玉米脫粒機工作過程分析及優(yōu)化設(shè)計(1)

1、. 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）中文題目 玉米脫粒機工作過程分析及優(yōu)化設(shè)計 英文題目Analyse and Optimal Design of the Threshing Process of the Corn Thresher 學生姓名 班級 學號 學 院 專 業(yè) 指導教師 職稱 .;目 錄摘 要IAbstractII第1章 緒論11.1 研究背景與意義11.2 玉米脫粒機的種類及特點11.2.1 玉米脫粒機的表示方法11.2.2 各類玉米脫粒機的工作原理21.2.3 綜合比較各類玉米脫粒機41.3 國外玉米脫粒機的發(fā)展41.4 國內(nèi)玉米脫粒機的發(fā)展51.5 存在的問題61.6 本文主要研究內(nèi)容7

2、第2章 板齒玉米脫粒機總體結(jié)構(gòu)與工作原理82.1 板齒脫粒機基本結(jié)構(gòu)與工作過程82.2 板齒脫粒機工作原理82.3 本章小結(jié)9第3章 板齒玉米脫粒機脫粒元件設(shè)計93.1 板齒設(shè)計103.1.1 板齒作用103.1.2 板齒樣式及尺寸103.2 電動機設(shè)計103.2.1 板齒玉米脫粒機所需功率113.2.2 電機選擇123.3 傳動帶的設(shè)計123.3.1 傳動帶的選取123.3.2 V帶設(shè)計133.4 帶輪設(shè)計153.4.1 帶輪材料153.4.2 主動帶輪設(shè)計153.4.3 從動帶輪設(shè)計163.5 脫粒滾筒設(shè)計183.5.1 脫粒主軸作用183.5.2 階梯軸設(shè)計183.5.3 脫粒滾筒設(shè)計2

3、13.5.4 階梯軸的校核223.6 凹板設(shè)計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 板齒玉米脫粒機外部結(jié)構(gòu)設(shè)計304.1 入料斗設(shè)計314.2 排芯斗設(shè)計314.3 出料斗設(shè)計324.4 排芯區(qū)壓板設(shè)計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334.5.1 上蓋作用334.5.2 上蓋材料與結(jié)構(gòu)334.6 機架設(shè)計334.7 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計344.8 本章小結(jié)35第5章 離

4、散元法仿真分析355.1 離散元法基本原理365.2 板齒玉米脫粒機仿真模型的建立365.2.1 仿真模型的建立365.2.2 仿真參數(shù)的設(shè)置375.3 板齒玉米脫粒機仿真優(yōu)化385.4 板齒玉米脫粒機仿真過程395.5 滾筒轉(zhuǎn)速對脫粒的影響405.6 喂入量對脫粒的影響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47摘 要我國為玉米生產(chǎn)大國，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對玉米籽粒損傷大，在國外早已不用此類機型。設(shè)計新型的對玉米籽粒損傷小的脫粒機對農(nóng)民的收入以及我國的

5、可持續(xù)發(fā)展都有重要的意義。本文首先對比了各類脫粒機的優(yōu)缺點。釘齒打擊原理的玉米脫粒機雖然脫粒效率高，但是對籽粒損傷大，影響玉米收獲質(zhì)量。碾壓原理玉米脫粒機的脫粒效率較低，并且容易造成籽粒擦傷。差速原理玉米脫粒機的效率較低，僅適用于脫粒單穗玉米。擠搓原理玉米脫粒機的脫粒過程柔和，對籽粒損傷小。因此本文設(shè)計擠搓原理的板齒式玉米脫粒機。采用PRO/E軟件對設(shè)計的玉米脫粒機進行三維建模，并采用CAD軟件對所設(shè)計的玉米脫粒機進行二維工程圖設(shè)計。 采用離散元法及課題組自主研發(fā)的AgriDEM軟件，利用離散元法對設(shè)計的板齒玉米脫粒機進行仿真。通過改變滾筒轉(zhuǎn)速以及喂入量等變量，探究所設(shè)計的脫粒機的脫粒情況并進

6、行優(yōu)化。關(guān)鍵詞：玉米脫粒機 結(jié)構(gòu)設(shè)計 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

7、foreign countries. 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 th

8、resher threshing efficiency 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.

9、 Crowded rub principle 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-dime

10、nsional engineering 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

11、rate，corn，corn grain 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

12、用或者作為飼料，也是重要的工業(yè)原料之一 賀俊林，佟金. 我國玉米收獲機械的現(xiàn)狀及其發(fā)展J. 農(nóng)機化研究， 2006(2)：29-36。玉米種植面積增長十分迅猛，全球種植面積已超過1.3億公頃，主要分布于中國、美國、阿根廷和巴西 郝付平，陳志. 國內(nèi)外玉米收獲機械研究現(xiàn)狀及思考J. 農(nóng)機化研究， 2007(10)：206-208。在我國玉米作為第二大農(nóng)作物，其全國種植面積僅次于美國 章惠全，李偉紅，謝瓊，慕美霞. 5TN-1型玉米對生種子脫粒機的設(shè)計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)表明我國玉米年消費增長率已經(jīng)突破2.7%。而十一五期間玉米

13、的供求也得到了進一步的增長，玉米的產(chǎn)量由2003年1258億千克增長到2006年的1440億千克 李波. 湘西地區(qū)小型玉米脫粒機的應(yīng)用與推廣D. 湖南；湖南農(nóng)業(yè)大學， 2012，此產(chǎn)量可以較好的滿足國內(nèi)玉米的需求。我國國土面積大，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)。雖然個別地方采用各種大中型的玉米脫粒機進行脫粒，但是這些機器生產(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，需要重復脫粒幾次，嚴重的影響了玉米的生產(chǎn)質(zhì)量與生產(chǎn)效率 毛江峰. 小型電動玉米脫粒機的設(shè)計J. 機械工程師，2012(11)：155。人工手搖式玉米脫粒機生產(chǎn)率

14、低，僅適用于小批量的玉米脫粒生產(chǎn)，費時費力。電動機械式玉米脫粒機脫凈率差，效率低，脫粒時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Z. 實用型專利說明書，2009，并且結(jié)構(gòu)較為復雜，制造成本較高。運用玉米脫粒裝置進行脫粒時產(chǎn)生的壓縮、沖擊和剪切等作用都會損傷玉米籽粒 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 驗研究J. 農(nóng)機化研究，2008(7)：149-151，玉米脫粒質(zhì)量嚴重的影響著玉米產(chǎn)量。目前，在我國玉米脫粒機的普及率僅僅達到2%，主要都在北京、天津、河北、山東等發(fā)達地區(qū)的一些大型農(nóng)場。因此玉米脫粒環(huán)節(jié)是我國糧食作物機械化生產(chǎn)的一個瓶頸。1.2

15、玉米脫粒機的種類及特點1.2.1 玉米脫粒機的表示方法玉米脫粒機的表示方法如下所示。 5 T Y XX XX 5代表脫粒機械產(chǎn)品代號 T代表脫粒機第一個字“脫”的第一個拼音字母 Y代表玉米第一個字“玉”的第一個拼音字母 滾筒的工作長度，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。打擊式玉米脫粒機主要有兩類：釘齒滾筒式玉米脫粒機以及紋桿式玉米脫粒機 李清龍. 打擊式玉米脫粒機脫粒過程實驗研究及仿真分析D. 吉林；吉林 大學.2014，如圖1-1所示

16、。當滾筒轉(zhuǎn)動時，凹板表面、釘齒上部、齒兩側(cè)都對玉米果穗產(chǎn)生打擊作用，使玉米籽粒脫粒，完成脫粒過程。打擊的機會以及打擊的速度都影響著脫粒機的脫粒效率。打擊式玉米脫粒機雖然脫凈率與效率高但是對玉米籽粒的傷害較大。圖1-1 打擊原理玉米脫粒機（2） 碾壓脫粒原理：碾壓式玉米脫粒機在脫粒時，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。這個側(cè)移趨勢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的脫粒效率較低，并且當喂入量過大時，容易堵塞滾筒造成籽粒擦傷。碾壓式玉米脫粒機如圖1-2所示。1.脫粒主輥 2.

17、脫粒定位棍 3.柵格凹板 4.凹板調(diào)節(jié)器圖1-2 碾壓原理玉米脫粒機 （3）擠搓脫粒原理：擠搓式玉米脫粒機的主要構(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)做螺旋前進的運動。擠搓式玉米脫粒機運用了仿生技術(shù)，模仿人工用手擠搓玉米時的動作，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，對果穗的沖擊不大，因此對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

18、4入料斗 5脫粒區(qū)板齒 6柵格凹板 7排芯區(qū)直板齒 8排芯區(qū)壓板機構(gòu)圖1-3 擠搓原理玉米脫粒機 (4)差速脫粒原理：差速式玉米脫粒機如圖1-4所示，兩輥在皮帶輪的帶動下以不同的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，兩輥的轉(zhuǎn)動方向相同。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動一邊脫粒，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入排料口。但是差速式玉米脫粒機的效率較低，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

19、速原理玉米脫粒機（5）除了上面的這些常用的脫粒原理外，還有并列籽粒成對脫粒法。這種脫粒方法是為了獲得連體成對并列的種子的。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)機化研 究，2008(6)：24-26 ，接著將玉米籽粒并列成對的取出。采用這種原理設(shè)計的脫粒機雖然破碎率較低，但是結(jié)構(gòu)復雜且工作效率低，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釘齒打擊原理的玉米脫粒機雖然脫粒效率高，但是對籽粒損傷大，影響玉米收獲質(zhì)量。碾壓原理玉米脫粒機的脫粒效率較低，并且容易造成籽粒擦傷。差速原理玉米脫粒機的效率較低，僅適用于脫粒單穗玉

20、米。擠搓原理玉米脫粒機的脫粒過程柔和，對籽粒損傷小。因此本文設(shè)計擠搓原理的板齒式玉米脫粒機。1.3 國外玉米脫粒機的發(fā)展早在200多年以前國外的學者就開始研究玉米脫粒機理。1975年，英國人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)明出一臺利用水力作為動力的立式軸流錐形滾筒玉米脫粒機。美國的第一臺手工操作的玉米脫粒

21、機誕生于1815年，這臺機器極大的改善了農(nóng)民的工作，減輕農(nóng)民的負擔，但是這臺機器結(jié)構(gòu)比較簡單，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，對玉米籽粒的溫度、含水率、加載位置以及加載速度等因素對玉米籽粒所受的擠壓強度的影響做了分析研究。Bilanski 等學者 Bilanski W K. Damage Resistance of Seed GrainsJ. Transaction of

22、 the ASAE. 1966，11(2)：360-363于1966年研究了玉米籽粒含水率對玉米籽粒脫粒時變形的影響。Pau1sen等學者 Balastreire L A. Relaxation modulus for corn endosperm in bending J. Transactionsof the ASAE，1978，21(4)：1261-1268于1978年，對約翰迪爾公司以及萬國收獲機械公司的聯(lián)合收割機在收獲時的機械損傷做了一系列測試研究。得出了含水率對機械損傷率以及綜合損失之間的關(guān)系。Huynh等學者 Huynh V M，Powell T，Siddall J N. Thr

23、eshing and separating 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)學模型。Wrubleshi等學者 Wrubleshi. Process in conventional combin-thresher J. J. Engng，1986(5)： 119-130于1980年，對比分析了傳統(tǒng)玉米脫粒機與雙軸流式玉米脫粒機，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 mathe

24、matical model of the 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等學者 Watson S A，Herum F L. Comparison of eight devices for measuring breakage susceptibilityJ. Cereal Chemistry，1986，63(

25、2)：139-142于1986年分析比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，實驗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

26、 R，. Development of 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

27、 electronics in agriculture，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)學模型。Petkevichius等學者 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籽粒損失率之間的關(guān)系。1.4 國內(nèi)玉米脫粒機的發(fā)展雖然對于脫粒機的研究在國內(nèi)較晚起步，但是其發(fā)展速度十分快。葛永

28、久、王成芝等學者 王成芝，葛永久. 軸流滾筒的試驗研究J. 農(nóng)業(yè)機械學報，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臺。邵維民等學者 邵維民，祝永昌，穆浩民. 小型軸流脫粒分離裝置的試驗研究J. 農(nóng)業(yè) 機械學報，1992， 23(1)： 99-103于1992年，研究了小型板齒式軸流玉米脫粒機，將軸流式玉米脫粒裝置與紋桿滾筒的脫粒裝置進行對比，研究雜質(zhì)和谷物在軸向的分布規(guī)律。李保國等學者 李保國 軸流脫粒裝置凹板分離物分布規(guī)律的研究J 河南職技師院學報， 1992，3(1)：43-48研究了軸流式玉米脫粒機的凹板脫落下的籽粒沿

29、著滾筒長度方向上的分布規(guī)律。陳樹人等學者 陳樹人. 板齒摘脫滾筒梳脫過程的計算機仿真J. 農(nóng)業(yè)工程學報， 1999，5 (1)：59-62.于1999年分析研究了聯(lián)合收割機，應(yīng)用計算機仿真技術(shù)對摘脫滾桶梳刷作物的動作以及割臺上板尺的運動進行了研究。張認成 張認成，桑正中. 軸流脫?？臻g谷物動力學仿真J. 農(nóng)機化研究，2000，4： 36-40等學者于2000年，應(yīng)用Matlab對釘齒式玉米脫粒裝置進行研究，建立出一系列的力學模型。何曉鵬等學者 何曉鵬. 擠搓式玉米脫粒機的研制J. 農(nóng)業(yè)工程學報，2003，19(3)：105-108于2003年，對玉米不同含水率下的破碎率進行研究，并發(fā)明出一臺擠

30、搓式玉米脫粒裝置。周旭等學者 周旭，李心平，高連興. 兩種脫粒滾筒的玉米籽粒損傷試驗研究J. 沈陽 農(nóng)業(yè)大學學報， 2005， 36(6)： 756-758于2005年，對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對玉米籽粒的損傷率低。李耀明等學者 李耀明，徐立章，鄧玲黎. 復脫分離裝置的理論分析及試驗J. 農(nóng)業(yè)機 械學報，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。吳多峰等學者 吳多峰，許峰，袁長勝. 板齒式與釘齒式玉米脫粒機的性能比較J. 農(nóng)機化 研究，2006，10：78-80于2006年，對比了釘齒式玉米脫粒機，指出了板齒式

31、玉米脫粒機的各項優(yōu)點。李心平等學者 李心平，馬福麗，高連興. 差速式玉米種子脫粒機的設(shè)計J. 農(nóng)業(yè)機械學報， 2008，29(8)：192-195于2007年，發(fā)明了一種差速式玉米脫粒裝置，并對該脫粒裝置的籽粒破碎率以及脫凈率進行了性能測試。張偉等學者 張偉，衣淑娟. 軸流脫粒與分離裝置數(shù)學模型的建立與仿真J. 農(nóng)機化研 究，2007，7：40-47應(yīng)用Matlab軟件對軸流玉米脫粒機進行模擬仿真。衣淑娟等學者 衣淑娟，李敏，孟臣. 谷物脫粒分離裝置試驗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)J. 農(nóng)業(yè)機械學 報，2005，36(1)：100-103于2008年發(fā)明了一臺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

32、規(guī)律，得到了稻谷脫出物沿著軸向分布的曲線方程。鳳鳴農(nóng)業(yè)機械制造有限公司唐昌兵等人 風岡縣鳳鳴農(nóng)用機械制造有限公司. 一種組合式玉米脫粒機及其脫粒方法： 中國，201110288408. XP. 2011-09-26于2010年發(fā)明出一臺組合式玉米脫粒裝置。這臺裝置分為兩個部分，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：中國，201020268475. 6P. 2010-07-23發(fā)明了一種橫式滾子玉米脫粒裝置。張飛等學者 張飛. 一種軟脫式玉米脫粒機：中國，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

33、脫粒機，這種脫粒機是一種軟脫式玉米脫粒機，它的外部由橡皮套組成。杜紅軍等學者 杜紅軍. 五滾筒雙進穗玉米脫粒機：中國，201120285973. 6P. 2011-08-09研制出一臺五滾筒雙進穗的玉米脫粒裝置。宋清亮等學者 宋清亮. 雙筒玉米脫粒機：中國，201120242765. 8P. 2011-07-02研制出一臺雙筒脫粒裝置。長沙齊行機電科技有限公司的唐勇等人 長沙齊行機電科技有限公司. 玉米脫粒機及玉米脫粒方法：中國， 201210066127.4P. 2012-03-14于2012年，設(shè)計發(fā)明了一臺玉米脫粒裝置，采用切向力進行脫粒，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

34、可以保持完整。1.5 存在的問題我國對于玉米的加工方式流程和外國存在一些差異。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。在國外玉米果穗剛收獲時其水分一般為35%左右，需要對果穗進行烘干使其水分達到12.5%左右再進行脫粒。然而在我國，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，因此基本上都不對玉米果穗進行烘干。在我國種子公司一般將玉米果穗在場上晾干，降低其水分到18%左右，然后運用烘干塔對籽粒進行烘干，最終使玉米籽粒的水分可以降至13% 趙克明. 關(guān)于我國玉米生產(chǎn)發(fā)展問題的看法J. 玉米科學，2003(專刊)： 60-61 。因此在我國對玉米果穗進行脫粒時，其水分比

35、較高，導致玉米芯與玉米籽粒的連接強度較大，最終影響脫粒質(zhì)量 趙武云，吳勁鋒，張鋒偉，楊術(shù)明. 玉米軸流脫粒機研究現(xiàn)狀分析Z. 機械研究與應(yīng)用.2009：9-13。普通玉米脫粒機在工作時，平均籽粒破碎率在3%到5%之間，有時可能達到8%甚至更多 鄧小紅. YT-1.5型小型玉米脫粒機設(shè)計Z. 郴州；郴州職業(yè)技術(shù)學院北 院，2009：10-13，這將嚴重影響玉米產(chǎn)量。因此，需要結(jié)合我國玉米脫?，F(xiàn)狀，研制出適合我國市場需求并且破碎率低、脫凈率高的玉米脫粒機。雖然玉米脫粒機的研究已經(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雜性，迄今為止，國內(nèi)外對玉米脫粒過程的研究大部分采用的是試驗方

36、法、高速攝像技術(shù)、經(jīng)驗方法以及統(tǒng)計分析方法或者連續(xù)介質(zhì)力學的分析方法 Petre I. Miu. Mathematical model of threshing process in an axial unit with tangentialfeeding J. CSAE Paper，1997，2：217-219。運用這些方法對脫粒的機理進行研究并研制出脫粒機，大量耗費人力物力，只能對脫粒過程的宏觀層面進行分析，無法保證精度，并且作物與機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。當脫粒機種類的不同、作物種類的不同時參數(shù)還需要進行重新安排實驗然后建立新的數(shù)學模型，增加了實

37、驗的重復性，延長研發(fā)周期。1.6 本文主要研究內(nèi)容我國市面上用的最多的脫粒機為釘齒滾筒式脫粒機。這種脫粒機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，但是對玉米籽粒的損傷較大。擠搓原理的脫粒機如今在美國等的發(fā)達國家已經(jīng)得到廣泛的推廣應(yīng)用并取代了打擊原理的脫粒機。擠搓原理脫粒機全面克服了釘齒式玉米脫粒機的缺點，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)計一款運用擠搓原理的板齒式玉米脫粒機。本文采用基于離散元法的數(shù)字化設(shè)計方法研究玉米脫粒機的脫粒過程。該方法首先建立脫粒機的數(shù)字化

38、模型，并在計算機上進行物理仿真，根據(jù)仿真結(jié)果修改設(shè)計尺寸與結(jié)構(gòu)，然后再對修改后的脫粒機模型進行仿真分析，直到得出符合要求的分析結(jié)果，從而實現(xiàn)對玉米脫粒機的優(yōu)化設(shè)計。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，采用離散元法對自行設(shè)計的板齒玉米脫粒機進行仿真。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，以期對所設(shè)計的脫粒機的工作性能進行優(yōu)化。第2章 板齒玉米脫粒機總體結(jié)構(gòu)與工作原理2.1 板齒脫粒機基本結(jié)構(gòu)與工作過程板齒玉米脫粒機的基本結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。玉米果穗由入料口進入脫

39、粒機，V帶輪將電機的功率傳動給脫粒滾筒使其轉(zhuǎn)動。入料口對應(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動至排芯區(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)，當排芯區(qū)充滿玉米芯后，排芯區(qū)隔板將被頂開，脫粒機排出玉米芯。玉米籽粒在脫落后通過柵格凹板的間隙進入出料斗排出脫粒機。擠搓式玉米脫粒機的脫粒過程相對柔和，對果穗的沖擊力相對小從而玉米籽粒的破碎率比較低。1 機架 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電機圖2-1 板齒玉米脫粒機基本結(jié)構(gòu)2.2 板齒脫粒機工作原理擠搓式板齒玉米脫粒機充分應(yīng)用了仿生技術(shù) 柳建安，李偉杰. 螺旋擠搓式玉米脫粒機的設(shè)計J. 農(nóng)機化研究， 2010(8)：82-84，脫粒區(qū)的板齒對玉米果穗的運動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動。板齒和滾筒軸具有一定的夾角，玉米果穗也同時被推向排芯區(qū)。因此玉米果穗在脫粒機內(nèi)的運動軌跡為螺旋線。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作，前一部分的板齒被設(shè)計成帶冠板齒。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