小型刮板式自動收糧機的設計

郭德偉，李 麗，俞利賓，閔 潔，張文斌

(紅河學院 a.工學院;b.商學院，云南 蒙自 661199)

?

小型刮板式自動收糧機的設計

郭德偉a，李 麗b，俞利賓a，閔 潔a，張文斌a

(紅河學院 a.工學院;b.商學院，云南 蒙自 661199)

針對目前農村在糧食晾曬過程中，普遍依靠人將糧食掃在一起，然后用鏟子一點點把糧食鏟進口袋，勞動強度大、生產效率低的問題，設計了一種小型的刮板式自動收糧機。該機為滿足戶外使用的特點，以小型汽油機為動力來源，依靠帶傳動將動力傳遞給傳動軸，然后采用刮板與輸送帶相結合的方式將晾曬的糧食進行自動收集，同時在輸送帶末端裝有糧食漏斗，便于將收集好的糧食直接裝入漏斗口末端的口袋中。實際測試結果表明：該機解決了傳統手工收糧費時費力的問題，對于減輕糧農勞動強度，便于對曬干后的各種農作物進行收集和灌包發揮了極大作用，值得進一步推廣普及。

收糧機；小型；曬糧；刮板

0 引言

我國幅員遼闊，生產糧食的地理條件各不相同，每逢糧食收割季節，都有大批糧食要上市。糧食上市必須經過收割、晾曬、加工等流程，而自動化機械必不可少。晾曬這一環節在農村中是最繁重的勞動，糧食在地上曬干以后，必須將糧食掃在一起，然后一個人用鏟子一點一點把糧食鏟進口袋，另外得有一個人張開口袋。這樣不但浪費時間，而且勞動強度很大。如果在曬糧時遭遇雨天，收糧的速度將直接影響著這一年的糧食收成。平原地區主要采用大型曬糧、收糧機械，而在丘陵山區大型機械根本不適用，且農村主要是個體戶種植，為解決農村個體戶曬糧、收糧困難這一難題，一種小型收糧機對農村來說極其重要[1]。

目前，市場上已經出現了幾款收糧機，但都是大型收糧機，有的還是附帶卡車收糧的，適用范圍局限在大型曬場，對農村并不適用。網絡上也出現了一些小型的收糧機專利，例如紀成明[2]設計的“糧食晾曬攤收機”由主機和吸收裝置組成，結構如圖1所示。其主要利用負壓的原理靠“吸收裝置”進行收糧，但由于吸拾糧食需要機器的功率大，因此整機的體積較為龐大，不利于農戶家庭使用。門振墩[3]設計的“直推式絞龍收糧機”，由收糧絞龍、送糧絞龍、步進裝置和活動出糧筒組成，結構如圖2所示。

圖1 糧食晾曬攤收機結構圖

圖2 直推式絞龍收糧機結構圖

其收糧工作主要靠兩個絞龍相互工作來完成，由于其在使用過程中需要電源驅動電機，因此對于在戶外無外接電源的情況下使用不便。李忠恩[4]設計的“一種刮板式高速收糧機”，僅依靠刮板和截谷器的相對運動來實現糧食的收集，當地面不平齊時，將有可能導致收糧不徹底。

從以上分析可知，目前市場上出現的收糧機都不夠完善，大型收糧機比較適合平原地區使用，根本不能適用于農村個體戶；而小型專利收糧機，存在制作繁瑣、結構上較為復雜、精度要求高及造價昂貴等問題。因此，有必要設計一種小型的收糧機來解決糧農在糧食晾曬過程中繁重的體力勞動和生產效率低的問題。

1 設計思路

本設計的小型收糧機主要是把各種大型收糧機的收糧原理集于一體，以更好地提高收糧效率。大型收糧機大致分為3種：刮板式收糧機、傳送式收糧機及負吸式收糧機。負吸式收糧機主要靠“密封吸拾裝置”收糧，而其余兩種主要靠刮板及傳送帶掃糧、收糧。本設計的小型收糧機就是把其二者進行有機結合，即刮板和傳送帶共同串聯工作的收糧裝置，框架結構如圖3所示。

圖3 小型刮板式自動收糧機框架結構圖

2 系統關鍵零部件設計

2.1 動力元件選擇

動力元件是本設計的動力來源，為輸送帶上的滾筒轉動、帶刮板的滾軸轉動的運動提供動力，因此動力元件的功率和類型的選擇至關重要。由于小型收糧機多是在戶外工作，所以動力元件只能選擇小型動力機。選擇動力機時，要保證動力機的輸出功率大于負載所需的功率，動力機的矩頻特性能滿足機械負載并有一定的余量保證其運行可靠，還需保證動力機的轉速能滿足需求。目前，市場上有兩種小型動力機，分別是汽油機和柴油機。柴油機的市場價遠超出汽油機，為保證造價額度，本設計采用小型汽油機作為動力源。

經多次實驗，刮板卷軸的轉速在120～160r/min為最佳，為輸送帶提供動力的滾筒轉速在100～150r/min。由于傳送帶到刮板卷軸的傳動是靠一對直齒輪嚙合運轉，所以速度要控制在齒輪能夠承受的范圍之內，不宜過大。為了提高收糧效率，刮板卷軸速度可以比傳送帶轉速稍大，其間的傳動差可以通過調節帶輪的大小來調節。所以，傳送帶轉速在100～150r/min之間都可以，在選擇減速機時可隨機確定。

一般通用汽油機都是高轉速汽油機，轉速范圍都在1 800～7 000r/min。市場上最常見的小型汽油機轉速為3 600r/min，所以本設計采用3 600r/min的小型汽油機。由于本設計的汽油機同時為輸送帶滾筒及刮板滾軸提供動力，且汽油機產生的能量在傳遞過程中會有一定的損失，所以選取汽油機的功率必須大于刮板滾筒正常工作所需的功率。經過實驗，汽油機的功率選1.2kW。

綜合轉速實驗及市場調查，選用的汽油機型號為通用小型汽油機152F，其性能參數如表1所示。

表1 汽油機性能參數

2.2 傳動元件的設計

2.2.1 減速機的選擇

通過在農機市場上實地考察，減速機選用農村小型機械所使用的蝸輪減速機。因為汽油機輸出轉速為3 600r/min，傳送帶所需轉速為100～150r/min，所以減速機選用WD-63型號，其速比是30∶1。則由速比公式n1/n2=30/1，可計算出傳送帶的轉速為n2=120r/min。

2.2.2 帶輪的設計

本設計的傳動方式均為帶傳動，帶傳動具有結構簡單、傳動平穩、價格低廉和緩沖吸振等特點，在日常生產生活中應用廣泛。帶傳動中帶輪的選擇非常重要。帶輪的材料主要采用鑄鐵，常用材料的牌號為HT150或HT200；轉速較高時宜采用鑄鋼(或用鋼板沖壓后焊接而成)；小功率時可用鑄鋁或塑料[5]。

由于汽油機本身攜帶一個直徑為70mm的帶輪。為便于計算，減速機帶輪選擇跟汽油機帶輪一致，即直徑為70mm。

綜上可得：只要選取刮板的帶輪比減速機帶輪直徑稍小，就能滿足刮板轉速稍大于傳送帶轉速。因此，試選擇刮板帶輪直徑為56mm，則傳動比為n2/n3=56/70。由此可計算出刮板的轉速為n3=150r/min，滿足設計要求。即可確定刮板帶輪直徑為56mm。

2.2.3 刮板機構的設計

刮板機構是實現糧食自動收取的關鍵部件，在將小型自動收糧機往前推進的過程中，通過刮板的連續轉動，將晾曬在地上的糧食刮入輸送帶上，類似于掃帚掃地的動作。刮板卷軸采用一根42CrMo的傳動軸貫穿于直徑稍大的鋼管中，在實際制作時，先在鋼管上焊接一塊刮板，然后用一塊鐵皮把塑料掃帚夾在固定的刮板上，這樣的刮板共布置了3塊，其三維結構如圖4所示。

圖4 刮板機構三維結構圖

2.2.4 輸送帶滾筒的設計

輸送帶滾筒分為上下兩個，滾筒也是采用1根42CrMo的傳動軸貫穿在1根直徑稍大的鋼管中，焊接而成，其三維結構如圖5所示。

(a) 上滾筒

(b) 下滾筒

2.2.5 輸送帶的設計

本設計中的輸送帶主要承擔兩個任務：一是運輸糧食；二收刮糧食。所以，本設計的輸送帶是在普通輸送帶上加上一個刮板，刮板起到刮收糧食及裝載糧食的作用，其結構如圖6所示。

(a) 二維尺寸圖

(b) 三維結構圖

2.3 底板的設計

底板是本設計的關鍵之處，類似于一個撮箕，功能與撮箕等同。底板與地面接觸，隨著收糧機向前移動，底板也緊貼地面往前移動，由刮板機構的旋轉帶動糧食自然地收入底板腹中。其三維結構圖如圖7所示。

圖7 底板的三維結構圖

2.4 機架的設計

本設計的小型刮板式自動收糧機主要是直推式的收糧機，所以其外觀及操作方式類似于手扶式推車。在設計時，考慮到收糧及傳輸糧食的方便，機架大體形狀采用三角形，其二維尺寸圖和三維結構圖如圖8所示。

(a) 二維尺寸圖

(b) 三維結構圖

2.5 整機結構及工作原理

本設計的小型刮板式自動收糧機主要由機架、傳送帶、滾筒、刮板、底板、汽油機及減速機等零部件組成，如圖9所示。收糧機的機架大體形狀是一個三角形，機架頂部設置有把手，機架底部前面裝有兩對車輪，機架底部后側裝有1對萬向輪，機架上裝有傾斜的輸送帶，輸送帶上裝有料斗，用于輸送糧食；輸送帶前端連接有一個帶有刮板的轉動軸，刮板轉動把糧食往料斗上刮送；輸送帶的末端配裝有糧食漏斗，漏斗的出口朝下設置，糧食通過漏斗直接進入漏斗末端的口袋內；輸送帶的下面在機架的三角形空腔內裝有小型汽油機。在進行實物制作前，采用UG軟件進行了三維建模設計。根據設計參數，所得到的三維裝配圖如圖9(a)所示，圖9(b)采用三維爆炸圖的方式給出了小型刮板式自動收糧機的各主要零部件組成。在實際制作實物時，考慮到成本，因此盡量采用廢舊材料進行制作，最終完成的實物如圖9(c)所示。

(a) 三維建模

1.傳送帶 2.滾筒 3.機架 4.軸承座 5.螺栓 6.帶輪 7.輪子 8.減速機 9.汽油機 10.底板 11.刮板 12.傳動軸 13.齒輪

(b) 三維爆炸圖

(c) 實物圖

工作原理：汽油機帶動減速機和下滾筒一起運動，下滾筒通過其上連接的帶輪將動力傳送給底板上的傳動軸，依靠齒輪傳動帶動刮板作旋轉運動；這樣刮板就類似一個連續性掃帚，而地板則類似一個緊貼于地面的撮箕。操作者用力往前推動收糧機，刮板與運輸帶一起工作，收起糧食并運輸糧食，從而把糧食收進漏斗下方事先懸掛好的口袋，實現了自動收糧和灌包。

3 結論

1)整機結構緊湊，制造成本低，動力消耗少，一個汽油機同時驅動3個工作機構。

2)實現了收掃、傳送和灌包一體化，收糧效率高。

3)通過實地收糧測試，本設計的小型收糧機能在15s內將曬于地面的5kg糧食收進口袋，收糧的干凈度幾乎為100%，值得在廣大農戶中推廣使用。

[1] 祝贏.小型收糧機設計與制作[D]．蒙自：紅河學院，2014.

[2] 紀成明.糧食晾曬攤收機：中國，00245457.2[P]. 2001-12-05.

[3] 門振墩.一種直推式絞龍收糧機：中國，200720147517.9[P].2008-05-21.

[4] 李忠恩.一種刮板式高速收糧機：中國，201210191058.X[P].2014-04-23.

[5] 張文斌.自動板栗脫殼機的設計[J].農機化研究，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

云南省中青年學術和技術帶頭人后備人才項目(2014HB02 6)；云南省教育廳重點項目(2014Z156)；紅河學院中青年學術帶頭人后備人才項目(2014HB0205)；紅河學院質量工程項目(ZXKC1308)

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

張文斌(1981-)，男，云南建水人，教授，博士，碩士生導師，(E-mail)georgezwb@sohu.com。

S225；TS255

A

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