纵轴流式水稻联合收割机清选系统结构设计毕业论文设计.docx
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纵轴流式水稻联合收割机清选系统结构设计毕业论文设计
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摘要1
关键词：
1
1前言2
1.1课题研究的目的和意义2
1.2国内外发展现状2
1.3研究方法4
1.4研究内容5
2清选装置的总体设计方案5
2.1清选装置的工作流程图5
2.2工作过程5
2.2.1动力输送流程5
2.2.2清选装置的整体布局6
2.2.3各个零部件的功能7
3主要零部件的设计与计算7
3.1清选筛的设计7
3.2清选筛的主要尺寸8
3.3风机的设计与选取11
4传动装置总体设计13
4.1确定传动装置的传动比13
4.2传动装置的运动和动力参数14
5轴的结构尺寸设计16
5.1输入轴的设计16
5.2风机轴的设计17
5.2.1轴一的设计18
5.2.2轴二的设计19
5.3振筛轴的设计20
6轴的校核21
6.1振筛轴的校核21
6.2轴承的校核23
7结论23
参考文献24
致谢25
纵轴流式水稻联合收割机清选系统结构设计
摘要：
水稻是我国的主要粮食作物，具有单产量最高，总产量最稳定的特点；近些年水稻种植面积处于稳步上升的状态。
在目前水稻收获机械多种形式并存条件下，为了满足广大用户的要求，在消化吸收国内外同类机型的基础上，设计一种清选装置。
本文简述了国内、外联合收割机的研究现状和典型清选装置的工作原理。
通过查阅资料了解水稻的农艺、形态参数。
通过对比,选择单风机双层振动筛清选装置，此种装置结构相对简单，但基本能满足此种收割机清选功能的要求。
本课题的研究为指导实际生产，提高轴流清选装置的性能以及降低成本提供了理论依据。
关键词：
水稻；纵置式轴流；清选；理论依据
TheStructureDesignofVerticalTypeAxialFlowRiceCombineHarvesterCleaningSystem
Abstract:
Riceisourcountry'smainfoodcrop,recentyearsstate.Inthecurrentriceordertosatisfythedemandofusers,digestingandabsorbingthebasisofdomesticandforeignsimilartype,designakindofcleaningdevice.Thispaperdescribestheworkingprincipleofdomesticandoutsidethecombinetounderstandriceagronomic,morphologicalparameters.Bycontrast,selectasinglefandoublevibratingscreencleaningdevice,suchdevicestructureisrelativelysimple,butcanbasicallymeetthefunctionalrequirementsofsucha,improvetheperformanceoftheaxialcleaningdeviceaswellasreducethecostofprovidingatheoreticalbasis.
Keywords:
Rice;Verticallymountedaxial;Cleaning;Theoreticalbasis
1前言
1.1课题研究的目的和意义
水稻是最主要的三大粮食作物之一，播种面积占粮食播种面积的15，年产量约4.8亿吨，占世界粮食总产量的14，全世界二分之一以上的人口以水稻为主食，同时也是我国最主要的栽培作物之一。
我国水稻播种面占全国粮食作物的14，而产量则占一半以上。
而在我国，水稻收获的机械程度相对较低。
水稻收获方式主要有人工收获割晒分段收获和联合收获３种。
在人工收获中由人工完成整个收获过程时间长、效率低、费工费力且损失浪费严重，据测算人工割捆垛运及脱粒等总损失率达1０％、２５％。
而割晒分段收获由割晒机进行收割，然后由人工进行捆束脱粒清扬和晒场，这种收获方式较人工收获提高了收割效率且有利于水稻后熟和改善米质同时可借助通风和日晒降低水稻含水量，便于脱粒减少烘干和晒场的作业量，但是整个收获过程还需很多劳力配合工效仍较低谷粒的总损失较大。
若使用水稻联合收割机进行收获则可以一次性完成收割脱粒清选及装袋等过程不仅大大提高了收获效率降低了收获成本而且损失率仅为１％、５％由此看出发展水稻收割机特别是优先发展水稻联合收获对提高我国粮食作物机收水平具有重要意义。
清选装置是联合收割机的重要组成部分，它直接影响到整机的工作性能。
清选性能中的籽粒含杂率，清选损失率是衡量联合收割机产品质量的主要指标之一。
因此，设计出合理的谷物清选装置也就显得尤为重要。
因此，现结合所学机械结构设计、优化设计、可靠性设计等知识，设计一种实用型清选装置，以提高自身机械设计水平，提高机械工作效率，减少人力损耗。
通过对机构的设计，提高绘画、CAD、装配、工艺等方面的能力，加强理论与实践的结合。
1.2国内外发展现状
目前，国内使用的小型收割机清选装置的种类较多，按其结构可分为两种：
风机加振动筛和风机加圆筒筛装置。
而风机加振动筛装置又可分为单风道风机单层振动筛清选装置，单风道风机双层振动筛清选装置，双风道风机单层振动筛清选装置，双风道风机双层振动筛清选装置，双风机单层筛清选装置，双风机双层振动筛清选装置。
风机圆筒筛清选装置又可分为单风道风机圆筒筛清选装置，双风道风机圆筒筛清选装置及双风机圆筒筛清选装置。
单风道风机单层振动筛清选装置由单风道离心风机与单层振动筛构成，是一种较为简单的清选装置。
该装置结构简单、轻便，但清选效果一般，尤其是对水稻脱出物清选时，含杂率较高，清选损失率也较大。
单风道风机双层振动筛清选装置，由单风道离心风机与双层振动筛构成，上下筛片的结构不同。
其清选效果比单层振动筛有所提高，基本能满足小型联合收割机清选功能的要求。
双风道风机双层振动筛清选装置，由双风道离心风机与双层振动筛构成。
其关键技术是双风道风机，下风道气流直接吹至筛尾，而上风道仍维持原单风道工况，清选效果较好。
双风机双层振动筛清选装置，南离心风机、横流风机与双层振动筛构成，是一种较为复杂的清选装置。
该装置在最佳结构参数与运动参数条件下，可得到令人满意的清选效果。
单风道风机圆筒筛清选装置，由单风道离心风机与圆筒筛构成。
利用圆筒筛清选，可缩短整机的长度，减少振动，工作可靠、湿分性能较好，但其参数调节不太方便。
单风道风机圆筒筛清选装置结构简单，对籽粒含杂率中等的物料清选效果较好。
但当籽粒含杂率很高时，大量短茎秆和杂余穿过筛孔混入籽粒，导致籽粒含杂率过高而引起输粮搅龙堵塞，影响了整机的工作性能。
双风道风机圆筒筛清选装置，由双风道径向进气风扇或双风道离心风机与圆筒筛构成。
试验研究表明，双风道圆筒筛清选机构与单风道圆筒筛清选机构相比，不仅可以达到良好的清选性能指标，而且可以提高清选能力，减小前筛直径，对小麦和水稻脱出物的清选有良好的适应性。
双风机圆筒筛清选装置，由离心风机、横流风机与圆筒筛构成。
在圆筒筛的上方配置了与清选装置等宽的横流风机，该风机吸气口正对圆筒筛面。
当脱出物在筛面上运动时，大量的杂余和短茎秆被吸人横流风机并排出机外。
该装置适合高含杂率脱出物的清选作业，且清选性能指标优良。
从世界范围看．随着生物技术的发展和生产技术的提高．各种谷物的产量正不断增加。
国外的清选机正向着大型化、机电一体化、智能化、更可靠和更安全的方向发展。
一些发达国家不断将高、精、尖技术应用到农业机械上来．农业机械正向智能化方向发展。
在设备的操作方便性方面．国外重力式清选机都设置了仪表直接显示调节数据．不停机集中控制，操作方便、灵敏，智能化加强。
我国的谷物清选机为了弥补自身不足．主要在基本结构装置上加以改进，使其向安全、利用率高、改善工作环境、降低劳动强度、工作效率高、操作方便和智能化等方向发展。
如对主要清选部件清选筛筛片、清筛机构和减振系统进行改进：
对传动系统进行改进，当前的清选机有些采用双振动电机驱动．可改用两台型号规格完全相同的振动电机同步驱动：
采用正压多联风机结构，降低了噪声，风选效果好：
采用封闭筛箱或全封闭钢架结构，以增强安全防护性到目前为止，清选机大都采用手动控制，将逐步向自动控制系统转化。
我国正处于社会主义初级阶段．农业生产力相对落后．有效需求不足，农民普遍收人较低，农村分散经营的生产体制尤其是南方丘陵地区的生产特点．决定了在今后一段时期内．我国仍然要以中小型清选机为主要研究和推广对象。
由于我国经济发展的不平衡性，东部、中部和西部地区．对产品和技术的需求存在递进的趋势，在市场开发上有滞后的特点．这决定了经济实用、多功能和回收率高的中小型农机具有较好的发展势头。
在东北、华北和西北的商品粮棉基地地区，粮食清选机生产企业较多，且根据北方区域特点．大部分生产企业重点研制推广大中型清选机南方清选机生产企业很少。
不论是北方还是南方．为了提高劳动力的转移速度和农民的生活水平，结
合经济发展的速度和产业结构的调整，中小型清选机的研制与推广将逐步得到完善和提高。
1.3研究方法
研究的方法可以用下面一幅流程图来表示：
机械系统设计设计任务书
↓
技术文件1：
←系统原理方案及确定→原理方案试验
系统工作原理↓
↓
功能分析
↓
技术文件2：
功能求解：
初步形成物料流、能量流→关键技术验证
主要部件工作原理图←及信息方案
↓
机构方案设计，分系统
及总成选配，接口设计
↓
技术文件3：
方案评审报告←方案评审
↓
技术文件4：
总体设计报告←总体布置设计
技术文件5：
总体布置图↓
↓
工程设计→设计评审
↓
测试→测试实验
↓
调制调试→调试结果
↓
设计任务完成
机械系统设计的第一个环节就是总体设计，要有系统的原理方案构想，结构方案设计，总体布局与环境设计，主要参数的确定，总体方案的评价与决策。
因此，研究方法是相当重要的，用得恰当会事半功倍。
1.4研究内容
清选装置是水稻联合收割机的重要工作部件，它的功用是将经脱粒装置脱下和分离装置分出来的谷物混合物中的颖壳、碎茎和断穗等清除干净，将细小夹杂物排出机外，以得到清洁的谷粒。
对分离装置的性能要求是：
谷粒中的混杂物应少于2%；清选时谷粒损失不大于脱出谷粒总量的0.5%；其生产率应与收割、脱粒装置相适应。
常用的清选原理大致可分为两类：
一类是按照谷粒的空气动力特性（悬浮速度）进行清选。
另一类是利用气流和筛子配合进行清选。
谷粒的尺寸一般以长度，宽度和厚度表示。
使用表明，有了气流的配合可将轻杂物吹离筛面，并吹出机外，有利于谷粒的分离，当气流的作用力抵消了物料的重量而使物料处于疏散状态时，分离效率最高。
本文中采用风扇筛子式清选装置，主要由风扇和筛子组成，在原有的基础上加以改进，使其简单，高效，以满足此种联合收割机的清选要求。
2清选装置的总体设计方案
2.1清选装置的工作流程图
输入轴
↓（传动）
风机轴
↓
付搅龙轴振筛轴
↑（振筛结构）
↓（辅助输送稻谷）复脱下搅龙轴
↑（传动换向）
主搅龙→→复脱短介轴
↓（传动）（传动）
垂直搅龙（将稻谷输送至储粮仓）
2.2工作过程
2.2.1动力输送流程
从输入轴左端大皮带轮（含离合装置）接入动力,输入轴最右端的链轮与风机轴上的链轮连接，将动力传递给风机轴，输入轴的右端安装链轮与付搅龙轴右端的链轮连接传递动力，付搅龙右端另一个链轮与主搅龙右端的链轮连接传递动力，主搅龙左端安装链轮与垂直搅龙的短介轴的左端连接传递动力，主搅龙最右端的链轮与复脱短介轴上的链轮连接传递动力，为满足复脱下搅龙旋向的要求。
复脱短介轴与复脱下搅龙通过齿轮连接，通过齿轮换向。
复脱下搅龙上的链轮与振筛轴上的链轮连接，将动力传递给振筛轴，以此来满足所有清选装置动力的要求。
2.2.2清选装置的整体布局
清选装置结构如图1所示。
图1纵轴流式水稻联合收割机清选系统
Fig1Longitudinalaxisofthestreamricecombinescreen
此处省略 NNNNNNNNNNNN字。
如需要完整说明书和设计图纸等.请联系 扣扣：
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该论文已经通过答辩
为了能有较良好的清选效果采用二层筛子，即上筛与下筛两层，上下距离约为50
—100mm。
上筛主要把碎秸秆，残碎等分离出来，起粗筛选作用。
下筛主要选出干净谷粒，而把细碎杂余排走，起到精筛选作用。
上筛采用冲孔方孔筛，方孔的边长为12.5，如图2所示，下筛采用直径为11的冲孔圆孔筛。
如图3所示：
图3下筛
Fig3Sieve
上下筛采用一个筛架焊接在一起，这样结构简单，也可满足其基本要求。
筛架的驱动方式采用摇臂结构。
筛架的基本结构如图4所示：
图4筛架的基本结构
Fig4Thebasicstructureofthesieveskeleton
3.2清选筛的主要尺寸
1）清选筛的面积A由进入清选装置的谷物混合物料的重量Qs（kgs）来确定：
A=BL=Qsqs
（1）
在
（1）式中B为筛的宽度（m）；qs为单位筛面积可以承担的谷粒混合喂入量[kg（m²·s）]，L为筛的长度（单位m，不包括尾筛），选值时要保证对排出物有足够的清选时间，以减少损失，一般值为0.8~1.4m。
B值也可以由
（2）式确定：
B=qlqo=q（1-kλ）qo
（2）
在
（2）式中ql为每秒进入清选装置的物料重量（kgs）；qo为每米宽筛允许承担负荷[kg（s·m）]，本机器取qo=4.5kg（s·m）；q为机器的每秒喂入量（kgs），本机器取q=3kgs；λ为喂入物料中茎秆所占百分比；本机器取λ=8%；k为从脱粒装置和分离装置中已排出杂物的系数，k值一般取0.6~0.9，本机器取k=0.8。
则筛子的宽度B=3×（1-8%×0.8）4.5=0.624，本机器取B=0.62m。
2）筛子的长度L由公式（3）确定：
L=QsBqs（3）
在（3）式中Qs为进入清选装置的谷粒混合物（kgs）；B为筛子的宽度（mm）；qs为筛子单位面积可以承担的谷粒混合物的喂入量kg（m²·s），取qs=3.5kg（m²·s）；其中Qs=3×60%=1.8kgs。
则L=1.80.62×3.5=0.83，取L=0.87。
3）筛子运动所需的功率由（4）式确定：
N=QsNpη（4）
在（4）式中Qs为进入清选装置的谷粒混合物（kgs）；Np为单位生产率清选筛所需功率kw（kg·s﹣1），上筛取0.4-0.55.本机取0.4；η为系数，取0.9。
则N=1.8×0.40.9=0.8kw。
4）筛架的运动方式可用如图5所示的结构简要表示：
图5筛架的运动方式简图
Fig5Themovementofthesieveskeletonthumbs
5）清选筛的工作条件：
1、物料要有下移，且要有上移。
2、物料下移量大于上移量。
3、物料不能被抛起。
根据工作条件选取其从动摇臂c为60mm,主动摇臂a的长度为80mm,根据已知条件可
得，筛面的长度b为870mm,主动摇臂，从动摇臂之间的距离d为940mm.则有：
（5）
则为双摇杆机构。
由已知可得筛面做不规则的振动，则主动摇臂只能在一定范围的周期范围内摆动。
由已知可得其摆动周期为0.08s.选取筛面上任意一点，利用计算机仿真模拟，可得其任一点的速度图像如图6所示：
图6筛面上一点的速度轨迹
Fig6Screensurfacespeedtrack
其加速度图像如图7所示：
图7筛面上一点的加速度轨迹
Fig7Screensurfaceaccelerationtrajectory
根据以上两图可得，筛面上的点的运动也呈周期性变化，可满足其振动筛的一般要求。
故其摇臂的选择满足其一般要求。
由于筛面做不规则的振动，主动摇臂只能在一定范围内摆动。
为使结构简单，同时满足整台联合收割机的需要，可用偏心块结构来代替主动摇臂，因此可用如图8所示的结构简要表示振动筛的运动方式：
图8筛架的运动结构简图
Fig8Sieveskeletonmovementstructurediagram
为满足振动筛的清选功能的要求，此振动筛的的摇臂长度选取为60mm，而偏心块采用如图9所示的结构：
图9偏心块结构简图
Fig9Eccentricstructurediagram
为满足振动筛的要求，查阅相关资料，偏心块的偏心距选取为17mm。
3.3风机的设计与选取
该风扇都为双面进风，其叶轮上的叶片长度一般与脱粒滚筒长度相当。
为了使风扇全部宽度内风速均匀，通常将叶片两端内部削去一角，以减弱两端气流速度。
风扇的结构简图如图10所示：
图10风扇的结构简图
Fig10Thefanstructurediagram
查阅相关资料，得表1如下：
表1风扇的基本尺寸
Chart1Thebasicsizeofthefan
名称
尺寸
本机尺寸
叶轮外径
250mm
250mm
叶轮内径
98mm
叶片数
3-6
6
外壳宽度
300mm
进风口直径
150mm
出风口高
100mm
圆筒形外壳
270mm
螺线蜗壳形外壳扩展尺寸
35mm
叶轮端面与壳体间距离
7mm
该风扇都为双面进风，其叶轮上的叶片长度一般与脱粒滚筒长度相当。
为了使风扇全部宽度内风速均匀，通常将叶片两端内部削去一角，以减弱两端气流速度。
4传动装置总体设计
该装置的所有动力均由输入轴输入，所有传动简图如图11所示：
图11传动装置简图
Fig11Geardiagram
4.1确定传动装置的传动比
由于该装置的所有动力均由输入轴输入，已知输入轴的转速为1800rmin,查阅机械设计手册，选取输入轴上的风机大连轮的齿数为23，选取风机轴上的小链轮的链轮的齿数为16，则传动比
=1623=0.7,
满足其一般要求。
输入轴上的付搅龙轴上的链轮的齿数选取为15，与之相对应的付搅龙轴上的链轮的齿数齿数选取为27，则该传动比
=2715=1.8
满足其一般要求。
付搅龙轴上与主搅龙相连的链轮的齿数选取为15，与之相对应的主搅龙的上的链轮的齿数选取为24，则该传动比
=2415=1.6
满足其一般要求。
主搅龙轴上与复脱短介轴相连的链轮的齿数选取为15，与之相对应的复脱短介轴的链轮的齿数选取为17，则该传动比
=1715=1.13
满足其一般要求。
复脱短介轴与复脱下搅龙轴相连的链轮的齿数选取为20，与之相对应的复脱下搅龙轴上的链轮的齿数选取为21，则该传动比
=2120=1.05
满足其一般要求
复脱下搅龙轴与振筛轴上相连的链轮的齿数选取为16，与之相对应的振筛轴上的链轮的齿数选取为23，则该传动比
=2316=1.44
满足其一般要求
复脱下搅龙轴与复脱上搅龙轴上相连的链轮的齿数选取为13，由于该对链轮为提升链轮，故该两个链轮应该一模一样，则该传动比
=1313=1
满足其一般要求
主搅龙轴上与锥齿轮箱上相连的链轮的齿数选取为16，与之相对应的锥齿轮箱上的链轮的齿数选取为14，则该传动比
=1416=0.875
满足其一般要求
通过锥齿轮箱变向，锥齿轮箱内的两个锥齿轮也设计的一模一样，故该锥齿轮箱只起换向的作用，理论上不会改变其转速，则传动比
=1
满足其一般要求。
4.2传动装置的运动和动力参数
1）各轴转速
输入轴：
风机轴：
付搅龙轴：
主搅龙轴：
复脱短介轴：
复脱下搅龙轴：
振筛轴：
复脱上搅龙轴：
垂直搅龙轴：
2）链条的设计：
对已知齿数和中心距的链条便可知链条长度，单为了方便起见，链条的节数尽量取偶数节。
链条的的长度Lp（链节距p的倍数）表示。
与带传动相似，链节数Lp与中心距a之间的关系为：
Lp=2aP+（z1+z2）2+（z2-z1）2p4aπ2（6）
由（6）式计算出的链节数必须为整数，且最好为偶数。
因此将各对链轮的齿数和中心距输入上面公式即可得出结果如表2：
表2各链轮的参数
Chart2Parametersofallsprocket
对象
齿数z1、z2
中心距ɑ（mm）
节距p（mm）
链节数Lp（取偶数后）
输入轴、付搅龙轴链轮
15-27
1000
15.875
148
输入轴、风机轴链轮
23-16
900
12.7
162
付搅龙轴、主搅龙轴链轮
15-24
800
15.875
122
主搅龙轴、短介轴链轮
15-17
700
15.875
106
主搅龙轴、垂直短介轴链轮
16-14
600
12.7
110
复脱下、复脱上搅龙链轮
13-13
1000
19.05
118
复脱下搅龙、振筛轴链轮
16-23
500
12.7
100
利用表
（2）求得的链节数
，再利用下式求其中心距：
（7）
为保证链条松边有一个合适的安装垂直度f,实际中心距
（单位mm）应比理论中心距
小一些，即：
（8）
式中：
为（0.002—0.004）
；
因此求得各链的基本数据如表3所示：
表3各链的基本参数
Chart3Basicparametersoneachchain
对象
齿数z1、z2
链号
节距p（mm）
链节数Lp
（取偶数后）
中心距
（mm）
输入轴、付
搅龙轴链轮
15-27
10A
15.875
148
1008
输入轴、风
机轴链轮
23-16
08A
12.7
162
905
付搅龙轴、主搅龙轴链轮
15-24
10A
15.875
122
814
主搅龙轴、
短介轴链轮
15-17
10A
15.875
106
714
主搅龙轴、垂直短介轴链轮
16-14
08A
12.7
110
603
复脱下、复脱上搅龙链轮
13-13
12A
19.05
118
1001
复脱下搅龙、振筛轴链轮
16-23
08A
12.7
100
511
5轴的结构尺寸设计
5.1输入轴的设计
由设计要求与实际需要，设计出的输入轴以及主要装配零件如图12所示。
图12输入轴简图
Fig12Inputshaftdiagram
在输入轴的第一段要安装要紧弹簧长为30mm轴径为20mm，第二段要连接摩擦盘需要加工花键，并且还要加工两个滑槽，花键规格为6x28x34x6，滑槽宽度为8mm，花键长度为45.2mm，滑槽长度为102.2mm，，故第二段总长为45.2mm轴径为34mm，第三段长113mm轴径为35mm，由轴的总体长度设计要求第四段长为
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