摘 要：近年来，在国家政策的大力支持和各级政府的积极指导下，玉米脱粒械化发展迅速。 但目前，我国玉米脱粒机机械化收获水平仍然很低。 机械一般只占2%。同时，大多数成熟的玉米脱粒机没有剥皮装置。 在这一重要的脱皮环节中，大多数农民迫切需要一种廉价高效、易于使用的既能脱皮又能脱粒的小型机械来取代繁琐的体力劳动。因此，本课题主要针对玉米剥皮脱粒机的设计，该机的主要特点是：适用于农村收获困难的复杂地形；一机双用，运行质量好，效率高；结构简单，使用方便；成本低，减轻人力劳动。 关键词：结构设计；
舞台烟火
Corn peeler and threshing On the design of threshing mechanism
（College of Mechanical Engineering，Longdong University）
Abstract: In recent years, with the strong support of national policies and the active guidance of governments at all levels, corn harvesting mechanization has developed rapidly. But at present, the level of mechanized corn harvest in China is still very low. Machi
nery generally only accounts for 2%. At the same time, most mature corn harvesters do not have peeling devices. In this important part of peeling, most farmers urgently need a kind of cheap, efficient and easy-to-use small machinery which can peel and thresh to replace the tedious manual labor. this topic is mainly aimed at the design of corn peeler and thresher. The main characteristics of this machine are: it is suitable for the complex terrain with difficult harvest in rural areas; one machine is used for two purposes, with good operation quality and high efficiency; the structure is simple and easy to use; the cost is low and human labor is reduced.
Key words: Corn threshing; Structural design; Mechanical analysis; Load calculation
1.1研究背景与意义
玉米是我国第三大种植作物，是食品和饲料的原料，也是重要的工业原料。表1-1列岀了2017-2019年我国米生产情况。
时间 指标 单位 数值
2019 播种面积 千公顷 41284.000
2019 产量 万吨 26077.000
2018 播种面积 千公顷 42129.000
2018 产量 万吨 25717.393
2017 播种面积 千公顷 42399.000
2017 产量 万吨 25907.070
表1-1 2017-2019年我国玉米生产情况
注：表1资料来源自中华人民共和国国家统计局
我国玉米种植范围广，根据农业部全国农业统计数据得知除青海、海南、江西和上海的种植面积小于10千外，全国玉米种植面积约41284千,占全国耕地面积的24.2%。目前，我国农业现代化水平有了很大的提高，但玉米剥皮、脱粒的机械化程度相对较低。 随着我国畜
牧业和粮食加工业的快速发展，对玉米的需求逐年增加。我国西北大部分地区的玉米剥皮脱粒依旧靠人力完成，因此玉米高效率的剥皮、脱粒的机械化水平已成为制约玉米产业发展的瓶颈。
我国现阶段玉米收获的主要机型有4YW-2型玉米联合收获机、4YZ-4型自走式玉米联合收获机、4YW-2型悬挂式玉米联合收荻机和单行玉米联合收获机。此种机型适用于大型、平整、种植面积广的地形，我国西北地区的多数耕地未承包化，地形多为小型地块、山洼地块，收获机无法进入作业，现阶段这些地区的玉米收获基本上依赖人力完成。目前多数玉米脱粒机械多为玉米脱粒机，玉米剥皮依靠人力完成。本设计的玉米剥皮脱粒机可适用于个人家用，解决玉米脱粒机功能单一，安全性低的问题，提高玉米剥皮和脱粒效率，设计玉米剥皮脱粒机，提高整个装置的生产性。玉米剥皮脱粒机结构简单，调整方便可靠，运用电动机作为动力，为了达到设计要求，主剥皮脱粒装置中的剥皮辊采用螺旋铁棍和橡胶辊组合的玉米剥皮辊，并且两辊高低配置，且根据玉米棒的大小不同，通过弹簧调节两辊间的距离，玉米剥完皮后通过输送管输送到脱粒室，工作时玉米在高速旋转的转子与滚筒内受到撞击玉米粒脱落，筛孔把籽粒分离出去。
气压顶杆1.2国内外研究现状与发展趋势
1.2.1国内外研究现状
进入21世纪，经济发达国家的玉米机械化收获已经实现，玉米收获机械的研究与生产技术已经成熟。法国、德国、乌克兰、俄罗斯等国家，玉米的收获已基本实现了全部机械化作业。美国、加拿大等国家由于其种植地块大、且多为一年一季种植，收获时玉米籽粒的含水率很低，一般是在谷物联合收获机上换装玉米割台，采用直接脱粒的收获方式。
20世纪70年代开始我国相继引进入一些国外玉米收获机械，如美国凯斯公司的玉米联合收获机。添加玉米收割台，一次性完成玉米摘穗、剥皮、脱粒和清选工作。但由于我国与美国玉米行距存在差异，且我国玉米收获时含水量大于美国本土玉米，造成引进的收获机械水土不服，玉米粒损失比较严重。同时，直接收获导致无法利用后熟作用，产量大幅下降。于是我国开始了自行研制玉米收获机械的道路。我国在20世纪70年代末自行研制出小型玉米联合收获机和玉米割台，80年代研制出了青贮玉米收获机，以及与小型拖拉机配备的悬挂式玉米联收机。
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目前为止我国玉米的种植面积仅次于小麦，但其机械化劳动作业程度却有很大差异。玉米联合收获机的使用主要集中在山东、河北等省区的一些国有大型农场。而我国许多玉米产
地至今仍靠人工掰穗收获，由于我国与美国等国家玉米收获含水率存在较大差异，我国大部分地区玉米收获含水率高于26%导致玉米粒碎裂严重影响产量及农户的经济收益，因此针对不适用玉米收获机的地区亟需机械化玉米收获的普及。
1.2.3研究目的与内容
玉米剥皮脱粒机有着高效、高性能、高精度的巨大优势，农户将带皮的玉米运回家中进行一定的晾晒处理即可使用玉米剥皮脱粒机剥皮、脱粒一步到位，能够大幅提高收获效率大量的节约人力劳动。本设计的主要研究内容包括:脱粒装置总体结构及工作原理；主要零部件设计计算；脱粒装置的性能及特点。
玉米脱粒装置的工作原理：玉米从剥皮机构的出料口进入脱粒装置的入料口，在脱粒滚筒的高速运转下使玉米粒和玉米芯分离，玉米粒经凹型筛网的缝隙落下，从出料口排出，玉米芯则被隔住，从排芯口排出。从而实现高效率、高精度的不间断脱粒过程。脱粒装置用电力驱动，电动机安装于剥皮机下方，与剥皮机构机架的最底层固定连接。
2.结构设计、三维建模及方案选择
玉米脱粒装置是玉米粒和玉米芯分开的一种装置。主要由入料口、脱粒滚筒、有孔凹板、机架和电机组成。总体结构如图1所示。气瓶水压试验
图2-1 脱粒装置结构图
本次设计的玉米脱粒机其工作原理为电机皮带轮传动,玉米果穗进入进料箱，皮带轮带动脱粒滚筒转动，在脱粒区内果穗沿脱粒滚筒轴做螺旋滚动与滑动，在此过程中果穗之间、果穗与脱粒锤之间进行充分碰撞，籽粒被击打下来；脱掉的籽粒穿过栅格凹板筛排出主机，通过前、后溜板沿出料口排出；全部脱掉籽粒的玉米芯沿轴线方向被推送到排芯口排出机外，即完成整个脱粒过程。
2.2结构设计及三维建模
本设计使用creo6.0软件进行结构设计和建模分析。Creo6.0具有6大优点：
电子跳绳（1）草图的方便性，智能线性捕捉、自动弱尺寸标注和简单易懂的菜单栏大幅度提高草绘速度。
（2）特征调整的方便性，可以通过右键切换选择特征、双击即可修改尺寸等便捷优势。
（3）装配体中调整特征的方便性，装配方便快捷，可直接调用标准零件库完成装配需求。
（4）配置常用参数的方便性，自定义快捷键、菜单栏和各种建模参数。
（5）工程图的方便性，模型图可直接投影为工程图省去再使用CAD等软件重复出图。
（6）文件管理的方便性，建模过程中的文件保存相对完整不易出错、回溯丢失。
脱粒装置的入口是剥皮装置的出口通过料槽连接。通常使用空心管道、半开滑槽、空心料槽等方式。空心管道和半开滑槽效率低，制造成本高、安全性低和不方便维护等缺点。本设计选用壁厚2mm的空心料槽，空心料槽具有制造方便、下料速度快、质量轻的优点，同时料槽的倾斜设计使剥皮后的玉米更容易通过料槽进入脱粒装置，极大的提高脱粒效率。
创建TM1-TM7定位面为草绘创造定位基准。
选择平面TM1和TM2画出基准参考线。
选择参考基准线扫描、拉伸出大致轮廓。
将扫描出的模型抽壳厚度为2mm。
将抽壳后的模型棱角倒圆角使其符合加工工艺。
表2-2-1-2 料槽建模
玉米脱粒的核心部件是脱粒滚筒，滚筒长度为2700mm，直径500mm。滚筒上均匀分布齿杆和螺旋式叶片。脱粒过程中玉米快速横向移动，旋转速度逐渐增加，这个过程主要依赖滚筒上的叶片和齿杆完成，大幅度保证脱下的玉米粒外观完整。
选择TOP平面为参考面建立草绘平面，草绘画尺寸并拉伸为圆柱。
在已画出的圆柱上扫描出螺旋形状的叶片。
在已画出的圆柱上拉伸出齿杆并均匀阵列到圆柱体。
2.2.3分离和机架部分
脱粒完成后玉米芯和玉米粒分离。滚筒下方有厚度为2mm凹型板，板子上均匀分布直径为4mm的孔洞以保证玉米粒漏下从凹板下方的出粒口排出，玉米芯从凹板上方的出芯口排出。
分离板及机架建模：
选择TOP平面建立草绘面，建立弧度尺寸。
以草绘尺寸为考拉伸为H型模型。
把H型模型镜像后得到两个形状尺寸相等的模型。
拉伸连接镜像后的H型模型。
在凹型面创建直径为4mm的孔并均匀阵列。
在机架上切出出芯口。
创建草绘平面画出出粒口并拉伸为实体。
2.2.5动力传动装置
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农用机器常见的动力装置有燃烧柴油输出动力的发动机，还有消耗电力提供动力的电动机两种。柴油发动机成本高昂，柴油的储藏容易发生安全隐患，噪音大质量非常重等缺点。
故本设计选用型号为Y132M-4型三相异步电动机。
3.重点零部件的设计计算及校核
常用的传动方式有链传动、齿轮传动以及带传动。链传动和齿轮传动安装不方便，制造的价格也非常贵，因此本设计选用带传动。带传动是一种挠性传动。带传动的基本组成零件为带轮和传送带。当主动带轮转动时，利用带轮和传动带轮间的摩擦或啮合作用，将运动和动力通过传送带传递给从动带轮。带传动具有结构简单、传动平稳、价格低廉和缓冲吸震等特点。
根据玉米脱粒机的具体传动要求，可选取电动机和主轴之间用V带和带轮的传动方式传动，因为在脱粒机的工作过程中，传动件V带是一个挠性件，它赋有弹性，能缓和冲击，吸收震动，因而使玉米脱粒机工作平稳，噪音小等优点。虽然在传动过中V带与带轮之间存在着一些摩擦，导致两者的相对滑动，使传动比不精确但不会影响玉米脱粒机的传动，因为玉米脱粒机不需要精确的传动比，只要传动比比较准确就可以满足要求，而且V带的弹性滑动对脱粒机的一些重要部件是一种过载保护，不会造成机体部件的严重损坏，还有V带及带伦的结构简单、制造成本底、容易维修和保养、便于安装，所以，在电动机与玉
米脱粒机之间选用V带与带轮的传动配合是很合理的选择。
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