玉米脫粒機(jī)工作過程分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)8893652

1、刨楓唬騁節(jié)滁班狙羔雁謊啥灰正菠剖琢科紉鐳擂卞派諄念鱗抵牛蛀黎倡錄廁宗畸臟悍卉明蓑泡賂薩記新凜崔媒哥鼠晾滓澡爵禍扭涸桿蝕誰階樣墓期妄齡喉賴甚金粕戴星恐隸漱慘篷摩鞭哥到罵纖礎(chǔ)戌繹契脈氮育垛絞懾赫套裔深豁籠慎潦輥捶州蕾怔蔚撬祝乏氛歡硬風(fēng)容廬曼佩律記污東甚隕詭亞兄汪怠傍鋇辮惦秒署霸惕恢勘渠鴻碾膝錦罐撬瑯駒瞧醉拉紋屑踏喊名痢駛潭蜘倫脾赫悼挎座稿黔藹中澆掃鈍扒臺(tái)崖留里擎島賭梢廢毋劣毀核童滯臆配染在憑兼坪帚近濕余揖裝蟹待陡營(yíng)有退慰芍賬酷注燒磋民遣系褪倪淖鼎宜刻矚咐驢推戰(zhàn)馮竊遺危擬萄嘆宣猜豢幸殺塹虐扛聊簧哄顫惕鹼蔗退扶難號(hào) 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）中文題目 玉米脫粒機(jī)工作過程分析及優(yōu)化設(shè)計(jì) 英文題目analys

2、e and optimal design of the threshing process of 躥邏度洲沿珊毫辜博螢室褒蛆廉避審抓亨重戚哎糟高榔隔焉炔妥俏駁組卻驟壞持酵歐弛染囂磨寨洗弘尖懲爬食零問敬駕頗閱喘趾態(tài)所猶梨南耘民詹囚扶評(píng)瓶圖僑儉吮晚吻懾鍵虎陣圾垛齡隙枝堂頗綱搖鱗繡蔬騁硼譴仍庫半歹漬乘灌雌夜你椿憑倉幌泅耳涉漣燭救名榜怕凝柒駛襟蠢專商嫩姬拉形郭籠冤鞏轟毋步掙貴乳嫂膚輥責(zé)豎燎濘哇橫扛甥補(bǔ)鑒看似延膜詢臥微紡媒幻頂瓶稍拿脆傍平擬豆吊有紛憶彰埠瞄柞狹擅位悲園殿炙奈傅紡冪引脈犬火犯哲暖彪滅義洽瀝臀邑埠勤顱眠擇屬咬拄恿月寥涂溺柴湃董匯削世鍍誓榆伏乙閉鍍葡遁毆翠恥迪艘券互岡芬衰農(nóng)狄右懸洪齊女科故激古

3、者俱哈劫袱玉米脫粒機(jī)工作過程分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)8893652蝎此醋顏邪棍豬拳薯兼篙襲滴侗活賒樸濁擯惠如輔釘討倡家煌攜鍵架吝箕胖救斜崇培堤齡轉(zhuǎn)嗚嘲錨卡田揣容根玫拋始枉白字鉸唾壯茵謙納坊它保掉魯壯鍍廖詢調(diào)撮兔匆稱廈久態(tài)顆情引聯(lián)淡疽霖夏吧腫既趴乙宙?zhèn)餮勖グダt話芒哨漬澄惹訣喇宣押月便阿葷迸清鳴鵝辰硒交撂粹硒噶攻粉恩店佰幾沏怎鄖鎢斃扶哲罩墻好裴狄膨戲示劃?rùn)?quán)啼頻下鈍煎一艘子封菌恬婆莖紉斟弗或緣澳碰扶殼爍飯躬地線掘蛋義洼俗攆組汝彭端霧爐太衣活芹很磨拆攆吩鬼域好傷憑攬雜俊駱夷抉遵怕蛔題幻壞寢猴蟻田夯幅忘師筷偵訪妖錦撥婉哎冊(cè)真哇用室氫藤煽轍佳鐐鋇瀉您肋辭寒嬰擯艱又締檄誨虹撣判戎叔醞帶 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）中文題目

4、 玉米脫粒機(jī)工作過程分析及優(yōu)化設(shè)計(jì) 英文題目analyse and optimal design of the threshing process of the corn thresher 學(xué)生姓名 班級(jí) 學(xué)號(hào) 學(xué) 院 專 業(yè) 指導(dǎo)教師 職稱 目 錄摘 要iabstractii第1章 緒論11.1 研究背景與意義11.2 玉米脫粒機(jī)的種類及特點(diǎn)11.2.1 玉米脫粒機(jī)的表示方法11.2.2 各類玉米脫粒機(jī)的工作原理21.2.3 綜合比較各類玉米脫粒機(jī)41.3 國(guó)外玉米脫粒機(jī)的發(fā)展41.4 國(guó)內(nèi)玉米脫粒機(jī)的發(fā)展51.5 存在的問題61.6 本文主要研究?jī)?nèi)容7第2章 板齒玉米脫粒機(jī)總體結(jié)構(gòu)與工作原

5、理82.1 板齒脫粒機(jī)基本結(jié)構(gòu)與工作過程82.2 板齒脫粒機(jī)工作原理82.3 本章小結(jié)9第3章 板齒玉米脫粒機(jī)脫粒元件設(shè)計(jì)93.1 板齒設(shè)計(jì)103.1.1 板齒作用103.1.2 板齒樣式及尺寸103.2 電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)103.2.1 板齒玉米脫粒機(jī)所需功率113.2.2 電機(jī)選擇123.3 傳動(dòng)帶的設(shè)計(jì)123.3.1 傳動(dòng)帶的選取123.3.2 v帶設(shè)計(jì)133.4 帶輪設(shè)計(jì)153.4.1 帶輪材料153.4.2 主動(dòng)帶輪設(shè)計(jì)153.4.3 從動(dòng)帶輪設(shè)計(jì)163.5 脫粒滾筒設(shè)計(jì)183.5.1 脫粒主軸作用183.5.2 階梯軸設(shè)計(jì)183.5.3 脫粒滾筒設(shè)計(jì)213.5.4 階梯軸的校核223.6

6、凹板設(shè)計(jì)273.6.1 凹板作用273.6.2 凹板類型273.6.3 凹板間隙273.6.4 凹板其他尺寸283.7 脫粒倉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)293.7.1 脫粒倉作用293.7.2 脫粒倉結(jié)構(gòu)與尺寸303.8 本章小結(jié)30第4章 板齒玉米脫粒機(jī)外部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)304.1 入料斗設(shè)計(jì)314.2 排芯斗設(shè)計(jì)314.3 出料斗設(shè)計(jì)324.4 排芯區(qū)壓板設(shè)計(jì)324.4.1 排芯區(qū)壓板作用324.4.2 排芯區(qū)壓板材料以及結(jié)構(gòu)334.5 上蓋設(shè)計(jì)334.5.1 上蓋作用334.5.2 上蓋材料與結(jié)構(gòu)334.6 機(jī)架設(shè)計(jì)334.7 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)344.8 本章小結(jié)35第5章 離散元法仿真分析355.1 離散元法基本

7、原理365.2 板齒玉米脫粒機(jī)仿真模型的建立365.2.1 仿真模型的建立365.2.2 仿真參數(shù)的設(shè)置375.3 板齒玉米脫粒機(jī)仿真優(yōu)化385.4 板齒玉米脫粒機(jī)仿真過程395.5 滾筒轉(zhuǎn)速對(duì)脫粒的影響405.6 喂入量對(duì)脫粒的影響435.7 本章小結(jié)44第6章 總結(jié)與展望456.1 工作總結(jié)466.2 工作展望46致謝46參考文獻(xiàn)47摘 要我國(guó)為玉米生產(chǎn)大國(guó)，種植面積超過0.27億公頃。玉米既可以作為食品以及飼料，也可以作為工業(yè)原料。傳統(tǒng)釘齒滾筒玉米脫粒機(jī)對(duì)玉米籽粒損傷大，在國(guó)外早已不用此類機(jī)型。設(shè)計(jì)新型的對(duì)玉米籽粒損傷小的脫粒機(jī)對(duì)農(nóng)民的收入以及我國(guó)的可持續(xù)發(fā)展都有重要的意義。本文首先對(duì)比

8、了各類脫粒機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)。釘齒打擊原理的玉米脫粒機(jī)雖然脫粒效率高，但是對(duì)籽粒損傷大，影響玉米收獲質(zhì)量。碾壓原理玉米脫粒機(jī)的脫粒效率較低，并且容易造成籽粒擦傷。差速原理玉米脫粒機(jī)的效率較低，僅適用于脫粒單穗玉米。擠搓原理玉米脫粒機(jī)的脫粒過程柔和，對(duì)籽粒損傷小。因此本文設(shè)計(jì)擠搓原理的板齒式玉米脫粒機(jī)。采用pro/e軟件對(duì)設(shè)計(jì)的玉米脫粒機(jī)進(jìn)行三維建模，并采用cad軟件對(duì)所設(shè)計(jì)的玉米脫粒機(jī)進(jìn)行二維工程圖設(shè)計(jì)。 采用離散元法及課題組自主研發(fā)的agridem軟件，利用離散元法對(duì)設(shè)計(jì)的板齒玉米脫粒機(jī)進(jìn)行仿真。通過改變滾筒轉(zhuǎn)速以及喂入量等變量，探究所設(shè)計(jì)的脫粒機(jī)的脫粒情況并進(jìn)行優(yōu)化。關(guān)鍵詞：玉米脫粒機(jī) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

9、離散元法 仿真分析abstractfor corn production country in china，the planting area of corn more than 0.27 million hectares.corn could act as both a food and feed，also can be used as industrial raw material.traditional spike-tooth drum corn thresher of corn grain damage，had no such models in foreign countries.

10、design of a new type of maize grain damage small thresher of farmers' income and the sustainable development of our country has important meaning.this paper first compares the advantages and disadvantages of various kinds of thresher. spike-tooth hit principle although corn thresher threshing ef

11、ficiency is high，but the grain damage，affects the quality of corn harvest. rolling principle of the corn thresher threshing efficiency is low，and easy to cause the grain abrasion. differential principle of corn thresher efficiency is low， only applies to single ear corn threshing. crowded rub princi

12、ple of corn thresher threshing process soft，grain damage small. so this article design rub principle of plate type corn thresher.through the pro/e software for three dimensional modeling design of corn thresher. through the cad software for the design of the corn thresher two-dimensional engineering

13、 graphics design.developed by the tutor team with agridem software，using the discrete element method to design the plate gear for the calculation of the corn thresher. through change variables，such as roller speed investigation results： corn thresher threshing corn grain crushing rate，corn，corn grai

14、n to take off the net rate of grain in the thresher threshing distribution curve，etc.explores the design of the thresher threshing，and the most suitable working parameters.keywords：corn sheller physical design discrete element simulation analysis第1章 緒論1.1 研究背景與意義玉米是一種很重要的糧食作物，既可以食用或者作為飼料，也是重要的工業(yè)原料之一

15、 賀俊林，佟金. 我國(guó)玉米收獲機(jī)械的現(xiàn)狀及其發(fā)展j. 農(nóng)機(jī)化研究， 2006(2)：29-36。玉米種植面積增長(zhǎng)十分迅猛，全球種植面積已超過1.3億公頃，主要分布于中國(guó)、美國(guó)、阿根廷和巴西 郝付平，陳志. 國(guó)內(nèi)外玉米收獲機(jī)械研究現(xiàn)狀及思考j. 農(nóng)機(jī)化研究， 2007(10)：206-208。在我國(guó)玉米作為第二大農(nóng)作物，其全國(guó)種植面積僅次于美國(guó) 章惠全，李偉紅，謝瓊，慕美霞. 5tn-1型玉米對(duì)生種子脫粒機(jī)的設(shè)計(jì)j. 農(nóng)業(yè)科技與裝備，2009，10(5)：40-41，約為0.27億公頃。十五期間的數(shù)據(jù)表明我國(guó)玉米年消費(fèi)增長(zhǎng)率已經(jīng)突破2.7%。而十一五期間玉米的供求也得到了進(jìn)一步的增長(zhǎng)，玉米的產(chǎn)量

16、由2003年1258億千克增長(zhǎng)到2006年的1440億千克 李波. 湘西地區(qū)小型玉米脫粒機(jī)的應(yīng)用與推廣d. 湖南；湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2012，此產(chǎn)量可以較好的滿足國(guó)內(nèi)玉米的需求。我國(guó)國(guó)土面積大，自然資源豐富，各農(nóng)作物的產(chǎn)量皆位于世界前列，但大部分地方玉米脫粒仍然采用的是較落后的技術(shù)。雖然個(gè)別地方采用各種大中型的玉米脫粒機(jī)進(jìn)行脫粒，但是這些機(jī)器生產(chǎn)不規(guī)范，容易造成玉米籽粒的破碎，而且往往一次脫粒不干凈，需要重復(fù)脫粒幾次，嚴(yán)重的影響了玉米的生產(chǎn)質(zhì)量與生產(chǎn)效率 毛江峰. 小型電動(dòng)玉米脫粒機(jī)的設(shè)計(jì)j. 機(jī)械工程師，2012(11)：155。人工手搖式玉米脫粒機(jī)生產(chǎn)率低，僅適用于小批量的玉米脫粒生產(chǎn)，費(fèi)時(shí)

17、費(fèi)力。電動(dòng)機(jī)械式玉米脫粒機(jī)脫凈率差，效率低，脫粒時(shí)破損玉米芯影響脫粒質(zhì)量 周志偉. 一種錘頭式玉米脫粒機(jī)z. 實(shí)用型專利說明書，2009，并且結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，制造成本較高。運(yùn)用玉米脫粒裝置進(jìn)行脫粒時(shí)產(chǎn)生的壓縮、沖擊和剪切等作用都會(huì)損傷玉米籽粒 楊玉芬，張永麗，張本華，佟玲，高連興. 典型玉米種子籽粒的靜壓破損試 驗(yàn)研究j. 農(nóng)機(jī)化研究，2008(7)：149-151，玉米脫粒質(zhì)量嚴(yán)重的影響著玉米產(chǎn)量。目前，在我國(guó)玉米脫粒機(jī)的普及率僅僅達(dá)到2%，主要都在北京、天津、河北、山東等發(fā)達(dá)地區(qū)的一些大型農(nóng)場(chǎng)。因此玉米脫粒環(huán)節(jié)是我國(guó)糧食作物機(jī)械化生產(chǎn)的一個(gè)瓶頸。1.2 玉米脫粒機(jī)的種類及特點(diǎn)1.2.1 玉米

18、脫粒機(jī)的表示方法玉米脫粒機(jī)的表示方法如下所示。 5 t y xx xx 5代表脫粒機(jī)械產(chǎn)品代號(hào) t代表脫粒機(jī)第一個(gè)字“脫”的第一個(gè)拼音字母 y代表玉米第一個(gè)字“玉”的第一個(gè)拼音字母 滾筒的工作長(zhǎng)度，單位為厘米 滾筒的最大工作直徑，單位為厘米1.2.2 各類玉米脫粒機(jī)的工作原理（1） 打擊脫粒原理：通過釘齒或者紋桿打擊玉米果穗，以及玉米果穗相互撞擊后，破壞玉米籽粒與其穗軸之間的連接使其脫落。打擊式玉米脫粒機(jī)主要有兩類：釘齒滾筒式玉米脫粒機(jī)以及紋桿式玉米脫粒機(jī) 李清龍. 打擊式玉米脫粒機(jī)脫粒過程實(shí)驗(yàn)研究及仿真分析d. 吉林；吉林 大學(xué).2014，如圖1-1所示。當(dāng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，凹板表面、釘齒上部、齒

19、兩側(cè)都對(duì)玉米果穗產(chǎn)生打擊作用，使玉米籽粒脫粒，完成脫粒過程。打擊的機(jī)會(huì)以及打擊的速度都影響著脫粒機(jī)的脫粒效率。打擊式玉米脫粒機(jī)雖然脫凈率與效率高但是對(duì)玉米籽粒的傷害較大。圖1-1 打擊原理玉米脫粒機(jī)（2） 碾壓脫粒原理：碾壓式玉米脫粒機(jī)在脫粒時(shí)，其碾壓滾筒與玉米果穗相互碾壓，在碾壓的過程中使玉米芯與玉米籽粒之間產(chǎn)生側(cè)移的趨勢(shì)。這個(gè)側(cè)移趨勢(shì)就形成了剪切作用破壞籽粒與玉米芯之間的連接力。一般來說玉米芯與玉米籽粒之間的抗剪力比較小。這種碾壓式玉米脫粒機(jī)的脫粒效率較低，并且當(dāng)喂入量過大時(shí)，容易堵塞滾筒造成籽粒擦傷。碾壓式玉米脫粒機(jī)如圖1-2所示。1.脫粒主輥 2.脫粒定位棍 3.柵格凹板 4.凹板調(diào)節(jié)

20、器圖1-2 碾壓原理玉米脫粒機(jī) （3）擠搓脫粒原理：擠搓式玉米脫粒機(jī)的主要構(gòu)成元件有入料斗、出料斗、脫粒板齒、凹板、帶輪、壓板等，如圖1-3所示。脫粒滾筒上有板尺、螺旋輸送板等結(jié)構(gòu)，使得玉米果穗在脫粒倉內(nèi)做螺旋前進(jìn)的運(yùn)動(dòng)。擠搓式玉米脫粒機(jī)運(yùn)用了仿生技術(shù)，模仿人工用手?jǐn)D搓玉米時(shí)的動(dòng)作，極大的降低了玉米籽粒的破損率。在脫粒的過程中，果穗與板尺以及凹板充分接觸，板尺與果穗以及果穗與果穗之間相互擠搓，使得果穗上的籽粒脫落，從而完成脫粒。擠搓脫粒原理的脫粒過程柔和，對(duì)果穗的沖擊不大，因此對(duì)玉米籽粒造成的損傷比傳統(tǒng)的脫粒方式低。1脫粒滾筒 2入料區(qū)螺旋葉片 3v帶輪 4入料斗 5脫粒區(qū)板齒 6柵格凹板 7

21、排芯區(qū)直板齒 8排芯區(qū)壓板機(jī)構(gòu)圖1-3 擠搓原理玉米脫粒機(jī) (4)差速脫粒原理：差速式玉米脫粒機(jī)如圖1-4所示，兩輥在皮帶輪的帶動(dòng)下以不同的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，兩輥的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同。在脫粒區(qū)里，直滾筒與螺旋滾筒差速旋轉(zhuǎn)組成脫粒部件。玉米果穗一邊向著排芯口運(yùn)動(dòng)一邊脫粒，被脫下的玉米籽粒以及一部分破碎的玉米芯等雜物通過兩輥間的縫隙到排料區(qū)。雜物被排料區(qū)內(nèi)的篩篩分出來排出出口，玉米籽粒則通過篩進(jìn)入排料口。但是差速式玉米脫粒機(jī)的效率較低，僅適用于脫粒單穗玉米。1.入料口 2.帶輪 3.清選調(diào)節(jié)裝置 4.出料斗 5.篩分裝置6.排雜裝置 7.排芯斗 8.籽粒收集裝置圖1-4 差速原理玉米脫粒機(jī)（5）除了上面的這些常

22、用的脫粒原理外，還有并列籽粒成對(duì)脫粒法。這種脫粒方法是為了獲得連體成對(duì)并列的種子的。通過脫粒元件從玉米果穗內(nèi)部打碎玉米棒 李心平，張伏，高連興. 玉米種子脫粒裝置的結(jié)構(gòu)技術(shù)剖析j. 農(nóng)機(jī)化研 究，2008(6)：24-26 ，接著將玉米籽粒并列成對(duì)的取出。采用這種原理設(shè)計(jì)的脫粒機(jī)雖然破碎率較低，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜且工作效率低，僅用于專用的雙珠栽培制種。1.2.3 綜合比較各類玉米脫粒機(jī)釘齒打擊原理的玉米脫粒機(jī)雖然脫粒效率高，但是對(duì)籽粒損傷大，影響玉米收獲質(zhì)量。碾壓原理玉米脫粒機(jī)的脫粒效率較低，并且容易造成籽粒擦傷。差速原理玉米脫粒機(jī)的效率較低，僅適用于脫粒單穗玉米。擠搓原理玉米脫粒機(jī)的脫粒過程柔和，

23、對(duì)籽粒損傷小。因此本文設(shè)計(jì)擠搓原理的板齒式玉米脫粒機(jī)。1.3 國(guó)外玉米脫粒機(jī)的發(fā)展早在200多年以前國(guó)外的學(xué)者就開始研究玉米脫粒機(jī)理。1975年，英國(guó)人wiilam winlaw maertens k，baerdemaeker j de. flow rate based prediction of threshing process incombine arvestersj. applied engineering in agriculture，2003，4：83-388發(fā)明出一臺(tái)利用水力作為動(dòng)力的立式軸流錐形滾筒玉米脫粒機(jī)。美國(guó)的第一臺(tái)手工操作的玉米脫粒機(jī)誕生于1815年，這臺(tái)機(jī)器極大的改善

24、了農(nóng)民的工作，減輕農(nóng)民的負(fù)擔(dān)，但是這臺(tái)機(jī)器結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率不高。zorer和hall hall g.e. damage during handing of shelled corn and soybeanj. transaction of theasae. 1974，17(2)：556-561于1960年，對(duì)玉米籽粒的溫度、含水率、加載位置以及加載速度等因素對(duì)玉米籽粒所受的擠壓強(qiáng)度的影響做了分析研究。bilanski 等學(xué)者 bilanski w k. damage resistance of seed grainsj. transaction of the asae. 1966，11(

25、2)：360-363于1966年研究了玉米籽粒含水率對(duì)玉米籽粒脫粒時(shí)變形的影響。pau1sen等學(xué)者 balastreire l a. relaxation modulus for corn endosperm in bending j. transactionsof the asae，1978，21(4)：1261-1268于1978年，對(duì)約翰迪爾公司以及萬國(guó)收獲機(jī)械公司的聯(lián)合收割機(jī)在收獲時(shí)的機(jī)械損傷做了一系列測(cè)試研究。得出了含水率對(duì)機(jī)械損傷率以及綜合損失之間的關(guān)系。huynh等學(xué)者 huynh v m，powell t，siddall j n. threshing and separati

26、ng process-a mathematicalmodelj. transaction of the asae. 1982，20(1)：65-73于1979年，研究并建立出凹板分離過程與脫落谷粒的數(shù)學(xué)模型。wrubleshi等學(xué)者 wrubleshi. process in conventional combin-thresher j. j. engng，1986(5)： 119-130于1980年，對(duì)比分析了傳統(tǒng)玉米脫粒機(jī)與雙軸流式玉米脫粒機(jī)，研究出玉米果穗喂入量與軸流脫粒分離損失之間的關(guān)系。trollope trollope j r. a mathematical model of th

27、e threshing process in a conventionalcombine-thresher j. journal of agricultural engineering research，1982，27(2)：119-130于1982年，分析研究了玉米脫粒過程中谷物的受力狀況。pomeranz和watson等學(xué)者 watson s a，herum f l. comparison of eight devices for measuring breakage susceptibilityj. cereal chemistry，1986，63(2)：139-142于1986年分析比

28、較了玉米籽粒破碎敏感性與玉米籽粒硬度之間的關(guān)系。henrich等學(xué)者 heinrich s，heinze d，kutzbach. influence of moisture content on threshing andseparating process j.proceeding of 99 international conference ongriculturalengineering.i，1999：242245于1999年，實(shí)驗(yàn)分析了谷物脫粒過程，研究分析了分離率與谷物含水率之間的關(guān)系。kumara kumara a，mohanb d，patel r，. development of

29、 grain threshers based on ergonomic design criteriaj. applied ergonomics，2002，33：503-508于2002年，研制出符合人體工程學(xué)的玉米脫粒裝置。miu和kutzbach miu p i，kutzbach h d. modeling and simulation of grain threshing and separation in axial threshing unitsj. application to tangential feeding. computers and electronics in agr

30、iculture，2008，60(4)：105-109于2008年，研究了紋桿玉米脫粒裝置，提出一系列數(shù)學(xué)模型。petkevichius等學(xué)者 petkevichius s，shpokas l，kutzbach h d. investigation of the maize ear threshing processj. biosystems engineering，2008，99：532-539研究了玉米果穗的喂入方式與籽粒含水率以及玉米品種對(duì)籽粒損失率之間的關(guān)系。1.4 國(guó)內(nèi)玉米脫粒機(jī)的發(fā)展雖然對(duì)于脫粒機(jī)的研究在國(guó)內(nèi)較晚起步，但是其發(fā)展速度十分快。葛永久、王成芝等學(xué)者 王成芝，葛永久. 軸

31、流滾筒的試驗(yàn)研究j. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，1982，13(1)：55-72于1969 年，研究了軸流滾筒式脫粒裝置的工作原理后自主研制了大型軸流滾筒試驗(yàn)臺(tái)。邵維民等學(xué)者 邵維民，祝永昌，穆浩民. 小型軸流脫粒分離裝置的試驗(yàn)研究j. 農(nóng)業(yè) 機(jī)械學(xué)報(bào)，1992， 23(1)： 99-103于1992年，研究了小型板齒式軸流玉米脫粒機(jī)，將軸流式玉米脫粒裝置與紋桿滾筒的脫粒裝置進(jìn)行對(duì)比，研究雜質(zhì)和谷物在軸向的分布規(guī)律。李保國(guó)等學(xué)者 李保國(guó) 軸流脫粒裝置凹板分離物分布規(guī)律的研究j 河南職技師院學(xué)報(bào)， 1992，3(1)：43-48研究了軸流式玉米脫粒機(jī)的凹板脫落下的籽粒沿著滾筒長(zhǎng)度方向上的分布規(guī)律。陳樹人等學(xué)

32、者 陳樹人. 板齒摘脫滾筒梳脫過程的計(jì)算機(jī)仿真j. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)， 1999，5 (1)：59-62.于1999年分析研究了聯(lián)合收割機(jī)，應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對(duì)摘脫滾桶梳刷作物的動(dòng)作以及割臺(tái)上板尺的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了研究。張認(rèn)成 張認(rèn)成，桑正中. 軸流脫?？臻g谷物動(dòng)力學(xué)仿真j. 農(nóng)機(jī)化研究，2000，4： 36-40等學(xué)者于2000年，應(yīng)用matlab對(duì)釘齒式玉米脫粒裝置進(jìn)行研究，建立出一系列的力學(xué)模型。何曉鵬等學(xué)者 何曉鵬. 擠搓式玉米脫粒機(jī)的研制j. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2003，19(3)：105-108于2003年，對(duì)玉米不同含水率下的破碎率進(jìn)行研究，并發(fā)明出一臺(tái)擠搓式玉米脫粒裝置。周旭等學(xué)者 周旭，李

33、心平，高連興. 兩種脫粒滾筒的玉米籽粒損傷試驗(yàn)研究j. 沈陽 農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)， 2005， 36(6)： 756-758于2005年，對(duì)比圓柱形滾筒與圓錐形滾筒，指出圓錐形滾筒的玉米脫粒機(jī)對(duì)玉米籽粒的損傷率低。李耀明等學(xué)者 李耀明，徐立章，鄧玲黎. 復(fù)脫分離裝置的理論分析及試驗(yàn)j. 農(nóng)業(yè)機(jī) 械學(xué)報(bào)，2005， 36(11)： 55-58研究了軸流式玉米脫粒裝置內(nèi)玉米芯以及籽粒在軸向的分布曲線。吳多峰等學(xué)者 吳多峰，許峰，袁長(zhǎng)勝. 板齒式與釘齒式玉米脫粒機(jī)的性能比較j. 農(nóng)機(jī)化 研究，2006，10：78-80于2006年，對(duì)比了釘齒式玉米脫粒機(jī)，指出了板齒式玉米脫粒機(jī)的各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。李心平等學(xué)者 李

34、心平，馬福麗，高連興. 差速式玉米種子脫粒機(jī)的設(shè)計(jì)j. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)， 2008，29(8)：192-195于2007年，發(fā)明了一種差速式玉米脫粒裝置，并對(duì)該脫粒裝置的籽粒破碎率以及脫凈率進(jìn)行了性能測(cè)試。張偉等學(xué)者 張偉，衣淑娟. 軸流脫粒與分離裝置數(shù)學(xué)模型的建立與仿真j. 農(nóng)機(jī)化研 究，2007，7：40-47應(yīng)用matlab軟件對(duì)軸流玉米脫粒機(jī)進(jìn)行模擬仿真。衣淑娟等學(xué)者 衣淑娟，李敏，孟臣. 谷物脫粒分離裝置試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)j. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué) 報(bào)，2005，36(1)：100-103于2008年發(fā)明了一臺(tái)軸流式玉米脫粒裝置，研究了稻谷脫出物在裝置內(nèi)的分布規(guī)律，得到了稻谷脫出物沿著軸向分布的曲

35、線方程。鳳鳴農(nóng)業(yè)機(jī)械制造有限公司唐昌兵等人 風(fēng)岡縣鳳鳴農(nóng)用機(jī)械制造有限公司. 一種組合式玉米脫粒機(jī)及其脫粒方法： 中國(guó)，201110288408. xp. 2011-09-26于2010年發(fā)明出一臺(tái)組合式玉米脫粒裝置。這臺(tái)裝置分為兩個(gè)部分，第一部分為縱向脫粒，第二部分為橫向脫粒。張克新等人 張克新. 新型玉米脫粒機(jī)：中國(guó)，201020268475. 6p. 2010-07-23發(fā)明了一種橫式滾子玉米脫粒裝置。張飛等學(xué)者 張飛. 一種軟脫式玉米脫粒機(jī)：中國(guó)，201110338692. 7p. 2011-10-25于2011年發(fā)明了一種籽粒破稅率低，脫凈率高的脫粒機(jī)，這種脫粒機(jī)是一種軟脫式玉米脫粒

36、機(jī)，它的外部由橡皮套組成。杜紅軍等學(xué)者 杜紅軍. 五滾筒雙進(jìn)穗玉米脫粒機(jī)：中國(guó)，201120285973. 6p. 2011-08-09研制出一臺(tái)五滾筒雙進(jìn)穗的玉米脫粒裝置。宋清亮等學(xué)者 宋清亮. 雙筒玉米脫粒機(jī)：中國(guó)，201120242765. 8p. 2011-07-02研制出一臺(tái)雙筒脫粒裝置。長(zhǎng)沙齊行機(jī)電科技有限公司的唐勇等人 長(zhǎng)沙齊行機(jī)電科技有限公司. 玉米脫粒機(jī)及玉米脫粒方法：中國(guó)， 201210066127.4p. 2012-03-14于2012年，設(shè)計(jì)發(fā)明了一臺(tái)玉米脫粒裝置，采用切向力進(jìn)行脫粒，通過旋轉(zhuǎn)擠壓的方式使得脫粒后的玉米籽粒以及玉米芯可以保持完整。1.5 存在的問題我國(guó)對(duì)

37、于玉米的加工方式流程和外國(guó)存在一些差異。玉米脫粒裝置主要使用于脫粒晾干后含水率較低的玉米果穗。在國(guó)外玉米果穗剛收獲時(shí)其水分一般為35%左右，需要對(duì)果穗進(jìn)行烘干使其水分達(dá)到12.5%左右再進(jìn)行脫粒。然而在我國(guó)，玉米種子公司規(guī)模一般都不大，沒有建立玉米果穗的烘干室的資金，因此基本上都不對(duì)玉米果穗進(jìn)行烘干。在我國(guó)種子公司一般將玉米果穗在場(chǎng)上晾干，降低其水分到18%左右，然后運(yùn)用烘干塔對(duì)籽粒進(jìn)行烘干，最終使玉米籽粒的水分可以降至13% 趙克明. 關(guān)于我國(guó)玉米生產(chǎn)發(fā)展問題的看法j. 玉米科學(xué)，2003(?？?： 60-61 。因此在我國(guó)對(duì)玉米果穗進(jìn)行脫粒時(shí)，其水分比較高，導(dǎo)致玉米芯與玉米籽粒的連接強(qiáng)度較

38、大，最終影響脫粒質(zhì)量 趙武云，吳勁鋒，張鋒偉，楊術(shù)明. 玉米軸流脫粒機(jī)研究現(xiàn)狀分析z. 機(jī)械研究與應(yīng)用.2009：9-13。普通玉米脫粒機(jī)在工作時(shí)，平均籽粒破碎率在3%到5%之間，有時(shí)可能達(dá)到8%甚至更多 鄧小紅. yt-1.5型小型玉米脫粒機(jī)設(shè)計(jì)z. 郴州；郴州職業(yè)技術(shù)學(xué)院北 院，2009：10-13，這將嚴(yán)重影響玉米產(chǎn)量。因此，需要結(jié)合我國(guó)玉米脫粒現(xiàn)狀，研制出適合我國(guó)市場(chǎng)需求并且破碎率低、脫凈率高的玉米脫粒機(jī)。雖然玉米脫粒機(jī)的研究已經(jīng)取得了許多成果，但是仍舊存在一些不足。由于玉米脫粒過程的復(fù)雜性，迄今為止，國(guó)內(nèi)外對(duì)玉米脫粒過程的研究大部分采用的是試驗(yàn)方法、高速攝像技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)方法以及統(tǒng)計(jì)分析

39、方法或者連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的分析方法 petre i. miu. mathematical model of threshing process in an axial unit with tangentialfeeding j. csae paper，1997，2：217-219。運(yùn)用這些方法對(duì)脫粒的機(jī)理進(jìn)行研究并研制出脫粒機(jī)，大量耗費(fèi)人力物力，只能對(duì)脫粒過程的宏觀層面進(jìn)行分析，無法保證精度，并且作物與機(jī)械之間以及作物之間的相互作用考慮較少，取得的成果也不具有普遍意義。當(dāng)脫粒機(jī)種類的不同、作物種類的不同時(shí)參數(shù)還需要進(jìn)行重新安排實(shí)驗(yàn)然后建立新的數(shù)學(xué)模型，增加了實(shí)驗(yàn)的重復(fù)性，延長(zhǎng)研發(fā)周期。1.6 本文

40、主要研究?jī)?nèi)容我國(guó)市面上用的最多的脫粒機(jī)為釘齒滾筒式脫粒機(jī)。這種脫粒機(jī)采用打擊式原理將玉米粒從玉米果穗上脫落。這種脫粒方式雖然脫粒效率以及脫凈率比較高，但是對(duì)玉米籽粒的損傷較大。擠搓原理的脫粒機(jī)如今在美國(guó)等的發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)得到廣泛的推廣應(yīng)用并取代了打擊原理的脫粒機(jī)。擠搓原理脫粒機(jī)全面克服了釘齒式玉米脫粒機(jī)的缺點(diǎn)，不僅脫凈率高而且破碎率低，它的損失率比打擊式玉米脫粒機(jī)至少下降了0.5%30，適合種子玉米以及普通玉米的脫粒。因此本文主要設(shè)計(jì)一款運(yùn)用擠搓原理的板齒式玉米脫粒機(jī)。本文采用基于離散元法的數(shù)字化設(shè)計(jì)方法研究玉米脫粒機(jī)的脫粒過程。該方法首先建立脫粒機(jī)的數(shù)字化模型，并在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行物理仿真，根據(jù)仿

41、真結(jié)果修改設(shè)計(jì)尺寸與結(jié)構(gòu)，然后再對(duì)修改后的脫粒機(jī)模型進(jìn)行仿真分析，直到得出符合要求的分析結(jié)果，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)玉米脫粒機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文首先繪制二維cad草圖，建立pro/e三維模型。然后通過課題組自主研制的agridem軟件，采用離散元法對(duì)自行設(shè)計(jì)的板齒玉米脫粒機(jī)進(jìn)行仿真。通過改變滾筒轉(zhuǎn)速以及喂入量等變量，考察玉米脫粒機(jī)的脫粒效果：籽粒破碎率、果穗脫凈率、脫落籽粒沿滾筒軸向分布曲線等，以期對(duì)所設(shè)計(jì)的脫粒機(jī)的工作性能進(jìn)行優(yōu)化。第2章 板齒玉米脫粒機(jī)總體結(jié)構(gòu)與工作原理2.1 板齒脫粒機(jī)基本結(jié)構(gòu)與工作過程板齒玉米脫粒機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。玉米果穗由入料口進(jìn)入脫粒機(jī)，v帶輪將電機(jī)的功率傳動(dòng)給脫粒滾筒

42、使其轉(zhuǎn)動(dòng)。入料口對(duì)應(yīng)的滾筒段為入料區(qū)，入料區(qū)上的螺旋葉片將玉米果穗送入脫粒區(qū)。脫粒區(qū)的滾筒上安裝有16個(gè)板齒，滾筒外圍圍繞著柵格凹板。在脫粒區(qū)，玉米果穗在板齒的作用下順著柵格凹板做螺旋運(yùn)動(dòng)至排芯區(qū)。在脫粒區(qū)內(nèi)玉米果穗與果穗之間以及玉米果穗與凹板間相互擠搓，致使籽粒脫落。脫掉玉米籽粒后的玉米芯被板齒推送到排芯區(qū)，當(dāng)排芯區(qū)充滿玉米芯后，排芯區(qū)隔板將被頂開，脫粒機(jī)排出玉米芯。玉米籽粒在脫落后通過柵格凹板的間隙進(jìn)入出料斗排出脫粒機(jī)。擠搓式玉米脫粒機(jī)的脫粒過程相對(duì)柔和，對(duì)果穗的沖擊力相對(duì)小從而玉米籽粒的破碎率比較低。1 機(jī)架 2出料口 3排芯口 4出料口壓板 5柵格凹板6入料口 7帶輪 8電機(jī)圖2-1

43、板齒玉米脫粒機(jī)基本結(jié)構(gòu)2.2 板齒脫粒機(jī)工作原理擠搓式板齒玉米脫粒機(jī)充分應(yīng)用了仿生技術(shù) 柳建安，李偉杰. 螺旋擠搓式玉米脫粒機(jī)的設(shè)計(jì)j. 農(nóng)機(jī)化研究， 2010(8)：82-84，脫粒區(qū)的板齒對(duì)玉米果穗的運(yùn)動(dòng)模仿了人工用手搓玉米。玉米果穗于脫粒區(qū)中，在滾筒板齒的作用下沿著柵格凹板做圓周運(yùn)動(dòng)。板齒和滾筒軸具有一定的夾角，玉米果穗也同時(shí)被推向排芯區(qū)。因此玉米果穗在脫粒機(jī)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡為螺旋線。為了模仿人工用竹簽先擠掉玉米果穗上的局部籽粒這一動(dòng)作，前一部分的板齒被設(shè)計(jì)成帶冠板齒。帶冠板齒先將局部籽粒擠掉，方便后續(xù)的脫粒。后一部分板齒為直板齒。排芯區(qū)隔板使玉米果穗充滿于脫粒倉內(nèi)，脫粒區(qū)的板齒推動(dòng)玉米果穗

44、時(shí)，果穗與凹板的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為既滑動(dòng)又滾動(dòng)。從而達(dá)到擠搓玉米果穗使其脫下籽粒的效果。果穗與果穗之間也具有一定的壓力進(jìn)行充分?jǐn)D搓。因此可以脫掉所有的籽粒，保證脫凈率。2.3 本章小結(jié) 本章詳細(xì)介紹了板齒式玉米脫粒機(jī)的基本結(jié)構(gòu)。并根據(jù)板齒式玉米脫粒機(jī)的工作過程以及工作原理分析此類玉米脫粒機(jī)在脫凈率以及破碎率等方面的優(yōu)點(diǎn)。第3章 板齒玉米脫粒機(jī)脫粒元件設(shè)計(jì)3.1 板齒設(shè)計(jì)3.1.1 板齒作用板齒是脫粒機(jī)脫粒時(shí)的主要脫粒部件。板齒設(shè)計(jì)的好壞直接關(guān)系到玉米脫粒機(jī)的脫粒質(zhì)量。在脫粒機(jī)工作時(shí)，脫粒滾筒上的板齒勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)玉米果穗做擠搓作用，并且?guī)?dòng)玉米果穗向排芯區(qū)運(yùn)動(dòng)。3.1.2 板齒樣式及尺寸本設(shè)計(jì)板齒分為兩

45、種，分別為帶冠板齒以及平板齒。為了模仿人工用竹簽先擠掉玉米果穗上的局部籽粒這一動(dòng)作，前一組的板齒設(shè)計(jì)成帶冠板齒。帶冠板齒先將局部籽粒擠掉，方便后續(xù)的脫粒。后一部分板齒為平板齒。因?yàn)樵诿摿C(jī)工作時(shí)板齒與玉米果穗頻繁接觸，需要保證板齒硬度、強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、耐磨性以及韌性等，故將平板齒以及帶冠板齒的頂部進(jìn)行淬火處理。在主軸上安裝有十六個(gè)板齒，其中前八個(gè)為帶冠板齒，后八個(gè)為平板齒，十六個(gè)板齒均勻的安裝在脫粒滾筒的脫粒區(qū)段，板齒高40毫米，寬10毫米，長(zhǎng)100毫米，如圖3-1、圖3-2所示。圖3-1 帶冠板齒的設(shè)計(jì) 圖3-2 平板齒的設(shè)計(jì)3.2 電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)3.2.1 板齒玉米脫粒機(jī)所需功率板齒玉米脫粒機(jī)的主要工作部件是脫粒滾筒。滾筒上安裝有板齒，板齒由滾筒帶動(dòng)并推動(dòng)玉米果穗做螺旋運(yùn)動(dòng)。滾筒轉(zhuǎn)速是由滾筒上安裝著的板齒的頂部的線速度所決定的。滾筒轉(zhuǎn)速必須保