水稻脱粒机毕业设计.docx

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水稻脱粒机毕业设计

I绪论…………………………………..……………………………………….…..1

1.1课题研究的目的和意义…………………………..……..…………….…...….2

1.2国内外发展现状……………………………………………………................3

1.3本课题研究内容…….…………………………………………………….........5

II整体设计…………………………………………………….……….……..….9

2.1脱粒机机械传动系统设计…………………………….…………………..........9

2.2活齿式脱粒滚筒……………………………………………….…………….…11

2.3活动齿……………………..…………………………….……………………...15

III零件设计………..…………………………………………..…..………….……18

3.1强度与刚度计算….……......................................................................................18文档收集自网络，仅用于个人学习

3.2主轴优化……..…………………..........................................................................18文档收集自网络，仅用于个人学习

3.3校核可靠度…………………………………….…………..…………………….21

参考文献………………………………………………………………………..….....22

致谢……………………………………………………………………...…………….22

I绪论

1.1课题研究的目的和意义

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。

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，设计一种水稻半喂入脱粒机械，该机采用夹持喂入、弓齿滚筒脱粒、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。

该机也适合小麦的脱粒。

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近几年,随着联合收割机易地作业范围的不断扩大,联合收割机发展十分迅速,使脱粒机市场受到一定冲击。

在这种形势下,联合收割机、脱粒机和割晒机将如何发展,脱粒机还没有发展前途,这是脱粒机生产企业和经营部门普遍关注的问题。

据不完全统计,目前我国种植面积基本稳定在3000万,

以1998年为例,全国小麦机收面积为1800万

其中联合收割机收获面积为800万

由割晒机收割后脱粒的收获面积为1000万

。

联合收割机和割晒机的收获面积分别占小麦种植面积的26.7%和33.3%。

此外还有1200万

的山区和丘陵小块地的小麦收获,还全靠人工收割后,由脱粒机械进行脱粒加工。

因此,脱粒机械的作业量目前仍占全国小麦种植面积的70%左右。

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再看我国的水稻、玉米和杂粮的机收情况。

据不完全统计,全国水稻机械化联合收获作业面积仅为种植面积的7.3%,还有92.7%的水稻仍靠脱粒机械进行脱粒加工;玉米机械化联合收获的面积仅占全国玉米种植面积的0.2%,而且,目前我国生产的玉米联合收获机大部分只具有摘穗、剥皮和秸秆粉碎等功能,籽粒的脱粒还要依靠玉米脱粒机来完成。

黑龙江是我国种植大豆面积最大的省,大豆机收水平列全国之首,机收面积占种植面积的2%,其他省种植的杂粮、玉米和高粱等的脱粒加工有80%以上需要靠脱粒机或人工来完成。

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综上所述,尽管近几年联合收割机的发展迅猛,但由于我国地域辽阔,气候和地理条件以及栽培品种、种植方式有较大的差异,加上经济发展不平衡,有些联合收获机械的性能和部分关键技术尚不成熟,在今后一段时间内,脱粒机在我国的粮食作物收获作业中,特别是在山区、丘陵小块地、间作套种和杂粮种植地区仍是不可缺少的作业机具。

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本文针对水稻脱粒问题，对一种半喂入脱粒进行设计与计算，为该机的进一步研究奠定基础。

由于场地运输及动力源的限制，原有的大中型脱粒机都准于适应山区农业的生产，特别是北方农村仍采用轱辘碾，人力清洗的原始作业方式，劳动力浪费严重。

现有小型纹杆式、钉齿式脱粒机因堵塞缠绕消耗较大，仍需三相电动机拖动。

由于三相电源缺乏，单相电源普及，急需一种脱粒机以单相电机为动力，实现脱粒精选联合作业。

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因此，现结合所学机械结构设计、优化设计、可靠性设计等知识，设计一种实用型活齿脱粒机，以提高自身机械设计水平，提高机械工作效率，减少人力损耗。

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通过对机构的设计，提高绘画、CAD、装配、工艺等方面的能力，加强理论与实践的结合。

设计任务书:

设计要求：

实现机器自动脱粒，分选水稻等常见农作物，减少人工劳动力消耗，占用较小的空间移动灵活，可较方便更换工作地点。

适应当地运动，减少动力源的限制，适合普通农业生产作业。

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使用条件：

由单相电动机驱动适宜山区农业生产，解决了三相电源缺乏的问题。

山区农业面积小，较分散。

本机器都能适应此环境，而且维修更换零件简单，工作适应性强。

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1.2国内外发展现状

从世界范围看，农业起源中心主要有3个：

东亚、中南美洲和西亚。

中南美洲起源中心主要就是南美。

南美原始农业具有明显的特点。

在种植业方面，很早就形成以种植马铃薯、倭瓜和玉米的格局，不同于东亚中国北方以粟黍为主、南方以水稻为主，也不同于西亚以种植小麦、大麦为主。

日本久保田水稻联合收割机、三久、金子谷物烘干机、中型拖拉机、埋草旋耕机等一大批国内外先进适用的机具得到较好的推广应用,加快了我国1.5系列水稻联合收割机技术改造和完善，成为水稻收获机械的主导机型，大大提升了我国水稻收获机械的整体技术水平。

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目前，全世界的可耕地大约有32亿公顷，现在已开发的为13.7亿公顷，尚不到可耕地的50%。

就世界上的耕地资源来说，在南北美洲和澳洲及亚洲的北部还有大量未开发的后备耕地和休耕的耕地。

但是，鉴于气候和水资源等原因，真正可供开发的耕地资源并不多。

南美洲是世界上最后一个依然还有大量未开垦土地的地方，被誉为“21世纪世界粮仓”。

该地区在巴西的带领下，过去十年来的农产品出口呈现爆炸性增长。

由于南美洲国家实施市场导向的经济政策，同时农艺学得到长足进步，致使从前不可耕种的热带土地能够转变成农用地，而且农业生产力水平超过了美国和欧洲，因此出现了这种新的增长。

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大规模经营的资本主义大农牧场、大种植园主要生产供出口的经济作物和其他农牧产品，专业化、机械化程度较高；同时并存数量庞大的个体农户，除部分以生产粮食作物为主的自给性农业外，也为国内外市场提供大量农牧产品。

因此，小型水稻脱粒机不能满足生产作业的需要，所以大中型水稻脱粒机已经得到了广泛的应用。

但是适合人均耕地面积少、缺乏先进适用机具广大的农民的小型脱粒机。

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按“因地制宜、分类指导、重点突破、全面推进”的原则，抓关键环节和适用技术，大力推广水稻收获机械，积极做好组织服务工作，提高水稻机收水平。

机械化收获是水稻生产的一个主要环节，也是推进水稻生产全程机械化的难点之一。

针对水稻生产机械化中存在的某些技术难题，各地农机部门积极立项研究，大胆探索试验，对小型收获机械的改进与推广，对气吸式水稻播种机的研制，对动力脱粒清选机的开发等，为选择、推广水稻生产机械及技术提供了科学依据。

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广东省在推进水稻生产机械化的过程中虽然做了大量工作，但由于原来的基础薄弱，受一些深层次的因素影响较大，导致水稻生产主要环节的机械化水平仍然较低，栽植、烘干机械很难推广，耕种收综合机械化水平远远低于全国平均水平，处于中下游位置，与先进的省份相比差距较大。

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同时，为加大水稻机械化生产的宣传、推广、示范的力度，引导广大农民采用先进的机械进行水稻生产，在进行水稻生产全程机械化试点的同时，又确定象州、灵川、贺州和北流4个粮食生产大县作为水稻生产机械化示范县，筹措资金190万元，建立水稻生产示范基地。

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我国对中小型脱粒机的应用还不是很全面和完善，本着这个宗旨我选择了这个课题以增强和提高我国在小型脱粒机方面的技术。

以满足人均耕地面积少、缺乏先进适用机具广大的农民。

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1.3本课题研究内容

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。

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，设计一种水稻半喂入脱粒机械。

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近几年,随着联合收割机易地作业范围的不断扩大,联合收割机发展十分迅速,使脱粒机市场受到一定冲击。

在这种形势下,联合收割机、脱粒机和割晒机将如何发展,脱粒机还没有发展前途,这是脱粒机生产企业和经营部门普遍关注的问题。

据不完全统计,目前我国种植面积基本稳定在3000万,

以1998年为例,全国小麦机收面积为1800万

其中联合收割机收获面积为800万

由割晒机收割后脱粒的收获面积为1000万

。

联合收割机和割晒机的收获面积分别占小麦种植面积的26.7%和33.3%。

此外还有1200万

的山区和丘陵小块地的小麦收获,还全靠人工收割后,由脱粒机械进行脱粒加工。

因此,脱粒机械的作业量目前仍占全国小麦种植面积的70%左右。

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再看我国的水稻、玉米和杂粮的机收情况。

据不完全统计,全国水稻机械化联合收获作业面积仅为种植面积的7.3%,还有92.7%的水稻仍靠脱粒机械进行脱粒加工;玉米机械化联合收获的面积仅占全国玉米种植面积的0.2%,而且,目前我国生产的玉米联合收获机大部分只具有摘穗、剥皮和秸秆粉碎等功能,籽粒的脱粒还要依靠玉米脱粒机来完成。

黑龙江是我国种植大豆面积最大的省,大豆机收水平列全国之首,机收面积占种植面积的2%,其他省种植的杂粮、玉米和高粱等的脱粒加工有80%以上需要靠脱粒机或人工来完成。

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综上所述,尽管近几年联合收割机的发展迅猛,但由于我国地域辽阔,气候和地理条件以及栽培品种、种植方式有较大的差异,加上经济发展不平衡,有些联合收获机械的性能和部分关键技术尚不成熟,在今后一段时间内,脱粒机在我国的粮食作物收获作业中,特别是在山区、丘陵小块地、间作套种和杂粮种植地区仍是不可缺少的作业机具。

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本文针对水稻脱粒问题，对一种半喂入脱粒进行设计与计算，为该机的进一步研究奠定基础。

1.3.1主要计算参数

在水稻籽粒含水13%-18%，谷草比1：

1.5的情况下连续喂入，其技术参数为：

单位功率生产率：

>240kg/（kw·h）

脱净率：

>95%

破碎率：

>3%

转速：

>1500/min

入口间隙：

>20-30mm

出口间隙：

>4-10mm

滚筒直径：

>φ400mm

喂入方式：

半喂入

外型尺寸：

1300×950×1100mm

整机重量：

60kg

1.3.2工作原理

由图示1，作业时，谷物由喂料斗送入凹板与滚筒之间，经滚筒高速旋转脱粒作

用积草口排出籽粒和颗壳穿过凹板通过风选颗壳飞出机外洁净的籽粒从出粮斗

装袋。

执行机构有滚筒、风筒、凹板。

其中风筒由风扇、箱体、斜导板构成。

执行机构运动尺寸综合：

机械运动和动力设计重要构造滚筒要脱水稻，小

麦粒，则应该考虑到水稻小麦的大小、形状，由于该脱粒机选用半喂入式，所以

脱粒后会产生稻杆，所以执行机构必须采用过滤装置。

图1-1水稻半喂入脱粒机结构示意图

1.滚筒2.脱粒齿3.副滚筒4.副滚筒脱粒齿5.振动线筛6.副滚筒筛

7.滚筒凹板筛8.出粮筒9.籽粒推运气10.风扇11.机架12.喂入链

1.3.3工作过程

工作时将作物整齐地搬到作物铺放台上，穗头朝向滚筒成一倾角度，均匀连续地喂入夹持链与夹持台之间，禾把随着链条移动，穗头部分被带入滚筒腔内，在滚筒齿的连续梳刷和打击下，脱粒干净。

脱净后的茎杆由夹持链送至机体右侧排出。

脱下的籽粒、颖康等由滚筒凹板筛筛孔分出并下落，在下落的过程中，受到风扇气流的清选作用，次粒从次粒口吹出，轻杂物、尘土等则由集尘斗排出机外，只有净粒落到籽粒推运器内，经出粮喷筒排出。

不能通过滚筒凹板筛的长茎秸和断穗头等进入副滚筒。

断穗在副滚筒内进行再次脱粒，脱下的籽粒及短小杂物通过副滚筒凹板筛筛孔，进行清选，长茎秸由副滚筒通过排尘口排出机体外，长茎秆中夹带的少量籽粒受到振动线筛分离后，落到机体内再次清选分离。

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图1-2水稻脱粒机工作过程

II整体设计

2.1脱粒机机械传动系统设计

图2-15TJ-200型半喂入水稻脱粒机传动系统

传动系统：

⑴动力输出轴转速

。

奔野—250型拖拉机动力输出轴额定转速为540r/min，脱粒机满负作业时，输出轴转速稳定在0.8倍额定转速状态下运行，则文档收集自网络，仅用于个人学习

⑵主传动轴转速

。

主轴与动力输出轴直联。

⑶第2传动轴速度

。

传动比为i=0.45，V带传动按92%效率计算，则

⑷夹持输送链轮转速

。

夹持输送链轮直接安装在第2传动轴上，则

⑸曲柄连杆轴转速

。

传动比为i=1.3，V带传动按92%效率计算，则

⑹脱粒滚筒转速

。

传动比为i=1.43，V带传动按92%效率计算，则

⑺第三传动轴转速

。

传动比为i=0.73，V带传动按92%效率计算，则

⑻螺旋输送器轴转速

。

传动比为i=0.73，V带传动按92%效率计算，则

⑼刮板升运器链轮

。

刮板升运器链轮直接安装在螺旋输运器轴上，则

脱粒机主传动轴

该零件是脱粒机的主要零件，对该机械起到带动整个机械正常运行的关键作用。

脱粒机主轴是脱粒机中重要零件之一，一般为多支承空心阶梯轴。

如下图所示：

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图2-2水稻脱粒机的主传动轴

2.2活齿式脱粒滚筒

如下所示，活齿式脱粒滚筒是本机的关键部分，左右端盘采用料HT200这种材料具有一是重量惯性较大，旋转工作时能储备一定的能量以保持转速稳定6根销轴穿过左右端盘和支承盘，均匀分布支承盘安装在滚筒中间保证滚筒和销的强度。

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图2-3水稻脱粒机的活齿式滚筒

由于支承盘的约束，使得销轴在高速旋转的时候，不至于弯曲产生变形，从而保证脱粒功能正常进行，每根销轴上装有若干活动齿通过齿的特殊排列方式，可提高脱粒效率，关键的功能是由齿的活动而带来的齿与销轴采用间隙配合，从而使得齿可饶销轴转动。

当滚筒在高速旋转时，使得活动齿在惯性作用下，击打谷物产生脱粒效果，间隔套的作用即保证齿形排布规律，以支持盘为界，两边排成不同方向的螺旋线，当滚筒高速旋转时，活动齿在离心力作用大获得功能，抓取作物，随后作物进入凹板与滚筒之间产生打击，挤压左右揉搓，梳刷震动，实现脱粒作用。

同时采用活动齿软连接，脱粒时作物在形成层流，当喂入作物不均匀时，通过活动齿梳刷，左右揉搓，厚度均匀，作物层不厚时，活动齿经作物反作用力后偏转自动调节脱离间隙，克服了纹杆式和钉齿式固性连接形式的卡死机现象，被脱作物分层抛出，降低了功率活齿的结构。

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在脱粒过程中，由于脱粒齿形状结构导致颗粒破损严重，则采用半径较大的活动径。

这样的工艺形态可降低籽粒的破损率，减少工作阻力，实现对作物的层流分选，减少了茎杆受力时齿的缠绕，使转动轴转速稳定，易加工对精度要求不是很高，易更换使用效果好，耐用，成本低廉，由于活动齿采用65Mn钢制造，脱粒齿淬火硬度HRC45-55，脱粒端弯成较大尺寸，使脱粒端旋转后具有一定的力度，足以脱粒籽。

当遇到较大，刚性阻力时，由于活动，则可避免机器的卡死，以保障滚动平稳，然后顺利将异物排出机外。

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⑴滚筒直径D和滚筒长度L

式中：

l—茎秆喂的长度，取l=40cm;

a—茎秆喂入部分对应滚筒的圆心角,。

弓齿高度h=62mm

则：

弓齿滚筒直径。

滚筒长度L与夹持链速度和弓齿总数有关，而夹持输送速度的大小，决定了谷物通过脱粒装置的时间以及谷物被冲击的次数，根据机械部研究结果取滚筒长度L=510mm。

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过滤风选装置：

在由箱体、斜导板、风扇形式的风筒中，从滚筒脱粒落下的籽粒混有小草杆、杂物、经过风筒的风选过滤作用，将草杆等杂物吹出风筒，收集处理可用作饲料或进行另外加工等。

粮食刚落下后集中装袋袋收集。

其中经过风选籽粒与草杆分离，降落于不同的位置。

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经过凹板、斜导板的分离、筛选，斜导板需设置多个且与水平线成一定角度，以便使籽粒顺畅流下，且延长风选的效果，保证功能的实现。

同时斜导板具有一定斜度，10-15度为宜。

充分发挥风力，风选作用，又不至于对风力造成阻碍。

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在滚筒与风筒之间有一凹板，凹板是第一道分选屏障。

凹板的作用是滚筒形成合理的工作间隙完成脱粒形式受活动齿打击力较大。

梳刷作用强烈，压实能力减弱，断穗较多。

在提高凹板分离效率的同时，为减少断穗，经多次试验，凹板包角确定为

。

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脱粒间隙：

滚筒端为一段锥体，梳整齿齿高较脱粒齿矮，喂入端间隙大，逐渐均匀一致。

脱粒间隙由30mm减少到15mm。

脱粒间隙越小，所需功率越大茎秆破碎程度大，籽粒破碎多，随着脱粒间隙增大，滚筒揉搓能力减弱，梳刷能力加强。

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弓齿排：

为了保证脱粒质量和滚筒负荷均匀，该脱粒装置弓齿采用螺旋排列，使滚筒脱粒时负荷均匀，且能促使杂余沿轴向流动。

螺旋头数为三头。

根据滚筒不同部位的脱粒要求，在滚筒上装有梳整齿、加强齿和脱粒齿等不同形的弓齿。

梳整齿选材为6-8mm的钢丝，对作物梳导和推送，安装在喂入端截锥体部位，齿形低矮平缓，齿根跨距和齿顶圆弧均较大。

加强齿和脱粒齿安装在滚筒的圆柱体上，齿形陡直、齿根跨距小、齿顶圆弧小。

钢丝直径5-6mm，具有较强的梳刷脱粒性能。

齿距从喂入口到排出口由小到大逐渐变化，以增强脱粒作用。

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副滚筒：

由副滚筒和编织筛凹板、排稿齿组成副滚筒室其作用是将由主滚筒室及二次回送装置送来的断穗进行复脱和分离，并将短茎秆和断穗排出机外。

结构如图形所示。

副滚筒为闭式滚筒，脱粒齿有板齿和弓齿，齿高50mm，直径258mm，线速度13m/s。

排杂齿设置在脱粒滚筒排杂口的后方，用以排出脱下的碎草、残穗并分离出夹带的谷粒。

齿高45mm，齿距50mm。

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风扇：

该机是利用风扇产生的气流进行清选，风扇结构如图4。

风扇有三个叶片，转动时可将颖糠、轻杂物、尘土吹出机外，干净的籽粒落到籽粒推运器中。

风扇皮带轮由籽粒推运器皮带轮传动。

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2-4风扇结构简图

1.风扇叶片2.幅条3.风扇轴

2.3活动齿

鉴于作物形状、体积、，喂入方式等采用半径为40mm,6组活动齿滚轴，外端较大尺寸的活动齿。

2-5水稻脱粒机的活动齿

凹板：

凹板采用编织筛，筛孔直径为

，钢丝直径为2.5mm，凹板包角为

。

⑴由于农业机械属于非精度机械所以精度等级等闪选度为

。

⑵造型设计的基本原则：

实用、经济、美观是造型设计的三项基本原则，其基本关系应该是在实用的前提下讲究美观。

实用与美观是以经济因素为制约条件。

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⑶机械产品设计美学法则：

①统一与变化

②对比与调和

③稳定与轻巧

④对称与均衡

比例与尺度

III零件设计

3.1强度与刚度计算

等截面圆扭转时，危险点发生在危险截面的周遍位置，危险一般位于最大扭矩所在的截面上，且危险点处于纯切应力状态。

且计算公式为

（等截面圆轴）其强度条件为

不超过材料的作用切应力即强度条件为文档收集自网络，仅用于个人学习

对受扭转轴除强度要求外，还要求变形度不能过大，通常限制其单位，长度扭转角

及其刚度条件为

式中

的值一般由轴的精度确定，例如对精度机器的轴。

，对一般性传动轴

。

3.2主轴优化

主轴优化的数学模型（分段优化计算）

其中D—外径，d—内径。

用内点法计算：

对于任意给定的惩罚因子r（r>0）函数

为凸函数。

用解析法求函数

的极小值即令

解方程。

设计变量n=3,约束函数个数，m=5,收敛精度

。

解

分段优化解得

，

，

。

并对轴进行可靠性设计。

传递功率

，转速

，经传动设计，结构尺寸已定，危险断面为弯曲应力均值

剪切应力为均值i=7.6N/

轴的材料为45号钢，强度极限值

，疲劳极限均值

，要求可靠度

，进行该轴的可靠度校核文档收集自网络，仅用于个人学习

因标准差等于均值乘以变异系数，故应力分布如下：

弯曲应力：

扭剪应力：

应用第四强度理论，求弯扭合成应力，

由疲劳极限应力线圆可知，其合成应力为：

比较以上两式，可知应力幅

，平均应力

即应力幅

平均应力

工作应力的均值和标准差为：

确定工作应力的循环特性r

应力循环特性：

确定r=-0.367的强度分布参数。

根据“

”法则，疲劳极限的应力分布幅和平均应力的标准为：

则r=-0.367的疲劳强度的均值和标准差为：

3.3校核可靠度

将以上求得应力循环特性r=-0.367时强度与应力的分布参数，代入联接方程式求得可靠性指数为：

由标准正态分布表可知，轴的可靠度R>0.9999999此轴非常可靠。

在此基础上进行优化。

综合得出此轴

此轴的直径尺寸为

装配图上的尺寸。

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同理在对六根销轴进行优化和可靠性设计

销轴

并对活齿销轴的热膨胀进行计算

套筒和凸缘的相对长度为：

对于稳定膨胀

销轴（钢）：

殷钢：

套筒：

可得：

参考文献

[1]华南农学院农机教研室。

水稻联合收割机原理与设计

。

北京：

中国农业机械出版社，1981.

[2]中国农业机械化科学研究院农业机械设计手册

。

北京：

机械工业出版社，1981.

[3]中华收获脱粒机机械联营公司编脱粒机的选购与安全操作

北京：

农业出版社，1986.

[4]张兰星谷物收割机原理与计算

.吉林人民出版社，1980.

[5]黄靖远，龚剑霞，贾延林。

机械设计学（第二版）。

机械工程出版社，2000.

[6]张晓桂，高波。

机械可靠性设计。

吉林人民出版社，2001.

[7]孙靖民。

机械优化设计（第三版）。

哈尔滨工业大学，2005.

[8]曹惟庆，徐曾荫。

机构设计（第二版）。

机械工程出版社。

2005.

[9]《机械设计基础》东南大学出版社王昌明2003年8月修订版

[10]《机械设计》高等教育出版社纪名刚2001年6月7版

致谢

感谢郭虹给我这次机会做这个课设，感谢老师的悉心指导。

能顺利的完成本次课设与大学四年老师的教导引导是息息相关的,能得到机械工程学院诸位老师、同学们的关心、指导和帮助，使我在学习和研究工作中得到长足进步，使我受益