3010-课程设计-谷物联合收获机脱粒工作部件的设计(喂入量8kg.s-纹杆式脱粒装置)

1设计目的本次设计一个纹杆式脱粒装置，其喂入量为8kg/s。在设计纹杆式脱粒装置的过程中，要适用大小麦、水稻、釉粳、大豆、高粱、玉米和谷子等多种作物，我们要对滚筒和凹板作出合理的构思，细致的分析，公益性的考虑，并且进行零件的设计和计算，作出脱离装置的装配图，树立正确的设计思想，明确设计丝路，掌握设计方法。初步掌握结构分析、设计和计算的能力。2脱粒装置的选择脱粒装置是脱粒机与水稻联合收割机的核心部分。它不仅在很大程度上决定了脱粒质量和生产率，而且对分离清选等也有很大影响。脱粒方式可分为纹杆式、钉齿式、双滚筒和轴流式。根据表 9.6‐1 采用纹杆滚筒式脱粒装置。纹杆分为 A 型和 D 型，由于 D 型纹杆抓取作物能力强，装卸方便，因此采用 D 型。滚筒采用开式即滚筒圆周方向不封闭，作物的喂入方式为纵喂。 3 结构设计 3.1 滚筒滚筒的直径和长度大小与脱粒，分离装置的通过能力密切相关。作物进入脱离装置呈薄层则得到的脱粒与分离效果最好，滚筒长度一定时，增加滚筒凹板的包角能提高分离率，小直径滚筒采用大的凹板包角（加大弧长），相当与增加脱粒分离时间，并有利于提高稻粒分离率。因为对某种作物脱粒所需的速度是一定的，使稻粒分离的主要因素是运动中稻粒所受的离心力，而离心力与角速度的平方成正比，所以小直径滚筒和高转速有利于稻粒分离，且小直径滚筒结构小，效率高，比较经济。但随着喂入量增大到一定值后，滚筒凹板间作物层变厚，工作质量将降低。直径大的滚筒配同样的凹板包角，可以有较大的凹板分离面积，能提高其脱粒能力和生产率。采用大直径滚筒使脱粒装置体积和重量增大，从而使整机的外形尺寸加大。小直径滚筒脱粒后的谷草比较碎，在同样脱粒负荷下，小直径的脱粒功率消耗一般比大直径滚筒稍大，确定滚筒直径 D 时，应首先从可以配用的最大凹板弧长来考虑。只有在凹板弧长因包角限制不能增大时候才选用较大的滚筒直径。我国纹杆滚筒标准规定，滚筒直径系列尺寸为 400，450，550 和 600。在国外联合收割机上有采用直径达到 800mm 的纹杆滚筒脱粒装置。喂入量为 4kg/s，选滚筒直径 D＝550mm 纹杆滚筒长度 L 主要根据生产率决定。在纵喂的脱粒装置上滚筒长度按下式计算；0() q Lm q ³ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐(1) 式中 q―脱粒装置的喂入量（kg/s）0 q ‐滚筒单位长度允许承担的喂入量(kg/s)，在 NJ105－75 标准中规定滚筒长度系列为 500， 700， 900， 1200， 1350， 1500mm，1100mm 为保留系列，在新设计的机器中不采用。现有一般纵喂脱粒机取0 q ＝1.5～2.0，对 T 型和型联合收割机＝3～4，对直流型的滚筒长度随割幅而定。082.00()4 q Lm q ³==取 L=2000mm 由于设计过程之后发现计算结果为 2000mm 不在保留系列之中，所以纹杆过长许特制。纹杆根数 Z 可按下列式计算 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐(2)式中 S 是纹杆间距（mm），一般为 180～250mm，横喂滚筒直径较小，S 的最小值 150mm，为便于滚筒平衡，纹杆数一般都取偶数。在 NJ105－75 标准中规定 D＝400，450mm，Z＝6；D＝550，600mm，Z＝8 取 D＝600mm,Z=8。 3.2 凹板凹板除配合滚筒起脱粒作用外，还应起分离脱出物作用。使脱下的大部分稻粒能很快地分离，可避免和减少稻粒破碎，同时也减轻了分离装置的负担，要提高凹板的通过性，必需尽可能地加大凹板的有效分离面积，也称筛孔率。纹杆滚筒式脱粒装置常用的凹板结构有栅格式与冲孔式凹板。钢板冲孔式凹板的优点是制造工艺简单，但筛孔率仅 25～30％，分离率一般不超过 50 ％，而栅格式凹板的筛孔率为 40～70％，凹板分离率可高达 75～90％，故栅格式应用普遍。栅格式凹板由横格板，侧弧板，筛条等组成，一般为整体结构，包角a超过的凹板分成两段或三段制造。通过调节机构可改变凹板与滚筒的间隙。凹板上的栅格板与筛条构成分离筛孔，横格板均布时格板间的孔长（b）约 30～ 40mm，非均布为 30～50mm，筛条间孔宽() a 为 8～15mm。筛孔宽大时，稻粒破碎少而漏下的未脱净穗与碎秸秆增多。横格板应用棱角，顶面一般高出筛条，使旋转滚筒对作物冲击，振动充分发挥脱粒和分离作用，高度过大易使秸秆破碎增多。凹板面积 A 和凹板弧长 l 对脱粒装置的脱粒和分离能力有显著影响，因而也与喂入量有关，其关系式为： ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐(3) 式中 B―为凹板的宽度（m）L ―为凹板的弧长（m） q―为脱粒装置的喂入量（kg/s）―为喂入作物中谷粒所占重量的比率；－当时，单位凹板面积允许负担的喂入量；对脱粒机取 2.5～3，对联合收割机取 5～8。要求脱粒装置具有较高的分离性能时取最小值，发动机功率较大可取最大值。凹板宽度 B 等于滚筒长度 L，因此当滚筒长度确定后，即可求出凹板弧长 l。弧长大脱粒分离能力加强，允许的喂入量增大，生产率提高。但相应的秸秆增多，功率消耗也加大。滚筒直径一定，加大凹板弧长等于增加包角，凹板包角过大时，易使秸秆缠绕滚筒。现有脱粒装置上凹板包角多数采用，少数达左右。在工作质量满意的前提下，凹板弧长取短些为好，一般弧长为 350～700mm。2(1)(10.4)81.6()0.60.65 a q ABlm q b--´=³==´ B=2.0 1.60.8()2.0 A lm B -== l=800mm，A=1.6 1800.818011523.140.4 l a´´===´oo脱粒间隙：入口间隙为 20mm,出口间隙为 5mm. 115a=o 3.3 脱粒间隙与速度滚筒凹板间组成的空隙称脱粒间隙。为使脱粒装置能适应不同品种和不同湿度的作物，脱粒间隙一般可调节。在通常情况下脱粒间隙按一定规律变化，在作物进口处的间隙大，出口处的间隙小，间隙比（入口间隙与出口间隙之比）为2～4。在作物能顺利喂入的条件下入口间隙可尽量调小，有利于提高脱粒装置的工作质量。常用的作物脱粒间隙范围见下表：纹杆滚筒式脱粒装置的脱粒速度与脱粒间隙脱粒间隙（mm)作物种类滚筒速度（m/s)入口出口小、大麦27～3216～224～6水稻釉粳24～2626～3016～2216～224～104～6大豆10～1420～306～15高粱12～2220～304～6玉米10～1635～4512～22谷子24～2815～202～4脱粒速度是指滚筒旋转时纹杆顶端的圆周速度。脱粒速度大，对作物的打击大，脱净率与分离率会提高，谷粒的破碎和碎秸秆增多，功率消耗加大。反之则小。当脱净率与分离率能满意时应选用较低的脱粒速度。各种作物常用的脱粒速度可参照上表。 3.4 凹板与滚筒的相对位置把喂入口布置在脱粒装置的前部，凹板进口端设置在滚筒轴线以下，底部切线以上。作物喂入方向以位于 D/4 为半径的滚筒假想同心圆的切线处较易。脱出物排出口位置在凹板面积确定后大体上已定，但要求使秸草的抛出轨迹能适合脱粒工艺流程，避免排出的秸草返绕至滚筒前部。凹板包角的出口端通常在滚筒水平轴线以下。 4 脱粒间隙调整机构脱粒间隙的调节采用移动凹板来实现。凹板采用出入口快速大幅度调节的联动调节机构，以便遇滚筒堵塞时，可以迅速降落凹板，使堵塞作物顺利通过。该机构由两根等长吊杆和凹板侧板组成一个固定的等腰三角形。在三角形各顶点侧壁上开有大小相等、方向相同的长孔。扳动操作手柄，通过弯臂和拉杆使支承臂绕支点转动，两等长吊杆沿长孔作直线移动，从而改变滚筒和凹板的间隙。当调到需要的间隙时，操作手柄可固定在齿板上相应的长孔内。若滚筒即将堵塞时，把操作手柄向右扳动至极限位置，间隙便迅速调到最大。凹板由可调节吊杆与支承臂相连，由拉杆和凹板联接处侧壁上的导向孔定位。扳动操作手柄，通过调节螺母拉动拉杆，使支承臂绕支承点上下摆动，可调节吊杆带动凹板沿导向孔移动，改变滚筒和凹板的间隙。这种机构对凹板进行三种调节：（1）调节可调节吊杆长度，改变滚筒与凹板的相对位置。（2）拧动调节螺母改变拉杆长度，获得不同的间隙。（3）提起操纵手柄，可快速将滚筒与凹板的间隙调大，以防止滚筒堵塞。 5 生产率与所需功率纹杆滚筒式脱粒装置的生产率习惯用喂入量表示，即每秒进入脱粒装置的作物总量。生产率主要按各种脱粒机和联合收割机脱粒装置的试验和统计所得到的数据资料来进行计算。 (1)按纹杆单位长度脱粒能力计算生产率 p：085002.00.022.67()6060 ZnL kg q s m´´´=== ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐(4)式中 Z‐‐‐‐‐‐‐‐纹杆根数； n‐‐‐‐‐‐‐‐‐滚筒转速 r/min L‐‐‐‐‐‐‐‐滚筒长度 m 0m ‐‐‐‐‐纹杆单位长度脱粒能力 kg/m，与作物的特性，纹杆间距以及脱粒装置出口处茎秆速度有关，常采用 0.018～0.024kg/m. (2)纹杆滚筒式脱粒装置总功率消耗 N 包括克服滚筒转动时轴承的摩擦阻力和滚筒旋转时的空气阻力等空转功率和脱粒滚筒在脱粒过程中功率消耗两部分。2301000(1) q NNNAB T f nww=+=++-28323430.310700.5210704.041000(10.7) KW ´--=´´+´´+=´-式中w----滚筒角速度;v----滚筒圆周速度m/sA----系数，与轴承种类，传动方式有关取（0.2～0.5）310-´B------系数，与滚筒转动时的迎风面积有关，取6(0.48~0.68)10-´q-----喂入量kg/sf-----搓擦系数，与圆周速度，凹板间隙，喂入量，谷物湿度等有关。根据试验取0.7～0.8。上式中的脱粒功率消耗，按滚筒对谷物的冲击作为非弹性碰撞，即谷物被滚筒撞击后即以滚筒的速度运动计算，因此计算出的功率一般供设计参考。正确的功率需实际试验测定。根据试验统计，一般情况下纹杆滚筒脱稻,麦时，每公斤喂入量消耗的平均功率为3-3.7kw。在实际脱粒时，由于喂入量不均匀，脱粒功率波动较大，设计时取最大功率为平均功率的1.5～2倍。实际消耗功率N=2´4.04=8.08KW 6结论纹杆式滚筒采用 D 型纹杆，纹杆 Z＝8，滚筒直径 D＝600mm，长度 L＝ 2000mm，因纹杆长度太长，需特制。凹板采用栅格式包角115a=o，弧长800 lmm =，宽度 B＝2000mm。总功率消耗为 N＝8.08KW。参考文献:［1］何月娥主编.《谷物收割机械理论与计算》.长春：吉林人民出版社出版,2000年6月［2］毛谦德,李振清主编.《袖珍机械设计师手册》第二版.机械工业出版社,2002年5月［3］张伟,徐树来,秦春兰主编.《农业机械学》.哈尔滨：东北林业大学出版社,2000年4月44～63页［4］中国农业机械化科学研究所主编.《农业机械设计手册》.北京:机械工业出版社,1988年2月934～941页