【正文】 穗的運動模仿了人工用手搓玉米。為了模仿人工用竹簽先擠第 2 章 板齒玉米脫粒機總體結構與工作原理 9 掉玉米果穗上的局部籽粒這一動作，前一部分的板齒被設計成帶冠板齒。從而達到擠搓玉米果穗使其脫下籽粒的效果。并根據(jù)板齒式玉米脫粒機的工作過程以及工作原理分析此類玉米脫粒機在脫凈率以及破碎率等方面的優(yōu)點。 板齒樣式及尺 寸 本設計板齒分為兩種，分別為帶冠板齒以及平板齒。因為在脫粒機工作時板齒與玉米果穗頻繁接觸，需要保證板齒 硬度 、強度、疲勞強度、耐磨性以及韌性等，故將平板齒以及帶冠板齒的頂部 進行淬火處理。滾筒轉速是由滾筒上安裝著的板齒的頂部的線速度所決定的。玉米籽粒從高處落下撞擊地面相當于高速與板尺接觸。 因此脫粒滾筒外緣即板尺頂部的線速度不得大于 4m/s。當脫粒機較大時選取較高值，脫粒機較小時選取較小值。因此當玉米脫粒機進行脫粒時，受到 2496N的切向力。配套電動機的功率： KW總電動機 ?wPP ? 總? 為板齒玉米脫粒機的總傳動效率。 V 帶也可稱為三角帶，其斷面是一個等邊梯形。 V帶設計 首先確定計算功率： 電動機PKP Aca ?? 式中： KA 為工作情況系數(shù)，查閱《機械設計》書中表 56 可得 KA=； P 電動機 為電動機的功率， 。 電動機與主軸傳動比： 2 609 7021 ??? nni 計算從動帶 V 輪的直徑 D2： 5221402609701212 ????? DnnDmm 初選中心距： )(2)( 2121 DDaDD ?????? 即： )522140(2)522140( 0 ?????? a 得： ≤ a0≤ 1324mm 取： a0=800mm 帶長012210 4 )()(22 a DDDDaL d ??????? ? 即： )140522()522140(39。大，因此滿足 V 帶傳動的要求。 ) ( )(500 220 ?????????????? qvkZv PF aca N 為了設計安裝帶輪軸和軸承，必需確定 V 帶作用在軸上的壓力 Q，它等于 v致 謝 15 帶兩邊的初拉力之和，忽略 v 帶兩邊的拉 力差，則 Q 值可以近似由下式算出： 2s in22c o s2 100 aFZFZQ ???????? ? 求得 1 4 52 5 3s 7 542 ??????QN 帶輪設計 帶輪材料 由上文計算的出帶輪的轉速： ?帶輪v m/s。主動帶輪直接與電動機的輸出軸配合。 查閱《機械設計》書，參考表 5— 12，確定出主動帶輪的各個結構參數(shù)，并根據(jù)相關經(jīng)驗公式計算出剩余尺寸。 （ a）主動帶輪的二維設計 （ b）主動帶輪的三維設計 圖 33 主動帶輪的設計 從動帶輪設計 由上文算出從動帶輪 的直徑： D2=522，因為 D2＞ 300，所以主動帶輪結構采用輪輻式結構。 綜上所述，主動帶輪的結構如圖 34 所示。根據(jù)不同的軸線形狀，可將軸分為曲軸、直軸、軟軸等。光軸形狀簡答，加工容易，直徑相同，應力集中源少，但是光軸不容易定位軸上的零件。 致 謝 19 階梯軸設計 帶傳動的效率為： ?帶? 脫粒軸上的功率為： ???????? 帶軸承電機軸 ??PP KW 脫粒主軸轉速： ?????帶電機軸 innr/min 脫粒主軸轉矩： 387653 ????? 軸軸nPTN178。查閱《機械設計》書，根據(jù)表 83，由 45 號鋼的 ][T? 得出： 0A =118。所以，該段軸的直徑 為： %)71(%)71( ??????? dd mm 輸出軸的最小直徑一般是安裝帶輪那段軸的直徑，這段軸的直徑必須大于。 選定軸承代號為 61021 軸承，因此階梯軸該段直徑為 105mm。 滾筒的脫粒段的長度決定了玉米脫粒機的脫粒質量。因此脫粒段長度為： ?? mm，因此設計脫粒滾筒脫粒區(qū)段的長度為 880mm。脫粒滾筒可分為三個區(qū)段，分別是入料區(qū)、脫粒區(qū)段、排芯區(qū)段。 在脫粒區(qū)段，為了使玉米果穗既受到板齒的脫粒作用，又被其推入排芯區(qū)，脫粒區(qū)段的板齒與中心軸需要有一定的角度。當此角度選取較大（ 12176?！?12176。為了模仿人工用竹簽先擠掉玉米果穗上的局部籽粒這一動作，前一組的板齒設計成如圖 37 所示的帶冠板齒。平 板齒、帶冠板齒、排芯區(qū)直板齒、螺旋葉片都焊接在脫粒滾筒上。 2=105mm 根據(jù)階梯軸的結構，繪制階梯軸的受力簡圖，如圖 310 所示 通過受力平衡，計算軸所受力：???????????????????????????????)1 4 6 01 0 5(1 4 6 0)1 4 6 01 0 5(1 4 6 01 0 51 4 6 01 0 51 4 6 011221212tHVtHVVtHtHVVFFFFFFFFTRFFFFFFF??? 致 謝 23 得：???????????????????????????NFNFNFNFNQFNFNNPTHHVVt1 5 9 11 0 62 3 0 01 5 52 1 4 51 4 8 53 8 7 6 5 32 6 09 5 5 0 0 0 09 5 5 0 0 0 01212? 計算彎矩：???????????????????mm2 7 4 1 5 8mm1 5 4 7 6 01460106mm2 2 6 3 0 0146015522 NMMMNMNMHVHV合成 畫出彎矩圖，如圖 310 所示。本階梯軸在軸承 A 處的軸段以及為了減輕重量中間的直徑為 100 毫米的軸肩處。 M P aWMdWee 15 76 24 74 80 3 15 76 21 333???????? 查閱《機械設計》書，表 81， 45 號鋼直徑為 105mm時，需用應力為： ? ? 551 ??? 因為 ? ?1??＜e ，所以軸的強度符合要求。脫粒滾筒直徑為 150 毫米，長度為 1400 毫米。后一部分板齒為平板齒如圖 38 所示。因此本設計將此角度設定為 9176。）時，板齒容易刮擦與擠壓玉米穗產(chǎn)生水心?！?6176。脫粒區(qū)段上脫粒滾筒安裝有多個板齒，其不僅對玉米果穗進行脫粒，還推動玉米果穗向排芯區(qū)運動。 （ a）階梯軸的二維設計 （ b）階梯軸的三維設計 圖 35 階梯軸的設計 脫粒主軸由階梯軸外焊接上脫粒套構成，這樣可以減輕主軸的質量，增大脫粒滾筒直徑，如圖 36 所示。玉米籽粒含水率越高則越難脫粒。 設計的凹板直徑為 250mm，脫粒滾筒需要比凹板小 90～ 100mm，因此脫粒滾筒外徑設計為 150mm，脫粒滾筒套內(nèi)徑為 120mm。因為帶輪的厚度為 80，從動帶輪中心突起部位長度為 110mm。該段軸需要開有鍵槽才可以保證與帶輪周向定位。 式中： A0 查閱《機械設計》書，根據(jù)表 83，由 ][T? 得出 0A 值； P 為軸上的功率，單位為 KW； N 為軸上的轉速，單位為 r/min。本設計根據(jù)板齒玉米脫粒機的結構特點選擇階梯軸形式的直軸。本設計根據(jù)板齒玉米脫粒機的的工作強度、工作環(huán)境選擇直軸作為脫粒主軸。脫粒主軸的設計十分關鍵，當玉米脫粒機在脫粒時，瞬時沖擊非常大并且沖擊次數(shù)頻繁。 從動帶輪厚度： )14(2)1( ??????????? feZB mm 從動帶輪基準寬度： 14?從pb mm 致 謝 17 從動帶輪基準線上槽深： 15min ?從fh mm 從動帶輪基準 線下槽深： 21min ?從fh mm 從動帶輪槽間距： 19?從e mm 從動帶輪第一槽對稱面至端面的距離： ?從f 從動帶輪外徑： 5 5 21525 2 221 ?????? aw hDD 從 mm 從動帶輪槽輪角：因為 D2＞ 190，所以 ??38從? ，極限偏差為177。 30′。電動機輸出軸直徑為 42 毫米。 主動帶輪設計 根據(jù)帶輪的 基準直徑設計帶輪的結構尺寸以及選擇帶輪的基本結構形式，根據(jù)帶的型號設計帶輪輪槽及基本尺寸。 查閱《機械設計》書，表 510： 1n =970r/min 時候 ， 0P? = 查閱《機械設計》書，表 5— 9 得， ak = 查閱《機械設計》書，表 5— 3 得， lk = 查閱《機械設計》書，表 5— 5 得， 0P = 綜上可得： )( 9 9 )( 00 ?????????? laca kkPP PZ 因此取 V 帶根數(shù)為 4 根。0 ??????? dd LLaamm 吉林大學學士學位畢業(yè)論文 14 驗算主動帶 輪包角： ?????????????? 865 14052218060180 121 a DDa 因為 176。 初步選取主動 V 帶輪的大致基準直徑 D1：查閱《機械設計》書中表 57，當選取 B 型 V 帶時， Dmin=125，推薦槽輪數(shù)為 2～ 8，初選主動帶輪 D1=140mm。 V 帶廣泛應用與農(nóng)業(yè)機械領域。 由此可得電動機轉速的最大值與最小值： 1300~520260)5~2( ????? 軸帶 Nin Vd r/min 因此選擇 Y160L6 電動機，其轉速為 970r/min，功率為 11KW，電流為 ，輸出軸直徑為 42 毫 米。 當板齒玉米脫粒機工作時，脫粒滾筒上的板齒快速的轉動， 這時滾筒轉速為： 260)4040150( ???? ???? ??? 頂齒頂軸 DVN ? r/min 式中： 齒頂V 為板齒齒頂線速度； N 軸 為脫粒機主軸的轉速； D 頂 為板齒齒頂距離滾筒軸心的距離。 根據(jù)資料 [45]，平均每個板齒受到 156N 的力。其線速度在 。 根據(jù)公式：gSt 2?和 gtv? 式中： S 為實驗物料距離地面高度，單位為 m； g 為重力加速度，值為 ；t 為下落時間，單位為 s； v 為下落至地面時的瞬時速度，單位為 m/s。玉米籽粒含水率較低進行脫粒時，相對容易破碎。 圖 31 帶冠板齒的設計 圖 32 平板齒的設計 致 謝 11 電動機設計 板齒玉米脫粒機所需功率 板齒玉米脫粒機的主要工作部件是脫粒滾筒。帶冠板齒先將局部籽粒擠掉，方便后續(xù)的脫粒。板齒設計的好壞直接關系到玉米脫粒機的脫粒質量。因此可以脫掉所有的籽粒，保證脫凈率。后一部分板齒為直板齒。板齒和滾筒軸具有一定的夾角，玉米果穗也同時被推向排芯區(qū)。玉米籽粒在脫落后通過柵格凹板的間隙進入出料斗排出脫粒機。脫粒區(qū)的滾筒上安裝有 16 個板齒，滾筒外圍圍繞著柵格凹板。通過改變滾筒轉速以及喂入量等變量，考察玉米脫粒機的脫粒效果：籽粒破碎率、果穗脫凈率、脫落籽粒沿滾筒軸向分布曲線等，以期對所設計的脫粒機的工作性能進行優(yōu)化。 本文采用基于離散元法的數(shù)字化設計方法研究玉米脫粒機的脫粒過程。這種脫粒方式雖然脫粒效率以及脫凈率比較高，但是對玉米籽粒的損傷 較大。運用這些方法對脫粒的機理進行研究并研制出脫粒機，大量耗費人第 1 章 緒論 7 力物力，只能對脫粒過程的宏觀層面進行分析，無法保證精度，并且作物與機械之間以及作物之間的相互作用考慮較少，取得的成果也不具有普遍意義。普通玉米脫粒機在工作時，平均籽粒破碎率在 3%到 5%之間，有時可能達到 8%甚至更多 [42]，這將嚴重影響玉米產(chǎn)量。在國外玉米果穗剛收獲時其水分一般為35%左右，需要對果穗進行烘干使其水分達到 %左右再進行脫粒。宋清亮等學者 [38]研制出一臺雙筒脫粒裝置。這臺裝置分為兩個部分，第一部分為縱向脫粒，第二部分為橫向脫粒。 李心平等學者 [31]于 20xx 年，發(fā)明了一種差速式玉米脫粒裝置，并對該脫粒裝置的籽粒破碎率以及脫凈率進行了性能測試。 何曉鵬等學者 [27]于 20xx 年，對玉米不同含水率下的破碎率進行研究，并發(fā)明出一臺擠搓式玉米脫粒裝置。 邵維民等學者 [23]于 1992 年，研究了小型板齒式軸流玉米脫粒機，將軸流式玉米脫粒裝置與紋桿滾筒的脫粒裝置進行對比，研究雜質和谷物在軸向的分布規(guī)律。 Miu 和 Kutzbach[20]于 20xx 年，研究了紋桿 玉米脫粒裝置，提出一系列數(shù)學模型。 Trollope[16]于 1982 年，分析研究了玉米脫粒過程中谷物的受力狀況。 Pau1sen 等學者 [13]于 1978 年，對約翰迪爾公司以及萬國收獲機械公司的聯(lián)合收割機在收獲時的機械損傷做了一系列測試研究。 1975 年，英國人Wiilam Winlaw[ 10]發(fā)明出一臺利用水力作為動力的立式軸流錐形滾筒玉米脫粒