小型玉米脱粒机的设计

小型玉米脱粒机的设计

解晨晨 宋开功

山东协和学院 山东济南 250107

摘要：从联合国粮食及农业组织发布的数据来看，玉米毫无疑问的，成为世界第一大农作物，其影响甚至超过了水稻小麦。近年来，全球玉米产量持续增长，并且中国产的玉米产量占世界总产量的23%，年产量超过2亿吨。我国玉米种植区主要分为六个种植区(1)东北北春玉米区，主要指的是黑龙江，吉林，辽宁这几个省份，因为此地盛产黑土地，土壤肥沃，平原居主，所以全国大约40%的玉米种植面积在东北。(2)黄淮海平原玉米播种区，该种植区的地形主要是冲积平原带，地势平坦海拔低，其包括苏北，山东全境和山西南部等，它的总产量约占全国的三分之一以上。(3)西北玉米种植区，该种植区主要包括新疆地区，宁夏地区和甘肃地区，因限于降水稀少，用雪水来进行灌溉，所以种植面积较小。(4)南方丘陵玉米种植区，因为南方的气候原因，无霜期较长，无法实现一年两熟或三熟，所以种植玉米的人数较少，并且总产量不足5%。(5)西南山地玉米区，它包括滇川贵等地，该地种植面积约占全国的3%左右(6)青藏高原玉米产区，限于气候与海拔等因素，几乎没有人口种植玉米。

由上提到的第二种种植区，山东则是这个区域产玉米产量最多的区域。山东省气候条件良好，生物繁多，属于温带季风气候。并且山东省地势较为平坦，利于农作物的种植。正因为这些条件为山东种植玉米提供了完好的条件，所以在山东省，玉米种植面积超过了5000万亩，占中国总种植面积的19%。

关键词：小型玉米脱粒机；玉米籽；挤搓原理

背景：近些年来，经过农业种植管理技术的提高和玉米基因品种的改良，玉米在南方的种植规模也得到显著的提升。而南方玉米种植区多半是以家庭为单位的，虽然不像北方那种大批量的包田生产，但规模也是巨大的。而作为家庭为单位的玉米生产，从各方面来看，使用，成本，效率，小型玉米脱粒机都能突显出无与伦比的优势，所以也较为被接受。

全喂入和半喂入这是我国脱粒机的主要两种形式，并根据这两种形式拓展出了传统式，轴流式和风扇叶轮式这三种结构。而在我国脱粒最主要运用的原理还是冲击脱粒，它是利用一定速度的原件的冲击使得谷物脱粒。

钉齿式玉米脱粒机，它的主要工作原理是通过钉齿来击打玉米果穗，是国内农村上用的最多的一种玉米脱粒机。利用玉米子的惯性力来使它脱粒果穗。并且在钉齿滚筒的旋转下,使得玉米穗与玉米穗，玉米穗与凹板间产生摩擦力，而这个摩擦力就能使得玉米脱粒。

上图 国内钉齿式玉米脱粒装置

而在国外，是利用挤搓式仿生技术对玉米进行脱粒，它的特点有很多：其中之一是滚筒旋转的速度慢，对玉米粒的冲击较小，所以玉米粒不容易破裂。二是它能对于含水15％~25％的玉米都能脱粒；三是脱净率高，不容易残留玉米粒在玉米棒上。

因为传统的冲击式玉米脱粒机具有脱净率低，破碎率高的缺点。这对提高农业现代化和提高玉米粒收集效率不利，所以对玉米脱粒机的改造刻不容缓。

设计依据：

1. 对于玉米脱粒机需求迫切

我国玉米种植面积大，玉米脱粒在农村尚且有大部分是人工脱粒，少部分农户通过租借公司的钉齿式脱粒机来实现脱粒。现今国内对玉米脱粒技术装备的需求越来越高。如果该设计成功，将会为我国农业机械这方面做出贡献，能解决这一需求。

2. 工作可靠、能减少破碎率，降低收获损失

为了方便小型玉米脱粒机装置的推广和使用，考虑到现阶段中国广大玉米种植户对与环保能耗和效率这方面的考虑，在保证玉米脱粒机原性能不变的前提下，通过对小型玉米脱粒机某些部件的改良，使中国的农户真正用的上放心可靠的玉米脱粒机。

（1）生产率：400kg/h

（2）脱净率：≥98%

（3）破碎率：≤4%

(3)玉米籽的基本物理特性

玉米作为一种南北人民都喜欢吃的农作物。它的种子属于规则的物质形态，呈一种锥形。其结构如图所示，它主要由胚芽，胚根，果皮和种皮等几部分组成。而如果我们根据物料的流动动态特性，玉米的修正系数为2.11，临界速度为9.8-14m/s。而玉米也是种散料，它的滑动摩擦角为20°(钢板)，22°(板)，休止角为29°~35°。正因为玉米粒的这些物理特性，才可以利用其特性更好的设计玉米脱粒机。

玉米粒的种子结构示意图

主要结构：玉米脱粒机主要结构包括入料斗、脱粒仓、主轴、机架、出料斗、导芯口、排芯口、压板机构、皮带轮和电机等。

图3—1脱粒机机体组成

1电动机 2进料螺旋 3滚动轴承 4平板齿 5大带轮6进料口

7冠状板齿 8栅格凹板 9排芯区拨轮10压板机构 11出料口 12风机

基本原理：

本设计利用的原理是挤搓原理，它是利用螺旋叶片带动果穗向前运动，然后通过安装在两侧和底部的栅格板对果穗进行充分的挤搓，使齿板与果穗之间、果穗与果穗之间、果穗与栅格之间产生一种摩擦力，而这种摩擦力足以将果穗上的籽粒脱掉；脱粒后经过凹板栅格和风机的清选作用，可得到较为完好的玉米籽粒。

主要相关参数的计算

小型玉米脱粒机主要参数计算有脱粒板齿线速度，主轴的功率和电动机的功率。

脱粒板齿的线速度，

根据公式， ＝

其中： －板齿的线速度，（m／s）；

－主轴的转速，（r／min）；

－板齿外缘的回转直径，（mm）

已知∶假设 ＝266 r／min； ＝230mm；那么我们将其代入公式得：

＝ ＝3.2m／s

对于板齿式脱粒滚筒来说，板齿外缘的线速度应小于或等于4m／s，这种速度可以有效的降低破损率，但速度又不能太低，否则不利于工作效率。所以确认线速度在3.1~3.9m／s之间最佳。

主轴的功率

玉米脱粒所需功率为P₁，由脱粒机的工作阻力和板齿外缘线速度求出，即∶

_{根据公式1}＝

参考生产量为5t/h的挤搓式玉米脱粒机，平板齿宽为110mm,均布载荷150N；这次设计的脱粒机平板齿宽72mm,所以每个板齿的平均受力约为95N,因为脱粒主轴上有12个板齿受力，得：

＝95×12＝1140N

由上述知 ＝3.2m／s，代入公式（4—2）得：

₁＝ ＝3.6kw

电动机的功率

电动机的功率P主要由脱粒主轴功率P₁来计算，即

＝

－各级传动效率；

查《机械设计手册》可知，

带传动的机械效率₁：0.94 ~0.98，取0.97；

一对滚动球轴承机械效率₂：0.99；

滚筒传动∶由于板齿固定于轴上取₃为1；

脱粒机传动中用到带传动，还有一对滚动球轴承故 ＝₁₂₃

∴ ＝ ＝ ＝3.7kw

除此之外，还要将风机的功率也要考虑在内，此次设计选用0.1kw的离心风机，由查《脱粒机》取滚筒转速N＝266r／min,查《机械设计手册》，V带的 ＝2 ~5，故电动机转速可取在532~1330r／min,这一范围电动机可选Y132M1﹣6，960r／min，4kw的电动机。

脱粒的传动部分

本次脱粒的传动部分所使用的是带传动，因为带传动作为一种挠性件，具有吸收震动，缓和冲击的优点，不光如此，带传动还能使玉米脱粒机工作可靠，没有污染噪音等特点。而且带轮成本低、工作可靠，且便于安装拆卸。

结论：通过对传统玉米脱粒机效率的问题入手，总结出倘若利用板齿式滚筒来改良小型玉米脱粒机，并且将板齿式脱粒滚筒线速度控制在一定范围内，就能大大提升了小型玉米脱粒机的性能，满足了使用需求，但对于那些大果穗的玉米的使用稍有缺陷。

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