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I 摘 要 在玉米分段收獲時，玉米手工剝皮工序勞動強度大，費工時和誤農(nóng)時，且影響玉 米的產(chǎn)量和質(zhì)量，針對我國玉米收獲后剝皮這個重要環(huán)節(jié)，設(shè)計出場上玉米剝皮機， 它替代了傳統(tǒng)人工剝皮的緊張勞動，減輕了人們的勞動強度，提高了勞動效率，有效 地防止了因剝皮不及時而造成的玉米霉?fàn)€的損失，從而給農(nóng)民帶來了一定的經(jīng)濟效益。 本設(shè)計采用 3 對輥機型，在滿足剝凈率大于 95%，工作效率達到 1500kg/h 以上的設(shè) 計要求的前提下進行設(shè)計，可滿足不同用戶的需求，同時該機結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便可 靠，采用電動機作為動力。為滿足設(shè)計要求，主剝皮裝置中的剝皮輥采用螺旋鐵輥和 橡膠輥組合的玉米剝皮輥，并且兩輥高低配置，且可以根據(jù)玉米棒的大小不同，通過 彈簧調(diào)節(jié)兩輥間的距離。這避免了傳統(tǒng)設(shè)計方法中鑄鐵輥對玉米籽粒的損傷，而且在 結(jié)構(gòu)上比傳統(tǒng)設(shè)計的更加合理。經(jīng)過設(shè)計、計算、校核，該機符合設(shè)計要求，并且剝 皮裝置較傳統(tǒng)的傳動系統(tǒng)有所改進，更適合在廣大農(nóng)村推廣使用。 關(guān)鍵詞：玉米；剝皮機；螺旋鐵輥；橡膠輥；農(nóng)業(yè)機械 II ABSTRACT At the time the corn is harvested ,the labor force of corn’s clothes taked-off by hand is very strong, wasting time and decreasing the quantity of the corn.To solve the problem of corn’s clothes taked-off that is of great importance in our country ,we designed the corn’s clothes take-off machine including the structure and the technical parameter design.It is a machine that takes off the corn’s clothes ,which has four types ,respectively meets the demand of single ,union of several and big harvest.The machine takes the place of the traditional handed-labor,reducing people’s labor strength,increasing the efficiency and preventing the corn’s damage.The structure of the machine is simple and the machine is easily adopted,reliable and of high efficient.The power of the machine can use electric motor、desel engine and the engine of three-wheeled agricultural car.This machine adopt the alternate current as the motives.The cylinder of the taked-off list is consisted of spiral iron cylinder and rubber cylinder.The spiral iron has some hurt to the seed of the corn.So this machine adopt the whole rubber cylinder.This machine is designed under the premise that must be get to 95% of taked-off rate and efficiency required no less than 1500kh/h,power no more than 3kw.To get to these requirements ,main taked-off part makes use of rubber cylinder ,and they are installed up-down.The machine can adjust the distance between the two cylinder according to the size of the corn and is more reasonable than the way of traditional design in structure.After calculation and check ,the machine meets the demand of design,and makes some improvements in the corn’s taked-off list and the way of transmission system,comparing with the traditional design.Worthwhile,it is widely applied in rural. Key words: Corn；Peeling machine；Spiral roller；Rubber roller；Agricultural machinery III 目 錄 摘 要 ............................................................Ⅰ ABSTRACT ......................................................Ⅱ 第 1 章 緒 論 ....................................................1 1.1 選題的背景、目的及意義 ........................................1 1.2 國內(nèi)外玉米剝皮機的概況 ........................................1 1.2.1 國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r ..............................................1 1.2.2 國外發(fā)展?fàn)顩r ..............................................2 1.3 剝皮機的設(shè)計要求及結(jié)構(gòu)簡介 ....................................3 1.3.1 剝皮機的設(shè)計要求 ..........................................3 1.3.2 玉米剝皮機結(jié)構(gòu)簡介 ........................................3 第 2 章 總體方案設(shè)計 .............................................4 2.1 總機的結(jié)構(gòu)形式 ................................................4 2.2 總統(tǒng)設(shè)計思想 ..................................................5 2.3 機架的配置 ....................................................5 2.4 傳動系統(tǒng)配置 ..................................................5 2.5 動力參數(shù)及動力源配置的確定 ....................................6 2.6 本章小結(jié) ......................................................6 第 3 章 剝皮裝置的確定 ...........................................7 3.1 剝皮輥確定 ....................................................7 3.1.1 剝皮輥長度、直徑的確定 ....................................7 3.1.2 剝皮輥結(jié)構(gòu) ................................................7 3.2 剝皮輥生產(chǎn)能力的確定 ..........................................8 3.3 剝皮部件的配置 ................................................8 3.4 本章小結(jié) ......................................................9 第 4 章 執(zhí)行部件及機架設(shè)計 .....................................10 IV 4.1 果穗料斗的設(shè)計 ...............................................10 4.2 其他執(zhí)行部件的配置 ...........................................10 4.3 輔助執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計配置 .........................................11 4.4 機架、聯(lián)接架的設(shè)計 ...........................................12 4.5 本章小結(jié) .....................................................12 第 5 章 傳動部分設(shè)計 ............................................13 5.1 玉米果穗在剝皮輥間的受力分析 .................................13 5.2 皮帶傳動的設(shè)計計算及校核 .....................................14 5.3 齒輪的設(shè)計和校核 .............................................16 5.4 軸的強度設(shè)計計算與校核 .......................................19 5.5 鍵的選擇和校核 ...............................................21 5.6 軸承的選擇和校核 .............................................21 5.7 鏈輪的設(shè)計 ...................................................22 5.8 電動機的選擇 .................................................25 5.9 本章小結(jié) .....................................................26 第 6 章 微型玉米剝皮機的保養(yǎng)、使用、調(diào)整及修復(fù) ..............27 6.1 每日技術(shù)保養(yǎng) .................................................27 6.2 傳動裝置的使用和調(diào)整 .........................................27 6.3 機器的保管 ...................................................27 6.4 工作部件損壞 的修復(fù)和調(diào)整 .....................................28 6.5 本章小結(jié) .....................................................28 結(jié) 論 ............................................................29 參考文獻 .........................................................30 致 謝 ............................................................32 1 第 1 章 緒 論 近年來，隨著農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)要求的越來越明顯，玉米種植在世界農(nóng)業(yè)種 植科目中一直占有很大的比例，面對其收獲過程的復(fù)雜程度，為滿足其生產(chǎn)發(fā) 展需要世界各國都進行了相關(guān)技術(shù)的科研。 1.1 選題的背景、目的及意義 設(shè)計微型玉米剝皮機，它可以替代傳統(tǒng)人工剝皮的緊張勞動，減輕人們的 勞動強度，提高勞動效率，有效地防止因剝皮不及時而造成的玉米霉?fàn)€的損失， 從而給農(nóng)民帶來了一定的經(jīng)濟效益。但是，現(xiàn)有的剝皮機一直存在剝凈率偏低， 破損率偏高的問題，且目前尚無性能優(yōu)越性的產(chǎn)品，尤其缺乏適于玉米的中小 加工企業(yè)及家庭用的的小型玉米剝皮機具。 因此研究設(shè)計實用性微型玉米剝皮機具有一定的現(xiàn)實意義。同時，玉米剝 皮機不但能解決農(nóng)民的當(dāng)務(wù)之急，而且具有廣泛的市場，又極易推廣。家庭用 的小型玉米剝皮機占地空間小，運輸、使用較為便易，成本較低，有較好的實 用性和經(jīng)濟性。 1.2 國內(nèi)外玉米剝皮機的概況 1.2.1 國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r 我國從 60 年代開始研制玉米剝皮裝置，60、70 年代是仿制階段，80 年代 進行關(guān)鍵部件的攻關(guān)，90 年代以后有了較大的進展，到現(xiàn)在，玉米剝皮機的發(fā) 展已經(jīng)達到了一定的水平。目前玉米剝皮裝置有兩大類型：一類是在玉米聯(lián)合 收割機上加裝玉米剝皮裝置，另一類是單獨的玉米剝皮機。如由黑龍江省趙光 機械廠生產(chǎn)的 4YB-4 型自走式玉米聯(lián)合收割機一次完成四行玉米果穗的摘取、 剝皮、儲糧及莖稈的切碎還田等田間作業(yè)，苞葉的剝凈率>85%，總損失<3%。中 國收獲機械總公司藁城聯(lián)合收割機廠開發(fā)的成功富路牌玉米剝皮機，配備磁動 力為 3KW 的電機，剝凈率大于 90%，破損率和損失率小于 1%。吉林省白城市農(nóng) 機研究所，研制出全橡膠花瓣型玉米剝皮機，主動軸兩端的軸承座不在同一水 平面上。由于主動軸上設(shè)有螺旋條和橡膠釘，傳動軸上裝有多個橡膠輪，主動 軸和傳動軸相互配合，剝皮裝置能夠均勻地把已進入機內(nèi)的果穗，分配到兩對 相對旋轉(zhuǎn)的剝皮軸之間，并在果穗自身旋轉(zhuǎn)的情況下，順利向前推進，在行進 2 中，被剝皮爪撕開苞葉，并在瞬間被旋轉(zhuǎn)軸輾壓住苞葉向下拉，而完成剝離之 目的。同時該機與 3kw 三相電機或小四輪拖拉機配套，剝凈率達到 95%左右。 吉林省農(nóng)機研究所與四平農(nóng)機工程機械制造有限公司聯(lián)合研制玉米剝皮機，于 1997 年設(shè)計出了 6YBJ-2 型玉米剝皮機，經(jīng)過不斷發(fā)展于 2007 年研制出的 6YBJ-4B 型玉米剝皮機，采用的螺旋凸棱全橡膠剝皮輥，以獲得國家實用性專 利。 目前，由黑龍江省畜牧機械化研究所研制開發(fā)了 5BY-7.0 型玉米剝皮機、 四平農(nóng)民樂機械制造有限公司生產(chǎn)的新型玉米剝片機、四川順風(fēng)農(nóng)機具生產(chǎn)的 2011 款玉米剝皮機和吉林農(nóng)業(yè)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院設(shè)計出了 6YBJ-2 型高效風(fēng)清 玉米剝皮機都取得較好的經(jīng)濟效益。現(xiàn)在針對玉米加工生產(chǎn)的特點，結(jié)合國內(nèi) 外一些剝皮機與脫粒機的研究成果，進行摩擦式玉米剝皮機的設(shè)計研究，達到 了一定預(yù)期的目標(biāo)。于此同時，隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，農(nóng)業(yè)向產(chǎn)業(yè)化，集約化， 訂單化農(nóng)業(yè)方向發(fā)展是必然走勢，發(fā)展玉米剝皮機已經(jīng)成為玉米收獲機械化發(fā) 展的有效途徑之一。 1.2.2 國外發(fā)展?fàn)顩r 國外玉米剝皮機的研究與生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)成熟，目前美國、德國、烏克蘭、 俄羅斯等西方國家，玉米的剝皮（包括籽粒和秸稈青貯）已基本實現(xiàn)了全部機 械化作業(yè)。由于其種植方式多為一年一季種植，剝皮時玉米籽粒的含水率很低， 大多數(shù)國家均采用玉米摘穗并直接剝皮的剝皮方式。 美國的 John Deere 公司、Case 公司、德國的 Mengle 公司、道依茨公司等 的玉米聯(lián)合剝皮機，絕大部分是在小麥聯(lián)合剝皮機上換裝玉米割臺，并通過調(diào) 節(jié)剝皮滾筒的轉(zhuǎn)速和剝皮間隙進行玉米的聯(lián)合剝皮。如美國 Case 公司的聯(lián)合剝 皮機換裝玉米割臺，一次作業(yè)可完成玉米摘穗、剝皮的作業(yè)，剝凈率大于95%， 破損率和損失率小于1%。美國的 John Deere 公司設(shè)計生產(chǎn)的玉米剝皮機采用 單相交流電動機作動力，剝皮裝置中剝皮輥一般有螺旋鐵棍和橡膠輥組成，鐵 棍對籽粒有嚴(yán)重損傷，所以本機采用全橡膠輥。在主要剝皮裝置采用全橡膠的 玉米剝皮輥的同時，并且兩輥高低設(shè)置，且可以根據(jù)玉米棒的大小不同調(diào)節(jié)兩 輥間的距離，可以滿足剝凈率達到95%以上。 德國的道依茨公司生產(chǎn)的聯(lián)合玉 米剝皮機，在行進中，被特制的剝皮爪撕開苞葉，并在瞬間被旋轉(zhuǎn)軸輾壓住苞 葉向下拉，而完成剝離之目的。工效0.85～1.25萬個/h，剝凈率85%～95%，破 碎率低于1%，損失率低于2%。能夠很好地完成玉米剝皮作業(yè)，替代手工操作， 提高工作效率。烏克蘭赫爾松康拜因聯(lián)合剝皮機制造公司的 KCKY-6型玉米剝皮 機，可以進行摘穗—果穗剝皮—青貯聯(lián)合作業(yè)，適合大部分地區(qū)的農(nóng)藝要求。 3 1.3 剝皮機的設(shè)計要求及結(jié)構(gòu)簡介 1.3.1 剝皮機的設(shè)計要求 根據(jù)設(shè)計任務(wù)書的要求，微型玉米剝皮機是一種剝?nèi)ビ衩妆砥さ膶Ｓ脵C械。 這種機械主要針對農(nóng)村的廣大的農(nóng)民用戶使用，所以此機械必須具備如下的特 點： 1.操作簡單，便于廣大農(nóng)村用戶的使用，零部件盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件，便于安 裝和維修。 2.整機安裝，結(jié)構(gòu)簡單，成本低而且動力的選擇要符合農(nóng)村的實際情況。 本機還應(yīng)有較高的生產(chǎn)效率，較低的籽粒破損率，較高的剝凈率。 3.性能指標(biāo)要求：苞葉剝凈率要求達到底 93%以上，而在剝皮過程中脫粒 率＜1.5%，并盡量減少籽粒脫落。 4.經(jīng)濟指標(biāo)：盡是降低成本，增大工作時生產(chǎn)效率。每對剝皮輥的生產(chǎn)率 為 1500KG/h,同時根據(jù)不同用戶的需要有兩對輥、四對輥、八對輥等不同 機型。 1.3.2 玉米剝皮機結(jié)構(gòu)簡介 玉米剝皮機主要由剝皮機構(gòu)、壓送器和果穗分布裝置等組成。 （1）剝皮機構(gòu)主要部件為剝皮輥，其作用是清除莖葉混合物和剝掉果穗苞 皮。其原理是相對旋轉(zhuǎn)的一對輥子抓取并剝掉在其上運動的果穗的苞皮，同時 把苞皮和莖葉混合物拽到輥下，剝掉苞皮。剝皮輥間隙是由壓縮彈簧來保證的， 不用經(jīng)常調(diào)整 （2）壓送器對改善果穗剝皮質(zhì)量，提高剝皮裝置生產(chǎn)率是極其重要的，它 把果穗壓向剝皮輥表面，從而增大剝皮輥對果穗的磨擦力，并促使苞皮蓬松和 使剝皮輥更好地抓取苞皮，而后周期性地放松壓向剝皮輥上的果穗，以使其能 繞軸轉(zhuǎn)動，從而使果穗四周的苞皮與剝皮輥接觸，促使果穗在剝皮時翹起來， 這樣有利于避免果穗端部掉粒。因本機采用全橡膠剝皮輥，輥面帶有螺旋凸棱， 左右輥互相嚙合，成對使用，由于橡膠磨擦系數(shù)較大，因此不必另加壓制器。 （3）分布裝置的作用是把果穗沿剝皮機構(gòu)均勻分布，并使果穗軸線沿著溝 槽，本機采用的手動送料裝置，其進料斗的滑板具有分布裝置的功能。另外設(shè) 計美觀實用的機架和機體，通過合理的配套，組裝，和改良就可設(shè)計出經(jīng)濟實 用的玉米剝皮機。 該機結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便，性能可靠，生產(chǎn)效率高。此種機械的研制成功， 大大減輕了農(nóng)民的勞動負擔(dān)，為廣大的農(nóng)民節(jié)省了大量的時間，降低了勞動強 4 度，成為農(nóng)民致富的途徑之一。 5 第 2 章 總體方案設(shè)計 2.1 總機的結(jié)構(gòu)形式 采用人工上料，人工喂入，機械剝皮，最終使果穗和表皮分離。在這過程 中之所以采用人工上料和人工喂入主要是如果采用自動喂入會使機器的成本和 造價會大大地提高而農(nóng)民對這種機械由于價格的增設(shè)而使購買力下降。配套動 力源采用 Y 系列三相電動機，主要工作部件選用鑄鐵-橡膠的玉米剝皮輥，傳動 部分使用鏈輪傳動和直齒輪傳動。 在設(shè)計過程中也曾考慮過采用自動喂入，但這種機械雖然在效率上有所提 高，但同時它也將提高機器的成本，從而使購買力下降。而采用人工喂入雖然 不如自動喂入效率高，但也比手工剝皮有很大的提高，而且適合大多數(shù)農(nóng)民的 經(jīng)濟能力。之所以采用 Y 系列電動機，是因為 Y 系列電動機是目前最常使用的， 而且價格合理。剝皮部件采用全橡膠的剝皮輥，不但不影響剝凈率而且由于橡 膠比較有彈性不會損傷籽粒。傳動部分由于該機構(gòu)比較簡單所以選用直齒輪即 可。 剝皮機主要核心部件是剝皮裝置，傳統(tǒng)式剝皮裝置采用全鑄鐵螺旋齒輥，兩對 輥的中心距 a=66.75mm,且兩對輥形成一個槽形，一般采用二對或四對輥，為增 加玉米穗與輥子的壓力，在剝皮輥的上方配有二組或三組壓制器，多年來的實 踐證明，這種輥型的剝凈率最高能達到 85%，籽粒破碎率高達 2%，這是玉米剝 皮機不能推廣的主要原因。 94 年通過實驗研究，設(shè)計出一種采用一支鑄鐵螺旋齒輥和一個橡膠螺旋剝 皮輥配對使用，橡膠輥采用橡膠制成，輥面帶有螺旋凸棱，左右輥互相嚙合， 成對使用，由于橡膠磨擦系數(shù)較大，因此不必另加壓制器，且橡膠面有彈性， 不損傷籽粒，并在軸線方向上布置有螺距為 2m 的螺旋線，果穗能沿向下滑，再 加上與支架本身的傾角，使果穗能自動進入下料斗，生產(chǎn)率較高，該裝置已獲 得國家實用型專利（專利號：942250133）新產(chǎn)品，2003 年通過試驗再次改良 了剝皮輥的結(jié)構(gòu)，在輥體的凹陷部設(shè)有剛性的剝皮抓丁，抓丁的端部高于輥的 外表面，在剝皮過程中，由剝皮抓釘首先將果穗的苞葉撕開，相對旋轉(zhuǎn)的兩對 輥將苞葉撕開輾住，靠兩輥的旋轉(zhuǎn)力拉開苞葉，使之與果穗分離，從而達到剝 皮的目的，更有效的提高了剝凈率，該裝置也已 2006 年獲取國家實用新型專利 6 （專利號：0520082352.2）直接利用剝皮裝置專利技術(shù)，配以傳動系統(tǒng)、機架、 動力源及上下料斗等部件組成。 2.2 總統(tǒng)設(shè)計思想 （1）機架的配置； （2）傳動系統(tǒng)的配置； （3）剝皮裝置的確定（剝皮輥長度的確定，剝皮輥生產(chǎn)能力的確定，剝皮部 件的確定） ； （4）執(zhí)行部件的確定（喂入斗，壓送器，導(dǎo)向板） ； （5）傳動部件的設(shè)計（玉米果穗的受力分析，皮帶輪的設(shè)計，齒輪的設(shè)計， 鏈輪的設(shè)計，軸強度設(shè)計） ； （6）其他輔助部件的選擇（篩子，風(fēng)機） ； （7）電機的選擇。 總體設(shè)計草圖，如圖 2.1。 圖 2.1 總體設(shè)計草圖 2.3 機架的配置 總體配置就是合理安排各部件位置和聯(lián)接關(guān)系，確定動力的傳動路線，與 電動機的聯(lián)接關(guān)系，使整個機器工藝路線流暢合理，并且便于使用調(diào)整和維修， 同時機器外觀造型要給人以美感。 機架采用角鋼焊接而成，在滿足要求的前提下具有一定的抗壓能力即可， 主要的目的是便于組織生產(chǎn)，提高通用程度。 2.4 傳動系統(tǒng)配置 利用電動機作為動力源時，只需二級鏈輪傳動完成降速過程，最后再由鏈 7 輪和齒輪傳動到主動軸上。通過主軸的旋轉(zhuǎn)完成其剝皮過程和把剝完皮的玉米 果穗送往出料口，此傳動系統(tǒng)不但結(jié)構(gòu)簡單，對各零件的加工沒有特殊的要求， 同時為保證用戶使用的安全性，本機器還增加設(shè)置了往復(fù)式篩子和離心式風(fēng)機， 可以把玉米外皮快速安全的送到機器外部，整機生產(chǎn)都比較方便可行，適合各 種生產(chǎn)廠家的大規(guī)模生產(chǎn)，經(jīng)濟可靠。 2.5 動力參數(shù)及動力源配置的確定 通過查詢農(nóng)業(yè)機械設(shè)計手冊和其他相關(guān)資料，各主要部件消耗功率如下： 1.剝皮輥，玉米剝皮機的功率消耗可按 1kw/h 的功率可剝皮 600~700kg 玉 米穗扒皮輥需要 380-420r/mim 或按每對剝皮輥需要 0.7~0.8kw 計算。 2.往復(fù)篩，由于往復(fù)篩由曲柄連桿機構(gòu)，和擺臂機構(gòu)組成，實際工作中四 個擺臂與曲柄連桿機構(gòu)的同軸度很難保證，所以消耗的功率遠遠大于各自計算 功率，故通過咨詢農(nóng)機專家，得到多次試驗的合理消耗功率為 0.5kw。 3.風(fēng)機，風(fēng)機消耗功率為 2kw。 按最低計算得電機理論功率值為：0.8×3+0.5+2=4.9kw，但考慮到剝皮機 工作工程中玉米葉及其他物體對剝皮輥產(chǎn)生的纏繞堵塞等不可知因素，故將電 機暫定為 7.5kw，型號為 Y160M-6。 2.6 本章小結(jié) 本章通過對國內(nèi)外新型玉米剝皮機進行分析，對微型玉米剝皮機進行了總 體設(shè)計?？傮w設(shè)計采用人工上料，人工喂入，機械剝皮，最終使果穗和表皮分 離，并考慮農(nóng)民的購買能力，動力源采用 Y 系列三相電動機，傳動部分使用鏈 輪傳動和直齒輪傳動，有效的提高了使用價值和經(jīng)濟效益。同時剝皮輥采用鑄 鐵和橡膠組合輥，可以有效提高生產(chǎn)效率降低破損率，滿足任務(wù)要求。 8 第 3 章 剝皮裝置的確定 3.1 剝皮輥確定 圖 3.1 剝皮輥簡裝圖 3.1.1 剝皮輥長度、直徑的確定 傳統(tǒng)式玉米剝皮輥長度為 1070mm,美國甜玉米剝皮機輥長為 1500mm,根據(jù) 實驗得出玉米在剝皮輥上的剝凈率在開始 400mm 內(nèi)剝凈率為 85%,在 800mm 內(nèi) 剝凈率 95%,因此輥長定為 1100mm 可使苞葉的剝凈率在 95%以上，剝皮輥的長 度是影響剝凈率的主要參數(shù),為保證剝凈苞葉,剝皮輥應(yīng)有足夠長度,但過長會引 起籽粒脫落和破碎,剝皮輥的直徑應(yīng)不使最小直徑的果穗受擠壓和被抓取為準(zhǔn)。 參考農(nóng)機設(shè)計手冊設(shè)計，剝皮設(shè)計如下表。 表 3.1 剝皮輥設(shè)計參數(shù) 長度 L（mm ） 直徑 D（mm） 圓周速度 V（m/s） 設(shè)計值 1100 70 1 參考范圍 800mm

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