玉米脱粒机工作过程分析及优化设计毕业设计(论文)(编辑修改稿)

玉米脱粒机工作过程分析及优化设计毕业设计(论文)(编辑修改稿)内容摘要：

e CAD software for the design of the corn thresher twodimensional engineering graphics design. Developed by the tutor team with AgriDEM software， using the discrete element method to design the plate gear for the calculation of the corn thresher. Through change variables， such as roller speed investigation results： corn thresher threshing corn grain crushing rate， corn， corn grain to take off the rate of grain in the thresher threshing distribution curve ， the design of the thresher threshing， and the most suitable working parameters. Keywords： corn sheller physical design discrete element simulation analysis 第 1 章 绪论 1 第 1章 绪论 研究 背景与意义 玉米是一种很重要的粮食作物，既可以食用或者作为饲料，也是重要的工业原料之一 [1]。 玉米种植面积增长十分迅猛，全球种植面积已超过 亿公顷，主要分布于中国、美国、阿根廷和巴西 [2]。 在我国玉米作为第二大农作物，其全国种植面积仅次于美国 [3]，约为 亿公顷。 十五期间的数据表明我国玉米年消费增长率已经突破 %。 而十一五期间玉米的供求也得到了进一步的增长，玉米的产量由 2020 年 1258 亿千克增长到 2020 年的 1440 亿千克 [4]，此产量可以较好的 满足国内玉米的需求。 我国国土面积大，自然资源丰富，各农作物的产量皆位于世界前列，但大部分地方玉米脱粒仍然采用的是较落后的技术。 虽然个别地方采用各种大中型的玉米脱粒机进行脱粒，但是这些机器生产不规范，容易造成玉米籽粒的破碎，而且往往一次脱粒不干净，需要重复脱粒几次，严重的影响了玉米的生产质量与生产效率 [5]。 人工手摇式玉米脱粒机生产率低，仅适用于小批量的玉米脱粒生产，费时费力。 电动机械式玉米脱粒机脱净率差，效率低，脱粒时破损玉米芯影响脱粒质量 [6]，并且结构较为复杂，制造成本较高。 运用玉米脱粒装置进行脱粒时 产生的压缩、冲击和剪切等作用都会损伤玉米籽粒 [7]，玉米脱粒质量严重的影响着玉米产量。 目前，在我国玉米脱粒机的普及率仅仅达到 2%，主要都在北京、天津、河北、山东等发达地区的一些大型农场。 因此玉米脱粒环节是我国粮食作物机械化生产的一个瓶颈。 玉米脱粒机的种类及特点 玉米脱粒机的表示方法 玉米脱粒机的表示方法如下所示。 5 T Y — XX — XX ① ② ③ ④ ⑤ ① 5 代表脱粒机械产品代号 ② T 代表脱粒机第一个字“脱”的第一个拼音字母 ③ Y 代表玉米第一个字“玉”的第一个拼音字母 吉林大学学士学位毕业论文 2 ④ 滚筒的工作长度，单位为厘米 ⑤ 滚筒的最大工作直径，单位为厘米 各类玉米脱粒机的工作原理 （ 1） 打击脱粒原理：通过钉齿或者纹杆打击玉米果穗，以及玉米果穗相互撞击后，破坏玉米籽粒与其穗轴之间的连接使其脱落。 打击式玉米脱粒机主要有两类：钉齿滚筒式玉米脱粒机以及纹杆式玉米脱粒机 [8]，如图 11 所示。 当滚筒转动时，凹板表面、钉齿上部、齿两侧都对玉米果穗产生打击作用，使玉米籽粒脱粒，完成脱粒过程。 打击的机会以及打击的速度都影响着脱粒机的脱粒效率。 打击式玉米脱粒机虽然脱净率与效率高但是对玉米籽粒的伤害较大。 图 11 打击原理玉米脱粒机 （ 2） 碾压脱粒原理：碾压式玉米脱粒机在脱粒时，其碾压滚筒与玉米果穗相互碾压，在碾压的过程中使玉米芯与玉米籽粒之间产生侧移的趋势。 这个侧移趋势就形成了剪切作用破坏籽粒与玉米芯之间的连接力。 一般来说玉米芯与玉米籽粒之间的抗剪力比较小。 这种碾压式玉米脱粒机的脱粒效率较低，并且当喂入量过大时，容易堵塞滚筒造成籽粒擦伤。 碾压式玉米脱粒机 如图 12 所示。 粒定位棍 图 12 碾压原理玉米脱粒机 第 1 章 绪论 3 （ 3）挤搓脱粒原理：挤搓式玉米脱粒机的主要构成元件有入料斗、出料斗、脱粒板齿、凹板、带轮、压板等， 如图 13 所示。 脱粒滚筒上有板尺、螺旋输送板等结构，使得玉米果穗在脱粒仓内做螺旋前进的运动。 挤搓式玉米脱粒机运用了仿生技术，模仿人工用手挤搓玉米时的动作，极大的降低了玉米籽粒的破损率。 在脱粒的过程中，果穗与板尺以及凹板充分接触，板尺与果穗以及果穗与果穗之间相互挤搓，使得果穗上的籽粒脱落，从而完成脱粒。 挤搓脱粒原理的脱粒过程柔和，对 果穗的冲击不大，因此对玉米籽粒造成的损伤比传统的脱粒方式低。 1 脱粒滚筒 2 入料区螺旋叶片 3V 带轮 4 入料斗 5 脱粒区板齿 6 栅格凹板 7 排芯区直板齿 8 排芯区压板机构 图 13 挤搓原理玉米脱粒机 (4)差速脱粒原理：差速式玉米脱粒机如图 14 所示，两辊在皮带轮的带动下以不同的转速转动，两辊的转动方向相同。 在脱粒区里，直滚筒与螺旋滚筒差速旋转组成脱粒部件。 玉米果穗一边向着排芯口运动一边脱粒，被脱下的玉米籽粒以及一部分破碎的玉米芯等杂物通过两辊间的缝隙到排料区。 杂物被排料区内的筛筛分出来排出出口，玉米籽粒则通过筛进入排料口。 但是差速式玉米脱粒机的效率较低，仅适用于脱粒单穗玉米。 图 14 差速原理玉米脱粒机 （ 5）除了 上面的这些常用的脱粒原理外，还有并列籽粒成对脱粒法。 这种吉林大学学士学位毕业论文 4 脱粒方法是为了获得连体成对并列的种子的。 通过脱粒元件从玉米果穗内部打碎玉米棒 [9]，接着将玉米籽粒并列成对的取出。 采用这种原理设计的脱粒机虽然破碎率较低，但是结构复杂且工作效率低，仅用于专用的双珠栽培制种。 综合比较各类玉米脱粒机 钉齿打击原理的玉米脱粒机虽然脱粒效率高，但是对籽粒损伤大，影响玉米收获质量。 碾压原理玉米脱粒机的脱粒效率较低，并且容易造成籽粒擦伤。 差速原理玉米脱粒机的效率较低，仅适用于脱粒单穗玉米。 挤搓原理玉米脱粒机的脱粒过程 柔和，对籽粒损伤小。 因此本文设计挤搓原理的板齿式玉米脱粒机。 国外玉米脱粒机的发展 早在 200 多年以前国外的学者就开始研究玉米脱粒机理。 1975 年，英国人Wiilam Winlaw[10]发明出一台利用水力作为动力的立式轴流锥形滚筒玉米脱粒机。 美国的第一台手工操作的玉米脱粒机诞生于 1815 年，这台机器极大的改善了农民的工作，减轻农民的负担，但是这台机器结构比较简单，生产效率不高。 Zorer 和 Hall[11]于 1960 年，对玉米籽粒的温度、含水率、加载位置以及加载速度等因素对玉米籽粒所受的挤压强度的影 响做了分析研究。 Bilanski 等学者 [12]于 1966 年研究了玉米籽粒含水率对玉米籽粒脱粒时变形的影响。 Pau1sen 等学者 [13]于 1978 年，对约翰迪尔公司以及万国收获机械公司的联合收割机在收获时的机械损伤做了一系列测试研究。 得出了含水率对机械损伤率以及综合损失之间的关系。 Huynh 等学者 [14]于 1979 年，研究并建立出凹板分离过程与脱落谷粒的数学模型。 Wrubleshi 等学者 [15]于 1980 年，对比分析了传统玉米脱粒机与双轴流式玉米脱粒机，研究出玉米果穗喂入量与轴流脱粒分离损失之间的关系。 Trollope[16]于 1982 年，分析研究了玉米脱粒过程中谷物的受力状况。 Pomeranz 和 Watson 等学者 [17]于 1986 年分析比较了玉米籽粒破碎敏感性与玉米籽粒硬度之间的关系。 第 1 章 绪论 5 Henrich 等学者 [18]于 1999 年，实验分析了谷物脱粒过程，研究分析了分离率与谷物含水率之间的关系。 Kumara[19]于 2020 年，研制出符合人体工程学的玉米脱粒装置。 Miu 和 Kutzbach[20]于 2020 年，研究了纹杆玉米脱粒装置，提出一系列数学模型。 Petkevichius 等学者 [21]研究了玉米果穗的喂入方式与 籽粒含水率以及玉米品种对籽粒损失率之间的关系。 国内玉米脱粒机的发展 虽然对于脱粒机的研究在国内较晚起步，但是其发展速度十分快。 葛永久、王成芝等学者 [22]于 1969 年，研究了轴流滚筒式脱粒装置的工作原理后自主研制了大型轴流滚筒试验台。 邵维民等学者 [23]于 1992 年，研究了小型板齿式轴流玉米脱粒机，将轴流式玉米脱粒装置与纹杆滚筒的脱粒装置进行对比，研究杂质和谷物在轴向的分布规律。 李保国等学者 [24]研究了轴流式玉米脱粒机的凹板脱落下的籽粒沿着滚筒长度方向上的分布规律。 陈树人等学者 [25]于 1999 年 分析研究了联合收割机，应用计算机仿真技术对摘脱滚桶梳刷作物的动作以及割台上板尺的运动进行了研究。 张认成 [26]等学者于 2020 年，应。