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湖 南 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué) 全 日 制 普 通 本 科 生 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 小型場(chǎng)上可移動(dòng)式油菜脫粒機(jī)設(shè)計(jì) DESIGN OF A SMALL MOBILE THRESHER FOR RAPE 學(xué)生姓名： 王修善 學(xué) 號(hào)： 200940614412 年級(jí)專業(yè)及班級(jí)： 2009 級(jí)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其 自動(dòng)化(3)班 指導(dǎo)老師及職稱： 謝方平 教授 學(xué) 院： 工學(xué)院 湖南·長(zhǎng)沙 提交日期：2013 年 5 月 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)全日制普通本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 誠(chéng) 信 聲 明 本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，進(jìn)行研究工 作所取得的成果，成果不存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)爭(zhēng)議。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文 不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn) 的個(gè)人和集體在文中均作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。本人完全意識(shí)到本聲明的法律 結(jié)果由本人承擔(dān)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)作者簽名： 2013 年 月 日 目 錄 摘要 .................................................................1 關(guān)鍵詞 ................................................................1 1 前言 ................................................................2 1.1 課題的目的與意義 ..................................................2 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ....................................................3 1.3 本課題設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 ..............................................4 2 總體方案的確定 ......................................................5 2.1 脫粒機(jī)的工作原理 ..................................................5 2.2 整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析 ..................................................6 2.2.1 喂入部分 ........................................................6 2.2.2 脫粒部分 ........................................................6 2.2.3 分離清選部分 ....................................................8 2.2.4 機(jī)架及行走部分 ..................................................9 2.2.5 動(dòng)力傳動(dòng)裝置 ....................................................9 3 關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算 ...............................................11 3.1 脫粒滾筒的設(shè)計(jì) ...................................................11 3.1.1 脫粒滾筒直徑和滾筒長(zhǎng)度的確定 ...................................11 3.1.2 滾筒線速度與脫粒間隙的確定 .....................................12 3.1.3 脫粒滾筒的結(jié)構(gòu)及脫粒元件的設(shè)計(jì) .................................12 3.1.4 凹板篩尺寸的設(shè)計(jì) ...............................................13 3.1.5 頂蓋的設(shè)計(jì) .....................................................14 3.2 清選部件的設(shè)計(jì)計(jì)算 ...............................................14 3.2.1 清選篩形式和尺寸的設(shè)計(jì) .........................................14 3.2.2 清選篩主要參數(shù)的確定 ...........................................15 3.2.3 清選篩運(yùn)動(dòng)參數(shù)的確定 ...........................................17 3.2.4 風(fēng)機(jī)參數(shù)的選擇 .................................................17 3.2.5 風(fēng)機(jī)的參數(shù)計(jì)算 .................................................17 3.3 機(jī)架 .............................................................18 3.4 皮帶輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算 ...............................................19 3.4.1 滾筒軸上輸入皮帶輪系的設(shè)計(jì) .....................................19 3.4.2V 帶輪的確定 ....................................................20 3.4.3 滾筒上輸出皮帶輪系的設(shè)計(jì) .......................................21 3.4.4 滾筒軸的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) ...........................................21 4 主要零部件的校核 ...................................................23 4.1 軸的校核 .........................................................23 4.1.1 軸的受力分析 ...................................................23 4.1.2 按彎扭合成應(yīng)力校核軸強(qiáng)度 .......................................24 4.1.3 精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 ...........................................25 4.2 鍵與軸承的校核 ...................................................26 4.2.1 鍵強(qiáng)度校核 .....................................................26 4.2.2 滾動(dòng)軸承校核 ...................................................26 5 結(jié)論 ...............................................................27 參考文獻(xiàn) .............................................................27 致 謝 .............................................................29 附 錄 .............................................................30 1 小型場(chǎng)上可移動(dòng)式油菜脫粒機(jī)設(shè)計(jì) 學(xué) 生：王修善 指導(dǎo)老師：謝方平 （湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，長(zhǎng)沙 410128） 摘 要：油菜是我國(guó)主要的油料作物，是我國(guó)食用油的主要來(lái)源。但由于我國(guó)油菜種植的 特定情況，油菜的機(jī)械化聯(lián)合收獲在我國(guó)還沒(méi)有廣泛實(shí)現(xiàn)。目前，專門(mén)為油菜脫粒設(shè)計(jì)脫粒機(jī)較 少，大多是在其他作物的脫粒機(jī)的基礎(chǔ)上改裝，這類脫粒機(jī)由于不能完全適應(yīng)油菜的脫粒特性而 存在脫粒效果不好，損失率大等缺陷，所以急需設(shè)計(jì)一款能適應(yīng)油菜分段收獲場(chǎng)上移動(dòng)作業(yè)的脫 粒機(jī)。本設(shè)計(jì)采用軸流式全喂入滾筒進(jìn)行脫粒，脫粒元件為桿齒，在滾筒上成螺旋線布置，脫粒 效果較好，清選機(jī)構(gòu)選用風(fēng)機(jī)加雙層振動(dòng)篩結(jié)構(gòu)，能有效將油菜和雜質(zhì)分開(kāi)，減小其損失率，脫 粒機(jī)裝有行走輪，能在場(chǎng)上靈活移動(dòng)，提高作業(yè)效率。 關(guān)鍵詞：油菜；脫粒機(jī)；振動(dòng)篩；桿齒 Design of A Small Mobile Thresher for Rape Student:Wang Xiushan Tutor:Xie Fangping (College of Engineering, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China) Abstract: Rapeseed is the main oil crops in China.It is the main source of cooking oil in China. Due to the specific situation of our rape planting, harvest mechanization of rape in our country has not yet been implemented widely . At present,zhe thresher that specially designed for rape threshing is not enough ,and most of that was adapted on the basis of other crops thresher, because cannot adapt to the rape threshing characteristics , threshing effect of those theller is not good, the loss ratio is high,for those reasons, we need to design a threshing machine which can adapt to rape segment and can mobile flexiblelys in harvest field. This design using the axial feeding roller for threshing ,and threshing device isr pole teeth,whicht installed in the roller according to the spiral line, it working well. The fan and double vibrating screen structure is choosed for .Cleaning agencies, that can separate rape and impurities effectively, and reduce the loss. The threshing machine is equipped with walking round, so it can move in the field flexiblely, that can improve the working efficiency. 2 Key words: Rape; Threshing machine; Vibrating screen; Pole tooth 1 前言 1.1 課題的目的與意義 我國(guó)是世界油菜生產(chǎn)大國(guó)，種植面積和總產(chǎn)量均占世界的30％左右，均居世界第 一,在世界占有重要地位 [1]。油菜作為我國(guó)最主要的油料作物，是我國(guó)食用油的主要 來(lái)源。但是長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)油菜生產(chǎn)基本上是傳統(tǒng)的手工作業(yè)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)成 本偏高，效率低 [2]。各級(jí)政府和廣大農(nóng)民迫切需要發(fā)展油菜生產(chǎn)機(jī)械化技術(shù)。 油菜脫粒是將油菜籽粒從果莢中分離出來(lái)的過(guò)程。現(xiàn)有油菜聯(lián)合收割機(jī)脫粒裝置 主要是借鑒稻麥聯(lián)合收割機(jī)的脫粒原理，通過(guò)脫粒元件對(duì)油菜果莢產(chǎn)生沖擊、揉搓以 及碾壓等作用，使得果莢炸口、開(kāi)裂或粉碎，從而分離出油菜籽粒 [2]。 目前，油菜的機(jī)械化收獲主要有分段收獲和聯(lián)合收獲兩種，兩種方式各有優(yōu)缺點(diǎn)： (1)分段收獲 即先割曬再撿拾、脫粒的收獲方式，油菜的分段收獲也叫兩段聯(lián)合 收獲。采用兩段聯(lián)合收獲法，充分利用作物的后熟作用，可提前收割，延長(zhǎng)了收割期， 籽粒飽滿，產(chǎn)量有所提高，缺點(diǎn)是生產(chǎn)率較低，勞動(dòng)強(qiáng)度大。采用兩段聯(lián)合收獲油菜 時(shí)還應(yīng)注意一下兩點(diǎn)：一是油菜晾曬不可過(guò)干，否則暴殼多，損失大；二是喂入要均 勻、適量，喂入過(guò)多容易堵塞，過(guò)小則影響工效。 (2)聯(lián)合收獲 即收割、脫粒、清選作業(yè)一次完成的聯(lián)合收獲方式。在油菜的角果 成熟后期，用聯(lián)合收割機(jī)一次完成所有的收獲作業(yè)環(huán)節(jié)。其特點(diǎn)是效率高，省工省時(shí)， 尤其在氣候條件不好的情況下，有利于進(jìn)行搶收。但這種方式對(duì)收獲時(shí)機(jī)要求較嚴(yán)， 既不能偏早，也不能偏晚。收獲過(guò)早，籽粒含水量高，品質(zhì)差，出油率低；收獲過(guò)遲， 因過(guò)于成熟，菜籽易炸裂脫落，造成損失，影響產(chǎn)量。油菜機(jī)械化收獲最佳的收獲時(shí) 間是在菜籽到八成熟，即接近完熟期。 [3] 從目前我國(guó)油菜種植的情況來(lái)看，我國(guó)南方十一個(gè)省油菜的種植面積占到全國(guó)的 90%以上，這些地方受雙季稻及其他晚秋作物收獲遲的影響而不能及時(shí)播種，所以都 是秋種次年夏收的越冬油菜，主要采用育苗移栽的的方式種植，種植密度小、植株高、 莖稈粗壯、分枝多、角果層厚度(離地400—1700 m)大，使得油菜的植株形態(tài)以及油 菜成熟、收獲期間的氣候條件均與我國(guó)北方和歐洲等國(guó)家春種秋收的直播油菜有很大 差異。分段收獲撿拾脫粒的作業(yè)對(duì)象是經(jīng)過(guò)割鋪、晾曬幾天以后的油菜，與聯(lián)合收獲 3 時(shí)站立在田問(wèn)的油菜在秸稈和籽粒的含水率、角果抗裂性、植株形態(tài)等方面顯著不同 [4]。 從上面的分析可知現(xiàn)階段我國(guó)油菜的的種植情況要想實(shí)現(xiàn)大部分的機(jī)械聯(lián)合收獲 方式，還存在比較多的問(wèn)題需要解決。相比之下，油菜的分段收獲則廣泛存在于我國(guó) 的油菜種植區(qū)，另外我國(guó)油菜種植制度多樣，缺乏規(guī)范化的栽培制度，生產(chǎn)手段、生 產(chǎn)經(jīng)營(yíng)方式落后，缺乏與現(xiàn)代生產(chǎn)手段相適應(yīng)的集中、成片種植和規(guī)范化管理，這些 因素極大的限制了油菜收獲的大規(guī)模機(jī)械聯(lián)合作業(yè)，因此分段收獲與之更加適應(yīng) [5]。 近年來(lái)，研究與油菜的分段收獲相適應(yīng)的油菜收獲機(jī)械成為了實(shí)現(xiàn)我國(guó)油菜收獲機(jī)械 化的一個(gè)重點(diǎn)方向。 本課題為小型場(chǎng)上可移動(dòng)式油菜脫粒機(jī)的設(shè)計(jì)，就是要根據(jù)油菜種植與收獲過(guò)程 的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出與油菜分段收獲相適應(yīng)的場(chǎng)上可以移動(dòng)的的小型油菜收獲機(jī)械。本課 題研究的是一種小型油菜說(shuō)話機(jī)械，因此他相對(duì)于適應(yīng)于油菜聯(lián)合收獲的聯(lián)合收割機(jī) 更具經(jīng)濟(jì)性能，它成本更低，農(nóng)戶更加能夠接受。另一方面，雖然這個(gè)機(jī)械是小型的， 但相對(duì)于人工作業(yè)，其生產(chǎn)效率卻是人工作業(yè)不能比擬的。其次，本課題研究的這個(gè) 機(jī)械在場(chǎng)上是可以移動(dòng)的，所以更加更加具有靈活性，從而能夠減少較長(zhǎng)距離搬運(yùn)作 物的時(shí)間與其他投入，這點(diǎn)使它相對(duì)于傳統(tǒng)的場(chǎng)上固定式油菜脫粒機(jī)械有更加具有優(yōu) 勢(shì)。另外，用機(jī)械化生產(chǎn)代替人工勞動(dòng)可以改善農(nóng)民的工作環(huán)境，解放勞動(dòng)力，因此， 本課題的研究還能產(chǎn)生很好的社會(huì)效益。再次從油菜的本身的特性來(lái)說(shuō)，分段收獲更 加適應(yīng)其收獲過(guò)程，因此從這方面講，本課題研究也具有很大意義，它能減少收獲的 損失，提高菜籽收獲品質(zhì)。本次設(shè)計(jì)就是在分析出油菜的收獲方式及當(dāng)前與這些收獲 方式配套的一些機(jī)械的缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)一種更好的油菜收獲脫粒機(jī)，一種更加脫粒 更加干凈，更加輕便，而且能實(shí)現(xiàn)免揚(yáng)，損失小，更輕便的油菜脫粒機(jī)。綜合上述方 面，本課題具有較大的研究意義。 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 總體來(lái)說(shuō)，我國(guó)油菜機(jī)械化水平還比較落后，2006 年底，全國(guó)油菜機(jī)收水平 僅為5.2%?？偨Y(jié)其原因，主要是油菜自身特性制約了機(jī)械化技術(shù)發(fā)展，這些表現(xiàn)為油 菜的莖稈也存在分枝低、交叉多、易炸裂、成熟度不一致等因素，這些特點(diǎn)對(duì)油菜的 高質(zhì)量收獲有較大的阻礙。2007年9月19日，國(guó)務(wù)院頒布了《國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于促進(jìn) 油料生產(chǎn)發(fā)展的意見(jiàn)》 ，旨在恢復(fù)和促進(jìn)我國(guó)油料生產(chǎn)快速發(fā)展，推進(jìn)油菜生產(chǎn)機(jī)械 化 [2]。 4 新型油菜脫粒分離裝置的研究以提高生產(chǎn)率減少菜籽損失為目標(biāo)。在傳統(tǒng)的紋桿 切流滾筒及鍵式逐稿器的脫粒分離裝置之后,滾筒橫置的軸流式結(jié)構(gòu)廣為應(yīng)用, 繼而 又研制了單滾筒或雙滾筒縱軸流式脫粒分離結(jié)構(gòu)。軸流分離清選系統(tǒng)能夠適應(yīng)油菜打 擊、揉搓和攪動(dòng)為主的脫清要求。 [6]-[8] 為實(shí)現(xiàn)提高生產(chǎn)率減少菜籽損失的目標(biāo)，與脫粒機(jī)構(gòu)相關(guān)的科研活動(dòng)也日益增 多。華中科技大學(xué)工學(xué)院宗望遠(yuǎn)，廖慶喜等人對(duì)完熟期油菜果莢不同脫粒方式的脫粒 效果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，得出油菜聯(lián)合收割機(jī)脫粒裝置宜設(shè)計(jì)為沖擊脫粒和搓擦脫粒組 合的脫粒方式的結(jié)論 [9]。洛陽(yáng)工學(xué)院的師清翔，劉師多等人對(duì)小麥的脫粒方式進(jìn)行實(shí) 驗(yàn)研究，湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院的謝方平教授，孫松林教授等以及華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué) 院羅錫文教授等人，通過(guò)對(duì)水稻等作物的脫粒方式進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，通過(guò)與傳統(tǒng)的剛 性脫粒原理進(jìn)行對(duì)比，從多方面研究了柔性脫粒機(jī)理，并證明了其優(yōu)越性，能夠減少 脫粒的籽粒破碎率為油菜脫粒機(jī)械的設(shè)計(jì)開(kāi)拓了新方向。 [10]-[13]江蘇大學(xué)的李耀明， 李洪昌，徐立章等人通過(guò)對(duì)短紋桿-板齒與釘齒脫粒滾筒的脫粒對(duì)比試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn) 相對(duì)釘齒脫粒滾筒而言，短紋桿-板齒脫粒滾筒在脫粒水稻時(shí)功耗低，脫出混合物雜 余含量少，能有效的減輕清選負(fù)荷，也為油菜脫粒機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了新思路 [14]。 分段收獲更加適應(yīng)于油菜的自身特點(diǎn)與我國(guó)油菜種植狀況，所以分段收獲也是近 期研究開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)。隨著我國(guó)對(duì)油菜產(chǎn)業(yè)的扶植逐漸加大，從事油菜機(jī)械化分段收獲 研究的科技人員也日益增多，對(duì)油菜的分段脫粒清選進(jìn)行理論研究與現(xiàn)實(shí)與相關(guān)機(jī)械 的發(fā)明。 近年來(lái)，先后研制出了多款相應(yīng)機(jī)械，適用于油菜的分段收獲，這些機(jī)械也表現(xiàn) 出相對(duì)于聯(lián)合收割機(jī)的的一些優(yōu)點(diǎn)，主要是收獲損失率的降低和對(duì)天氣的敏感程度的 降低，所以不少機(jī)械都得到了應(yīng)用并推廣，如四川晨豐農(nóng)機(jī)裝備有限公司研制發(fā)明的 一種油菜脫粒機(jī)，就獲得了國(guó)家的發(fā)明專利，并在四川地區(qū)得到了推廣，還有四川安 通農(nóng)業(yè)有限公司研制的5TG-86C型油菜稻麥脫粒機(jī)。 國(guó)外這方面的研究比較早，機(jī)械化程度也比較高，早在上世紀(jì)八十年代，就有國(guó) 外專家對(duì)油菜的收獲方式從損失率，天氣影響，及油菜籽含油量等方面進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研 究，Sims 對(duì)兩種方法的產(chǎn)量與含油量進(jìn)行試驗(yàn)比較，Bowerman 與 Harris 則從天氣影 響以及菜籽含水率與含油率對(duì)兩種方法收獲方法進(jìn)行比較，Bengtsson 也做了類似的 比較，結(jié)果不完全一致，但多組數(shù)據(jù)表明，利用分段收獲法的損失率更小，菜籽含油 也更高，總體來(lái)說(shuō)，分段收獲更加適用于油菜本身，但在天氣影響較小的情況下，聯(lián) 合收割有其優(yōu)點(diǎn)，比如說(shuō)作業(yè)效率，菜籽籽粒大而均勻等。 [15]-[18] 5 1.3 本課題設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 本次設(shè)計(jì)的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：脫粒機(jī)的動(dòng)力與傳動(dòng)裝置,脫粒裝置、分離裝置、 清糧裝置、和機(jī)架等的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與力學(xué)分析以及主要零、部件（包括脫粒滾筒、逐 稿器、清選篩、風(fēng)機(jī)等）的選擇和設(shè)計(jì)； 2 總體方案的確定 2.1 脫粒機(jī)的工作原理 脫粒裝置的工作過(guò)程的物理現(xiàn)象是比較復(fù)雜的，歸納起來(lái)，主要靠沖擊﹑揉搓、 梳刷等原理進(jìn)行脫粒。結(jié)合油菜的脫粒特性以及華中農(nóng)業(yè)大學(xué)廖慶喜等人對(duì)完熟期油 菜果莢不同脫粒方式的脫粒效果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，得出結(jié)論，實(shí)際工作中，油菜的脫 粒方式宜采用沖擊脫粒和揉搓脫粒相結(jié)合的脫離方式。 被割下的油菜通過(guò)一定時(shí)間的晾曬后從脫粒機(jī)的喂入口喂入脫粒機(jī)的脫粒裝置內(nèi)， 在由脫粒滾筒與凹板組成的脫粒間隙里受到反復(fù)的沖擊與揉搓進(jìn)行脫粒，被脫粒后的 油菜籽和細(xì)小秸稈以及果莢殼通過(guò)凹板篩孔掉入由振動(dòng)篩與風(fēng)機(jī)組成的清選裝置，進(jìn) 行清選。較大的秸稈和果莢以及夾帶的一些油菜籽則通過(guò)機(jī)械的排出口排出，小雜余 及夾帶的油菜籽經(jīng)排出口上的篩孔掉入下面的清選裝置，和從凹板篩孔掉下的脫出物 一同經(jīng)受風(fēng)機(jī)和振動(dòng)篩的作用，進(jìn)行清糧，小雜余被風(fēng)機(jī)吹出機(jī)外，油菜籽進(jìn)入集糧 裝置，排出口上的大脫出物被排出機(jī)外。 [19] 脫粒機(jī)的工作流程如圖 1： 待脫粒油菜 大脫出物脫粒裝置 機(jī)外長(zhǎng)莖稈排出口小脫出物 夾帶油菜籽 及小雜余 清選裝置 細(xì)雜余油菜籽 機(jī)外 6 圖 1 整機(jī)的工作流程 Fig1 process of the whole machine working 其工作原理如圖 2： 圖 2 整機(jī)工作原理圖 Fig2 The working principle diagram of threshing machine 2.2 整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及分析 2.2.1 喂入部分 采用全喂入的方式，可以節(jié)省人工勞力，喂入部分是油菜植株進(jìn)入脫粒機(jī)的入口， 通過(guò)人工把收割下來(lái)的油菜從喂入口喂入脫粒滾筒，其地點(diǎn)和大小尺寸以方便喂入以 及滿足喂入量為準(zhǔn)，具體參數(shù)根據(jù)設(shè)計(jì)的要求來(lái)確定。 7 2.2.2 脫粒部分 脫粒部分是整個(gè)脫粒機(jī)械的核心部分之一，油菜的脫粒效果及清選的難易程度很 大方面有這部分有關(guān)，這方面包含脫粒裝置的類型，滾筒的形式，滾筒上脫粒元件的 形式以及凹板的形式及包角，滾筒的尺寸及轉(zhuǎn)速等， 近年來(lái)已有很多研究人員油菜 的分段收獲的脫粒裝置進(jìn)行了各方面的研究，根據(jù)實(shí)際情況也得出了很多有用的結(jié)論。 現(xiàn)在脫分裝置的形式主要有軸流式和切流式兩種，所謂切流式的脫粒是指作物從 滾筒的切向喂入，脫粒后又從滾筒的切向排出，而軸流式脫分裝置脫粒時(shí)則是作物沿 軸向流動(dòng)，從一端喂入，從另外一端排出雜質(zhì)等。切流式脫分裝置的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn) 單，能耗相對(duì)小一點(diǎn)。但脫凈率不是很高。目前，油菜收獲的脫粒分離裝置多為軸流 式。軸流式脫粒分離裝置在工作時(shí)谷物作螺旋運(yùn)動(dòng), 脫粒柔和且工作時(shí)間長(zhǎng)，因而脫 凈率、破碎率和分離率等指標(biāo)均優(yōu)于切流式脫分裝置，不過(guò)其功耗大于切流式脫分裝 置。目前作物在軸流式脫粒裝置中的工藝流程主要有下面圖3四種形式，其各有優(yōu)缺 點(diǎn)。 [20] a.徑向喂入，徑向排出； b.徑向喂入，軸向排出； c.軸向喂入，徑向排出； d.軸向喂入，軸向排出； 圖3 軸流式脫粒裝置的作物工藝流程形式 Fig3 The process form crop in axial flow threshing device 8 作物從軸向喂入時(shí)，不易進(jìn)入滾筒凹板間隙，所以在人工喂送作物的軸流滾筒式 脫粒機(jī)，從軸向喂入作物時(shí)，必須把滾筒凹板在喂入口端的間隙放大，以便滾筒抓取， 而自動(dòng)喂入時(shí)，必須配備專用的螺旋葉輪，把作物導(dǎo)入，脫粒裝置，其消耗的功率大， 且容易引起作物纏草。作物軸向排出時(shí)需要滾筒伸出凹板與蓋組成的圓筒外，比較麻 煩。而作物徑向喂入與徑向排出設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，其工作原理與切流式的脫粒裝置類似， 喂入口與排草口的的設(shè)計(jì)也可以參考其原則，作物脫粒流程從徑向喂入與徑向排出時(shí)， 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要其他特殊的結(jié)構(gòu)。考慮上面這些因素，以及本次設(shè)計(jì)的喂入量為 200Kg/h以上，不是很大，所以滾筒形式對(duì)功耗的影響不是很明顯，對(duì)比切流式與軸 流式脫粒滾筒的優(yōu)缺點(diǎn)以及滾筒上各種脫粒元件的脫粒原理，這次設(shè)計(jì)采用徑向喂入 徑向排出的軸流式脫粒裝置。 凹板的結(jié)構(gòu)有柵格式，沖孔篩式，以及編織篩等類型，其中，柵格式凹板的強(qiáng)度 大，剛性好，篩孔率大，所以脫粒分離效果較好，是軸流式脫粒機(jī)較為適合的凹板裝 置 [20]。這次設(shè)計(jì)也是采用這種凹板。 目前，軸流式脫粒滾筒的脫粒元件多數(shù)為桿齒，也有板齒，葉片，紋桿或紋桿與 桿齒混合的。另外，江蘇大學(xué)的李耀明教授等人通過(guò)對(duì)油菜軸流脫粒不同形式滾筒的 脫粒性能進(jìn)行了研究，通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明，在特定的喂入量與油菜品種的情況下短紋桿脫 粒滾筒的綜合脫粒性能指標(biāo)比較好，是一種較好的油菜脫粒分離裝置。這次設(shè)計(jì)采用 較常用的桿齒作為脫粒元件。 綜合上面的分析，結(jié)合設(shè)計(jì)要求（喂入量，功率，損失率等）力求達(dá)到好的脫粒 效果，來(lái)選擇脫粒裝置的形式。決定采用徑向喂入徑向排出軸流式，桿齒脫粒滾筒， 柵格式凹板以及螺旋導(dǎo)向板的組合為脫粒裝置，其具體的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)則結(jié)合設(shè)計(jì)要 求進(jìn)行選擇與計(jì)算再確定。 2.2.3 分離清選部分 前面已經(jīng)確定了脫粒形式為全喂入式的軸流式脫粒方式，由于軸流式脫粒方式的 脫粒時(shí)間長(zhǎng)，脫凈率高，分離率可高達(dá)99%，所以無(wú)需再另設(shè)其他的分離裝置了。清 選裝置的作用是將經(jīng)過(guò)脫粒裝置脫下和分離裝置分出來(lái)的谷物混合物中的穎殼，碎莖 等清除干凈，將細(xì)小雜物排出機(jī)外，以的到清潔的谷粒。目前主要有氣流式清選裝置， 風(fēng)扇篩子式清選裝置，以及氣流清選筒等。其中，氣流式清選裝置是靠風(fēng)扇產(chǎn)生的氣 流清除谷粒中的雜質(zhì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但清潔度較差，大多用于簡(jiǎn)易的脫粒機(jī)。氣流清選 筒則是利用谷粒混合物通過(guò)清選筒時(shí)各部分離心力及懸浮速度不同將谷粒與雜質(zhì)分離， 這種清選裝置不已把碎莖和斷穗清除干凈。風(fēng)扇篩子即利用了谷粒的空氣動(dòng)力特性， 9 又利用了谷粒混合物尺寸差異性質(zhì)，因此其分離效果最好，此次設(shè)計(jì)的清選裝置就用 風(fēng)扇篩子式清選裝置。 [20] 風(fēng)扇篩子式清選裝置主要包含風(fēng)機(jī)和振動(dòng)篩部分，振動(dòng)篩與離心風(fēng)機(jī)用于清除從 滾筒中落下的油菜籽中細(xì)雜余，結(jié)合南京農(nóng)業(yè)大學(xué)吳崇友等人對(duì)油菜分段收獲脫粒清 選實(shí)驗(yàn)以及稻麥脫粒機(jī)的清選裝置，本次設(shè)計(jì)決定采用雙層振動(dòng)篩加離心風(fēng)機(jī)的方法， 振動(dòng)篩及風(fēng)機(jī)的各種參數(shù)根據(jù)油菜籽及雜余的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 [21] 2.2.4 機(jī)架及行走部分 機(jī)架主要起固定連接其余各部分與保證工作可靠性及安全性的作用，其設(shè)計(jì)主要 以穩(wěn)定可靠及經(jīng)濟(jì)為要求。行走部分則是為了適應(yīng)場(chǎng)上作業(yè)，提高其工作效率而設(shè)計(jì) 的一部分裝置，考慮到本次設(shè)計(jì)的機(jī)械較小較輕及減小能耗的目的，行走部分只是在 機(jī)架的腳上安裝行走輪，采用人力推動(dòng)的方式移動(dòng)，行走輪設(shè)計(jì)為可折疊式，當(dāng)要求 在場(chǎng)上移動(dòng)時(shí)就放下，脫粒機(jī)工作時(shí)則收起，以保證工作的平穩(wěn)性。 2.2.5 動(dòng)力傳動(dòng)裝置 從前面的分析可知，本次設(shè)計(jì)的脫粒機(jī)需要傳動(dòng)的部分有原動(dòng)機(jī)與脫粒滾筒之間， 脫粒滾筒與振動(dòng)篩，脫粒滾筒與風(fēng)機(jī)之間。 因?yàn)楸緳C(jī)在場(chǎng)上作業(yè)，且有移動(dòng)的要求，所以一直相配的動(dòng)力采用汽油機(jī)或柴油 機(jī)，功率與脫粒機(jī)作業(yè)效率相配，取2.2—3KW。傳動(dòng)部分主要是連接原動(dòng)機(jī)與各個(gè)工 作部件的構(gòu)件，其選擇與各部件的工作要求有關(guān)，因?yàn)槭寝r(nóng)用機(jī)械，振動(dòng)較大，載荷 變化也大，主要用的有V帶傳動(dòng)，鏈傳動(dòng)，同步帶傳動(dòng)等。下面這三種傳動(dòng)方式特點(diǎn) 進(jìn)行分析。 三種傳動(dòng)方案的性能比較如表1： [22] 表1 三種傳動(dòng)方案的比較 Table1 Comparison of three kinds of transmission scheme 傳動(dòng)方式 傳動(dòng)效率 使用壽命 傳動(dòng)扭矩 成本 鏈傳動(dòng) 正常 較長(zhǎng) 較小 較貴 V 帶傳動(dòng) 較高 最長(zhǎng) 最大 一般 同步帶傳動(dòng) 最高 差 小 最貴 從上面的對(duì)比可以看出，V帶傳動(dòng)是一種較好的傳動(dòng)方式，同時(shí)V帶傳動(dòng)具有安裝 容易，占地面積小，又是撓性件，具有彈性，能夠緩和沖擊，吸收震動(dòng)等一些優(yōu)點(diǎn)， 因此能適應(yīng)農(nóng)用機(jī)械工作環(huán)境惡劣，載荷變化大的情況，所以選用V帶傳動(dòng)可以使脫 粒機(jī)的工作平穩(wěn)，噪音也可以減小。 10 綜合上面的分析選擇，脫粒機(jī)的總體方案確定如下：脫粒機(jī)脫粒裝置采用徑向喂 入徑向排出軸流式脫粒滾筒，脫粒元件采用桿齒，采用柵格式凹板篩。清選裝置采用 風(fēng)扇篩子式清選裝置。采用2.2—3kw的汽油機(jī)或柴油機(jī)作為動(dòng)力機(jī)械，各部件的傳動(dòng) 都采用V帶傳動(dòng)。機(jī)架上裝有行走輪，用于機(jī)械的場(chǎng)上移動(dòng)作業(yè)。 整機(jī)消耗的功率計(jì)算。 （1）脫粒裝置的功率消耗的計(jì)算。脫粒裝置在工作時(shí)，在運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性較好（保 障脫粒滾筒運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性的條件：有足夠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；發(fā)動(dòng)機(jī)有足夠的儲(chǔ)備功率和較靈 敏的調(diào)速器）的條件下，其功率總耗用N 由兩部分組成：一部分用于克服滾筒空轉(zhuǎn)而 消耗的功率 （占總功率消耗的5%-7%） ，一部分用于克服脫粒阻力而消耗的功率k （占總功率消耗的93%-95%） ， [22]所以脫粒裝置的功率消耗為：t N = + （kW） (1)kt 1）其中空轉(zhuǎn)功率消耗: = +?A3B 式中： ——系數(shù)， 為克服軸承及傳動(dòng)裝置的摩擦阻力的功率消耗， A310).-2(??? B——系數(shù)， 為克服滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的空氣迎風(fēng)阻力而消耗的功率，3 .68.-4?）（ 前面已經(jīng)確定了滾筒的轉(zhuǎn)速為 ，化為角速度后為 ，A 取750/minr 78.5?? ，B 取 ，經(jīng)計(jì)算30.21??30.51??33.2178.5010241KNKW?????? 2)其中脫粒功率消耗 :這個(gè)過(guò)程比較復(fù)雜，油菜首先是以較低的速度進(jìn)入脫粒t 裝置入口處，與高速旋轉(zhuǎn)的脫粒滾筒接觸，然后被拖入脫粒間隙進(jìn)行脫粒，既有梳刷 也有打擊，目前還沒(méi)有專門(mén)的計(jì)算公式針對(duì)油菜的脫粒進(jìn)行精確地計(jì)算，查閱本次計(jì) 算相關(guān)資料，本次計(jì)算用計(jì)算軸流式滾筒消耗的功率經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算，軸流式滾筒 脫粒機(jī)滾筒消耗的功率為 ，本機(jī)設(shè)計(jì)的喂入量為 0.2kg/s，因此1910.5/kwgs?: KW 左右。tN=10.2? 將數(shù)據(jù)代入 N = + 得：kt N=0.241+2=2.241（ ）k （2）清選裝置的功率消耗的計(jì)算。 篩選裝置消耗的功率由下式可求得： )(/wNQps?? （2） 其中： ——單位時(shí)間進(jìn)入清選裝置的脫出物質(zhì)量，前面已經(jīng)計(jì)算得 0.14（sQ ） ；kg/ 11 ——單位脫出物質(zhì)量清選篩所需的功率（ ） ，上篩：0.4-0.5，下篩：pN skgw/ 0.25-0.3； ——選別能力系數(shù)，0.8-0.9。? 代入數(shù)據(jù)可得消耗的功率： /0.145/.8+014.23/0.8=1kspNQ??? 加上風(fēng)機(jī)所需功率，所以清選裝置所需功率 0.22kw。 傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)。前面已經(jīng)確定了本機(jī)的傳動(dòng)為 V 帶傳動(dòng)，現(xiàn)確定傳動(dòng)路線如下： 原動(dòng)機(jī)→脫粒滾筒軸→風(fēng)機(jī)軸 ↓→振動(dòng)篩曲軸 原動(dòng)機(jī)通過(guò) V 帶把動(dòng)力傳送到滾筒軸的一端，帶動(dòng)滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行脫粒做功，同 時(shí)滾筒的另一端裝有 V 帶輪，把動(dòng)力傳到風(fēng)機(jī)和振動(dòng)篩，進(jìn)行清選。 動(dòng)力裝置的選擇。通過(guò)上面的計(jì)算，考慮到 V 帶傳動(dòng)的效率，查閱相關(guān)書(shū)籍 [23]， 取其傳動(dòng)效率為 ，可以知道整個(gè)脫粒機(jī)消耗的功率，其消耗的總功率為： 0.95?? (/.)/(.2/095.41)/0.952.7qPN kw????總 由于本設(shè)計(jì)要求脫粒機(jī)能在場(chǎng)上可以移動(dòng)，所以不能用一般的電動(dòng)機(jī)來(lái)作動(dòng)力， 而是要用柴油機(jī)或者汽油機(jī)來(lái)做動(dòng)力，且要求其機(jī)身小巧，查閱資料 [23]，配套 4 馬 力的小型柴油機(jī)或汽油機(jī)即可滿足動(dòng)力需求，如常飛 R170 型號(hào)柴油機(jī)，標(biāo)定轉(zhuǎn)速為 2600r/min，通過(guò)配置減速器和皮帶輪就可達(dá)到所需轉(zhuǎn)速，還有 TZY170F 柴油發(fā)動(dòng)機(jī) 都能滿足要求。 3 關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算 前面已經(jīng)對(duì)脫粒機(jī)的整體設(shè)計(jì)做了選擇，現(xiàn)在進(jìn)行零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算。 3.1 脫粒滾筒的設(shè)計(jì) 脫粒滾筒是脫粒機(jī)的關(guān)鍵部件，因此其設(shè)計(jì)的好壞直接影響脫離的效果。前面已 經(jīng)確定了本脫粒機(jī)采用全喂入軸流脫粒的方式，因此，其尺寸與結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)都應(yīng)和全 喂入軸流式的脫粒機(jī)構(gòu)相適應(yīng)。軸流式脫粒滾筒有圓柱型與圓錐形兩種形式，經(jīng)過(guò)前 面的分析，這次設(shè)計(jì)取圓柱形形式。 3.1.1 脫粒滾筒直徑和滾筒長(zhǎng)度的確定 滾筒直徑直接影響脫粒的效果，直徑太小容易纏繞作物，也使凹板分離面積減小， 滾筒直徑大則能適應(yīng)大的喂入量。此次設(shè)計(jì)采用桿齒作為脫粒元件，在實(shí)際計(jì)算中， 要考慮到喂入油菜的莖稈包裹滾筒的包角 ，應(yīng)該滿足 [16]? 12 （3）2d2L?????ππ 由生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)可知，喂入滾筒的長(zhǎng)度L一般為400-500mm，這里設(shè)計(jì)取500mm。對(duì)于包 角 ，其大小與與脫粒的質(zhì)量和功耗有關(guān)，在一定范圍內(nèi)，包角 越大，脫粒效果越? 好，但脫粒的功耗增大，現(xiàn)在的包角一般為150°-240°之間，以180°的最多，所以 有 250d=3mL????π 查《農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》 [22]可知，一般的軸流式脫粒滾筒的直徑為550mm- 650mm，最小的也有400mm，結(jié)合上面的計(jì)算，這里取500mm。 滾筒的直徑應(yīng)還包含上面的脫粒元件長(zhǎng)度，前面已經(jīng)確定了脫粒元件為桿齒，查 閱相關(guān)資料桿齒的工作高度一般為50-100mm，這里取60mm。于是，滾筒的直徑為 500+2×60=620mm[18]。 對(duì)于滾筒的長(zhǎng)度，則主要取決于分離效果，要使脫粒的作物能充分分離，則脫粒 滾筒的長(zhǎng)度要充分長(zhǎng)，這是因?yàn)檩S流滾筒的后半段相當(dāng)于分離裝置，凹板篩相當(dāng)于分 離篩，主要起分離作用，也起脫離作用。所以在滾筒直徑一定的情況下，滾筒長(zhǎng)度越 長(zhǎng)，通過(guò)能力則越大，但秸稈的破碎率與滾筒的功耗也會(huì)相應(yīng)增加，所以在保證脫凈 率和分離率的前提下，滾筒長(zhǎng)度盡量去小些。查閱《農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知現(xiàn)有的 的軸流式脫粒機(jī)的脫粒機(jī)的脫粒滾筒長(zhǎng)度大致為1-3m，這次設(shè)計(jì)的是小型軸流脫粒機(jī)， 喂入量較小，還要方便在在場(chǎng)上移動(dòng)，所以滾筒的長(zhǎng)度取一個(gè)較小的值粗取1200mm [22]。 3.1.2 滾筒線速度與脫粒間隙的確定 脫粒滾筒的作用是通過(guò)帶動(dòng)其上的圓柱齒而進(jìn)行脫粒工作，其滾筒的轉(zhuǎn)速影響著 脫離的質(zhì)量和效率，一個(gè)結(jié)構(gòu)合理的滾筒，如果沒(méi)有適當(dāng)?shù)木€速度，就不可能有良好 的脫粒性能。線速度的大小，決定了對(duì)作物的沖擊和梳刷作用的強(qiáng)弱。線速度小時(shí)， 沖擊力減弱，使脫粒的時(shí)間延長(zhǎng)而生產(chǎn)率低下，甚至脫粒不干凈；線速度越高，沖擊 力越大，脫凈率越高，但是線速度過(guò)高時(shí)，脫粒效果的提高并不顯著，功率消耗反而 增加，谷粒和秸稈的破碎率也提高，且使油菜籽粒在滾筒上的跳動(dòng)加劇，增加拋散損 失。因此，線速度的大小，要以脫凈又不要破碎谷粒為原則。對(duì)圓柱軸流桿齒滾筒而 言，線速度一般為 17~24m/s,相應(yīng)的轉(zhuǎn)速為 520~740m/s，結(jié)合南京農(nóng)機(jī)機(jī)械化研究所 張敏等人的研究成果（滾筒直徑為 540mm 時(shí)，滾筒轉(zhuǎn)速為 650r/min 的情況下油菜脫 13 粒功耗相對(duì)較?。┤【€速度 24m/s[24]，這樣滾筒的轉(zhuǎn)速就可以確定了，經(jīng)過(guò)計(jì)算滾筒 的轉(zhuǎn)速 750r/min。 脫粒間隙也是影響脫粒效果的重要因素之一,間隙小分離能力強(qiáng),但莖稈破碎多,難 分離,間隙大則有相反的優(yōu)缺點(diǎn),結(jié)合油菜的植株特點(diǎn)(其莖干直徑一般為20mm左右)和 實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),確定本次設(shè)計(jì)的脫粒間隙為20mm。 3.1.3 脫粒滾筒的結(jié)構(gòu)及脫粒元件的設(shè)計(jì) 為避免脫粒的重量不至于太大，滾筒的形式采用開(kāi)式滾筒，由三個(gè)輻盤(pán)支撐，上 面均勻分布六條橫版，橫版用螺栓固定在輻板上,橫版上布置有脫粒桿齒，經(jīng)比較采 用圓柱桿齒較為合適，滾筒上的桿齒按螺旋線排列，查《農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》 [22]確 定此次設(shè)計(jì)桿齒的螺線頭數(shù)為3,齒跡距為40mm,齒距為80mm,桿齒高度為60mm,直徑為 12mm.輻板如圖4. 圖4 滾筒輻板結(jié)構(gòu)圖 Fig4 the structure diagram of wheel disk 3.1.4 凹板篩尺寸的設(shè)計(jì) 經(jīng)過(guò)前面綜合比較已經(jīng)確定，本設(shè)計(jì)采用柵格式凹板，其結(jié)構(gòu)有橫隔板,側(cè)弧板 和篩條組成,其結(jié)構(gòu)如圖5所示。 14 圖 5 凹板篩結(jié)構(gòu)示意圖 Fig5 Notch board sieves structure sketch map 凹板直徑是決定生產(chǎn)率的主要參數(shù)（在限制滾筒轉(zhuǎn)速的情況下，凹板直徑是決定 生產(chǎn)率的唯一參數(shù)） ，凹板直徑與生產(chǎn)率成正比，但不是一次性線性關(guān)系。 根據(jù)凹板直徑與生產(chǎn)率的關(guān)系和實(shí)際生產(chǎn)情況，結(jié)合滾筒直徑和脫粒間隙,本設(shè) 計(jì)現(xiàn)選取凹板直徑 D 為 680mm. 凹板篩的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)還要結(jié)合喂入口和排出口,本次設(shè)計(jì)的喂入量較小因此喂入口 寬取350mm,排出口寬取200mm,喂入口距滾筒中心200mm,排出口則布置在俺班最低端. 包角去目前180度,長(zhǎng)度配合滾筒去1250mm,篩孔結(jié)構(gòu)尺寸取40×15mm。 a.伸入量 b.重疊量 β.螺旋升角 圖6 頂蓋導(dǎo)向板配置圖 Fig6 The diagram of guide plates in top configuration 3.1.5 頂蓋的設(shè)計(jì) 軸流式脫粒滾筒上方的頂蓋與凹板篩鑲接組成圓形的脫粒實(shí),本次設(shè)計(jì)為圓柱形 軸流滾筒,因此頂蓋內(nèi)壁設(shè)計(jì)有螺旋線導(dǎo)向板,用來(lái)控制作物軸向移動(dòng)速度,根據(jù)《農(nóng) 業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》 [16]可知其螺旋升角一般為20 ~50°升角過(guò)大導(dǎo)向板起不到軸向?qū)?向作用,作物滯留,秸稈破損嚴(yán)重.此次設(shè)計(jì)取25°.導(dǎo)向板與脫粒滾筒的間隙過(guò)大作物 流動(dòng)會(huì)不暢,生產(chǎn)效率降低,間隙過(guò)小則會(huì)是碎秸稈增多,消耗功率,一般取10 ~15mm, 此次設(shè)計(jì)取10mm,導(dǎo)向板高度取60mm,厚度為2mm,頂蓋厚度4mm.重疊量為50mm喂入口處 有一塊導(dǎo)板橫跨整個(gè)喂入口,最后一塊導(dǎo)板的位置能使脫粒過(guò)的喂草能到送至排出口 并伸長(zhǎng)100mm.其示意圖如圖6. 15 3.2 清選部件的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.2.1 清選篩形式和尺寸的設(shè)計(jì) 前面的分析已經(jīng)確定了清選部分采用風(fēng)機(jī)加振動(dòng)篩的方式.由于油菜籽的直徑較 小,為取得較好的分離效果,設(shè)計(jì)為雙層的振動(dòng)篩上下兩層配置,參考江蘇大學(xué)李耀明 教授及湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)唐倫等人對(duì)油菜脫粒分離裝置的研究成果 [25]-[27],本次設(shè)計(jì)的上 層篩子為開(kāi)度為10mm的魚(yú)鱗篩,下篩為?4的圓孔篩,上篩主要把破秸稈和殘穗等分離出 來(lái)，起粗篩選的作用，下篩主要選出干凈的油菜籽，起精篩選作用，兩層篩間隔 100mm。 篩子面積由公式（4）確定, （4）/sABLQq? 式中A 篩子的面積 B(m) 篩的寬度，對(duì)于橫軸流滾筒脫粒機(jī)，B接近于脫離裝置的寬度， 這里取900mm； （Kg/s） 進(jìn)入清糧裝置谷?；旌衔锪系闹亓?；S L（m） 篩子的長(zhǎng)度； (kg/(ms) 單位篩面可以承擔(dān)谷?；旌衔锏奈谷肓?，對(duì)于可調(diào)魚(yú)鱗篩為sq 1.5-2，對(duì)于不可調(diào)篩子則為可調(diào)篩子的一半； 設(shè)計(jì)機(jī)械的喂量為0.2kg/s，又查的《農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知全喂入軸流脫粒 機(jī)清選機(jī)構(gòu)喂入量為總喂入量的70%，所以 =0.7×0.2=0.14 kg/s， 取1.5，帶入SQsq 公式計(jì)算可得篩面積為約為0.5㎡，所以L為600mm左右，為保證對(duì)排出物有足夠的清 選時(shí)間減少損失，稍微取大點(diǎn)，確定上篩魚(yú)鱗篩長(zhǎng)長(zhǎng)650mm，下篩一般比上篩短一點(diǎn)， 確定為500mm。 3.2.2 清選篩主要參數(shù)的確定 兩層篩子通過(guò)篩架固定一起，通過(guò)曲軸的帶動(dòng)一起運(yùn)動(dòng)，篩子下面布置有風(fēng)機(jī)， 通過(guò)風(fēng)機(jī)的風(fēng)力和篩子的振動(dòng)使從凹板篩里掉入篩子脫出物中的雜余排出，油菜籽則 通過(guò)兩層篩子掉入排糧口，最終進(jìn)入集糧裝置。 振動(dòng)篩的一端和曲軸連接，另一端用吊桿連接在機(jī)架上，通過(guò)曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn) 振動(dòng)篩架的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，把曲軸簡(jiǎn)化為曲柄，整個(gè)清選機(jī)構(gòu)就可簡(jiǎn)化為一個(gè)曲柄連桿機(jī) 構(gòu)，清選系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖7： 16 1.曲抦 2.連桿 3.下篩 4.上篩 5.擋板 6.吊桿 7.風(fēng)機(jī) 圖7 清選系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 Fig7 The structure diagram of Cleaning system 吊桿長(zhǎng)度取100mm，查閱有關(guān)資料知曲柄的長(zhǎng)度r一般為23~30mm，這次取25mm， 連桿AB的長(zhǎng)為661mm，曲軸半徑遠(yuǎn)小于連桿的長(zhǎng)度，因此可以認(rèn)為篩子做直線擺動(dòng)。 β為篩子的擺動(dòng)角。為保證有較好的的清選效果，篩面應(yīng)有一定的傾角α，查閱相關(guān) 資料可知其值一般為+10°~-10°具體的確定還需考慮脫出物料的摩擦角，篩面的傾 角應(yīng)小于篩面的摩擦角φ，有關(guān)人員經(jīng)過(guò)測(cè)試得到了油菜脫粒時(shí)脫出物中各物料的摩 擦系數(shù) [28]如表2。 表2 油菜脫?；旌衔锏哪Σ料禂?shù) Table2 The friction coefficient of rape threshing mixture 物料 油菜籽 短莖稈 角果殼 摩擦系數(shù) 0.293 0.855 0.805 把摩擦系數(shù)化為摩擦角，最小的為油菜籽的，為16.1°，篩面傾角過(guò)大會(huì)影響清 選效果與功耗，所以不宜太大，這次設(shè)計(jì)取α為3°。 風(fēng)機(jī)與篩子的配置需要考慮到油菜脫粒時(shí)個(gè)脫出物的懸浮速度，經(jīng)過(guò)查閱資料 [28]可 知油菜脫出物中各物料的懸浮速度如表3 表3 油菜脫?；旌衔锏膽腋∷俣?Table3 The suspended velocity of rape threshing mixture 物料 油菜籽 短莖稈 角果殼 輕雜物 懸浮速度 （m/s） 6.27-7.28 6.46-7.34 5.42-6.05 2.48-3.41 從上面的數(shù)據(jù)可以看出，最佳氣流速度為4m/s-6m/s，考慮到風(fēng)力在篩咋后部會(huì) 減弱，所以風(fēng)機(jī)風(fēng)速取6m/s，出風(fēng)口與水平面夾角為25°。 篩架如圖8所示 17 圖8 篩架 Fig8 Screen frame 3.2.3 清選篩運(yùn)動(dòng)參數(shù)的確定 在整個(gè)清選分離過(guò)程當(dāng)中，如果短莖桿和角果殼能保持上行的趨勢(shì)和躍起，而油 菜籽能上行、下行和發(fā)生躍起現(xiàn)象，則既有利于保證雜物快速?gòu)恼駝?dòng)篩尾排出機(jī)外， 同時(shí)又可以保證油菜籽有很好的透篩概率，從而獲得很好的清選效果。 引入加速度比 （5） 2r/gK?? 式中 ——曲軸角速度（ ）?1s? R——曲軸半徑（m） G——重力加速度（m/s） 經(jīng)人對(duì)油菜脫出物中各脫出物的上行下行及躍起形式進(jìn)行分析（分析過(guò)程見(jiàn)參考 文獻(xiàn)，這里不詳細(xì)敘述），得出最佳的加速度比K的取值范圍為2.75≤K≤3.4，曲軸 半徑r已經(jīng)確定為25mm，相應(yīng)的可以算出曲軸轉(zhuǎn)速n為250-350r/min，這里取 350r/min。篩子的振幅約為兩倍的曲軸半徑為50mm。 3.2.4 風(fēng)機(jī)參數(shù)的選擇 本機(jī)風(fēng)選機(jī)構(gòu)采用農(nóng)機(jī)中廣泛采用的農(nóng)用型風(fēng)機(jī),雙面進(jìn)氣，葉片平直,外形為切 角矩形,這樣能使氣流沿出口寬度方向的不均勻性別得到改善，殼體采用圓筒形,前面 已經(jīng)說(shuō)明油菜脫出物清選的相對(duì)較好風(fēng)速為 ， 在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，空氣的46pVms?: 容重為 .那么風(fēng)機(jī)的風(fēng)速為 ，初步選取風(fēng)機(jī)的風(fēng)速為 。37.12mN?? ~86m/sv? （1） 本機(jī)設(shè)計(jì)輕夾雜物的質(zhì)量為 則空氣的流量為：10.qkg 40.63Q?? （6） 式中 —輕雜質(zhì)質(zhì)量與空氣之比的系數(shù)，? .0~2 18 （2） 風(fēng)機(jī)的全壓力 ：P dsP?? （7） 式中 —風(fēng)扇的靜壓，距離下篩為 30 毫米左右，sP —風(fēng)扇動(dòng)壓，d 2 231.76103.10sdvPgh Pa?????????? 式中 —水的密度，?31mk 3.2.5 風(fēng)機(jī)的參數(shù)計(jì)算 （1） 葉輪的外徑 [22] 2606023.10.5757PgDmn?????? （8） 式中 —壓力系數(shù)，?4.0~3?? —風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，取n75inr （2） 風(fēng)扇進(jìn)風(fēng)口的直徑 [22] 0(.6.8)=(0.6.8)350.27.8mD???::: （9） 取 0.28m。 （3） 風(fēng)扇寬度 B sB)1~9.0(? （10） 式中 —篩子寬度，故取 。s 90m? （4） 風(fēng)機(jī)出風(fēng)口高度 [22]h 0.46.89QhmBv?? （11） （5） 風(fēng)扇功率 19 , 0.4623.10.19QPNkw???? （12） （6） 葉輪參數(shù) 葉片的寬度 (0.89)0.81bBm???: （13） 葉片的內(nèi)徑 12(0.35~.)(.35~.).25~.7D （14） 取 0.15m。 葉片數(shù) ,取 片。6~4?z4z 3.3 機(jī)架 機(jī)架在脫粒機(jī)中用于容納和支承各種零部件。本設(shè)計(jì)機(jī)架主要受力部分材料采用 厚的角鋼，受力較小部分則采用 的角鋼。由于整機(jī)工作過(guò)365m? 302m? 程中會(huì)出現(xiàn)比較大的抖動(dòng)，對(duì)機(jī)架的強(qiáng)度要求比較大，所以對(duì)焊接的要求比較大，本 機(jī)架采用角焊。角焊中，焊縫高度指直角三角形的直角點(diǎn)到斜邊的距離，這個(gè)距離已 經(jīng)比較適合用于整機(jī)震動(dòng)比較大的部件上。機(jī)架外殼為覆蓋件，對(duì)設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求不大， 采用 1mm 厚的薄鋼板沖壓或卷制折彎，各個(gè)部件間的的銜接主要采用焊接和螺栓緊固。 行走輪采用螺栓固定在機(jī)架下端。 3.4 皮帶輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算 3.4.1 滾筒軸上輸入皮帶輪系的設(shè)計(jì) （1）帶型的選擇。根據(jù)總體方案的選擇，選用的是4馬力的柴油機(jī)或汽油機(jī)，其 額定功率為3 左右，轉(zhuǎn)速不一致，通過(guò)在柴油機(jī)或汽油機(jī)上裝減速器變速為kw 1800r/mm，此次設(shè)計(jì)以此為原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) [29]的工況系數(shù)1.1?？傻?計(jì)算功率為： (15)3.capKkw?? 小帶輪轉(zhuǎn)速1800r/min， ，根據(jù)這個(gè)數(shù)據(jù)，查手冊(cè)選擇采用 A 型帶。ca （2）帶輪直徑與帶速的確定。小帶輪的直徑通過(guò)查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) [29]，有 ，其中 是 V 帶的最小基準(zhǔn)直徑， 過(guò)小，會(huì)降低皮帶的使用壽命；反min1d?mind 1d 過(guò)來(lái)，雖然可以延長(zhǎng)皮帶的使用壽命，但是帶傳動(dòng)的外形尺寸隨之增大。 20 選取小帶輪的直徑 。滾筒上大帶輪轉(zhuǎn)速為750r/min，傳動(dòng)比195dm? 大帶輪的基準(zhǔn)直徑 ，取21750.4168n?21()2.4758di m???? 。2dm 上式中 是 V 帶傳動(dòng)的滑動(dòng)率，值很小，在計(jì)算中可以忽略不計(jì)。? 帶速的計(jì)算： max106/vndv???? 代入數(shù)據(jù)得 .5s 對(duì)于普通的 V 帶， ，太小傳遞的功率小，太大則離心力過(guò)大，計(jì)/2max? 算的結(jié)果在合理范圍內(nèi)，符合設(shè)計(jì)要求。 （3）帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度和軸間距的確定。由公式 （16))(2)7.021021dd???（ 代入數(shù)據(jù)得 。5a? 所需帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度為： 201210/()()/4dddLaa?? （17） 代入 ， ， 得 05am?195d?24dm?059.dLm? 則實(shí)際的軸間距為 /)(00La??? 代入數(shù)據(jù)的實(shí)際的軸間距為 。.5 （4）驗(yàn)算小帶輪包角 由下式可求帶輪包角： （18)????3.7/)(1812ad? 0495? 6. 一般 ，最小不低于 ，小帶輪包角合適，不需要使用張緊輪。??12? （5）確定 V 帶根數(shù)。V 帶根數(shù)可由以下公式計(jì)算： (19)?????lAcc kppz???00 其中 ——功率增量，考慮傳動(dòng)比 時(shí)，在大帶輪上的彎曲應(yīng)力較小，在壽命相0p?1?i 同的條件下，可以增大傳遞的功率。 ——包角修正系數(shù)，考慮包角不等于 時(shí)對(duì)傳動(dòng)能力的影響。Ak ?8 ——帶長(zhǎng)修正系數(shù)，考慮包角不