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1、Xx学校2011届本科毕业论文 设计 论文题目 农用微型脱粒机原理的分析 姓名 xxxxx学号 专业 机械设计制造及其自动化指导老师 完成时间 引言 小麦和水稻是我国农业生产中的主要粮食作物 在全国几个农业大省中都以种植小麦和水稻等农作物为主 小麦和水稻的产量直接影响着国家对农业政策的宏观调控 影响着国家对农业产业结构调整的决策 多年来 我国的小麦 水稻专家一直在进行品质 产量的研究 为了方便国家的宏观调控 各大农业院校 科研单位进行现场脱粒估产 测产 就急需开发一种科研小样本精细脱粒作业的机具 此工具要求体积小 质量轻 携带方便 同时也要求在有些地区没有外接电源的情况下也能进行工作 而在现实
2、中各种农业脱粒机械的优缺点也很明显 传统的脱离机械体积大 质量重 搬运不方便 并且在许多测产现场没有电源使用不方便 现实中进行测产工作的工作人员 只有把选取的样本麦穗或者是稻穗剪下带回实验室 然后采用交流脱粒机或手工揉搓进行脱粒 所以在测产时不能在第一时间方便的得出实验结果 得出实验结论的时间长 并且操作还不方便 要是手工揉搓由于稻穗麦穗上面有秸秆 有毛刺 容易对科研人员的手部造成伤害 给科研和国家宏观调控工作带来了不必要的麻烦 直流电能具有体积小便于携带的特点 采用直流蓄电池为直流电动机供应能源 结合脱粒机的结构原理 进行了直流微型脱粒机的研制 2工作流程 工作流程图 3微型脱粒机的工作原理
3、 被割谷物经喂入口进入由脱粒滚筒和凹版组成的脱粒装置进行打击和搓擦作用后 短脱出物通过栅格状凹版进入由清选筛和风机组成的清粮装置进行清选 长脱出物则进入分离装置进行茎秆与籽粒的分离 长茎秆被排出机外 而籽粒等短脱出物则通过分离装置上的筛孔进入下方的清粮装置进行清选 在风机和清选筛的联合作用下 颖壳 短秸秆等细小轻杂物被风机吹出机外 干净的籽粒经由籽粒收集装置进入集粮装置 其结构一般可分为喂入方式 脱粒原理 分离排杂 清选输送四个部分 3 1喂入方式分析 小麦 水稻脱粒机的喂入方式一般有全喂入式和半喂入式两大类 全喂入式是将作物连秆全部喂入脱粒装置中 在脱粒过程中作物茎秆被揉碎 消耗比较大的动力
4、 在全喂入方式中以轴流滚筒式应用最为广泛 其特点是不需要专门设置分离装置 便可将谷粒与茎秆完全分开 作业时 作物由脱粒装置的一端喂入 在脱粒间隙内做螺旋圆周运动 脱下的谷粒同时从滚筒正下方的凹板栅格中分离出来 而茎秆则随惯性力的作用从滚筒的另一端排出 测产用的脱粒机为了使结构简单携带方便 就要很好的解决动力消耗问题 全喂入式是一种较常见的喂入方式 在家庭式小型机中应用广泛 根据微型脱粒机的设计要求及应用需要 在微型脱粒机几种喂入方式中 采用全喂入轴流式脱粒装置 由于测产 估产及精细脱粒使用中 是把人工割下的麦穗 稻穗 投入脱粒机中进行脱粒 可避免全喂入式中过大的动力消耗 消除了全喂入方式能耗大
5、的缺陷 同时也使整个机构明显简单 体积减小 重量减轻 轴流滚筒结构简图如图2所示 3 2脱粒分析 3 2 1打击分析3 2 2梳刷分析3 2 3揉搓或搓擦分析3 2 4碾压原理分析 3 2 1打击分析 脱粒机械的工作部件 如图3所示钉齿或纹杆轴 高速旋转产生离心力打击穗头 或是直接让穗头碰击后面 如南方水稻的拌桶脱粒 使谷物产生振动和离心力进而破坏谷穗与穗轴的连接 是谷物与谷皮和穗轴分离 该种方法主要取决于打击速度和打击频率以及冲击力的大小 打击的速度越快 打击的次数越多 产生的惯性力也就越大 穗与穗之间的撞击次数就会增多 穗与穗的接触面积就越大 也就越容易脱粒干净 冲击力的大小与脱粒质量和生
6、产效率有密切的关系 冲击强度增加 可提高脱粒效率和保证脱粒质量 但易使谷物破碎 降低冲击强度 击打钉齿滚轴结构图 3 2 2梳刷分析 梳刷滚轴为脱粒机械的工作部件 当工作部件在动力系统的带动下转动时 像梳子一样 梳理谷穗从梳刷轴滚齿中间通过 对谷物施加一定拉力的作用 同时谷物之间在梳刷过程中相互之间也有摩擦力作用 通过这几种力的作用使谷物比较容易脱离穗轴 梳刷式脱粒对谷稻的脱粒效果较好 但是对小麦的脱粒效果较差 常和其它脱粒方法混合起来使用从而实现对水稻的脱粒 梳刷滚轴如图4所示 3 2 3揉搓或搓擦分析 脱粒机械用一个带纹杆的滚筒与一带间隙的纹板相互配合对小麦的穗部进行搓擦作用 通过相互挤压
7、相互摩擦 使籽粒脱离穗轴 一般在脱粒小麦时效果较好 这种机械主要利用谷层在钉齿或纹杆滚筒的脱粒间隙内 出现挫动而使籽粒脱落 利用滚筒与纹板的相互挤压相互摩擦 同时利用谷粒间的相互摩擦作用 脱粒的干净程度取决于揉搓的松紧度 强度 即摩擦力的大小 也就是间隙的大小和谷层的疏密程度 搓擦脱粒法对小麦的脱粒效果犹为突出 常在脱粒机中作为最终脱粒工序 只要松紧度合适经清选可得到干净的籽粒 但能量消耗较大 一般适用于小麦的脱粒 类似于击打脱粒 不适合于水稻的脱粒 3 2 4碾压原理分析 碾压原理是利用脱粒原件从谷物上压过 在碾压的过程中 利用碾压原件与谷物之间的摩擦力和碾压原件对谷物的压力 会使谷粒和穗柄
8、之间产生横向或纵向的相对位移 于是谷粒和穗柄之间就形成了一定的拉力 谷粒和穗柄之间的拉力破坏他们之间的连接力 使谷粒脱离穗轴 通常谷粒与穗轴的抗剪力是比较弱的 上述相对位移就形成了剪切 破坏其连接力 同时利用碾压原件的压力 破坏谷皮与谷粒之间的结合力 使谷粒脱粒颖壳 以达到谷粒与穗柄 谷皮之间更好的脱粒效果 碾压法脱粒结构简单 操作方便 但是这一种操作方式在对小麦进行脱粒操作时浪费很多的资源 经对上述四种原理的比较与分析 另考虑既要满足脱小麦 又要脱稻子的功能要求 碾压脱粒虽然脱粒原理比较简单 但是结构复杂 体积比较大 不能满足微型化及结构的简单化的设计要求 所以在本装置中不能采用该原理 由于
9、前三种脱粒原理 单独使用不能满足脱粒小麦和稻子的要求 又考虑到我们要设计微型测产用的脱粒机 要尽可能的优化减小脱粒机的尺寸 所以 在微型脱粒机中综合考虑前三种脱粒原理的优点 兼顾既能脱麦又能脱稻的使用要求 采用特殊设计的弓齿轴流式的脱粒装置 因此 小麦的脱粒一般采取搓擦脱粒和冲击脱粒为主 水稻的脱粒特性与小麦不同 即便是在成熟度较高的时候 籽粒与颖壳之间的连接强度仍然很大 但谷粒与穗轴之间的连接比较脆弱 因此 水稻收获多采用梳刷脱粒 不但实现了脱粒机的多种用途 而且简化了结构 脱粒弓齿如下图所示 3 3分离排杂原理分析 只有全喂入式脱粒装置才设有分离装置 其工作原理就是利用机械装置将经脱粒装置
10、排除的长脱出物中夹带的籽粒及断穗头分离出来 将长茎秆排出机外 利用抛扬原理进行分离 当分离机构对谷物茎秆层进行抛物体运动时 利用籽粒比重大 茎秆漂浮性能好的特性 将籽粒从松散的茎秆层中分离出来 目前常用的分离装置有 键式逐稿器 平台式逐稿器 分离轮式逐稿器 后两种现在已基本淘汰 利用离心原理进行分离 脱出物通过高速旋转的分离筒时 依靠比籽粒大许多倍的离心力将籽粒从茎秆层中通过分离筒周边的分离孔径向甩出 而采用南京大学最新研制的回转离心式分离排杂机构 2 增加轴上的弓齿 同时使弓齿在轴上呈螺旋线排列 使麦穗在高速弓齿作用下脱粒干净 而分离出来的杂物 依靠脱粒滚轴带动作回转运动的离心力 通过排杂口
11、排出机外 该机构在原有结构的基础上进行改进 不需要另外设立排杂装置 只需在罩壳上开一排杂口即可 所以整个分离排杂机构的结构简单 体积较小 质量较轻 3 4清选输送原理分析 经脱粒装置脱下的和经分离装置分离出的短脱出物中混有断 碎茎秆 颖壳和灰尘等细小夹杂物 清粮装置的功用就是将混合物中的籽粒分离出来 将其他混杂物排出机外 以得到清洁的籽粒 清粮原理是利用被清选对象各组成部分之间的物理机械性质的差异将他们分离开来 清粮装置的类型主要有气流式 筛子式和气流筛子组合式 气流式清粮装置是按照谷物混合物各组成部分的空气动力特性不同进行选别 一般用物料的飘浮速度Vp来表示 根据这一原理 可利用相关机械将混
12、合物掷向空中 或利用风机产生的气流对谷物进行分离和选别 飘浮速度小的轻杂物吹的较远 而飘浮速度大的籽粒将落在距风机较近的地方 筛子式清粮装置是利用混合物各组成部分的尺寸特性的差异进行分离和选别 具体方法是 根据谷粒的大小 形状 设计适当的筛孔 以达到筛选的目的 气流筛子组合式清粮装置是利用混合物各组成部分的尺寸特性和空气动力特性将筛子和风机配合进行分离选别 清粮效果好 在多数脱粒机和联合收获机上采用这种配合形式 4 整机方案 脱粒机构基本参数的选择配套动力的确定传动机构清选输送装置蓄电池的选用 4 1脱粒机构基本参数的选择 4 1 1脱粒轴有效长度的选择微型脱粒机在综合考虑使用要求和微型化的设
13、计理念基础上 参考我国大型脱粒机滚筒长度系列尺寸标准 NJ105 75 选取脱粒滚筒有效长度L 200mm 即可以满足脱粒干净的使用要求 而且体积小 重量轻 综合击打 梳刷 搓擦等脱粒原理 取用各原理的优点 在轴上采用特殊形状的弓齿进行脱粒 弓齿在轴上呈螺旋线排列 脱粒轴上弓齿的数目影响着击打的次数 过多容易将籽粒打碎 太少又难以脱粒干净 选择轴上弓齿共16个 呈4条螺旋线排列 单排个数为4 这样的设计不但能方便的进行脱粒 而且能使蒿杂轴向移动排出机外 为了提高弓齿的刚性和强度 采用直径为4mm的钢材制造 4 1 2脱粒筒直径的选择脱粒筒直径的大小直接影响到脱粒质量及脱粒效率 增大滚筒直径 喂
14、入作物对滚筒的覆盖面大 在滚筒内部的厚度比较小 分散比较均匀 所以在滚筒内受击打的次数多 籽粒之间接触的力也比较大 脱净及脱粒效率较高 并且不易在梳刷打击的时间不容易缠草 但消耗动力也较大 由于使用蓄电池电量有限 参考有关资料 以及普通脱粒机的成功经验 结合微型脱粒机的设计要求 在动力允许的条件下 尽量选取较大的滚筒直径 在该机中滚筒直径D 130mm 即保证了微型化的设计要求 也实现了动力的充分发挥 如下图7所示 脱粒筒图示 脱粒轴转速选择确定滚筒转速的主要依据是作物所需的脱粒速度 11 脱粒速度大 则弓齿对作物的打击作用大 脱净率和生产率高 但破损率和功率消耗较大 全喂入式脱稻机的脱粒速度
15、一般为5 8m s 脱小麦则要求稍高的脱粒速度 综合考虑以上因素以及本装置既脱麦又脱稻的实际情况 选取脱粒速度为6 8m s 则可计算出 滚轴的圆周速度约为1000r min 配套动力的确定 微型脱粒机测产按稻麦亩产750Kg 则平均每平方米所得的稻麦重约为1 5Kg 按照一般稻麦脱粒机脱粒速度的要求 稻麦从投入罩壳 到籽粒从罩壳脱出 每次击打时间约为3S 稻麦籽粒在罩壳中的最大线速度一般为5 8m s 而籽粒上升到最大线速度的时间t探讨较为复杂 综合各种情况 根据微型脱粒机的结构要求 t选为0 5s 滚轴的转速为n 1000r min 罩壳的半径r 65mm 该机可一人作业 也可两人交替作业
16、 若分四次投入脱粒机 则脱粒机中实际麦重约为m 0 375Kg 那么就得出稻麦籽粒在罩壳中的最大线速度m s 钉齿滚轴击打籽粒的理论阻力为 F 5 1N脱粒机的理论工作功率 17 FV 5 1 6 8 34 7w考虑到脱粒过程中 要有一定的功率损耗 主电机的实际功率要是理论功率的2 3倍 由此可见 主电机带动主轴进行脱粒所需的功率在100W左右 一般脱粒机采用交流电动机作为驱动装置 主要因为交流电动机成本低 使用方便 便于维护 但是由于有些作业现场并无交流电源或要使用交流电源很不方便 而且交流电动机体积较为庞大 又需要交流电源驱动 所以微型脱粒机选择使用直流电动机进行驱动 这不仅是由它功率小而决定的 更重要的是由现场脱粒条件所决定的 另外 考虑到微型脱粒机的微型化 轻行化 便携化等特点 直流电动机的结构外型尺寸要小 总体长度为180mm左右 直径为65mm左右 其重量大约要在5公斤左右 根据以上数据 选择ZYT型直流电动机 其总体尺寸为1687676mm 带轴尺寸 如图 所示 参数如下表 ZYT型直流电动机主要参数表 传动机构 鉴于本机要求具有较高的转速 同时为了减小体积要尽可能的缩小
