微型玉米剥皮机设计.doc

微型玉米剥皮机设计
摘要

在玉米分段收获时，玉米剥皮工序劳动强度大，费工时和误农时，且影响玉米的质量和
质量等问题，针对我国玉米收获后剥皮这个重要环节，设计出场上玉米剥皮机，并对其结构
及技术参数予以设计。微型玉米剥皮机是收获玉米穗外表皮的一种机具，本机为4辊机型，可满足单户、联户和种粮大户使用。它代替了传统人工剥皮的紧张劳动，减轻了人们的劳动强度，提高了劳动效率，有效地防止了因剥皮不及时而造成的玉米霉烂损失，该机结构简单，调整方便性能可靠，生产效率高，可采用电动机、柴油机或三轮农用运输车发动机作动力，本机采用单相交流电动机作动力。剥皮装置中剥皮辊一般有螺旋铁棍和橡胶辊组成，铁棍对籽粒有严重损伤，所以本机要求采用全橡胶辊。在满足剥净率95%以上。工作效率达到1500kg/h，动力源3kw的设计要求的前提下进行设计。为达到设计要求，主要剥皮装置采用全橡胶的玉米剥皮辊，并且两辊高低设置，且可以根据玉米棒的大小不同调节两辊间的距离。这避免了传统设计方法中采用铸铁辊对玉米籽粒的损坏，而且在结构上比传统设计方法更为合理。经计算、校核，该机符合设计要求，并且在剥皮装置与传统方式上较传统设计有所改进，更适于在广大农村的推广应用。

【关键词】 玉米剥皮机 剥皮辊 传动系统 动力源

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Title: Corn’s Clothes Takes-Off Machine

Abstract
At the devided harvest time, the labor force of corn’s clothes take-off by hard is to strong. It wastes time and decreases the quantity of the corn. To solve the problem of corn’s clothes take-off in our country, we designed the corn’s clothes take-off machine including the structure and the technical parameter design. It is a machine that take off the corn’s clothes. It has four types, respectively for single, union of several and big harvest. The machine instead of the traditional handed labor, reduce the people’s labor strength, raise the efficiency and prevent the corn’s damage. The structure of the machine is simple. The machine is easily adopted, reiable and efficiency. The power of the machine can use electric motor、diesel engine and the power of agricultural car.This machine adoption list mutually the alternate current motive makes the motive. Peel to equip to win to peel the son of to have the spiral iron casting son of and the rubber son of to constitute generally, cast iron the son of to have severity to the seed grain to hurt, so this machine adoption the whole rubber son of. Designed under premise that must be get go 95% of take-off rate and efficiency required no less than 1500kg/h, power no more than or equality 3kw. For get to these requirements, main take-off part makes use of rubber cylinder, and they are installed up-down. It is more reasonable than orthodox way. The transmission system makes use of binary level decreasing velocity. Via computed and checked, the machine is right. Specially, it is better than forming designing. Worthwhile, it is widely applied in rural.

Key words: Corn’s clothes、 Take-off Machine、 Cylinder、 transmission system、 Power resource

目录
摘要---------------------------------------------------------------------------------------1
Abstract----------------------------------------------------------------------------------2
引 言--------------------------------------------------------------------------------------1
1 题目来源及技术要求----------------------------------------------------------------1
1.1 任务来源------------------------------------------------------------------------1
1.2 剥皮机的设计要求如下--------------------------------------------------------2
1.3 玉米剥皮机结构简介----------------------------------------------------------2
2 总体方案的分析---------------------------------------------------------------------3
2.1 剥皮的工艺过程----------------------------------------------------------------3
2.2 方案的选择---------------------------------------------------------------------3
2.3 主要工作部件形式的选择----------------------------------------------------3
3 总体配置的确定--------------------------------------------------------------------4
3.1 机架的配置--------------------------------------------------------------------4
3.2 传动系统配置-----------------------------------------------------------------5
4 剥皮装置的确定---------------------------------------------------------------------6
4.1 剥皮辊长度确定---------------------------------------------------------------6
4.2 剥皮辊生产能力的确定------------------------------------------------------6
4.3 剥皮部件的设计---------------------------------------------------------------7
5 执行部件及机架设计---------------------------------------------------------------8
5.1 果穗料斗的设计---------------------------------------------------------------8
5.2机架、连接架的设计------------------------------------------------------------9
6 传动部分设计----------------------------------------------------------------------10
6.1 玉米果穗在剥皮辊间的受力分析------------------------------------------10
6.2 皮带传动的设计计算及校核----------------------------------------------11
6.3 齿轮的设计-------------------------------------------------------------------13
6.4 轴的强度校核与设计计算--------------------------------------------------20
6.5 键的选择---------------------------------------------------------------------22
6.6 轴承的选择-------------------------------------------------------------------22
6.7 电动机的选择----------------------------------------------------------------22
7 6YBJ—4型玉米剥皮机的保养、使用、调整及修复-------------------------23
7.1 每日技术保养----------------------------------------------------------------23
7.2 传动装置的使用和调整-----------------------------------------------------23
7.3 机器的保管-------------------------------------------------------------------24
7.4 工作部件损坏的修复和调整------------------------------------------------24
总结-------------------------------------------------------------------------------------25
参考文献-------------------------------------------------------------------------------26
表1-------------------------------------------------------------------------------------27
表2-------------------------------------------------------------------------------------28
表3-------------------------------------------------------------------------------------29
表4-------------------------------------------------------------------------------------30

引言
国内外玉米剥皮机的概况：（1）前苏联玉米剥皮机的概况 前苏联的玉米种植面积达1200万h,仅次于美国的种植面积。由于生产需要，研制了O-4B型玉米剥皮机。随着农业机械化的发展，又研制了O -5、O-15、O-15C、O-15Ⅱ 和O-5等多种剥皮机。（2）美国玉米剥皮机的概况 美国玉米种植面积占全世界玉米种植面积的37%，由于生产过程对机械化得迫切要求，在1885年就研制成功了场上作业的玉米剥皮机；1908年又研制了田间摘穗剥皮机；现在已经向联合自走的方向发展。（3）我国玉米剥皮机研制现状 从20世纪50年代开始，我国进行玉米剥皮机的研制工作。如丰收—2卧、丰收—2立和4YBJ—2型的田间玉米摘穗剥皮机。60年代，中国农机院与黑龙江农业机械化研究所协作设计了YD—3型玉米剥皮机。70年代，黑龙江省红兴隆国营农场管理局设计了场上玉米剥皮机。1979年，辽宁省农业机械化研究所研制的4YB—2型玉米收获机及吉林农业机械化研究所研制的4QY—2型玉米收获机都配置了剥皮机构。
根据设计任务书的要求，微型玉米剥皮机是一种专玉米表皮的专用机械。这种机械主要针对农村的广大农民用户使用，所以此机械必须具有如下特点：（1）操作简单，便于广大农村用户的使用，零部件尽量采用标准件，便于安装和维修。（2）整机安装，结构简单，成本低而且动力的选择要符合农村的实际情况，因此动力尽量安装电动机或者柴油机。（3）本机还要有较高的生产率，较低的籽粒破碎率，较高剥净率。因此，本机的设计根据农村不同用户的使用要求，设计了不同的类型。
在动力选择上，采用电动机与柴油机互相通用的形式，但不同的是由于小四轮的本身特点，在是哟个柴油机作动力时要有一个转向节连接，而使用电动机则可直接安装在机架上。
在生产率方面，根据不同用户的使用要求，现已有2对辊、4对辊两种不同生产率的机型。本机为4辊机型，可满足单户、联户和种粮大户使用。它替代了传统人工剥皮的紧张劳动，减轻了人们的劳动强度，提高了劳动效率，有效地防止了因剥皮不及时而造成的玉米霉烂损失，该机结构简单，调整方便，性能可靠，生产效率高。此种机械的研制成功，大大减轻了农民的劳动负担，为了广大农民 节省大量时间，降低了劳动强度，也 成为农民致富的途径之一。

1、题目来源及技术要求：
1.1任务来源：
根据农村当前的生产实际情况，农业机械的使用还没有普遍推广，尤其是在像东北这样的产粮大区，农民收获的粮食由于不能及时得到农业机
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械的支援，而只能用传统的手工劳作，这样使得农民在秋季可谓苦不堪言。特别是对于玉米这一高产稳产的作物，在东北地区特别是我省由于有大量的播种面积，而这种作物的本身又是一种劳动含量较高的作物，因此，对于各种玉米所用的农业机械已迫在眉睫，而玉米生产过程中的播种、耕管机械已基本解决，而收获机械却仍是一个空白，农民收获季节由于都是用传统的手工劳动，所以强度特别高，特别是玉米的剥皮，不但时间长，且占用劳动力多，工作效率又不高，如不及时剥皮，还易使玉米发霉、变质。所以，玉米剥皮机不但具有广泛市场，而且极易推广，又能解决农民的当务之急，使农民在玉米的收获季节不再为玉米剥皮而犯难了。

1.2剥皮机的设计要求如下：

1、玉米穗喂入时，其轴线的方向应与剥皮辊轴线的方向一致。为此，在喂入装置与剥皮辊之间需设置导槽。
2、剥皮辊轴线与水平面得倾角α直接影响玉米穗的下滑速度。在装有压送 器的情况下，常用α=～12°。
3、剥皮辊表面与压送器顶端间的配置间隙应略小于玉米穗的直径，并可以调节。
4、配套动力主要以电动机为主，也可以与农村广泛使用的小四轮拖拉机配套，主要不同点是与小四轮配套有一个特殊的传动总成。
5、性能指标要求：苞叶剥净率要求达到95%以上，而在剥皮过程中脱净率
，并尽量减少籽粒脱落。
6、经济指标：尽量降低成本，增大工作时的生产效率。每对剥皮辊的生产率为1500kg/h,同时根据不同用户的需要有两对辊、四对辊、八对辊等不同机型。
7、尽量采用通用件，提高通用化程度，降低生产成本。

1.3 玉米剥皮机结构简介

玉米剥皮机主要由剥皮机构、压送器和果穗分布装置等组成。（1）剥皮机构主要部件为剥皮辊，其作用是清除茎叶混合物和剥掉果穗表皮。其原理是相对旋转的一对辊子抓取并剥掉在其上运动的果穗的表皮，同时把表皮和茎叶混合物拽到辊下，剥掉表皮。剥皮辊间隙时由压缩弹簧来保证的，不用经常调整。（2）压送器对改善果穗剥皮质量，提高剥皮装置生产率是极其重要的，它把果穗压向剥皮辊表面，从而增大剥皮辊对果穗的摩擦力，并促使表皮蓬松和使剥皮辊更好地抓取表皮，而后周期性地放松压向剥皮辊上的果穗，以使其性能绕自轴转动，从而使果穗向四周的表皮与剥皮辊接触，促使果穗在剥皮时翘起来，这样有利于避免果穗端部掉粒。因本机采用全橡胶剥皮辊，辊面带有螺旋凸棱，左右辊互相啮合，成对使
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用，由于橡胶摩擦系数较大，因此不必另加压制器。

2、总体方案的分析

2.1剥皮的工艺过程

采用人工上料，人工喂入，机械剥皮，最终使果穗和表皮分离。在这过程中之所以采用人工上料和人工喂入主要是如果采用自动喂入会使机器的成本和造价会大大地提高而农民对这种机械由于价格的增设而使购买力下降。配套动力源采用Y系列三相电动机，主要工作部件选用全橡胶的玉米剥皮辊，传动部分使用带传动和直齿轮传动。

2.2方案的选择

在设计过程中也曾考虑过采用自动喂入，但这种机械虽然在效率上有所提高，但同时它也将提高机器的成本，从而使购买力下降。而采用人工喂入虽然不如自动喂入效率高，但也比手工大大的提高，而且适合大多数农民的经济能力。之所以采用Y系列电动机，是因为Y系列电动机是目前最常使用的，而且价格合理。剥皮部件采用全橡胶的剥皮辊，不但不影响剥净率而且由于橡胶比较有弹性不会损伤籽粒。传动部分由于该机比较简单所以选用直齿轮既可。

2.3主要工作部件型式的选择
剥皮机主要核心部件是剥皮装置，传统式剥皮装置采用一支铸铁螺旋齿辊和一个橡胶螺旋剥皮辊配对使用，两对辊的中心距a=66.75，且两对辊形成以个槽形，一般采用两对或四对辊，为增加玉米穗与辊子的压力，在剥皮辊的上方配有两组或三组压制器，多年来的实践证明，这种辊型的剥净率最高能达到85%，籽粒破碎率高达2%，这是玉米剥皮机 推广的主要原因。
94年通过实验研究，设计出一种全橡胶的玉米剥皮辊，这种辊采用橡胶制成，辊面带有螺旋凸棱，左右辊互相啮合，成对使用，由于橡胶摩擦系数较大，因此不必另加压制器，且橡胶面有弹性布损伤籽粒，并在轴线方向上布置有螺距为2m的螺旋线，果穗能沿线向下滑，再加上与支架本身的倾角，使果穗能自动进入下料斗，身产率较高，该装置已获得国家实用型专利（专利号：942250133）新产品，直接利用剥皮装置专利技术，配
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以传动系统、机架、动力源及上下料斗等部件组成。

3、总体配置的确定

总体配置就是合理安排各部件位置和联接关系，确定动力的传动路线，与电动机的联接关系，使机器工艺路线合理，并且便于使用，调整和维修，同时机器外观造型要给人以美感。

3.1机架的配置

机架采用角钢焊接而成，如图1所示：

图1

为了便于作业后的移动，在机架底部安装有四个行走轮，且在前面的两个行走轮需要能够转向，这样使整机的移动更加方便，更便于生产中的使用，考虑到成本方面的因素，行走轮及转向轮均可外购，因为它并没什么特殊的要求，只要能达到行走及转向要求即可，也可以本身自己制造。

3.2传动系统配置：

3.2.1利用电动机作为动力源时，只需一级皮带传动，然后再由一级齿轮传动
成降速过程，最后再由齿轮传动到主动轴上。
3.2.2根据实验得出，剥皮辊的最佳转速范围在n=300r/min~350r/min,这里我们
取n=333.3r/min,电动机的转速为=1440r/min.
==1440/333.3=4.32

根据高端传动比>低端传动比，初定高端传动比=2.4
= =1.8
3.3.3传动系统简图

===2.4
==1.8
所以 总降速比 i=2.4=4.32
所以 直轴的转速为 n===333.33n/min
由于依实验数据得出结论，剥皮辊最佳转速范围为n=300—350n/min所以这一转数符合要求。
这二级减速及传动系统各部件的尺寸如下：

主动带轮基准直径：
从动带轮基准直径：
齿轮1的分度圆直径：
齿轮2的分度圆直径：=144mm
齿轮3、4的分度圆直径：==90mm
齿轮5、6、7、8的分度圆直径：
动力由电动机传到完成一级减速，再由皮带传到1轴上，1轴上有一与皮带轮同转速的齿轮1，齿轮1与齿轮2啮合完成二级减速。2轴为主动轴，在其上有三个齿轮。齿轮2与齿轮1啮合完成降速；齿轮3与齿轮4啮合实现传动比为1的传动；4轴的齿轮7与5轴的齿轮8啮合实现同速传动来实现最终的剥皮过程；2轴上的齿轮6与3轴上的齿轮5啮合实现同速传动。2、3、4、5轴的最终转速为333.3r/min.

4、剥皮装置的确定

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剥皮装置是由一对相向转动的剥皮辊抓取和剥除玉米穗的苞叶。剥皮辊与苞叶间的摩擦力必须大于苞叶与穗辊间的链接力，为了使苞叶剥净，在玉米穗沿剥皮辊下滑的同时，自身应能转动。在剥皮辊的上方设有压送器，使果穗对剥皮辊稳定地接触而避免跳动。

4.1剥皮辊长度确定：

传统式玉米剥皮辊长度为1.70mm，美国甜玉米剥皮机滚长为1500mm，根据实验得出玉米在剥皮辊上的剥净率在开始400mm内剥净率为85%，在600mm内剥净率为93%，因此辊长定为1000mm可使苞叶的剥净率在93%以上。剥皮辊的长度是影响剥净率的主要参数，为保证剥净苞叶，剥皮辊应有足够的长度，但过长会引起籽粒脱落和破碎，剥皮辊的直径应不使最小直径的果穗收挤压和被抓取为准。

4.2剥皮辊生产能力的确定：

单对剥皮辊生产能力：/h ----------------①
------------------------②
其中：q--------剥净率果穗质量平均为0.4Kg
L--------果穗长度最大为250mm
------果穗沿剥皮辊移动速度m/s
S---------剥皮辊螺距s=900mm
N--------剥皮辊转速333.3r/min
f---------滑动综合系数试验得f=0.05
-----50mm
②带入①：·
=
=
=1066Kg/h

所以 两对辊计算生产率为2132Kg/h
设计要求为1500kg/h,2132kg/h>1500kg/h符合设计要求。
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由于此机是由人手式喂入，故实际生产能力大约在每对辊的生产率1500Kg/h左右，这是经过实验后得出结论。

4.3剥皮部件的配置：

本机剥皮装置直接利用《新型剥皮装置》专利技术，其剥皮辊为高苯橡胶面，有数条螺旋相互啮合，高低配置成对使用，每两对辊组成一槽型，每个辊轴上有每节250mm的四节胶辊串接而成螺旋首尾相接，局部磨损后便于更换，下辊2、5为固定辊，上辊1、3可绕铰接点转动，既两辊啮合间隙时可调的。保证果柄可以通过，两辊可以调节螺栓6来调节，所以可以根据不同的品种来适当调节螺栓，使果穗顺利通过。
玉米在两辊所形成的槽型中，辊面的凸棱对苞叶有撕裂作用，由于两辊的螺旋相互啮合，使玉米苞叶在自转过程中被嵌入凹槽中，此时由于两辊的转动使苞叶被扯掉，玉米的自转主要由于两辊对玉米摩擦力大小不同，虽然两辊的材料不同，但却由于两辊与玉米之间的压力角不同而产生不等的摩擦力、且>，而使得玉米能够产生自转。
两辊中心距a=67.5mm，当果穗直径为∮60时果穗重力N与下辊压力方向角=与上辊方向压力角=，其相应摩擦力：
由于且方向相反，因此果穗在剥皮过程中产生转动，可加速剥皮过程，为加速果穗下移速度，剥皮辊还要有一定倾角，倾角小，下滑速度慢，生产率低倾角大，剥净率低，本机通过部件试验，确定剥皮辊倾角为。果穗通过间隙，根据实测果穗直径最大不超过，为防止过大的果穗卡滞现象通过70mm，可使果穗绕自身轴线自由转动，为防止在剥皮过程中产生果穗治理造成脱粒，在剥皮辊上方设有压穗板，压穗板通过间隙为70mm.

5、执行部件及机架设计

5.1果穗料斗的设计：
果穗料斗不但呀有暂存果穗的能力，而且嗬哟能够使果穗沿剥皮辊的轴向方向上进入两辊所形成的槽型中，在配置上与剥皮辊的倾角相同，均与水平面成角，在长度上按展开1000mm设计，因为考虑到玉米进入到

剥皮辊时的方向性，所以将出口处的滑板设计成与剥皮辊组数相等的槽型，
7
尽可能保证每次只能通过一穗玉米。
进料斗是送入玉米的装置，由于本机采用两对剥皮辊工作，所以进料斗必须设计成双出口的结构。玉米需自动滑到剥皮辊的方向上进入两辊形成的槽型中进行剥皮，这就要求料斗具有一定得倾斜度，经参考实验数据选倾斜度为。为保证玉米滑向剥皮辊时每次只能通过一穗玉米，可将出口设计成与剥皮辊组数相同的槽型（如下图5）。同时为保证玉米在剥皮过程中受切向力的挤压导致弹出，在剥皮辊上方增加两个压穗板，以防止果穗弹出。
下料斗是在玉米剥皮结束后，果穗画出的装置，它可以设计成任何方便的形状。

5.2机架、连接架的设计：

机架和连接架均由角钢焊接而成，两种机型结构相同，仅宽度不同。在满足要求的前提下具有一定得抗压能力既可，主要目的是便于组织生产，提高通用程度，因此物特别要求。

6、传动部分设计

6.1玉米果穗在剥皮辊间的受力分析

两辊对玉米产生的两个摩擦力、分别为：

8
=

所以：

（3）选取精度等级，因采用表面淬火，轮齿变形不大，不需磨削，故初
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选7级精度。
（4）选齿数,
b.按齿面接触强度设计：
由设计计算公式进行计算，即：
(1) 确定公式内的各计算数值
①试选取载荷系数：
②计算齿轮的扭矩：

③由《机械设计》P—201表10—7选取齿宽系数：
④由《机械设计》P—198表10—6查得材料弹性系数
⑤由《机械设计》P—207表10—21d按齿面硬度中间值52HRC，查得齿轮接触疲劳强度极限
⑥计算应力循环次数：

⑦由《机械设计》P—203图10—19查得接触疲劳强度寿命系数：

⑧计算接触疲劳许用应力：
取失效概率1%，安全系数S=1

（2）计算
①计算齿轮分度圆直径 ，代入中较小的值

=84.112mm
②计算圆周速度V：
③计算齿宽b

④计算齿宽与齿高之比b/h
模数
齿高

⑤计算载荷系数：根据V=3.44m/s,7级精度
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由《机械设计》P—192图10—8动载荷系数
直齿轮，假设
由《机械设计》P—193表10—3查得
由《机械设计》P—193表10—3查得
由《机械设计》P—190表10—2查得使用系数
所以
⑥按实际载荷系数校正所行分度圆直径：

⑦计算模数：

c.按齿根弯曲疲劳强度设计：
弯曲强度的设计公式为：
(1)由《机械设计》P—204图10—20c查得齿轮的弯曲疲劳强度极限

（2）由《机械设计》P—202图10—18查得弯曲疲劳寿命系数

(3)计算弯曲疲劳许用应力：
取弯曲疲劳安全系数

(4)计算载荷系数：
（5）查取齿形系数：由《机械设计》P—197表10—5查得

(6)查取应力校正系数：由《机械设计》P—197表10—5查得

(7)设计计算：
对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m略大于齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力仅与直径有关，可取由弯曲强度算得模数4.86mm，就近圆整为5mm,按接触强度算得分度圆直径：
d.几何尺寸计算：
（1）计算分度圆直径：
(2) 计算中心距：
6.3.4 第二级降速机构两齿轮的设计：
大齿轮转速为：
小齿轮转速为：
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降速比：i=1.8
传动功率：p=664.7瓦
a.选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数
（1）选用直齿轮传动。
（2）考虑减速机构振动较大，且剥皮辊上小齿轮有可能通过调节杆调节两剥皮辊的中心距，故在满足设计强度前提下，尽量选大一些模数，大小齿轮的齿面材料也尽可能选取硬度大一些。所在大小齿轮均为40Cr,并调质及表面淬火，齿面硬度48—55HRC。
（3）选取精度等级：
因采用表面淬火，轮齿的变形不大，不需磨削，故选7级精度。
（4）试选小齿轮齿数
b.按齿面接触强度设计：

（1）由
①试确定公式内的各计算数值 试选载荷系数
②计算小齿轮传递的扭矩：

③由《机械设计》P—201表10—7查得选取齿宽系数：
④由《机械设计》P—198表10—6查得材料弹性影响系数：
⑤由《机械设计》P—207表10—21e查得按齿面硬度中间值52HRC查得大小齿轮接触疲劳强度极限：==1170Mpa
⑥计算应力循环次数：

⑦由《机械设计》P—203图10—19查得接触疲劳寿命系数:

⑧计算接触疲劳需用应力：
取失效概率