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1、摘要摘要我国是一个以丘陵山地为主的陆地国家，随着人口的增多，工业的发展，农业生产问题日益严重。本课题立足生产，着重应用，为解决实现丘陵山区农业机械化而进行了一系列颇为有益的探索和研究。本课题主要对微型全喂入联合收割机进行了整体的设计和重要部分的理论计算。其中，涉及到微型收割机割台、脱粒筒和机架部分的运动分析及设计。并采用三维软件PROE对实体进行了建模，同时绘制了比较完善的工程图纸。对于其中的发动机传动部位，进行了力学分析，并采用有限元理论应用ANSYS软件进行了模拟仿真。经过实验，初步制作了可以应用于水稻收割的微型全喂入联合收割机。关键词：农机，微型收割机，全喂入，脱粒桶IABSTRUCTA
2、bstractChina is a hilly land-based country. As the population increases and industrial development, the problem of agricultural production is more serious. Based on the production of this issue, focusing on applications to address the realization of agricultural mechanization in hilly areas is quite
3、 useful to conduct a series of exploration and research. In this paper, the all feeding micro-combine was overall designed and the important parts were theoretical calculated. The motion analysis and design of the micro-combines cutting platform, threshing cylinder and the rack part are included. An
4、d the entity was modeled by the three-dimensional software named PROE. For the service of production, the engineering drawing which was relatively complete was drawn. For some of the key parts and function parts, a reasonable mechanical analysis has been done by the software of ANSYS. Meanwhile, the
5、 problems in the production process that may occur are also been included.Key words: agricultural machine, micro-harvester, all feeding目录目录第1章 引言11.1选题背景11.2国内外研究现状及趋势11.3研究的目标和意义21.4课题研究的主要内容2第2章 微型收割机整体方案设计42.1设计任务概述42.2设计方案论证42.2.1方案1:半喂入式联合收割机42.2.2方案2:全喂入式联合收割机52.2.3方案3:带有下割刀的全喂入式联合收割机5第3章微型收割机
6、割台设计73.1割台拨禾轮设计73.1.1拨禾轮的运动轨迹93.1.2拨禾轮工作过程的分析103.1.3拨禾轮的设计（主要参数的确定）133.1.3.1拨禾轮的转速133.1.3.2拨禾轮的直径133.1.4拨禾轮消耗的功率计算143.2割刀机构设计143.2.1切割器的种类选择143.2.2切割器割刀行程143.2.3割刀的位移、速度和加速度153.2.4割刀设计的细节补充问题163.3割台拨禾针的设计173.4割台集禾滚筒筷子机构的设计18第4章 微型收割机脱粒桶设计204.1谷物的脱粒特性与脱粒原理214.2轴流滚筒式脱粒装置23III4.3滚筒盖板的设计264.4喂入状况分析274.5
7、凹板设计294.6滚筒设计294.7凹板间隙304.8滚筒的脱粒速度31第5章 收割机三维建模355.1 Pro/ENGINEER简介355.2 Pro/E中零件的三维建模365.3 装配约束38第6章 微型收割机关键部位分析416.1脱粒桶传力板强度校验416.2发动机皮带选型436.2.1带传动的设计（方案一）436.2.2同步带传动的设计（方案二）47第7章 总结和展望497.1 本文总结497.2 工作展望49参考文献50致谢51附录52附录一：微型收割机部分工程图纸52外文资料原文53外文资料译文58第1章 引言第1章 引言1.1选题背景20世纪七八十年代，大中型收割机已经纵横我国北
8、方及中原大地，而南方丘陵地区的农民只能望机兴叹，南方农业机械化水平仍处于低谷状态。从20世纪90年代开始，国家逐渐开始实施农机购置补贴政策，但是由于南方农机化水平太低，适用机械缺乏，补贴资金绝大多数流向北方，南方地区受益很少，导致南北差距越拉越大。以上现象的形成，除南方农村经济发展不平衡外，最直接和最主要的因素是由于南方丘陵山区的地形地貌、耕作条件差异太大。南方多小田块、梯田，人均耕地面积少，田间交通条件差，不利于大型机械作业。随着经济条件的逐步改善，早日实现农业生产机械化作业已经成为南方农民梦寐以求之事，水稻微型收割机就是在这种渴望和梦想中出现的。迄今为止，已有多家企业投入到微型农机的研制工
9、作中来，微耕机，半喂入式收割机均已出现市场，并有普及之势。但收割效率低，可靠性差，也同时成为掣肘微型农机发展的瓶颈问题。自70年代以来，我国引进欧美大型联合收割机为主，80年代开始引进日本微型收割机1，但这些在真正意义上并不真正的适应我国的国情。天齐微型全喂入式收割机正式在这种情况下投入研发。1.2国内外研究现状及趋势目前，此项课题在亚洲有比较完善的研究和较为广泛的应用。主要以日本久保田等一系列日本公司为主要代表。在中国，东南亚等农业机械化相对落后的国家，此项工作都亟待开展和深入发展。由于地缘因素，欧洲、美国以大型农用机械为主，故此课题在欧美地区几未开展。自80年代以来，我国引进日本微型农用机
10、械，现国内市场80%以上为日方占有，民族企业急需发展。另外，日本企业根据日本国情所设计的农用机械，也并不完全适合我国的国情。在使用过程中出现的问题，都给农民带来了不便。为此，我们急需发展基于中国国情和农业特色的微型收割机，以减轻广大丘陵、山区农民的负担。市场方面看来，单从国内市场看，即使每个自然村购买23台，长江以南地区的需求量也将超过30万台/年，其最大的市场应该在湖南、云南、四川、广西、1电子科技大学学士学位论文江西、广东。然后再逐步辐射周边省份。国际市场上，越南、缅甸和菲律宾等主要农业大国及老挝、柬埔寨、朝鲜和泰国等周边国家均是微型收割机潜在的出口大市场。只要微型收割机通过了耐久性和适应
11、性试验，确保性能可靠，中国的微型收割机完全可以填补这块国际市场的空白。1.3研究的目标和意义微型收割机是顺应时代发展需要和市场需求的农机产品，其显著的特征是微型化、所用功率小，但其工作性能却可满足收获作业的基本要求，而且作业效率较高、操作简单、省油，不会破坏田间道路、投资回收期短。正因为如此，微型收割机刚进入南方农机市场就深受农民的喜欢和欢迎。尽管产品还处于试产试销阶段，其各项综合技术性能指标（如可靠性和故障率等）难免存在缺陷，但求机若渴的农机专业户仍然不顾一切，很多厂家正在试验中的样机也被抢购一空，从南方农村对微型收割机的热切心态可见，市场形势喜人。微型收割机受到市场如此青睐，其市场需求量目
12、前难以准确预测，但可以肯定市场容量非常大，潜在的市场将更将巨大。尤其是南方山区农民在国家富农惠农政策的扶持下，已经逐步脱贫致富，走上小康之路，迫切需要微型收割机等微型农机产品代替繁重的体力劳动。调查取证2：4.8%的农村家庭愿意使用微型收割机进行收割作业，88.7%的农户觉得收割机作业远胜于人工作业，86.4%的农机专业户相信购买微型收割机比购买手扶拖拉机更赚钱，92.1%的农机专业户表示希望购买一台性价比高的微型收割机。本课题对微型收割机进了整体的分析，并研制了一款全新的微型联合收割机样机。通过本课题的研究以期能够对解决困扰中国农民多年的问题有所助益。也希望通过本课题的研究，能够给后来的研究
13、者带来新的启迪，从而促进中国农业的发展。1.4课题研究的主要内容本课题旨在通过对微型联合收割机的系统研究，从而指导生产，设计出一款适合于中国当代丘陵地区农村的微型联合收割机。在文章中，将系统介绍整个设计过程，重点部位将进行必要的动力学分析和仿真。为服务于生产，在设计过程2第1章 引言中进行了三维模型的绘制和工程图纸的绘制。在力学分析方面，除了采用传统的手工计算和实验方法外，还引入了软件分析仿真。真正做到了，科学设计，结合实际。论文主要分为三个部分，首先对微型联合收割机的重点部分进行设计过程的介绍，其次采用三维软件，对整个机器进行建模。最后部分为对机器的重点部位进行力学和形变等综合分析。每部分的
14、展开依据收割机的具体构成，按照割台，脱粒筒，机架进行。详细的介绍了设计过程，及设计过程中的一些重要经验。希望对后来者能够有所助益。3电子科技大学学士学位论文第2章 微型收割机整体方案设计2.1设计任务概述微型全喂入式联合收割机在国内尚无比较完善的设计方案和广泛推广的较完善产品。本课题的设计任务旨在通过一系列的研究摸索，设计出能够广泛应用于丘陵、山区的微型联合收割机。根据南北通用的原则，设计中需要考虑南北方作物不同（水稻和小麦），耕作条件不同（水田和旱田）等带来的影响。在满足使用功能的前提下应当尽量降低能耗、缩减重量以适应广大农村要求的低能耗、低成本、易拆装、易搬运的要求。此外，需要符合所有农用
15、机械的一贯特征，即可靠性高，零部件标准化，易维修。根据上文陈述，我们可以总结出此次设计的主要任务：1. 实现联合收割功能，达到每小时最低收割0.5亩的收割效率2. 实现可以水稻、小麦同时收割的设计目的3. 实现可以同时在旱田、水田行走的设计功能4. 实现易于操作、运输的要求，要求整机总量不超过150kg5. 实现低能耗的设计任务，要求功率低于5.0kw6. 实现多功能作业，除收割外，可以应用于小载重运输7. 实现易拆装，可以拆成为几个部分，实现山地人工运输2.2设计方案论证2.2.1方案1:半喂入式联合收割机所谓半喂入式即割台在收割时只切除作物的穗头部分，然后将切割的穗头输送至脱粒部分进行脱粒
16、。作物秸秆被切割后码放在收割机两侧部位。其中的杰出代表为日本久保田公司设计的微型半喂入式联合收割机。此种设计方案的优点是：1. 设计方案成熟，尤其以日本久保田公司为代表，具有十分完善的设计方法。国内农机院约在上世纪90年代也开展了此种机型的研制工作。2. 此种机型的收割效率较高，约1.2亩/小时，脱不净率低，机器整体性能优越。此种设计方案的缺点是：1. 整体的设计方案较为复杂，制造成本较高（约合4.2万元）6第2章 微型收割机整体方案选型2. 由于市场出现较早，产品较为完善，故而市场压力大，与日方相比，处于劣势。3. 适用的地域范围受到限制，对于道路宽度小于2米的地域几乎无法通行，限制了去多条
17、件较差的农村地域的使用。4. 整机不可拆分，无法实现山地条件下的人工运输。5. 无法实现在水田作业。收割水稻前需要水田放水。2.2.2方案2:全喂入式联合收割机所谓全喂入式联合收割机一般是指大型的联合收割机，在收割时连同秸秆部分一同被切割后送入脱粒桶脱粒，秸秆被粉碎后送出。此种收割机一般情况下功率较大，一般在30kw以上，割幅较大（2米以上）,适用于大型农场和平原地区的推广。其中欧美机型设计比较完善，国内产品如“东方红”系列等的设计和产品也较为完善。通过简化功能，及复杂部位的简化设计，在适当牺牲收割效率的前提下，可以达到缩小体积，降低功率的设计。此种设计的优点是：1. 可以实现板块化设计，拆装
18、方便，经简化设计后体积小，质量轻，约在140公斤左右，必要时可实现人工扛机器上山。2. 由于机型较小，设计成本降低，约在每台0.8万。3. 可以实现旱田、水田同时作业。4. 经过简化设计后的结构简单，易于操作和维修，机器耐用可靠。此种设计的缺点是：1. 设计方案不成熟，属于摸着石头过河，投入研发的成本较高。机器的风险 不确定。3. 从论证的角度看，收割的效率较低，估计在0.7亩/小时。4. 由于没有可以借鉴的产品，故而产品的设计过程较为繁琐，设计工作量大。5. 产品完善所需时间长。6. 割幅较高时，造成用户不满；割幅较低时，可能造成脱粒桶工作负荷过重， 产生堵塞等现象。2.2.3方案3:带有下
19、割刀的全喂入式联合收割机由于方案2中产生了割幅和脱粒功率无法协调的因素，故而在方案3中设计双割刀装置，可以同时设置上下两层割刀，从而解决割幅过高的问题。此方案属5于方案2的后续优化设计。综上所述3种方案中，第一种方案投入大，市场竞争力大，发展空间较小，且不适合中国国情。第2种方案风险较大，产品不够成熟，但具有相当的市场潜力并且适应当前中国国情。第3种方案可以作为第2种方案的改进型设计和后续的产品型号。故而，本课题拟设计一种微型的全喂入联合收割机，其结构简图如图2-1所示。1.支撑轮 2.操作系统 3.机架 4.发动机 5.脱粒桶架体6.筛网 7.脱粒滚筒 8.脱粒桶盖板 9.拨禾轮 10.分禾
20、器11.割刀 12.剪刀机构 13.集禾滚筒 14.驱动轮 15.升降器图2-1微型水稻联合收割机示意图第3章 微型收割机割台设计第3章 微型收割机割台设计全喂入微型水稻联合收割机包括三大部件，分别是：机架部分、脱粒桶部分、割台部分。割台部分将水稻作物剪切下来，理顺并传输给脱粒桶；脱粒桶部分对作物进行脱离，将秸秆抛出，同时将谷粒输送到粮仓；机架，顾名思义即为整个机器的承重部分。本章进行的是其中之一的割台部分的设计。割台部分位于微型水稻联合收割机的最前端，由拨禾轮、分禾器、割刀、剪刀机构、集禾滚筒等部分组成。其主要负责将田地上的水稻等作物经过拨禾、切割、集禾等工作步骤送到脱粒桶部分的入口处，进入
21、下一步工序。图3-1 微型收割机割台建模图3.1割台拨禾轮设计 拨禾轮是装在收割机的收割台的前面，将作物拨向切割器，配合切割器切割、输送器输送的一个重要部件。生产实践表明，在谷物收割机上安装拨禾轮有利于收割各种形态的谷物，减少割台的谷物损失。拨禾轮有普通压板式和偏心弹齿式两种。前者适用于收割直立和轻微倒伏的7谷物，后者除了能收割直立的谷物外，还适用于收割倒伏程度不太严重的谷物。图3-2拨禾轮示意图对拨禾轮的工作性能要求是：被拨禾轮引导扶持切割的谷物量要多，铺放要整齐，损失要少（割台损失要控制在1%0.5%）。拨禾轮在工作中造成的损失主要是：1. 由于拨禾轮对倒伏谷物的引导不好而产生的漏割或切穗
22、。2. 拨禾轮在引导谷物时，由于打击、摩擦造成的落粒3. 谷物在割台上铺放不好，以至于从台面上滑下去，或把掉穗抛出去因此，要使拨禾轮在引导谷物时，尽量减少对谷穗的打击，以免造成落粒。在扶持禾秸配合切割器切割以后，要继续稳定地向后推送，防止禾秸向前翻倒或被压板向上挑起，以免造成掉穗。为分析拨禾轮和谷物的相互作用关系，必须对拨禾轮的工作过程进行分析。分析拨禾轮的工作过程，就是分析压板相对谷物做一定规律的运动过程，这个一定规律的运动过程，可以通过压板行对谷物的运动轨迹来观察分析。第3章 微型收割机割台设计3.1.1拨禾轮的运动轨迹压板行对谷物的运动轨迹，就是压板相对地面的轨迹。压板相对地面的运动是复
23、合运动。压板一面绕拨禾轮轴回转，一面随机器前进，其合成轨迹即为压板相对地面的运动轨迹。要实现拨禾轮的作用，首先应把谷物向后拨送引向切割器，这就必须使压板绕拨禾轮轮轴向后回转的速度Vb大于机器前进的速度Vm。令Vb/Vm=（拨禾系数），则1就是拨禾轮工作的必要条件。值不同，压板运动轨迹的形状也不同。图3-3压板的运动轨迹1时压板相对地面的运动轨迹为一条摆线，可用作图法求得。（在此假设拨禾轮是匀速回转，图3-3中等分8份）要求压板每转一等份的时间内机器前进的距离是S（认为机器也是等速前进的）。所以： （3-1） 式中n拨禾轮的转速，转/分；m圆周等分的分数由点1沿机器前进方向量一线段，其长度等于S
24、，则线段之终点1即为A0点沿圆周转过一等份时的位置。而后从2、3、4 m点也沿机器前进方向各引9电子科技大学学士学位论文一线段，其长度相应为2S、3S、4S mS，则这些线段的端点2、3、4 m即为A0点沿圆周转过2、3、4 m等份时的位置。把A0、1、2 m连接起来，即得A0点的运动轨迹。经分析可得拨禾轮上点的运动轨迹方程为：（3-2）对时间微分，即可得到其压板沿运动沿x和y方向的分量，即（3-3）代入Vm=0.8m/s, =45rpm, R=300mm和特定点的即可得到特定点的速度。3.1.2拨禾轮工作过程的分析1. 压板插入谷物开始引导过程从图3-4上看出，A1A1为摆线环扣上最大横弦，
25、A1点的速度垂直向下，A1点以后Vbx0,速度有向前的分量，可见只有在环扣A1A1段内拨禾轮压板能起引导作用。为减轻压板插入谷物时对穗头的打击，以减少落粒的损失，可以看出在A1点插入谷物为好。此时Vbx=0，同时在此次插入谷物压板的引导范围大。设在A1点时压板的转角为1，则由公式1-2求得1： Vbx=Vm-Rsin1=0（3-4） sin1=Vm/R=1/（3-5）在A1点开始插入谷物，yA1=L（L谷物的高度），则由公式（3-1）得：L=H+h-Rsin1=H+h-R/ (3-6)这样，为了减少压板沉入谷物时的击穗损失，拨禾轮参数与谷物状态间就有（3-6）式这样的关系。第3章 微型收割机割
26、台设计图3-4拨禾轮工作工程图3-5压板的作用范围112. 引导、扶持切割过程当压板在A1点插入谷物时，此时拨禾轮轴位于O1/点，切割器在其正下方C1点处，随着拨禾轮旋转和机器前进，压板即将K点以右的谷物向后引导，在压板由起始位置A0转过PI/2角到B点时，压板、拨禾轮轴、切割器位于同一垂线上，这时切割器便开始切割在压板扶持下长在F点处的禾秸。而后切割器把KF一段内的谷物在压板的扶持下全部切割完。机器继续工作，切割器切割长在MK一段内的谷物，该段内的谷物由于处在两块压板引导扶持的作用范围之外，因此，是在自由状态下切割的，即压板对这部分谷物起不到引导和扶持的作用。所以，每块压板每插入谷物中一次，
27、向切割器引导并在其扶持下切割的谷物量，可以用线段KF=x以一定的比例量表示。x为压板的作用范围，等于余摆线环扣最大弦宽的一半（指切割器在轮轴的正下方时）其数值为：假设拨禾轮有Z块压板，则拨禾轮每转一周的作用范围为： （3-7）拨禾轮一转时间内机器前进的距离为： （3-8）令二者之比为： （3-9）即为拨禾轮的作用程度，表示受压板引导并在其扶持下切割的谷物占全部切割谷物的百分数。由上述公式可以看出：要增大必须增大Z和。增加压板数Z，会使结构复杂，而且对谷物的打击次数增多，因此增加落粒的损失。在机器第3章 微型收割机割台设计速度一定的情况下，增大，必然要增加拨禾轮的圆周速度，使压板对谷物的冲击增强
28、，造成较多的落粒损失。故而存在引导好和落粒损失增大的矛盾。现有机器上理论计算的一般位于0.250.5之间。3.1.3拨禾轮的设计（主要参数的确定）拨禾轮参数的确定，围绕工作过程分析所得的关系式和减少谷粒损失来进行的。3.1.3.1拨禾轮的转速器实践表明，拨禾轮的圆周速度不宜超过3米/秒。从前面的分析可知，为使拨禾轮能向切割器引导作物，必须使Vi/Vm=1。为使在压板引导、扶持下切割的谷物量多，的值大一些好。但值增大后，又使引导好和落粒损失的矛盾突出。为此值的选择，应当使谷物落粒损失控制在允许范围内选大的值。现有收割机上一般取值为1.22.5.压板数多时，值应取小。机器速度比较低时，值可取大些，
29、以改善拨禾轮的工作性能；机器速度比较高时，值要取小些，以免压板圆周速度过大，超过允许值。当收割机前进速度因谷物的情况与地形不同在较大范围内变化时，为使保持在一适当的范围内，拨禾轮的速度应能相应的改变，即拨禾轮的速度能相应调节。压板数越多，受压板引导扶持并切割的谷物越多，引导效果越好。但压板数的增多会造成引导好和落粒损失大的矛盾。根据实验，压板数Z取3-6块，小型机上取小值。由于本机为小型机，故只取3块压板，机器行进速度较慢（0.8米/秒），故而本机的值选定为1.8（较高,全喂入式收割机一般不超过2.03。）。根据公式可确定拨禾轮的转速为45r/min。3.1.3.2拨禾轮的直径由过程分析可知，
30、压板应在A1点插入谷物，拨禾轮半径与其他参数的关系为公式：又从铺放质量要求，拨禾轮半径与其他参数的关系为13拨禾轮半径应同时满足上述两方面的要求，联立上式，得： （3-10）选取拨禾轮直径的值常比计算值要小一些。从减轻重量、适应水田作业的方面考虑，直径也往往适当选小一些。本机设计过程中谷物高度取L=0.7m切割高度设计为h=0.3m故由公式（3-10）可得拨禾轮半径为R=0.3m3.1.4拨禾轮消耗的功率计算用单位工作幅的阻力来计算功率，即：N=PBVi/75(马力)式中 P拨禾轮每米工作幅的阻力，一般P=4kg/m B拨禾轮工作幅，米经计算的本机拨禾轮消耗功率约为0.052马力。3.2割刀机
31、构设计 顾名思义，割刀机构即为收割机切割秸秆的运动部分。其作用即为将秸秆顺利切割。通常的设计方法是采用上下两片刀片，其中一刀片为固定刀片，另外一刀片为驱动刀片。驱动端和固定端相夹，即可对秸秆进行切割动作。3.2.1切割器的种类选择切割器的种类4有：割刀作往复运动的往复式切割器和割刀作回转运动的回转式切割器。回转式切割器切割能力强，割后和禾秸便于集束成堆，惯性力易平衡。但受到圆盘刀直径的限制，工作幅度较窄，机器前进速度不快，因而影响生产效率的提高，且结构也较为复杂。往复式运动的割刀，切割器工作质量好，构造简单，特别是切割幅度较大5，属于有支撑切割，不需要高的切割速度，使用可靠。在本机器中，采用技
32、术更为成熟的往复式切割器。3.2.2切割器割刀行程第3章 微型收割机割台设计如图3-6所示为偏心曲柄滑块机构，偏心距为h，曲柄、连杆长分别为r和l表示，由图3-6可以看出，当曲柄均匀回转时，割刀作往复运动。可以证明，当连杆和曲柄成一直线时，连杆的下端到达左终止点A，当曲柄和连杆重合时，到达右终止点B，AB即为割刀行程S。从图3-6中可以得行程S的计算式 （3-11）实际中h值很小，这样，可近似认为S=2r。图3-6曲柄滑块运动3.2.3割刀的位移、速度和加速度偏心式曲柄滑块机构驱动割刀时的割刀位移与曲柄转角的关系，由图3-6可得，以oa、为起始相位，则曲柄转过的角时，割刀的位移x为：(3-12
33、)式中连杆与割刀运动线间的夹角15整理后得到： (3-13)微分得割刀速度 (3-14)微分得割刀加速度 (3-15)忽略较小的h和r/l得到： (3-16)由上式可见，割刀位移、速度和加速度都是三个简谐运动，并且只和曲柄的角速度、曲柄半径、连杆长度、转动角度有关。代入=173rpm, r=14.5mm,l=52.0mm和转动角度，即可得到任意点割刀的所有运动参数。3.2.4割刀设计的细节补充问题一般收割机中采用上割刀运动，下割刀固定的切割方式。在本系统中，经过实验认为：采用上割刀固定，下割刀运动的方式更容易对禾秆进行切割。另外，为了在切割时使禾秆保持最小范围的晃动，应当是上割刀（即定割刀）略
34、长于下割刀（动割刀），以起到分禾和扶禾的作用。如图3-7所示：图3-7 割刀结构示意图第3章 微型收割机割台设计3.3割台拨禾针的设计拨禾针机构有三个作用：1. 拨禾针用于梳理纠缠的禾苗，将为拨入的禾苗进行预梳理；2. 同时还起着引导拨禾横杆进入禾秆中间，减少落粒的作用；3. 协助拨禾横杆压迫禾秆向割刀方向弯曲根据拨禾针以上三个作用，我们结合拨禾运动过程的分析，以得知拨禾针运动应具有以下特色：1. 拨禾针应该始终保持垂直向下，以便于进入禾秆中间和对禾秆进行压迫行拨动；2. 拨禾针两针之间应当保持适当的距离；首先设计能够使得拨禾针始终保持垂直向下的机构，我们从平行四边形的形状中得到启示：平行四边
35、形的两边始终保持平行，假使我们固定一边始终垂直向下，则与之平行的一边必将也垂直向下。1. 运动半径 2.运动半径 3.拨禾针 4.固定边图3-8 拨禾针运动结构示意图杆2为主动旋转轴，当杆2旋转时，带动杆1旋转，关节点.为具有一个转动自由度的铰接点，故易得知杆3做始终与杆4平行的垂直向下的运动。当然，要将此机构运动实现，应该根据机器的结构进行具体的设计。以下图3-9和图3-10便是我们根据机器的特征，进行的具体设计。根据运动分析我们可以得杆件1的活动端点和杆件2的活动端点，均会绕着各自的固定端点做圆周运动。17故而将此结构设计为两个圆周运动最为简单。但考虑到节点1和2处必定会有垂直纸面向里的固
36、定杆件，实心的圆盘运动无法绕过这两个杆件。故而，我们采用如下图所示的三个滚轮确定其中的一个圆周运动，从而避开垂直于圆周的固定杆件。比较简单的实现了两个圆周互不干扰的圆周运动。另外，两个圆周运动还应该考虑平面的层次问题。众所周知，两个实体的圆环运动不可能设计在一个平面内，因此我们设计了Z型连接轴，将两个圆周运动分割在两个平面，从而比较好的实现了上述理论运动，相比于前人的机构也相对简单。图3-9 拨禾针运动控制结构侧视图 图3-10 拨禾针运动控制结构3.4割台集禾滚筒筷子机构的设计集禾滚筒负责将割刀切割下来的禾秆输送给脱粒筒部分。其最重要的参数即为集禾滚筒的输送速度，即脱粒筒的喂入速度。另外在喂
37、入口处设计喂入口拨禾杆，可以将切割下来的禾秆较均匀的喂入脱粒筒。第3章 微型收割机割台设计为了实现在喂入口处对禾秆进行送入的装置，我们设计了喂入口拨杆机构。其作用是在集禾滚筒的带动下，实现周期性的向脱粒筒内拨入物料。为实现这一功能，我们设计了在集禾滚筒带动下的随动偏心拨禾齿结构。其作用就是利用集禾滚筒的转动动力带动拨杆（拨杆和横杆之间为套筒转动连接）绕短固定横杆转动。由于拨杆的转动和集禾滚筒的转动为相对的偏心转动，故可实现拨杆相对于集禾滚筒的周期性伸缩运动，从而实现周期性的向喂入口拨入禾秆的作用。参考图3-11。图3-11喂入口拨禾杆“筷子”结构示意图19第4章 微型收割机脱粒桶设计脱粒筒部分
38、是整个收割机设计的核心部分。集合滚筒将割刀切割下来的禾秆通过味入口输送到脱粒筒内。麦粒或者稻米在脱粒筒内被脱粒，通过输送螺旋输送到储粮仓或者口袋。脱粒后的禾秆部分，在脱粒筒内沿着螺旋线被输送到出草口，通过风叶的压迫被出草口的割刀切碎，实现顺利的粉碎出料。衡量脱粒装置工作质量的主要参数是作物的脱净率、谷粒的损伤率、谷粒通过凹板的分离率，以及茎秆的破碎情况。功率消耗虽不是功能性的参数，但是它涉及到对脱粒装置的评价，所以也应该予以重视。就联合收割机及脱粒机的脱粒装置而言，脱净率才是最重要的工作参数，设计和使用调整脱粒装置时应该首先给予考虑。谷粒的损伤大部分是脱粒装置产生的。谷粒的损伤可分为可见损伤和
39、内部损伤。内部损伤只能用发芽率实验或者专门的仪器确定，谷物损伤的意义决定谷粒的用途。一般情况下联合收割机收割谷粒时，分离器损失占总损失的主要部分。所以应该尽量增加脱粒装置凹板的分离率，以减少分离器的损失。茎秆的严重破碎将使谷粒分离比较严重，并且大量破碎的短小茎秆通过凹板或者分离器进入清粮室，使清粮室的损失增加。图4-1微型收割机脱粒桶建模图20第4章 微型收割机脱粒桶设计4.1谷物的脱粒特性与脱粒原理 籽粒与穗之间的连接强度决定了谷物脱粒的难易程度。谷粒的连接强度与作物的品种、成熟度和湿度有关。随着这些因素的变化，脱粒时所需要消耗的能量也是不同的。谷物的脱粒特性就是研究谷物脱粒的难易程度以及与
40、作物本身性质的关系。图4-2 脱粒功与脱粒累积百分率的关系脱粒的难易程度用脱粒所需的时间和功来表示。可以采用振动法和冲击法测定谷物脱粒的难易程度。振动法6，是在电机主轴的端部装有对称的凸起金属丝作为振子，电机转动后，被夹持的谷物茎秆在振子的作用下，由于振动而使得谷粒脱落。根据振动脱落谷粒时间的多少，即可衡量谷物脱粒的难易程度。冲击法6，是将谷物放在容器中，从不同的高度落下来冲击脱粒来测定脱粒所需的功。根据对小麦、籼稻(南方居多)、粳稻（北方居多）的试验7（图4-2），看出小麦比较容易脱粒（曲线3），籼稻次之（曲线2），粳稻最难脱粒（曲线1）。使穗上50%的谷粒脱下，每粒小麦脱粒所需的功约为20
41、g.cm，籼稻为32g.cm，而粳稻则为48g.cm。脱粒功与脱粒百分率之间的关系近似一条正态分布曲线（图4-3）。同一作物脱粒和难脱粒的均占少数，脱粒功为中间值时脱粒百分率最高。另外，调查显示，随着湿度的增加，脱粒百分率降低，脱粒困难。应掌握谷粒湿度变化规律，适时收获，这样既能达到容易脱粒的目的，保证脱粒质量，又能降低功率的消耗。21电子科技大学学士学位论文实践证明，不仅不同种类和不同品种的谷物脱粒的难易程度不同，而且同一穗上的谷粒脱粒的难易程度也相差很大。易脱粒的谷粒与难脱粒的谷粒，脱粒所需的功几乎相差20倍。由此可知，当利用机械的方法脱粒时，应用同一个机械强度123图4-3 脱粒功与脱粒
42、百分率的关系使谷粒完全脱粒是不合理的。若选择机械作用的强度是以难脱粒的籽粒为依据的，这样，将增加脱粒时能量消耗与谷粒、茎秆的破碎。根据上述情况，设计脱粒装置时，必须选用合理的工作原理、结构和参数。脱粒装置对作物脱粒过程的物理现象也是比较复杂，往往同时施加几种作用力。归纳起来，可以靠冲击、揉搓、梳刷、碾压等方法8脱粒。冲击脱粒：冲击脱粒就是靠脱粒元件与谷物穗头的相互冲击作用而使谷物脱粒的。冲击强度增加，可以提高生产率和保证脱粒干净，但易使谷粒破碎和损伤。降低冲击强度能够减少谷粒的破碎和损伤，但是为了将作物脱粒干净，需要增加脱粒时间，因而降低了生产率。冲击强度一般以冲击速度来衡量，随冲击速度增加而
43、增加。所以脱粒装置上，需要考虑脱粒速度的调节。揉搓脱粒：揉搓脱粒是靠作物与脱粒元件之间的摩擦和谷物之家的摩擦使谷物脱粒，脱粒的干净程度与摩擦力的大小有关系，增强对谷物的揉搓，可以提高生产率和脱净率，但会使谷物脱壳或脱皮。在脱粒装置上改变滚筒与凹板之间的间隙大小，能达到改变摩擦力的目的。碾压脱粒：碾压脱粒主要是靠脱粒元件对谷穗的挤压而将谷粒脱下来。由于脱第4章 微型收割机脱粒桶设计粒时附加在谷穗上的力量主要是沿着谷粒表面的法向力，切向力很小，并且附加的压力对谷粒不产生很大的冲击，所以碾压脱粒不易使谷粒破碎和脱皮。梳刷脱粒：梳刷脱粒是靠对谷物施加拉力而将其脱粒的，目前，在应用很广泛的水稻脱粒机上，
44、弓齿对作物就有很强的梳刷作用，可以保证脱粒干净，而且能避免破碎和脱壳现象。研究作物的性质和籽粒的物理机械特性，选择合理的施加脱粒功的方式是设计脱粒装置的基础。水稻脱粒时，要求在谷壳与小枝梗的连接处折断，所以水稻的脱粒可以应用梳理的方式，在谷壳与小枝梗的连接处拉断。小麦的籽粒，在成熟时颖壳张开，籽粒与颖壳的连接就减弱，脱粒时要求籽粒从颖壳中脱出。由于小麦的籽粒强度比较大，不易破碎和脱皮，所以采用冲击和揉搓的方法脱粒。在设计的过程中，我们通常采用某一种原理为主其他原理为辅配合脱粒的方法。4.2轴流滚筒式脱粒装置图4-4 轴流式滚筒剖析建模图在全喂入联合收割机中，大多数装置采用轴流式。轴流式脱粒滚筒
45、的主要优点6是将脱粒和分离过程用一个部件来完成，省去了尺寸较大且易超负荷的逐稿23电子科技大学学士学位论文器，对于缩小机器尺寸和减轻机器重量等方面有突出的优点。本机为微型联合收割机，自然采用这种结构。由于它的脱粒间隙大和脱粒时间长，使用与易于破碎的作物（如大豆）可以显著降低谷粒的破损率。但是与传统的纹杆式脱粒滚筒相比较，消耗的功率比较多，使清粮室的负荷增加。轴流滚筒式脱粒装置由杆齿（纹杆）滚筒、凹板、滚筒盖板组成。滚筒盖板呈圆弧形，它与凹板筛组成一个圆筒，将旋转的滚筒包围起来；盖板内侧有螺旋导板，用以引导谷物轴向移动。谷物从喂入口进入滚筒后，被杆齿（纹杆）抓取，并带动旋转和抛起，由于受到盖板上和凹板筛上螺纹导板的引导作用，谷物在旋转的同时沿滚筒轴向运动。经过杆齿（纹杆）多次打击和抛送，谷粒脱下并穿过筛孔分离出去，脱净后的茎秆最后由排草口排出。圆柱型轴流滚筒有开式和闭式两种。一般玉米脱粒机采用闭式的，以免玉米穗进入滚筒