玉米脱粒机装置设计

马志燕

摘要： 针对长期以来玉米脱粒过程中脱净率低、玉米易碎芯等问题，提出了一种新的玉米脱粒机装置。首先介绍了玉米脱粒机的总体结构，它是由入料部分、脱粒部分、筛选部分和机架等组成，并论述了其工作原理，然后对同步带、钉齿条和栅格式凹板等主要零部件进行结构设计与计算。新式玉米脱粒机的应用结果初步验证了其实用性和高效性。

Abstract： According to the problem of lower threshing rate， corn fragile core in corn threshing for a long time， a new corn threshing machine device is proposed. First， the overall structure of the corn threshing machine is introduced， which is composed of the feed section， threshing， screening part and frame， and its working principle is discussed. Then the synchronous belt， tooth nail and grid concave board， and other major parts of structure are designed and calculated. The application of the new maize thresher has preliminarily verified its practicality and efficiency.

关键词： 玉米脱粒机；钉齿条；栅格式凹板

Key words： corn thresher；tooth nail；grid type concave plate

中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）07-0120-02

0 引言

随着科学技术的发展，农业机械化需求越来越高。众所周知，玉米脱粒机就是玉米的粒芯分离装置，是市场上广泛应用的机械，一些小型手动的玉米脱粒机虽然体积小，但其工作效率低，同时劳动强度高，并且脱粒不干净，需要进行二次脱粒。因此设计一种自动玉米脱粒装置，其效率高、动力强、上料均匀、粒芯分离彻底，同时可以提高劳动生产率，降低劳动强度，保障操作安全便捷。

1 玉米脱粒机总体结构及工作原理

1.1 总体结构 玉米脱粒机是玉米在剥皮后，经过一段时间的风干，然后使玉米粒和玉米芯分开的一种装置。设计的玉米脱粒机主要由入料、脱粒、筛选和机架等部分组成。总体结构如图1所示。

整个装置由以下五部分组成。

①入料。入料口是由1cm左右厚度的铁板制成，在脱粒机的上盖顶部，主要用于将脱皮后的玉米送入脱粒机。玉米通过入料口滑入脱粒部分进行下一步工作——脱粒。②脱粒。钉齿滚筒上安装有钉齿，在脱粒过程中，钉齿随着钉齿滚筒一起高速旋转，栅格式凹板固定不动，玉米则在其相对运动下由于钉齿的作用实现脱粒。③筛选。筛选即就是在脱粒后将玉米粒和玉米芯分离的过程。栅格式凹板是完成筛选功能的主要部件，它是是固定不动的，由横向铁条和纵向梁组成。玉米在脱粒过程中，凹板上铁条之间的缝隙将玉米卡住，脱粒完成后，玉米粒从凹板缝隙漏下，经滑板从出料口排出机体外，玉米芯则被拦住，从排芯口排出机体外，从而实现粒芯分离。④机架。机架是由左右机架、出料口、下滑板及主机梁组成，采用角铁制成。机架在整机工作过程中起到了整体支撑的作用，整机的主要重量、负载和转矩几乎都由其承担。而且在工作过程中，为了减少整机的震动和倾斜等不利因素，组成机架的各个部分必须相对固定。

1.2 工作原理 该玉米脱粒机的工作过程如下：剥好的玉米从入料口进入到脱粒机中后，在钉齿滚筒上固定的钉齿条以及其上的钉齿随着主軸的转动而高速运转，栅格式凹板固定，钉齿与栅格式凹板相对运动下使玉米粒和玉米芯分离，玉米粒经栅格式凹板的缝隙落下，从出料口排出机体，玉米芯则被隔住，从排芯口排出机体。脱粒机工作过程中不断重复填入——脱粒——排出机体的过程，从而实现高速高效的不间断脱粒过程[1][2]。此玉米脱粒机采用电力拖动，电动机安装在玉米脱粒机的下部，与整机机架的下机梁固定连接，可以节省空间。

2 主要零部件设计及计算

2.1 同步带的设计 玉米脱粒机在工作过程中，需要工作平稳、噪声小，并且整体结构紧凑，便于安装、保养和维修等。在保证其工作过程中的传动要求的基础上，尽量适合脱粒机的这些要求。所以在动力和主轴的连接上采取了普通V带传动，V带没有接头，传动较平稳，噪声较小，并且具有良好的弹性，能缓冲吸振。其传动能力强，结构紧凑，适合玉米脱粒机的各种需求。虽然普通V带传动有相对滑动，使传动比不精确但不会影响玉米脱粒机的传动要求[3]。

根据已知条件所得出的功率和主动轮转速，可以选择B型普通V带应用于该脱粒机上。

2.1.1 确定带轮基准直径

带轮直径小可以使传动结构紧凑，但另一方面弯曲应力大。所以取小带轮基准直径大于其最小值。

2.1.2 确定传动中心距和带长

2.1.3 验算主动轮上包角

2.1.4 确定V带根数

其中：p0—单根普通V带许用功率值，由转速和直径可以确定为p0=1.95；k？琢—包角系数；k？琢=0.98；kl—材质系数，kl=0.93；？驻p0—计入传动比的影响时，单根普通V带所能传递的功率的增量，当主动轮的转速n1=1440r/min，同时单根普通V带所能传递的转矩修正值？驻T=2.9n*m时，可以确定？驻p0=0.0001*？驻T*n1=0.4176kw

2.2 钉齿条、钉齿和圆盘的设计[4] [5] 钉齿条、钉齿和圆盘的设计非常重要，它们直接影响玉米脱粒机的脱粒效果以及脱粒后将玉米粒和玉米芯分离的情况。

钉齿条安装在钉齿滚筒上，其作用主要是固定钉齿，所以在脱粒过程中，钉齿所受的力会直接传递到钉齿条上，那么钉齿条在设计的时候，一方面要考虑到很好的固定钉齿，使钉齿的分布能够最高效的保证脱粒效果，同时也要保证其足够的刚度和强度。为保证钉齿条这两个方面的功能，从材料上选用45钢，在钉齿滚筒上共安装4个钉齿条，相互之间相差90度，均匀的排列在钉齿滚筒上，所设计的每一根钉齿条的长宽高分别为735mm、40mm、9mm。钉齿条上分布着和钉齿数相等的圆柱形通孔，以便于钉齿穿过后固定。通孔上端开有小槽，可以和钉齿的外形相配合，实现径向固定，从而保证两者之间可靠稳定地连接。钉齿条的两端分别用圆盘固定，钉齿条穿过圆盘上和其相配合的方孔并伸出圆盘表面，方便焊接。为保证钉齿条固定牢靠，在主轴三分之一和三分之二处，分别采用铁柱将钉齿条与主轴采用焊接的方式连接在一起，以增加钉齿条的刚度，同时使整体刚度和强度有所提高，整体固定性更好，稳定性也提高。

钉齿是在玉米脱粒机工作时直接与玉米接触的结构，因此钉齿的刚度和强度以及耐磨性是必须要保证的参数，经实验，材料选为45钢可以保证其要求。钉齿均匀的分布在每一根钉齿条上，每根钉齿条上有八个钉齿，每一个钉齿的长度为12mm，钉齿一端有螺纹，以便于穿过钉齿条后用螺母拧紧，固定到钉齿条上。两相邻钉齿条上钉齿的横向距离为50mm左右，均匀的承螺旋排列方式安装在钉齿条上。在脱粒的同时，玉米芯顺着钉齿的螺旋排列很顺利地排出机体外，而且螺旋排列可以使高速旋转的钉齿同时对玉米进行脱粒，提高效率。

圆盘的主要功能是将钉齿条固定到钉齿滚筒上，起到连接作用，同时在钉齿滚筒高速运转的情况下，可以承担所传递的弯矩和扭矩，其材料采用刚度和强度较好的45钢制成，厚度为5mm。圆盘需要装在主轴上，因此，圆盘的中心需加工可以和主轴相互配合的孔。为了很好的固定钉齿条，两端圆盘都打出和钉齿条相配合的四个均匀分布的方孔，便于四根钉齿条从四个方孔中穿过，从而使钉齿条固定。

2.3 凹板设计 凹板采用栅格式结构，利用25根直径为10mm，长为735mm钢筋横向焊接而成，钢筋之间留出10mm左右的缝隙，形成横向和纵向相间的栅格式结构，便于将加入到脱粒机中的玉米卡住，从而使钉齿在高速运转过程中对玉米进行快速、稳定的脱粒。同时，脱下的玉米粒从缝隙中落入滑板，而玉米芯则被阻止，实现粒芯分离，达到玉米脱粒清选的作用。凹板采用半圆柱形结构，两端采用两个半圆式铁条固定，并在中间用铁条加固。两端和中间的铁条再焊接到机架上，以加固机体与凹板的连接质量，使凹板的工作稳定性提高，可靠性加强，并且提高整体的结构刚度。

3 玉米脱粒机的性能及特点

①结构简单轻便，适应性强：该玉米脱粒机结构简单，制造方便，易装配，体积小，重量轻，移动容易；大小玉米都能脱。②容易操作，使用方便：该玉米脱粒机只要通上电源，任何地点均可操作，任何人一看就懂，方便使用。③效率高，脱粒干净：脱粒和清选同步进行，不用第二次风选。当玉米大头直径在30mm-500mm时，湿度在20%左右时，对玉米进行脱粒平均性能如表1。

4 结束语

论文提出了一种新型的玉米脱粒机装置，介绍了其组成及工作原理，并对于一些主要结构进行了设计和计算。经实际应用，该玉米脱粒机结构简单可靠，稳定性高，能满足生产工艺要求，实现了生产的自动化，取得了较好的社会效益和经济效益，值得推广应用。

参考文献：

[1]何小鵬，刘春和.挤搓式玉米脱粒机的研制[J].农业工程学报，2003，19（2）：105-108.

[2]东北农学院主编.农业机械学理论与设计（下册）[M].北京：中国农业出版社，1961：105-111.

[3]濮良贵，纪名刚.机械设计[M].七版.北京：高等教育出版社，2001.

[4]赵武云，王广万，刘国春，等.低破碎玉米种子脱粒机的研制机械研究与应用[J].2010（1）：132-134.

[5]赵武云.组合式螺旋板齿种子玉米脱粒装置研究[D].西安：西北农林科技大学，2012，11.