玉米脫粒機裝置設計

馬志燕

摘要： 針對長期以來玉米脫粒過程中脫凈率低、玉米易碎芯等問題，提出了一種新的玉米脫粒機裝置。首先介紹了玉米脫粒機的總體結構，它是由入料部分、脫粒部分、篩選部分和機架等組成，并論述了其工作原理，然后對同步帶、釘齒條和柵格式凹板等主要零部件進行結構設計與計算。新式玉米脫粒機的應用結果初步驗證了其實用性和高效性。

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.

關鍵詞： 玉米脫粒機；釘齒條；柵格式凹板

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

中圖分類號：TH122 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）07-0120-02

0 引言

隨著科學技術的發展，農業機械化需求越來越高。眾所周知，玉米脫粒機就是玉米的粒芯分離裝置，是市場上廣泛應用的機械，一些小型手動的玉米脫粒機雖然體積小，但其工作效率低，同時勞動強度高，并且脫粒不干凈，需要進行二次脫粒。因此設計一種自動玉米脫粒裝置，其效率高、動力強、上料均勻、粒芯分離徹底，同時可以提高勞動生產率，降低勞動強度，保障操作安全便捷。

1 玉米脫粒機總體結構及工作原理

1.1 總體結構 玉米脫粒機是玉米在剝皮后，經過一段時間的風干，然后使玉米粒和玉米芯分開的一種裝置。設計的玉米脫粒機主要由入料、脫粒、篩選和機架等部分組成。總體結構如圖1所示。

整個裝置由以下五部分組成。

①入料。入料口是由1cm左右厚度的鐵板制成，在脫粒機的上蓋頂部，主要用于將脫皮后的玉米送入脫粒機。玉米通過入料口滑入脫粒部分進行下一步工作——脫粒。②脫粒。釘齒滾筒上安裝有釘齒，在脫粒過程中，釘齒隨著釘齒滾筒一起高速旋轉，柵格式凹板固定不動，玉米則在其相對運動下由于釘齒的作用實現脫粒。③篩選。篩選即就是在脫粒后將玉米粒和玉米芯分離的過程。柵格式凹板是完成篩選功能的主要部件，它是是固定不動的，由橫向鐵條和縱向梁組成。玉米在脫粒過程中，凹板上鐵條之間的縫隙將玉米卡住，脫粒完成后，玉米粒從凹板縫隙漏下，經滑板從出料口排出機體外，玉米芯則被攔住，從排芯口排出機體外，從而實現粒芯分離。④機架。機架是由左右機架、出料口、下滑板及主機梁組成，采用角鐵制成。機架在整機工作過程中起到了整體支撐的作用，整機的主要重量、負載和轉矩幾乎都由其承擔。而且在工作過程中，為了減少整機的震動和傾斜等不利因素，組成機架的各個部分必須相對固定。

1.2 工作原理 該玉米脫粒機的工作過程如下：剝好的玉米從入料口進入到脫粒機中后，在釘齒滾筒上固定的釘齒條以及其上的釘齒隨著主軸的轉動而高速運轉，柵格式凹板固定，釘齒與柵格式凹板相對運動下使玉米粒和玉米芯分離，玉米粒經柵格式凹板的縫隙落下，從出料口排出機體，玉米芯則被隔住，從排芯口排出機體。脫粒機工作過程中不斷重復填入——脫粒——排出機體的過程，從而實現高速高效的不間斷脫粒過程[1][2]。此玉米脫粒機采用電力拖動，電動機安裝在玉米脫粒機的下部，與整機機架的下機梁固定連接，可以節省空間。

2 主要零部件設計及計算

2.1 同步帶的設計 玉米脫粒機在工作過程中，需要工作平穩、噪聲小，并且整體結構緊湊，便于安裝、保養和維修等。在保證其工作過程中的傳動要求的基礎上，盡量適合脫粒機的這些要求。所以在動力和主軸的連接上采取了普通V帶傳動，V帶沒有接頭，傳動較平穩，噪聲較小，并且具有良好的彈性，能緩沖吸振。其傳動能力強，結構緊湊，適合玉米脫粒機的各種需求。雖然普通V帶傳動有相對滑動，使傳動比不精確但不會影響玉米脫粒機的傳動要求[3]。

根據已知條件所得出的功率和主動輪轉速，可以選擇B型普通V帶應用于該脫粒機上。

2.1.1 確定帶輪基準直徑

帶輪直徑小可以使傳動結構緊湊，但另一方面彎曲應力大。所以取小帶輪基準直徑大于其最小值。

2.1.2 確定傳動中心距和帶長

2.1.3 驗算主動輪上包角

2.1.4 確定V帶根數

其中：p0—單根普通V帶許用功率值，由轉速和直徑可以確定為p0=1.95；k？琢—包角系數；k？琢=0.98；kl—材質系數，kl=0.93；？駐p0—計入傳動比的影響時，單根普通V帶所能傳遞的功率的增量，當主動輪的轉速n1=1440r/min，同時單根普通V帶所能傳遞的轉矩修正值？駐T=2.9n*m時，可以確定？駐p0=0.0001*？駐T*n1=0.4176kw

2.2 釘齒條、釘齒和圓盤的設計[4] [5] 釘齒條、釘齒和圓盤的設計非常重要，它們直接影響玉米脫粒機的脫粒效果以及脫粒后將玉米粒和玉米芯分離的情況。

釘齒條安裝在釘齒滾筒上，其作用主要是固定釘齒，所以在脫粒過程中，釘齒所受的力會直接傳遞到釘齒條上，那么釘齒條在設計的時候，一方面要考慮到很好的固定釘齒，使釘齒的分布能夠最高效的保證脫粒效果，同時也要保證其足夠的剛度和強度。為保證釘齒條這兩個方面的功能，從材料上選用45鋼，在釘齒滾筒上共安裝4個釘齒條，相互之間相差90度，均勻的排列在釘齒滾筒上，所設計的每一根釘齒條的長寬高分別為735mm、40mm、9mm。釘齒條上分布著和釘齒數相等的圓柱形通孔，以便于釘齒穿過后固定。通孔上端開有小槽，可以和釘齒的外形相配合，實現徑向固定，從而保證兩者之間可靠穩定地連接。釘齒條的兩端分別用圓盤固定，釘齒條穿過圓盤上和其相配合的方孔并伸出圓盤表面，方便焊接。為保證釘齒條固定牢靠，在主軸三分之一和三分之二處，分別采用鐵柱將釘齒條與主軸采用焊接的方式連接在一起，以增加釘齒條的剛度，同時使整體剛度和強度有所提高，整體固定性更好，穩定性也提高。

釘齒是在玉米脫粒機工作時直接與玉米接觸的結構，因此釘齒的剛度和強度以及耐磨性是必須要保證的參數，經實驗，材料選為45鋼可以保證其要求。釘齒均勻的分布在每一根釘齒條上，每根釘齒條上有八個釘齒，每一個釘齒的長度為12mm，釘齒一端有螺紋，以便于穿過釘齒條后用螺母擰緊，固定到釘齒條上。兩相鄰釘齒條上釘齒的橫向距離為50mm左右，均勻的承螺旋排列方式安裝在釘齒條上。在脫粒的同時，玉米芯順著釘齒的螺旋排列很順利地排出機體外，而且螺旋排列可以使高速旋轉的釘齒同時對玉米進行脫粒，提高效率。

圓盤的主要功能是將釘齒條固定到釘齒滾筒上，起到連接作用，同時在釘齒滾筒高速運轉的情況下，可以承擔所傳遞的彎矩和扭矩，其材料采用剛度和強度較好的45鋼制成，厚度為5mm。圓盤需要裝在主軸上，因此，圓盤的中心需加工可以和主軸相互配合的孔。為了很好的固定釘齒條，兩端圓盤都打出和釘齒條相配合的四個均勻分布的方孔，便于四根釘齒條從四個方孔中穿過，從而使釘齒條固定。

2.3 凹板設計 凹板采用柵格式結構，利用25根直徑為10mm，長為735mm鋼筋橫向焊接而成，鋼筋之間留出10mm左右的縫隙，形成橫向和縱向相間的柵格式結構，便于將加入到脫粒機中的玉米卡住，從而使釘齒在高速運轉過程中對玉米進行快速、穩定的脫粒。同時，脫下的玉米粒從縫隙中落入滑板，而玉米芯則被阻止，實現粒芯分離，達到玉米脫粒清選的作用。凹板采用半圓柱形結構，兩端采用兩個半圓式鐵條固定，并在中間用鐵條加固。兩端和中間的鐵條再焊接到機架上，以加固機體與凹板的連接質量，使凹板的工作穩定性提高，可靠性加強，并且提高整體的結構剛度。

3 玉米脫粒機的性能及特點

①結構簡單輕便，適應性強：該玉米脫粒機結構簡單，制造方便，易裝配，體積小，重量輕，移動容易；大小玉米都能脫。②容易操作，使用方便：該玉米脫粒機只要通上電源，任何地點均可操作，任何人一看就懂，方便使用。③效率高，脫粒干凈：脫粒和清選同步進行，不用第二次風選。當玉米大頭直徑在30mm-500mm時，濕度在20%左右時，對玉米進行脫粒平均性能如表1。

4 結束語

論文提出了一種新型的玉米脫粒機裝置，介紹了其組成及工作原理，并對于一些主要結構進行了設計和計算。經實際應用，該玉米脫粒機結構簡單可靠，穩定性高，能滿足生產工藝要求，實現了生產的自動化，取得了較好的社會效益和經濟效益，值得推廣應用。

參考文獻：

[1]何小鵬，劉春和.擠搓式玉米脫粒機的研制[J].農業工程學報，2003，19（2）：105-108.

[2]東北農學院主編.農業機械學理論與設計（下冊）[M].北京：中國農業出版社，1961：105-111.

[3]濮良貴，紀名剛.機械設計[M].七版.北京：高等教育出版社，2001.

[4]趙武云，王廣萬，劉國春，等.低破碎玉米種子脫粒機的研制機械研究與應用[J].2010（1）：132-134.

[5]趙武云.組合式螺旋板齒種子玉米脫粒裝置研究[D].西安：西北農林科技大學，2012，11.