纵轴流式水稻联合收割机脱离系统结构设计毕业设计.docx

纵轴流式水稻联合收割机脱离系统结构设计毕业设计.docx

《纵轴流式水稻联合收割机脱离系统结构设计毕业设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《纵轴流式水稻联合收割机脱离系统结构设计毕业设计.docx（39页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

纵轴流式水稻联合收割机脱离系统结构设计毕业设计

纵轴流式水稻联合收割机脱离系统结构设计

纵轴流式水稻联合收割机脱粒系统结构设计

摘要:

本文简述了国内、外联合收割机的研究现状和典型脱粒分离装置的工作原理。

通过查阅资料了解水稻的农艺、形态参数。

通过对比方式选择出钉齿-栅格凹板-顶盖导向板脱粒分离的方式的效果最佳。

并且采用纵置脱离滚筒，在不改变机体体积的条件下能够加长滚筒长度，增加脱粒和分离时间。

这种纵置式轴流脱粒与分离装置工作时谷物留作空间螺旋运动，脱粒柔和且工作时间长，脱粒和分离比较充分，在脱净率、破碎率、分离率等都优于切流。

为了减少脱粒损失，此脱粒系统还增加了复脱机构，能够将未脱粒完全的穗头通过它再次输送到脱粒滚筒再次脱粒，大大提高了脱粒效率。

本课题的研究为知道实际生产，提高轴流脱粒分离装置的性能以及降低成本提供了理论依据。

关键词:

水稻;纵置式轴流脱粒;复脱;理论依据

TheStructureDesignofVerticalTypeAxialFlowRiceCombineHarvesterThreshingSystem

Abstract:

Thisarticledescribestheresearchstatusathomeandaboardofcombine-harvesterandworkingprincipleoftypicalthreshingseparatingdevice.Throughlookingupmaterialsaboutagronomyandmorphologicalparametersofrice,Ithinkthemosteffectivewayisthespiketooth-gridconcave-headerguidingplatethreshingseparationbycomparison.Thedeviceisequippedwithlongitudinalseparatingdrumwhichcanlengthenthedrumandincreasingthethreshingandseparationtime.Whentheverticalaxialflowthreshingandseparatinginstallationareworking,grainisinaspiralmovement.Itseparatessoftly,worksinlonghoursandthreshesandseparatesfully.Soitisbetterthanshearflowinthethreshingrate,brokenrateandseparatingrate.Inordertoreducethelossofthreshing,thethreshingsystemadoptthere-threshingmechanismwhichgreatlyimprovestheefficiencyofthreshing.Thismechanismcanconveytheincompletethreshingeartothethreshingdrumagain.

Thepurposeofthisresearchistoguidetheactualproductionprocess,improvetheperformanceofaxialflowthreshingandseparatingdeviceandprovideatheoreticalbasisonreducingthecost.

Keywords:

Rice;Verticaltypeaxialflowthreshing;Re-threshing;Theoreticalbasis

1绪论

1.1课题研究的意义

目前国内生产的水稻联合收割机基本上都采用横向布置的轴流滚筒脱粒装置，这种布置方式结构紧凑，在喂入量较小时作业性能也不错。

但由于脱离滚筒横向布置，受空间位置的限制，脱粒滚筒不能太长，因此，这类收割机普遍存在以下问题：

一是由于脱离滚筒较短，脱粒和分离能力受到限制，在喂入量稍大时夹带损失会增大；二是对潮湿作物和一些较困难的作物适应性较差。

随着水稻种植面积的不断扩大，产量的提高，对联合收割机的动力，工作性能，作业效率，可靠性等要求越来越高。

要提高收割机的生产率，收割机的脱粒长度与分离面积就要增大，因此，在尽量减少体积增大的前提下，提高联合收割机的工作效率，可靠性、对作物的适应性和清洁度已经成为收割机行业的主要课题。

纵轴流式水稻联合收割机脱粒装置采用纵向布置脱粒滚筒[11]，可以在不增大机体的情况下加大脱粒滚筒长度和分离面积。

与横向轴流式联合收割机相比，它的脱粒系统有以下优势：

一是可以提高生产效率、脱净率和减少破碎率；二是作物适应性广，对潮湿作物和难脱粒作物效果也较好。

1.2国内外的联合收割机脱粒系统研究状况

滚筒—凹板脱粒原理早在两个多世纪以前已经出现，至今这一原理几乎没有什么变化，遗忘的研究主要集中于脱粒部件的机械参数对脱粒性能的影响方面，目的是使脱粒部件具有最高效率。

kolganov（1956）研究了脱粒过程，据他的研究，对一种谷物，籽粒从穗头上脱下来的过程与滚筒圆周速度之间存在着一定的关系，Kolganov认为，滚筒圆周速度和穗头上脱粒所需的功的平方根有关。

脱粒速度为17-34米/秒，这个速度必须低于籽粒的破碎临界速度，以免破碎。

高元恩（1976）研究了单纹杆滚筒脱粒装置和三种双滚筒脱粒装置，得出：

秸草中夹带籽粒损失是限制联合收割机生产效率提高的关键。

王成芝、葛永久等于1980年前后对轴流滚筒进行了实验研究，研制出一台大型轴流滚筒试验台，目的是探究轴流滚筒的合理结构与参数。

该试验台滚筒型式有三种纹杆叶片式、钉齿叶片式和钉齿式，凹板选用横栅式、单栅式、双栅式和三栅式，上盖具有不同导向板高度和导程参数，可以组成多组参数进行对比试验。

万金保、赵学笃、纪春千（1990）进行了传统型纹杆滚筒脱粒装置数学模型的建立及应用研究。

为建立数学模型他们将脱粒装置的工作过程分为两个阶段，第一个阶段是籽粒被脱粒，第二阶段，被脱粒的籽粒随茎秆运动，并随机的从凹板处栅格的某处分离出来。

他们认为籽粒在凹板上任何位置处被脱粒或分离是随机的。

梅田翰雄（1992）对日本联合收割机的脱粒装置进行了分析与研究，分析了谷物在脱粒室中的运动，实验测量了谷物的抗绕刚度、质量和振动特性，结果是，谷物的固有频率小于脱粒元件的冲击频率，也分析了随脱粒元件的运动枝梗的运动，结论是由于摩擦力作用，脱粒中穗头沿垂直于脱粒滚筒轴线方向运动。

分析讨论了谷物和稻谷的撞击过程后，在将稻谷和脱粒元件假设为两个球的条件下，分析讨论了谷物和脱粒元件的撞击过程，计算了撞击力，给出了数学模型，并通过试验验证了结论。

运用可靠性工程方法，分析了脱粒过程，用两项分布描述了脱粒概率，用Weibull描述了凹板下谷粒的分布规律。

运用反馈理论描述了脱离机的动力系统。

对动力系统进行了仿真，并进行了试验验证，使脱粒机动力系统特性的预测成为可能。

张金海、都丽萍1994年也对脱粒部件数学模型进行了研究，在作物在脱粒室内脱粒的机会均等，且脱下的籽粒量与未脱粒量成正比，被脱籽粒在脱粒室内的任何一处，被分离的可能性相等，且被分离的籽粒量与脱粒室的自由籽粒量成正比。

薛方期1998对切流式脱粒分离部件实验结果进行了综合分析研究，得出：

1.不同直径的滚筒在线速度、脱粒间隙的情况下对破碎率有影响，但其影响比打击数、脱粒间隙等因素要小；2.增加凹板包角，改变栅格间距是提高脱粒性能的有效途径；3.适当加大凹板入口第2、3格的间距，即可增加凹板的分离率，也不会降低脱粒性能，是提高凹板分离率的一种有效途径。

尹文庆、何瑞银、王耀华等1999年设计了一个脱粒装置，并且用该装置对小麦脱粒特性的测量和表示进行了研究，认为可用谷粒分离率沿凹板变化规律的函数来表示小麦的脱粒特性，提出了一个新的小麦脱粒特性的表示方法。

衣淑娟等2005年在纵置钉齿式轴流试验台上[4]，进行了脱粒试验，目的是研究脱出物在滚筒轴向的分布规律，试验结果表明脱出物沿轴向分布受籽粒分布影响最大；籽粒沿轴向分布规律是，在20cm处为最高值，然后逐步下降，降到100cm的位置时，就几乎没有籽粒分布了，同时对纵置单轴流滚筒脱粒与分离装置功耗性能试验研究，得出结论是它的功耗影响最显著地因素是滚筒转速：

各个因素及其交互作用对其功耗主要影响为喂入量与导向板导角；各因素水平间的最佳组合工艺是：

喂入量为2kg/S,滚筒转速为700r/min，导向板导角为45°。

李耀明，周金芝，徐立章等2005年采用纹杆、锯齿性滚筒和栅格冲孔式组合的脱粒分离装置进行脱粒分离试验[8]。

脱粒分离装置有三大主要部件[2]：

脱粒滚筒凹板和顶盖它们对脱粒性能的影响主要表现在：

1.脱粒滚筒的结构形式，脱粒元件及其排列方式，滚筒的转速以及脱离滚筒和凹板、顶盖的组合形式；2.凹板的形式，凹板包角；3.顶盖中的导向板的结构，导向板的排列及其螺旋角。

近年来人们对脱粒分离系统装置做了大量的实验和研究，希望用新的脱粒分离装置来代替原有的脱粒分离装置。

尽管如此，目前常用的脱粒分离装置仍为纹杆式、钉齿式和弓齿式等，它们可能有不足之处，必须系统地总结和分析前人已经作的工作，在这个基础上，进一步开发新的脱粒分离装置。

1.3研究内容

脱粒装置[6]是水稻联合收割机的重要工作部件，它的功用是将谷粒与其禾杆分离，并且将脱下来的谷粒部分或全部从脱出物（谷物脱粒后有谷粒、长茎秆、短茎秆、颖壳和混杂物等组成的混合物）分离出来。

谷物的脱粒方式又很多种，依照所学所获设计出纵轴流式水稻联合收割机的脱粒系统。

脱粒分离装置有三大主要部件：

脱粒滚筒、凹板和顶盖导向板，它们对脱粒性能的影响主要表现在：

（1）脱离滚筒的结构形式，脱粒元件及其排列方式，滚筒的转速以及脱离滚筒和凹板、顶盖导向板组合形式；

（2）凹板的型式，凹板包角；（3）顶盖中的导向板的结构，导向板的排列及其螺旋角等。

在这三大部件中脱粒滚筒是核心部件。

今近年来人们对脱粒分离装置做了大量的试验和研究，希望用心的脱粒方式代替原来的脱粒分离装置。

因此现在的脱粒分离装置要向一下方面发展[9]：

1.在保证良好性能的前提下，向高效、大功率、大喂入量方向发展，以提高生产率；2.新型复脱分离装置的研究，以减少脱粒损失，降低脱粒损伤和降低能耗为目标，是现代谷物联合收割机主要的发展趋势；3.新材料和先进制造技术的广泛应用使脱粒分离装置的性能更好，可靠性更高；4.向扩大机器的通用性和提高适应性发展；5.提高操纵、调节、更换的灵活、快捷、方便性；6.向智能化发展。

1.4研究方法

研究的方法可以用下面一幅流程图来表示：

机械系统设计[17]设计任务书

↓

技术文件1：

←系统原理方案及确定→原理方案试验

系统工作原理↓

↓

功能分析

↓

技术文件2：

功能求解：

初步形成物料流、能量流→关键技术验证

主要部件工作原理图←及信息方案

↓

机构方案设计，分系统

及总成选配，接口设计

↓

技术文件3：

方案评审报告←方案评审

↓

技术文件4：

总体设计报告←总体布置设计

技术文件5：

总体布置图↓

↓

工程设计→设计评审

↓

测试→测试实验

↓

调制调试→调试结果

↓

设计任务完成

机械系统设计的第一个环节就是总体设计，要有系统的原理方案构想，结构方案设计，总体布局与环境设计，主要参数的确定，总体方案的评价与决策。

因此，研究方法是相当重要的，用得恰当会事半功倍。

1.5本章小结

本章主要介绍了国内外学者对联合收割机脱粒系统的研究现状，并结合了目前联合收割机脱粒系统存在的问题，阐述了研究的目的及其意义，并给出了主要研究内容和研究方法。

2脱粒装置整体方案的确定

2.1脱粒装置简介

2.1.1脱粒装置的基本脱粒原理

脱粒装置的基本脱离原理有以下几种[24]：

1、碾压脱粒：

靠脱粒元件对谷穗施加压力使谷粒脱粒，作用在谷粒上的力主要沿谷粒表面的法线方向，使谷粒与穗轴之间形成剪切破坏，同时也存在沿谷粒表面的切向力也起脱粒作用。

2、梳刷脱粒：

将谷穗通过排列较密的脱粒元件的缝隙，靠脱粒元件对谷粒施加拉力和冲击力将其脱粒。

3、冲击脱粒：

靠脱粒元件与谷物穗头之间相互冲击使谷物脱粒。

4、振动脱粒：

利用脱粒元件对谷物施加高频振动进行脱粒。

5、揉搓脱粒：

靠脱粒元件对谷物及谷物之间的相互揉搓进行脱粒，主要是切向力。

不过无论何种机械脱粒装置进行脱粒时都不是单一原理，都是采用多种脱粒原理综合应用。

2.1.2脱粒装置的种类

联合收割机脱粒分离装置的种类按照不同的分类方式又一下几种[26]：

1、根据作物喂入脱粒装置的情况可分为半喂入式脱粒分离装置和全喂入式脱粒分离装置两大类。

2半喂入式脱粒装置根据工作滚筒和作物相应位置不同可分为倒挂输送侧脱、平移输送上脱和平移输送下脱三种脱粒方式。

3、全喂入式脱粒分离装置根据喂入作物沿滚筒的运动方向可分为切流式、轴流式及其组合方式。

4、按脱粒元件的形式脱粒分离装置可分为：

纹杆式、钉齿式、弓齿式、齿板式、板齿式[22]等，以及不同脱粒元件的组合式。

2.1.3脱粒装置的选择

通过对不同脱粒装置的组合方式的理论研究：

大多都是以滚筒—凹板的脱粒组合方式，但针对于我研究的这种纵轴流式水稻联合收割机脱粒系统，能够在不改变机体体积的情况下增长脱粒滚筒的长度，因此加长了脱粒和分离的时间。

为了让碎矸和秸秆顺畅的排出，在脱条粒滚筒顶盖加上导向条，呈螺旋分布，因此脱粒装置的模型就为脱粒滚筒—凹板—顶盖导向条。

在脱粒过程中大家都会想到脱粒损失，为了尽可能地减少这种为脱净的脱粒损失，在此脱粒系统中增加复脱结构，它是将未脱粒完全的谷穗从复脱槽中通过复脱下搅龙轴上的搅龙水平输送到脱复脱刮板处，通过刮板输送到复脱上搅龙轴端，再由它的搅龙输送到脱粒滚筒再次脱粒，提高脱粒效率。

1.整个脱粒系统我们可以用一张简图来表示：

1.输入轴2.脱粒滚筒3.复脱上搅龙4.复脱刮板5.主搅龙6.垂直搅龙短介轴7.复脱下搅龙8.垂直搅龙

9.脱粒滚筒轴10.复脱短介轴11.主搅龙轴12.付搅龙轴

图1纵轴流式水稻联合收割机脱粒系统

1.Inputshaft2.Threshingcylinder3.Re-threshingontheauger4.Re-threshingoffscrape

5.Mainauger6.Verticalaugershortreferralaxis7.Re-threshingundertheauger

8.Verticalauger9.Threshingcylindershaft10.Re-threshingshort-mediatedaxis

11.Mainaugershaft12.Payaugershaft

Fig.1Verticaltypeaxialflowricecombineharvesterthreshingsystem

2.工作示意图：

输入轴→脱粒滚筒

↓（传动）（传动）↑（再次脱粒）

付搅龙轴复脱上搅龙

↑（复脱结构）

↓（辅助输送稻谷）复脱下搅龙轴

↑（传动换向）

主搅龙→复脱短介轴

↓（传动）（传动）

垂直搅龙（将稻谷输送至储粮仓）

3.动力输送流程：

从1输入轴左端大皮带轮（含离合装置）接入动力,7脱粒滚筒轴通过一对锥齿轮进行垂直方向上的动力输送，1输入轴的右端安装链轮与5付搅龙轴右端的链轮连接传递动力，5付搅龙右端另一个链轮与4主搅龙右端的链轮连接传递动力，主搅龙左端安装链轮与垂直搅龙的短介轴的左端连接传递动力，并且8复脱短介轴通过一对锥齿轮与9垂直搅龙连接传递垂直动力，由于3复脱下搅龙的转动方向要符合它与复脱上搅龙间的10复脱刮板转动方向，因此，不能同向传递动力，需要一对齿轮改变转动方向。

由此引入2复脱短介轴，其端头安装链齿轮，将动力换向传递，复脱下搅龙的左端安装链轮，并且与复脱上搅龙左端的链轮连接传递动力，在传递链条上安装刮板，因此完成所有动力的传递。

4.各个零部件的功能：

输入轴：

将电动机的动力传递给各个下级运动的轴上，还能进行动力离合。

左端有大皮带轮和离合装置，中间配合锥齿轮，它由左右两节结合而成，右端安装多排链轮，将动力传递给风机轴、付搅龙轴、输送槽输入轴。

付搅龙轴：

连接输入轴的右端链轮输入动力，辅助主搅龙输送稻谷。

主搅龙轴：

右端连接付搅龙轴的右端链轮输入动力，通过搅龙将脱机箱体底部的稻谷输送到垂直搅龙下端，主搅龙的左端伸出箱体左端，并且安装链轮，连接垂直搅龙短介轴。

还将右端动力传递给复脱短介轴反转。

垂直搅龙：

通过一对锥齿轮与垂直短介轴啮合，将主搅龙输送过来的稻谷垂直输送至储粮仓。

垂直搅龙短介轴：

连接主搅龙轴与垂直搅龙轴。

复脱短介轴：

连接主搅龙轴与复脱下搅龙轴，传动反向。

复脱下搅龙轴：

右端链轮齿轮与复脱短介轴上的链齿轮啮合输入动力，搅龙将未脱粒完全的谷穗输送至其左端。

复脱上搅龙轴：

左端链轮与复脱下搅龙轴左端的链轮相连输入动力，将复脱下搅龙输送过来的未脱粒完全的稻穗输送只脱粒滚筒。

复脱刮板：

将复脱下搅龙轴左端的未脱粒完全的稻穗刮向复脱上搅龙。

脱粒滚筒：

将稻谷与穗杆进行脱粒。

2.2本章小结

本章主要对联合收割机脱粒系统进行简述，列出了不同的脱粒原理与方式，并且通过组合对比选择出所要研究的脱粒系统。

介绍了主要零部件及其功能，还对整体动力输入设计进行设计。

3主要零部件选择

3.1零部件的设计

3.1.1脱粒装置的选择

脱粒滚筒上脱粒元件的排列方式以及脱粒间隙是影响脱粒性能的重要指标[5][7]，首先要做理论分析，设计出滚筒上安装脱粒元件的最好空间排列，一般采用螺旋排列，为了加强分离效果，在脱粒滚筒下端安装凹板，凹板的结构有栅格式、冲孔筛式和编织筛式等类型，以栅格式凹板的分离效果最好。

还有一个要考虑的就是排草，因此将螺旋导板装在圆柱形脱粒滚筒式脱粒装置的顶盖内，引导作物以适当的速度沿滚筒轴向运动。

由于滚筒喂入端容易出现堵塞，在脱粒滚筒喂入端设计一个脱粒滚筒喂入搅龙，将输送槽输送过来的稻穗向脱粒滚筒。

由脱粒滚筒—凹板—顶盖导向条组成脱粒系统[3]。

图2凹板的结构示意图

Fig.2Ｃoncave

设计出的脱粒装置可以由下面的简图表示：

1.脱粒滚筒喂入搅龙2.脱粒滚筒端板3.顶盖4.钉齿5.击禾杆6.连接块7.导向条

8.栅格式凹板筛

图3脱粒滚筒—凹板—顶盖导向条的结构示意图

1.Feedingauger2.Endplateofthreshingcylinder3.Cover4.Spike-tooth5.Strikestraw

6.Connectionblock7.Guidebars8.Thegateformatconcavesieveplate

Fig.3Threshingcylinder-concave-headcover

此处省略 NNNNNNNNNNNN字。

如需要完整说明书和设计图纸等.请联系 扣扣：

九七一九二零八零零另提供全套机械毕业设计下载！

该论文已经通过答辩

为了更清晰的表示脱粒装置和原理，从侧面附加一张图：

1.凹板2.脱粒滚筒3.击禾杆4.连接块5.钉齿6.顶盖7.导向条

图4脱粒滚筒—凹板—顶盖导向条示意图

1.Intaglio2.Threshingcylinder3.Strikestraw4.Connectionblock5.Spike-tooth6.Cover7.Guidebars

Fig.4Threshingcylinder-concave-headcove

图5钉齿在击禾杆上的螺旋排列示意图

Fig.5Thespiralofspike-tooth

1.喂入搅龙体防草圈2.搅龙叶片3.锥形搅龙体4搅龙端板套

图6喂入搅龙体机构示意图

1.Thefeedingaugerantigrasscircle2.Augerblade3.Taperedaugerbody

4.TostirLongendplatesets

Fig.6Thescrewfeederfeeding

3.1.2复脱机构的选择

复脱机构的脱粒装置的辅助机构，它能够提高脱粒效率。

它由复脱短介轴、复脱上搅龙、复脱下搅龙和复脱刮板组成。

工作时由复脱短介轴传动换向并且输入动力，复脱下搅龙将复脱搅龙槽里的为脱净的稻穗输送到搅龙的另一端，在复脱下搅龙的另一端通过链轮与复脱上搅龙连接，并在输送链条上面安装刮板，将搅龙输送过来的稻穗刮送到复脱上搅龙端，再由复脱上搅龙输送至脱粒滚筒，进行二次脱粒。

为了简洁地表示出复脱机构，我们可以通过下面的复脱机构示意图来认识此机构：

1.复脱刮板2.复脱上搅龙轴3.脱粒滚筒4.复脱短介轴5.复脱下搅龙轴

图7复脱机构的结构示意图

1.Re-threshingoffscrape2.Re-threshingshaftontheauger3.Threshingcylinder

4.Re-threshingshort-mediatedaxis5.Re-threshingshaftundertheauger

Fig.7Re-threshing

在此机构中另外对复脱刮板进行设计：

它由刮板和胶片组成，其中胶片的作用是保护

稻谷不被碾碎，其简图如下：

图8复脱刮板示意图

Fig.8Thestrike-offboardofre-threshing

3.2本章小结

本章主要是对脱粒装置的选择，重点介绍了脱粒装置和复脱装置，并对它们的工作原理和工作流程进行了简述，对主要的零部件进行选择。

4主要零部件设计与计算

4.1脱粒滚筒的设计

由于我研究的脱粒滚筒是纵置轴流式滚筒[13]，滚筒速度可以较切流略低一些。

实验表明，脱水稻时，圆柱滚筒的圆周速度为22-26m/s；圆锥形滚筒大端的圆周速度为28-31m/s。

下表1为不同形式轴流滚筒对不同作物脱粒时对应脱粒速度。

表1轴流脱粒滚筒的脱粒速度[1]（m/s）

Table1Thespeedofthreshingcylinder

脱粒作物

钉齿式

叶片式

纹杆-杆齿混合式

麦类

20-26

16-22

20-22

水稻

18-24*

13-19

-

大豆、玉米、高粱

7-9

10-13

-

*籼稻采用较低，粳稻采用较高。

钉齿式脱粒滚筒装置的主要技术参数[3]：

（1）钉齿z根据喂入量来确定：

Z≥（1-