小型刮板式自动收粮机的设计

郭德伟，李 丽，俞利宾，闵 洁，张文斌

(红河学院 a.工学院;b.商学院，云南 蒙自 661199)



小型刮板式自动收粮机的设计

郭德伟a，李 丽b，俞利宾a，闵 洁a，张文斌a

(红河学院 a.工学院;b.商学院，云南 蒙自 661199)

针对目前农村在粮食晾晒过程中，普遍依靠人将粮食扫在一起，然后用铲子一点点把粮食铲进口袋，劳动强度大、生产效率低的问题，设计了一种小型的刮板式自动收粮机。该机为满足户外使用的特点，以小型汽油机为动力来源，依靠带传动将动力传递给传动轴，然后采用刮板与输送带相结合的方式将晾晒的粮食进行自动收集，同时在输送带末端装有粮食漏斗，便于将收集好的粮食直接装入漏斗口末端的口袋中。实际测试结果表明：该机解决了传统手工收粮费时费力的问题，对于减轻粮农劳动强度，便于对晒干后的各种农作物进行收集和灌包发挥了极大作用，值得进一步推广普及。

收粮机；小型；晒粮；刮板

0 引言

我国幅员辽阔，生产粮食的地理条件各不相同，每逢粮食收割季节，都有大批粮食要上市。粮食上市必须经过收割、晾晒、加工等流程，而自动化机械必不可少。晾晒这一环节在农村中是最繁重的劳动，粮食在地上晒干以后，必须将粮食扫在一起，然后一个人用铲子一点一点把粮食铲进口袋，另外得有一个人张开口袋。这样不但浪费时间，而且劳动强度很大。如果在晒粮时遭遇雨天，收粮的速度将直接影响着这一年的粮食收成。平原地区主要采用大型晒粮、收粮机械，而在丘陵山区大型机械根本不适用，且农村主要是个体户种植，为解决农村个体户晒粮、收粮困难这一难题，一种小型收粮机对农村来说极其重要[1]。

目前，市场上已经出现了几款收粮机，但都是大型收粮机，有的还是附带卡车收粮的，适用范围局限在大型晒场，对农村并不适用。网络上也出现了一些小型的收粮机专利，例如纪成明[2]设计的“粮食晾晒摊收机”由主机和吸收装置组成，结构如图1所示。其主要利用负压的原理靠“吸收装置”进行收粮，但由于吸拾粮食需要机器的功率大，因此整机的体积较为庞大，不利于农户家庭使用。门振墩[3]设计的“直推式绞龙收粮机”，由收粮绞龙、送粮绞龙、步进装置和活动出粮筒组成，结构如图2所示。

图1 粮食晾晒摊收机结构图

图2 直推式绞龙收粮机结构图

其收粮工作主要靠两个绞龙相互工作来完成，由于其在使用过程中需要电源驱动电机，因此对于在户外无外接电源的情况下使用不便。李忠恩[4]设计的“一种刮板式高速收粮机”，仅依靠刮板和截谷器的相对运动来实现粮食的收集，当地面不平齐时，将有可能导致收粮不彻底。

从以上分析可知，目前市场上出现的收粮机都不够完善，大型收粮机比较适合平原地区使用，根本不能适用于农村个体户；而小型专利收粮机，存在制作繁琐、结构上较为复杂、精度要求高及造价昂贵等问题。因此，有必要设计一种小型的收粮机来解决粮农在粮食晾晒过程中繁重的体力劳动和生产效率低的问题。

1 设计思路

本设计的小型收粮机主要是把各种大型收粮机的收粮原理集于一体，以更好地提高收粮效率。大型收粮机大致分为3种：刮板式收粮机、传送式收粮机及负吸式收粮机。负吸式收粮机主要靠“密封吸拾装置”收粮，而其余两种主要靠刮板及传送带扫粮、收粮。本设计的小型收粮机就是把其二者进行有机结合，即刮板和传送带共同串联工作的收粮装置，框架结构如图3所示。

图3 小型刮板式自动收粮机框架结构图

2 系统关键零部件设计

2.1 动力元件选择

动力元件是本设计的动力来源，为输送带上的滚筒转动、带刮板的滚轴转动的运动提供动力，因此动力元件的功率和类型的选择至关重要。由于小型收粮机多是在户外工作，所以动力元件只能选择小型动力机。选择动力机时，要保证动力机的输出功率大于负载所需的功率，动力机的矩频特性能满足机械负载并有一定的余量保证其运行可靠，还需保证动力机的转速能满足需求。目前，市场上有两种小型动力机，分别是汽油机和柴油机。柴油机的市场价远超出汽油机，为保证造价额度，本设计采用小型汽油机作为动力源。

经多次实验，刮板卷轴的转速在120～160r/min为最佳，为输送带提供动力的滚筒转速在100～150r/min。由于传送带到刮板卷轴的传动是靠一对直齿轮啮合运转，所以速度要控制在齿轮能够承受的范围之内，不宜过大。为了提高收粮效率，刮板卷轴速度可以比传送带转速稍大，其间的传动差可以通过调节带轮的大小来调节。所以，传送带转速在100～150r/min之间都可以，在选择减速机时可随机确定。

一般通用汽油机都是高转速汽油机，转速范围都在1 800～7 000r/min。市场上最常见的小型汽油机转速为3 600r/min，所以本设计采用3 600r/min的小型汽油机。由于本设计的汽油机同时为输送带滚筒及刮板滚轴提供动力，且汽油机产生的能量在传递过程中会有一定的损失，所以选取汽油机的功率必须大于刮板滚筒正常工作所需的功率。经过实验，汽油机的功率选1.2kW。

综合转速实验及市场调查，选用的汽油机型号为通用小型汽油机152F，其性能参数如表1所示。

表1 汽油机性能参数

2.2 传动元件的设计

2.2.1 减速机的选择

通过在农机市场上实地考察，减速机选用农村小型机械所使用的蜗轮减速机。因为汽油机输出转速为3 600r/min，传送带所需转速为100～150r/min，所以减速机选用WD-63型号，其速比是30∶1。则由速比公式n1/n2=30/1，可计算出传送带的转速为n2=120r/min。

2.2.2 带轮的设计

本设计的传动方式均为带传动，带传动具有结构简单、传动平稳、价格低廉和缓冲吸振等特点，在日常生产生活中应用广泛。带传动中带轮的选择非常重要。带轮的材料主要采用铸铁，常用材料的牌号为HT150或HT200；转速较高时宜采用铸钢(或用钢板冲压后焊接而成)；小功率时可用铸铝或塑料[5]。

由于汽油机本身携带一个直径为70mm的带轮。为便于计算，减速机带轮选择跟汽油机带轮一致，即直径为70mm。

综上可得：只要选取刮板的带轮比减速机带轮直径稍小，就能满足刮板转速稍大于传送带转速。因此，试选择刮板带轮直径为56mm，则传动比为n2/n3=56/70。由此可计算出刮板的转速为n3=150r/min，满足设计要求。即可确定刮板带轮直径为56mm。

2.2.3 刮板机构的设计

刮板机构是实现粮食自动收取的关键部件，在将小型自动收粮机往前推进的过程中，通过刮板的连续转动，将晾晒在地上的粮食刮入输送带上，类似于扫帚扫地的动作。刮板卷轴采用一根42CrMo的传动轴贯穿于直径稍大的钢管中，在实际制作时，先在钢管上焊接一块刮板，然后用一块铁皮把塑料扫帚夹在固定的刮板上，这样的刮板共布置了3块，其三维结构如图4所示。

图4 刮板机构三维结构图

2.2.4 输送带滚筒的设计

输送带滚筒分为上下两个，滚筒也是采用1根42CrMo的传动轴贯穿在1根直径稍大的钢管中，焊接而成，其三维结构如图5所示。

(a) 上滚筒

(b) 下滚筒

2.2.5 输送带的设计

本设计中的输送带主要承担两个任务：一是运输粮食；二收刮粮食。所以，本设计的输送带是在普通输送带上加上一个刮板，刮板起到刮收粮食及装载粮食的作用，其结构如图6所示。

(a) 二维尺寸图

(b) 三维结构图

2.3 底板的设计

底板是本设计的关键之处，类似于一个撮箕，功能与撮箕等同。底板与地面接触，随着收粮机向前移动，底板也紧贴地面往前移动，由刮板机构的旋转带动粮食自然地收入底板腹中。其三维结构图如图7所示。

图7 底板的三维结构图

2.4 机架的设计

本设计的小型刮板式自动收粮机主要是直推式的收粮机，所以其外观及操作方式类似于手扶式推车。在设计时，考虑到收粮及传输粮食的方便，机架大体形状采用三角形，其二维尺寸图和三维结构图如图8所示。

(a) 二维尺寸图

(b) 三维结构图

2.5 整机结构及工作原理

本设计的小型刮板式自动收粮机主要由机架、传送带、滚筒、刮板、底板、汽油机及减速机等零部件组成，如图9所示。收粮机的机架大体形状是一个三角形，机架顶部设置有把手，机架底部前面装有两对车轮，机架底部后侧装有1对万向轮，机架上装有倾斜的输送带，输送带上装有料斗，用于输送粮食；输送带前端连接有一个带有刮板的转动轴，刮板转动把粮食往料斗上刮送；输送带的末端配装有粮食漏斗，漏斗的出口朝下设置，粮食通过漏斗直接进入漏斗末端的口袋内；输送带的下面在机架的三角形空腔内装有小型汽油机。在进行实物制作前，采用UG软件进行了三维建模设计。根据设计参数，所得到的三维装配图如图9(a)所示，图9(b)采用三维爆炸图的方式给出了小型刮板式自动收粮机的各主要零部件组成。在实际制作实物时，考虑到成本，因此尽量采用废旧材料进行制作，最终完成的实物如图9(c)所示。

(a) 三维建模

1.传送带 2.滚筒 3.机架 4.轴承座 5.螺栓 6.带轮 7.轮子 8.减速机 9.汽油机 10.底板 11.刮板 12.传动轴 13.齿轮

(b) 三维爆炸图

(c) 实物图

工作原理：汽油机带动减速机和下滚筒一起运动，下滚筒通过其上连接的带轮将动力传送给底板上的传动轴，依靠齿轮传动带动刮板作旋转运动；这样刮板就类似一个连续性扫帚，而地板则类似一个紧贴于地面的撮箕。操作者用力往前推动收粮机，刮板与运输带一起工作，收起粮食并运输粮食，从而把粮食收进漏斗下方事先悬挂好的口袋，实现了自动收粮和灌包。

3 结论

1)整机结构紧凑，制造成本低，动力消耗少，一个汽油机同时驱动3个工作机构。

2)实现了收扫、传送和灌包一体化，收粮效率高。

3)通过实地收粮测试，本设计的小型收粮机能在15s内将晒于地面的5kg粮食收进口袋，收粮的干净度几乎为100%，值得在广大农户中推广使用。

[1] 祝赢.小型收粮机设计与制作[D]．蒙自：红河学院，2014.

[2] 纪成明.粮食晾晒摊收机：中国，00245457.2[P]. 2001-12-05.

[3] 门振墩.一种直推式绞龙收粮机：中国，200720147517.9[P].2008-05-21.

[4] 李忠恩.一种刮板式高速收粮机：中国，201210191058.X[P].2014-04-23.

[5] 张文斌.自动板栗脱壳机的设计[J].农机化研究，2015,37(8):104-106,111.

Design of Small Scraper Automatic Grain Collecting Machine

Guo Deweia，Li Lib，Yu Libina，Min Jiea，Zhang Wenbina

(a.College of Engineering; b.College of Bussiness, Honghe University, Mengzi 661199, China)

In current grain drying process, generally rely on people sweep grain together, and then use the shovel to put a little bit of grain into the pocket. Focusing on the current problem of high labor cost and low working efficiency, a new small scraper automatic grain collecting machine is designed.In order to meet the characteristics of outdoor use, this machine uses a small gasoline engine as its power source, then transmits power to the drive shaft relying on the belt drive. This machine also combines scraper and conveyor belt to collect the drying grain automatically. At the same time, grain could be put into the pocket because of the funnel equipped in the end of the conveyor belt. It is convenient for food collection by using the universal wheel and wheels, which will make the machine move around Shaichang conveniently. The practical testing results show that this machine could collect the drying grain to a great degree by using the novel collecting and transforming way, it will solve the traditional manual grain collecting time-consuming problem and reduce the labor intensity, it has great value to popularize.

grain collecting machine; small; grain drying; scraper

2015-12-01

云南省中青年学术和技术带头人后备人才项目(2014HB02 6)；云南省教育厅重点项目(2014Z156)；红河学院中青年学术带头人后备人才项目(2014HB0205)；红河学院质量工程项目(ZXKC1308)

郭德伟(1978-)，男，云南通海人，副教授，硕士，(E-mail)28659783@qq.com。

张文斌(1981-)，男，云南建水人，教授，博士，硕士生导师，(E-mail)georgezwb@sohu.com。

S225；TS255

A

1003-188X(2017)01-0106-05