一种玉米剥皮机的设计研究

张丽婷

（银川能源学院，宁夏 银川 751000）

目前，农业收获机械的使用在农村地区还不普遍，特别是在东北部等谷物种植地区，农民还是使用传统的手工劳动，因而导致秋收受到影响。玉米由于播种面积大，且属于劳动密集型的农作物，所以在东北地区，特别是在黑龙江省，农民对于玉米的秋收困难重重。因此，对于各种玉米品种所需要的相应的农业机械已成为不可缺少的设备，而玉米播种机和耕作机的生产工艺已经基本解决，但收割方式仍有不足，从而影响了玉米的产量。

1 总体方案的设计

1.1 玉米剥皮机的设计要求

1）机器的操作步骤简单便捷，其零件选用要达标，便于使用者安装和维修。

2）整台机器价格低廉且便于安装，能满足乡村的使用条件，保证高产量和高分离率。

3）剥皮时保证籽粒的完整度。

4）玉米剥皮机的剥净率在95%以上，损失率低于2%。

5）尽可能降低成本。

1.2 玉米剥皮机的设计参数

1）当去皮时，每对剥皮辊生产效率可达1 000 kg/h。

2）根据市面上的剥皮机运行参数得知玉米的直径决定着物料对能量的需求，因此W=0.003 0 kW·h/kg。

3）电动机在使用时的转速为n=1 500 r/min。

2 剥皮装置的设计

2.1 剥皮辊长度的确定

试验结果显示，用400 mm长的剥皮辊可以达到85%左右的剥皮效果，而使用600 mm的剥皮辊，其脱皮率可达95%，本设计选用的剥皮辊长度为1 000 mm。剥皮的速度与剥皮辊的长短有关，若剥皮辊的直径大于挤压及脱粒的最小直径，那么玉米籽粒就会掉落或者被损坏，为此需让其不超过最小直径才能保证它的剥皮效果[1-4]。

2.2 剥皮辊直径的确定

目前，剥皮辊的外径通常为60 mm～80 mm，国内的玉米收割机大多使用直径为70 mm的剥皮辊，所以本设计的玉米剥皮机使用的剥皮辊直径也是70 mm。

2.3 剥皮辊生产能力的确定

剥皮辊的设计生产率见式（1）[5]：

式中，z表示剥净率果穗质量平均为0.4 kg；L表示果穗长度最大为250 mm；ug表示果穗沿剥皮辊移动速度（m/s）；s表示剥皮辊螺距，s=900 mm；n表示剥皮辊转速，n=350 r/min；f表示滑动综合系数，试验得f=0.05；Δl=50 mm。

代入公式（1）：

因此，两对剥皮辊的计算效率是2 520 kg/h，该研究需要的是不低于1 000 kg/h，2 520 kg/h＞1 000 kg/h，符合要求。

3 传动部分设计

3.1 电动机型号的选择

电动机可以使V型皮带进行传动从而使玉米剥皮机的剥皮辊转动，最终完成玉米的剥皮工作。对于电动机型号的选择可以得出：

式中，G表示玉米剥皮机的生产能力，为1 000 kg/h；W表示剥1 kg玉米耗用能量，其值与玉米直径有关，d小则W大，当d=3 mm时，取W=0.003 0 kW·h/kg；η表示传动效率，取0.75。

代入公式（3）得：

可知电动机的额定功率为N=4 kW，通过查阅相关资料得到n=1 440 r/min，电动机的型号为Y112M-4的三相异步电动机。电动机的有关数据如表1所示，其外形如图1所示。

表1 Y系列的技术参数表

图1 Y112M-4电动机外形图

3.2 带传动的设计计算及校核

3.2.1 带传动主要参数的计算

1）确定计算功率。计算功率Pca由传递的功率P和工作条件确定。

式中，Pca表示计算功率，单位为kW；KA表示工作情况系数，KA=1.2；P表示所需传递的额定功率，如电动机的额定功率，单位为kW。

代入式（5）得：

2）选择V带的带型。已经知道Pca和n1确定是A型V型带，n1表示小带轮的转动速度，n1=1 440 r/min。

3.2.2 确定带轮的基准直径dd并验算带速v

1）初选小带轮的基准直径。根据V带的带型，查表确定小带轮的基准直径dd1=100 mm，应使dd1≥ddmin=75 mm。

2）验算带速v。

v=7.54 m/s，在v=5 m/s～25 m/s范围内，合适。

3）计算大带轮的基准直径dd2。

3.2.3 确定中心距，并选择V带的基准长度Ld

1）根据

初定中心距a0=400 mm。

2）计算相应的带长Ld0

确定Ld=1 550 mm。

3）实际中心距a如下：

3.3 验算小带轮上的包角α1

3.4 确定带的根数

式中，p0表示单根V带额定功率的增量；ka表示当包角小于180°时的修正系数；kL表示当带长不等于试验规定的特定带长时的修正系数。

取Z=4根。

3.5 确定带的初拉力F0

由参考文献[6]可知，q=0.105 kg/m，所以：

3.6 计算带传送的压轴力FP

4 带轮结构的设计

4.1 带轮的材料

带轮的速度最快是25 m/s，带轮的材料选用铸铁HT200。

4.2 带轮的形式

根据轮辐的结构可知，带轮包括实心、轮辐、幅板三种。V型带轮通常由灰铸铁、钢、铝合金等生产制造而成，其中灰铸铁是使用最多的一种[6]。轮缘是带轮其中的一个零部件。

根据带轮的构造，确定带轮的结构，否则设计不符合标准，当dd≤300 mm时，可采用腹板式。

4.3 带轮的设计要求

1）带轮中不能出现沙孔、裂缝和气泡等。

2）V带轮轮槽工作面的表面粗糙度为Ra1=1.6 μm或Ra2=3.2 μm，轮缘还有轴孔的这个面的表面粗糙度数值为Ra1=1.6 μm，轮槽下面的表面粗糙度数值为Ra2=3.2 μm，对轮槽的棱边进行倒圆或倒钝化加工[7-10]。

5 结论

玉米剥皮机的性能好坏将直接影响到其使用，只有合理设计各部件的结构和参数，才能提高剥皮速度，降低对玉米粒的损坏程度。本研究在了解国内外玉米剥皮机的发展状况和运行模式的基础上，对微型玉米剥皮机的整体设计进行了分析，具有一定的可靠性。该设计主要是在微型玉米剥皮机的基础上进行优化与改进，从而实现每对剥皮辊1 000 kg/h的生产效率，最终使玉米剥皮的剥净率达到95%以上，去皮时玉米的脱粒效果不超过2%，最大限度地减少玉米籽粒的损失，降低成本，提高生产率，对进一步加快玉米收获的机械化进程有着重要的现实意义。