有兩類：釘齒滾筒式玉米脫粒機(jī)以及紋桿式玉米脫粒機(jī) [8]，如圖 11 所示 。當(dāng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，凹板表面、釘齒上部、齒兩側(cè)都對(duì)玉米果穗產(chǎn)生打擊作用，使玉米籽粒脫粒，完成脫粒過程。打擊的機(jī)會(huì)以及打擊的速度都影響著脫粒機(jī)的脫粒效率。打擊式玉米脫粒機(jī)雖然脫凈率與效率高但是對(duì)玉米籽粒的傷害較大。 圖 11 打擊原理玉米脫粒機(jī) （ 2） 碾壓脫粒原理：碾壓式玉米脫粒機(jī)在脫粒時(shí)，其碾壓滾筒與玉米果穗相互碾壓，在碾壓的過程 中使玉米芯與玉米籽粒之間產(chǎn)生側(cè)移的趨勢(shì)。這個(gè)側(cè)移趨勢(shì)就形成了剪切作用破壞籽粒與玉米芯之間的連接力。一般來說玉米芯與玉米籽粒之間的抗剪力比較小。這種碾壓式玉米脫粒機(jī)的脫粒效率較低，并且當(dāng)喂入量過大時(shí)，容易堵塞滾筒造成籽粒擦傷。碾壓式玉米脫粒機(jī) 如圖 12 所示。 圖 12 碾壓原理玉米脫粒機(jī) 第 1 章 緒論 3 （ 3）擠搓脫粒原理：擠搓式玉米脫粒機(jī)的主要構(gòu)成元件有入料斗、出料斗、脫粒板齒、凹板、帶輪、壓板等， 如圖 13 所示 。脫粒滾筒上有板尺、螺旋輸送板等結(jié) 構(gòu)，使得玉米果穗在脫粒倉(cāng)內(nèi)做螺旋前進(jìn)的運(yùn)動(dòng)。擠搓式玉米脫粒機(jī)運(yùn)用了仿生技術(shù)，模仿人工用手?jǐn)D搓玉米時(shí)的動(dòng)作，極大的降低了玉米籽粒的破損率 。在脫粒的過程中，果穗與板尺以及凹板充分接觸，板尺與果穗以及果穗與果穗之間相互擠搓，使得果穗上的籽粒脫落，從而完成脫粒。擠搓脫粒原理的脫粒過程柔和，對(duì)果穗的沖擊不大，因此對(duì)玉米籽粒造成的損傷比傳統(tǒng)的脫粒方式低。 1 脫粒滾筒 2 入料區(qū)螺旋葉片 3V 帶輪 4 入料斗 5 脫粒區(qū)板齒 6 柵格凹板 7 排芯區(qū)直板齒 8 排芯區(qū)壓板機(jī)構(gòu) 圖 13 擠搓原理玉米脫粒機(jī) (4)差速脫 粒原理：差速式玉米脫粒機(jī)如圖 14 所示，兩輥在皮帶輪的帶動(dòng)下以不同的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，兩輥的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同。在脫粒區(qū)里，直滾筒與螺旋滾筒差速旋轉(zhuǎn)組成脫粒部件。玉米果穗一邊向著排芯口運(yùn)動(dòng)一邊脫粒，被脫下的玉米籽粒以及一部分破碎的玉米芯等雜物通過兩輥間的縫隙到排料區(qū)。雜物被排料區(qū)內(nèi)的篩篩分出來排出出口，玉米籽粒則通過篩進(jìn)入排料口。但是差速式玉米脫粒機(jī)的效率較低，僅適用于脫粒單穗玉米。 圖 14 差 速原理玉米脫粒機(jī) （ 5）除了上面的這些常用的脫粒原理外，還有并列籽粒成對(duì)脫粒法。這種吉林大學(xué)學(xué)士學(xué)位畢業(yè)論文 4 脫粒方法是為了獲得連體成對(duì)并列的種子的。通過脫粒元件從玉米果穗內(nèi)部打碎玉米棒 [9]，接著將玉米籽粒并列成對(duì)的取出。采用這種原理設(shè)計(jì)的脫粒機(jī)雖然破碎率較低，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜且工作效率低，僅用于專用的雙珠栽培制種。 綜合比較各類玉米脫粒機(jī) 釘齒打擊原理的玉米脫粒機(jī)雖然脫粒效率高，但是對(duì)籽粒損傷大，影響玉米收獲質(zhì)量。 碾壓原理玉米脫粒機(jī)的脫粒效率較低，并且容易造成籽粒擦傷。差速原理玉米脫粒機(jī)的效率較低，僅適用于脫粒單穗玉米。 擠搓原理玉米脫粒機(jī)的脫粒過程柔和，對(duì)籽粒損傷小。因此本文設(shè)計(jì)擠搓原理的板齒式玉米脫粒機(jī)。 國(guó)外玉米脫粒機(jī)的發(fā)展 早在 200 多年以前國(guó)外的學(xué)者就開始研究玉米脫粒機(jī)理。 1975 年，英國(guó)人Wiilam Winlaw[10]發(fā)明出一臺(tái)利用水力作為動(dòng)力的立式軸流錐形滾筒玉米脫粒機(jī)。 美國(guó)的第一臺(tái)手工操作的玉米脫粒機(jī)誕生于 1815 年，這臺(tái)機(jī)器極大的改善了農(nóng)民的工作，減輕農(nóng)民的負(fù)擔(dān)，但是這臺(tái)機(jī)器結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率不高。 Zorer 和 Hall[11]于 1960 年，對(duì)玉米籽粒的溫度、含水率、加載位置以及加載速度等因素 對(duì)玉米籽粒所受的擠壓強(qiáng)度的影響做了分析研究。 Bilanski 等學(xué)者 [12]于 1966 年研究了玉米籽粒含水率對(duì)玉米籽粒脫粒時(shí)變形的影響。 Pau1sen 等學(xué)者 [13]于 1978 年，對(duì)約翰迪爾公司以及萬國(guó)收獲機(jī)械公司的聯(lián)合收割機(jī)在收獲時(shí)的機(jī)械損傷做了一系列測(cè)試研究。得出了含水率對(duì)機(jī)械損傷率以及綜合損失之間的關(guān)系。 Huynh 等學(xué)者 [14]于 1979 年，研究并建立出凹板分離過程與脫落谷粒的數(shù)學(xué)模型。 Wrubleshi 等學(xué)者 [15]于 1980 年，對(duì)比分析了傳統(tǒng)玉米脫粒機(jī)與雙軸流式玉米脫粒機(jī)，研究出玉米果穗喂入量與軸流 脫粒分離損失之間的關(guān)系。 Trollope[16]于 1982 年，分析研究了玉米脫粒過程中谷物的受力狀況。 Pomeranz 和 Watson 等學(xué)者 [17]于 1986 年分析比較了玉米籽粒破碎敏感性與玉米籽粒硬度之間的關(guān)系。 第 1 章 緒論 5 Henrich 等學(xué)者 [18]于 1999 年，實(shí)驗(yàn)分析了谷物脫粒過程，研究分析了分離率與谷物含水率之間的關(guān)系。 Kumara[19]于 2022 年，研制出符合人體工程學(xué)的玉米脫粒裝置。 Miu 和 Kutzbach[20]于 2022 年，研究了紋桿玉米脫粒裝置，提出一系列數(shù)學(xué)模型。 Petkevichius 等學(xué)者 [21]研究了玉米果穗的喂入方式與籽粒含水率以及玉米品種對(duì)籽粒損失率之間的關(guān)系。 國(guó)內(nèi)玉米脫粒機(jī)的發(fā)展 雖然對(duì)于脫粒機(jī)的研究在國(guó)內(nèi)較晚起步，但是其發(fā)展速度十分快。葛永久、王成芝等學(xué)者 [22]于 1969 年，研究了軸流滾筒式脫粒裝置的工作原理后自主研制了大型軸流滾筒試驗(yàn)臺(tái)。 邵維民等學(xué)者 [23]于 1992 年，研究了小型板齒式軸流玉米脫粒機(jī)，將軸流式玉米脫粒裝置與紋桿滾筒的脫粒裝置進(jìn)行對(duì)比，研究雜質(zhì)和谷物在軸向的分布規(guī)律。李保國(guó)等學(xué)者 [24]研究了軸流式玉米脫粒機(jī)的凹板脫落下的籽粒沿著滾筒長(zhǎng)度方向上的分布規(guī)律。 陳 樹人等學(xué)者 [25]于 1999 年分析研究了聯(lián)合收割機(jī)，應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對(duì)摘脫滾桶梳刷作物的動(dòng)作以及割臺(tái)上板尺的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了研究。 張認(rèn)成 [26]等學(xué)者于 2022 年，應(yīng)用 Matlab 對(duì)釘齒式玉米脫粒裝置進(jìn)行研究，建立出一系列的力學(xué)模型。 何曉鵬等學(xué)者 [27]于 2022 年，對(duì)玉米不同含水率下的破碎率進(jìn)行研究，并發(fā)明出一臺(tái)擠搓式玉米脫粒裝置。 周旭等學(xué)者 [28]于 2022 年，對(duì)比圓柱形滾筒與圓錐形滾筒，指出圓錐形滾筒的玉米脫粒機(jī)對(duì)玉米籽粒的損傷率低。李耀明等學(xué)者 [29]研究了軸流式玉米脫粒裝置內(nèi)玉米芯以及籽粒在軸向的分布曲線 。 吳多峰等學(xué)者 [30]于 2022 年，對(duì)比了釘齒式玉