玉米脱粒机工作过程分析及优化设计大学学位论文Word下载.docx

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指导教师职称

摘要

我国为玉米生产大国，种植面积超过0.27亿公顷。

玉米既可以作为食品以及饲料，也可以作为工业原料。

传统钉齿滚筒玉米脱粒机对玉米籽粒损伤大，在国外早已不用此类机型。

设计新型的对玉米籽粒损伤小的脱粒机对农民的收入以及我国的可持续发展都有重要的意义。

本文首先对比了各类脱粒机的优缺点。

钉齿打击原理的玉米脱粒机虽然脱粒效率高，但是对籽粒损伤大，影响玉米收获质量。

碾压原理玉米脱粒机的脱粒效率较低，并且容易造成籽粒擦伤。

差速原理玉米脱粒机的效率较低，仅适用于脱粒单穗玉米。

挤搓原理玉米脱粒机的脱粒过程柔和，对籽粒损伤小。

因此本文设计挤搓原理的板齿式玉米脱粒机。

采用PRO/E软件对设计的玉米脱粒机进行三维建模，并采用CAD软件对所设计的玉米脱粒机进行二维工程图设计。

采用离散元法及课题组自主研发的AgriDEM软件，利用离散元法对设计的板齿玉米脱粒机进行仿真。

通过改变滚筒转速以及喂入量等变量，探究所设计的脱粒机的脱粒情况并进行优化。

关键词：

玉米脱粒机结构设计离散元法仿真分析

Abstract

ForcornproductioncountryinChina，theplantingareaofcornmorethan0.27millionhectares.Corncouldactasbothafoodandfeed，alsocanbeusedasindustrialrawmaterial.Traditionalspike-toothdrumcornthresherofcorngraindamage，hadnosuchmodelsinforeigncountries.Designofanewtypeofmaizegraindamagesmallthresheroffarmers'

incomeandthesustainabledevelopmentofourcountryhasimportantmeaning.

Thispaperfirstcomparestheadvantagesanddisadvantagesofvariouskindsofthresher.Spike-toothhitprinciplealthoughcornthresherthreshingefficiencyishigh，butthegraindamage，affectsthequalityofcornharvest.Rollingprincipleofthecornthresherthreshingefficiencyislow，andeasytocausethegrainabrasion.Differentialprincipleofcornthresherefficiencyislow，onlyappliestosingleearcornthreshing.Crowdedrubprincipleofcornthresherthreshingprocesssoft，graindamagesmall.Sothisarticledesignrubprincipleofplatetypecornthresher.

ThroughthePRO/Esoftwareforthreedimensionalmodelingdesignofcornthresher.ThroughtheCADsoftwareforthedesignofthecornthreshertwo-dimensionalengineeringgraphicsdesign.

DevelopedbythetutorteamwithAgriDEMsoftware，usingthediscreteelementmethodtodesigntheplategearforthecalculationofthecornthresher.Throughchangevariables，suchasrollerspeedinvestigationresults：

cornthresherthreshingcorngraincrushingrate，corn，corngraintotakeoffthenetrateofgraininthethresherthreshingdistributioncurve，etc.exploresthedesignofthethresherthreshing，andthemostsuitableworkingparameters.

Keywords：

cornshellerphysicaldesigndiscreteelementsimulationanalysis

第1章绪论

1.1研究背景与意义

玉米是一种很重要的粮食作物，既可以食用或者作为饲料，也是重要的工业原料之一[]。

玉米种植面积增长十分迅猛，全球种植面积已超过1.3亿公顷，主要分布于中国、美国、阿根廷和巴西[]。

在我国玉米作为第二大农作物，其全国种植面积仅次于美国[]，约为0.27亿公顷。

十五期间的数据表明我国玉米年消费增长率已经突破2.7%。

而十一五期间玉米的供求也得到了进一步的增长，玉米的产量由2003年1258亿千克增长到2006年的1440亿千克[]，此产量可以较好的满足国内玉米的需求。

我国国土面积大，自然资源丰富，各农作物的产量皆位于世界前列，但大部分地方玉米脱粒仍然采用的是较落后的技术。

虽然个别地方采用各种大中型的玉米脱粒机进行脱粒，但是这些机器生产不规范，容易造成玉米籽粒的破碎，而且往往一次脱粒不干净，需要重复脱粒几次，严重的影响了玉米的生产质量与生产效率[]。

人工手摇式玉米脱粒机生产率低，仅适用于小批量的玉米脱粒生产，费时费力。

电动机械式玉米脱粒机脱净率差，效率低，脱粒时破损玉米芯影响脱粒质量[]，并且结构较为复杂，制造成本较高。

运用玉米脱粒装置进行脱粒时产生的压缩、冲击和剪切等作用都会损伤玉米籽粒[]，玉米脱粒质量严重的影响着玉米产量。

目前，在我国玉米脱粒机的普及率仅仅达到2%，主要都在北京、天津、河北、山东等发达地区的一些大型农场。

因此玉米脱粒环节是我国粮食作物机械化生产的一个瓶颈。

1.2玉米脱粒机的种类及特点

1.2.1玉米脱粒机的表示方法

玉米脱粒机的表示方法如下所示。

5TY—XX—XX

①②③④⑤

①5代表脱粒机械产品代号

②T代表脱粒机第一个字“脱”的第一个拼音字母

③Y代表玉米第一个字“玉”的第一个拼音字母

④滚筒的工作长度，单位为厘米

⑤滚筒的最大工作直径，单位为厘米

1.2.2各类玉米脱粒机的工作原理

（1）打击脱粒原理：

通过钉齿或者纹杆打击玉米果穗，以及玉米果穗相互撞击后，破坏玉米籽粒与其穗轴之间的连接使其脱落。

打击式玉米脱粒机主要有两类：

钉齿滚筒式玉米脱粒机以及纹杆式玉米脱粒机[]，如图1-1所示。

当滚筒转动时，凹板表面、钉齿上部、齿两侧都对玉米果穗产生打击作用，使玉米籽粒脱粒，完成脱粒过程。

打击的机会以及打击的速度都影响着脱粒机的脱粒效率。

打击式玉米脱粒机虽然脱净率与效率高但是对玉米籽粒的伤害较大。

图1-1打击原理玉米脱粒机

（2）碾压脱粒原理：

碾压式玉米脱粒机在脱粒时，其碾压滚筒与玉米果穗相互碾压，在碾压的过程中使玉米芯与玉米籽粒之间产生侧移的趋势。

这个侧移趋势就形成了剪切作用破坏籽粒与玉米芯之间的连接力。

一般来说玉米芯与玉米籽粒之间的抗剪力比较小。

这种碾压式玉米脱粒机的脱粒效率较低，并且当喂入量过大时，容易堵塞滚筒造成籽粒擦伤。

碾压式玉米脱粒机如图1-2所示。

1.脱粒主辊2.脱粒定位棍3.栅格凹板4.凹板调节器

图1-2碾压原理玉米脱粒机

（3）挤搓脱粒原理：

挤搓式玉米脱粒机的主要构成元件有入料斗、出料斗、脱粒板齿、凹板、带轮、压板等，如图1-3所示。

脱粒滚筒上有板尺、螺旋输送板等结构，使得玉米果穗在脱粒仓内做螺旋前进的运动。

挤搓式玉米脱粒机运用了仿生技术，模仿人工用手挤搓玉米时的动作，极大的降低了玉米籽粒的破损率。

在脱粒的过程中，果穗与板尺以及凹板充分接触，板尺与果穗以及果穗与果穗之间相互挤搓，使得果穗上的籽粒脱落，从而完成脱粒。

挤搓脱粒原理的脱粒过程柔和，对果穗的冲击不大，因此对玉米籽粒造成的损伤比传统的脱粒方式低。

1脱粒滚筒2入料区螺旋叶片3V带轮4入料斗

5脱粒区板齿6栅格凹板7排芯区直板齿8排芯区压板机构

图1-3挤搓原理玉米脱粒机

（4）差速脱粒原理：

差速式玉米脱粒机如图1-4所示，两辊在皮带轮的带动下以不同的转速转动，两辊的转动方向相同。

在脱粒区里，直滚筒与螺旋滚筒差速旋转组成脱粒部件。

玉米果穗一边向着排芯口运动一边脱粒，被脱下的玉米籽粒以及一部分破碎的玉米芯等杂物通过两辊间的缝隙到排料区。

杂物被排料区内的筛筛分出来排出出口，玉米籽粒则通过筛进入排料口。

但是差速式玉米脱粒机的效率较低，仅适用于脱粒单穗玉米。

1.入料口2.带轮3.清选调节装置4.出料斗5.筛分装置

6.排杂装置7.排芯斗8.籽粒收集装置

图1-4差速原理玉米脱粒机

（5）除了上面的这些常用的脱粒原理外，还有并列籽粒成对脱粒法。

这种脱粒方法是为了获得连体成对并列的种子的。

通过脱粒元件从玉米果穗内部打碎玉米棒[]，接着将玉米籽粒并列成对的取出。

采用这种原理设计的脱粒机虽然破碎率较低，但是结构复杂且工作效率低，仅用于专用的双珠栽培制种。

1.2.3综合比较各类玉米脱粒机

1.3国外玉米脱粒机的发展

早在200多年以前国外的学者就开始研究玉米脱粒机理。

1975年，英国人WiilamWinlaw[]发明出一台利用水力作为动力的立式轴流锥形滚筒玉米脱粒机。

美国的第一台手工操作的玉米脱粒机诞生于1815年，这台机器极大的改善了农民的工作，减轻农民的负担，但是这台机器结构比较简单，生产效率不高。

Zorer和Hall[]于1960年，对玉米籽粒的温度、含水率、加载位置以及加载速度等因素对玉米籽粒所受的挤压强度的影响做了分析研究。

Bilanski等学者[]于1966年研究了玉米籽粒含水率对玉米籽粒脱粒时变形的影响。

Pau1sen等学者[]于1978年，对约翰迪尔公司以及万国收获机械公司的联合收割机在收获时的机械损伤做了一系列测试研究。

得出了含水率对机械损伤率以及综合损失之间的关系。

Huynh等学者[]于1979年，研究并建立出凹板分离过程与脱落谷粒的数学模型。

Wrubleshi等学者[]于1980