水稻联合收获机CTS脱粒分离工作部件的设计.docx
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水稻联合收获机CTS脱粒分离工作部件的设计
农业机械学课程设
题目：
水稻（玉米）联合收获机
CTS脱粒分离工作部件的设计
课程设计任
务⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4
1.设计目的⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
5
2.CTS系统原理及点⋯⋯⋯⋯⋯⋯
5
3.脱粒装置选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
5
4.分离装置的选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
5
5.脱粒装置的设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6
5.1.滚筒⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
6
5.2.凹板⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
7
5.3.脱粒间隙和速度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9
5.4.凹板与脱粒滚筒的相对位置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9
5.5.凹板间隙调整机构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9
5.6
10
生产率与所需功率
5.7脱粒装置参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11
6.分离装置的设
计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11
6.1.分离滚筒⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11
6.2凹板⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
12
6.3.顶盖⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
7参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯13
课程设计（论文）任务书
题目：
水稻（玉米）联合收获机CTS脱粒分离工作部件的设计
一、已知条件：
水稻联合收获机的喂入量11kg/s，
工作部件类型：
纹杆滚筒式脱粒装置和板齿式
分离装置。
二、设计要求：
1、系统地了解谷物收获机的构造和工作原理及相关的实验设备。
2、要求准确掌握收获机的各个工作部件及工作原理。
3、学会数学建模的方法分析实际收获机的各个工作部件。
4、独立完成谷物联合收获机工作部件的设计与计算。
5、应符合课程设计报告的基本要求，独立完成论文。
1设计目的
通过纹杆式脱粒装置和板齿分离装置的结构设计，在设计结构方案过程中，得到设计构思、方案分析、结构工艺性、机械制图、零件计算、编写技术文件和查阅技术资料等方面的综合训练，树立正确的设计思想，掌握基本的设计方法，并具有初步的结构分析、结构设计和计算能力。
2CTS系统原理及特点
CTS是板齿分离滚筒的英文缩写，在联合收割机中使用了这项技术，为联合收获机领域提供了一个全新的概念，该项技术使收割机工作时大约有70%-75%之间的脱粒是由前端切流滚筒凹板完成的，剩下的脱粒和分离是由其后的纵向排列的相对运动的一对板齿分离器来完成的。
板齿分离系统通过拉和放动作对作物的物料进行处理和分离，成为联合收割机市场上的独有的设计，当作物离开滚筒和凹板时，它朝向板齿分离器方向运动，两个分离装置上的板齿穿透并抓住作物，把作物拉到分离器与外壳下部所形成的空隙里。
当作物在滚筒的作用下转回来时再次被拉和放，并继续向后运动，通过拉和放的动作进行高效率的脱粒和分离。
同时板齿通过对作物层的穿透，对作物起到梳理作用，并进行再一次脱粒。
与主切流加起来，可保持高质量的处理。
3脱粒装置的选择
脱粒装置是脱粒机与水稻联合收割机的核心部分。
它不仅在很大程度上决定了脱粒质量和生产率，而且对分离清选等也有很大影响。
脱粒方式可分为纹杆式、钉齿式、双滚筒和轴流式。
根据表9.6-1采用纹杆滚筒式脱粒装置。
纹杆分为A型和D型，由于D型纹杆抓取作物能力强，装卸方便，因此采用D型。
滚筒采用开式即滚筒圆周方向不封闭，作物的喂入方式为纵喂。
4分离装置的选择
传统联合收割机的分离部分大部分为键式逐稿器，但是其缺点是分离不彻底。
为了解决传统收割机这种现象，CTS系统分离装置采取双滚筒式板齿
轴流分离装置，板齿滚筒与凹板采用偏心设置，这样脱粒性能更强，分离面积更大。
轴流滚筒与凹板间隙较大，避免作物受到打击和塞粮，可以较大喂入量。
5脱粒装置的设计
5.1滚筒
滚筒的直径和长度大小与脱粒，分离装置的通过能力密切相关。
作物进入脱离装置呈薄层则得到的脱粒与分离效果最好，滚筒长度一定时，增加滚筒凹板的包角能提高分离率，小直径滚筒采用大的凹板包角（加大弧长），相当与增加脱粒分离时间，并有利于提高稻粒分离率。
因为对某种作物脱粒所需的速度是一定的，使稻粒分离的主要因素是运动中稻粒所受的离心力，而离心力与角速度的平方成正比，所以小直径滚筒和高转速有利于稻粒分离，且小直径滚筒结构小，效率高，比较经济。
但随着喂入量增大到一定值后，滚筒凹板间作物层变厚，工作质量将降低。
直径大的滚筒配同样的凹板包角，可以有较大的凹板分离面积，能提高其脱粒能力和生产率。
采用大直径滚筒使脱粒装置体积和重量增大，从而使整机的外形尺寸加大。
小直径滚筒脱粒后的谷草比较碎，在同样脱粒负荷下，小直径的脱粒功率消耗一般比大直径滚筒稍大，确定滚筒直径D时，应首先从可以配用的最大凹板弧长来考虑。
只有在凹板弧长因包角限制不能增大时候才选用较大的滚筒直径。
下面的设计参数计算公式只适合我国联合收割机，因为所设计的CTS系统为美国约翰迪尔公司所研制，下面计算所得数据并不适合国外生产的收割机，所以下面的数据只供参考，并不全部采用，设计参数均通过查阅资料所得。
我国纹杆滚筒标准规定，滚筒直径系列尺寸为400，450，550和600。
在
国外联合收割机上有采用直径达到800mm的纹杆滚筒脱粒装置。
喂入量为
11kg/s，根据约翰迪尔官网公布参数，选滚筒直径D＝610mm
纹杆滚筒长度L主要根据生产率决定。
在纵喂的脱粒装置上滚筒长度按下式计算；Lq（m）⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5-1q0
式中q―脱粒装置的喂入量（kg/s）
q0-滚筒单位长度允许承担的喂入量（kg/s），
现有一般纵喂脱粒机取q0＝1.5～2.0，对T型和型联合收割机错误！
未找到引用源。
＝3～4，对直流型的滚筒长度随割幅而定。
q11
L2.75（m）⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5-2
q04
取L=1280mm
在NJ105－75标准中规定滚筒长度系列为500，700，900，1200，1350，1500mm，1100mm为保留系列，在新设计的机器中不采用。
纹杆根数Z可按下列式计算
⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5-3
式中S是纹杆间距（mm），一般为180～250mm，横喂滚筒直径较小，S的最小值150mm
为便于滚筒平衡，纹杆数一般都取偶数。
在NJ105－75标准中规定D＝400，450mm，
Z＝8；D＝550，600mm，Z＝8
取D＝610mm,Z=8
5.2凹板
凹板除配合滚筒起脱粒作用外，还应起分离脱出物作用。
使脱下的大部分稻粒能很快地分离，可避免和减少稻粒破碎，同时也减轻了分离装置的负担，要提高凹板的通过性，必需尽可能地加大凹板的有效分离面积，也称筛孔率。
纹杆滚筒式脱粒装置常用的凹板结构有栅格式与冲孔式凹板。
钢板冲孔式凹板的优点是制造工艺简单，但筛孔率仅25～30％，分离率一般不超过
50％，而栅格式凹板的筛孔率为40～70％，凹板分离率可高达75～90％，故栅格式应用普遍。
栅格式凹板由横格板，侧弧板，筛条等组成，一般为整体结构，包角超过错误！
未找到引用源。
的凹板分成两段或三段制造。
通过调节机构可改变凹板与滚筒的间隙。
凹板上的栅格板与筛条构成分离筛孔，横格板均布时格板间的孔长（b）约30～40mm，非均布为30～50mm，筛条间孔宽（a）为8～15mm。
筛孔宽大时，稻粒破碎少而漏下的未脱净穗与碎秸秆增多。
横格板应用棱角，顶面一般高出筛条，使旋转滚筒对作物冲击，振动充分发挥脱粒和分离作用，高度过大易使秸秆破碎增多。
凹板面积A和凹板弧长l对脱粒装置的脱粒和分离能力有显著影响，因而也与喂入量有关，其关系式为：
式中B―为凹板的宽度（m）
l―为凹板的弧长（m）
q―为脱粒装置的喂入量（kg/s）
―为喂入作物中谷粒所占重量的比率；
错误！
未找到引用源。
－当错误！
未找到引用源。
时，单位凹板面积允许负担的喂入量；对脱粒机取2.5～3，对联合收割机取5～8。
要求脱粒装
置具有较高的分离性能时取最小值，发动机功率较大可取最大值。
凹板宽度B等于滚筒长度L，因此当滚筒长度确定后，即可求出凹板弧长l。
弧长大脱粒分离能力加强，允许的喂入量增大，生产率提高。
但相应的秸
秆增多，功率消耗也加大。
滚筒直径一定，加大凹板弧长等于增加包角，凹板
包角过大时，易使秸秆缠绕滚筒。
现有脱粒装置上凹板包角多数采用错误！
未找到引用源。
，少数达错误！
未找到引用源。
左右。
在工作质量满意的前提下，凹板弧长取短些为好，一般弧长为350～700mm。
5-4
ABl
（1）q0.64（m2）⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
0.6qa
0.61180116
3.140.3116
脱粒间隙：
入口间隙为33mm,出口间隙为10mm.a=110?
栅格板数10
5.3脱粒间隙与速度
脱粒速度大，对作物的打
滚筒凹板间组成的空隙称脱粒间隙。
为使脱粒装置能适应不同品种和不同湿度的作物，脱粒间隙一般可调节。
在通常情况下脱粒间隙按一定规律变化，在作物进口处的间隙大，出口处的间隙小，间隙比（入口间隙与出口间隙之比）为2～4。
在作物能顺利喂入的条件下入口间隙可尽量调小，有利于提高脱粒装置的工作质量。
常用的作物脱粒间隙范围见下表：
作物种类
小、大麦
滚筒速度（m/s）
27～32
脱粒间
入口
16～
22
隙（mm）出口4～6
水稻釉
24～26
16～
2216～
22
4～10
粳
26～30
4～6
大豆
10～14
20～
30
6～15
高粱
12～22
20～
30
4～6
玉米
10～16
35～
45
12～
22
谷子
24～28
15～
20
2～4
纹杆滚筒式脱粒装置的脱粒速度与脱粒间隙
脱粒速度是指滚筒旋转时纹杆顶端的圆周速度
击大，脱净率与分离率会提高，谷粒的破碎和碎秸秆增多，功率消耗加大。
反之则小。
当脱净率与分离率能满意时应选用较低的脱粒速度。
各种作物常用的脱粒速度可参照上表。
5.4凹板与滚筒的相对位置
把喂入口布置在脱粒装置的前部，凹板进口端设置在滚筒轴线以下，底部切线以上。
作物喂入方向以位于D/4为半径的滚筒假想同心圆的切线处较易。
脱出物排出口位置在凹板面积确定后大体上已定，但要求使秸草的抛出轨迹能适合脱粒工艺流程，避免排出的秸草返绕至滚筒前部。
凹板包角的出口端通常在滚筒水平轴线以下。
5.5脱粒间隙调整机构
脱粒间隙的调节采用移动凹板来实现。
凹板采用出入口快速大幅度调节的联动调节机构，以便遇滚筒堵塞时，可以迅速降落凹板，使堵塞作物顺利通过。
该机构由两根等长吊杆和凹板侧板组成一个固定的等腰三角形。
在三角形各顶点侧壁上开有大小相等、方向相同的长孔。
扳动操作手柄，通过弯臂和拉杆使支承臂绕支点转动，两等长吊杆沿长孔作直线移动，从而改变滚筒和凹板的间隙。
当调到需要的间隙时，操作手柄可固定在齿板上相应的长孔内。
若滚筒即将堵塞时，把操作手柄向右扳动至极限位置，间隙便迅速调到最大。
凹板由可调节吊杆与支承臂相连，由拉杆和凹板联接处侧壁上的导向孔定位。
扳动操作手柄，通过调节螺母拉动拉杆，使支承臂绕支承点上下摆动，可调节吊杆带动凹板沿导向孔移动，改变滚筒和凹板的间隙。
这种机构对凹板进行三种调节：
（1）调节可调节吊杆长度，改变滚筒与凹板的相对位置。
（2）拧动调节螺母
改变拉杆长度，获得不同的间隙。
（3）提起操纵手柄，可快速将滚筒与凹板的间隙调大，以防止滚筒堵塞。
5.6生产率与所需功率
纹杆滚筒式脱粒装置的生产率习惯用喂入量表示，即每秒进入脱粒装置的作物总量。
生产率主要按各种脱粒机和联合收割机脱粒装置的试验和统计所得到的数据资料来进行计算。
1）按纹杆单位长度脱粒能力计算生产率p：
8（765~1018）1.280.02
60
4-5
式中Z纹杆根数；
滚筒转速r/min
L滚筒长度m
0纹杆单位长度脱粒能力kg/m，与作物的特性，纹杆
间距以及脱粒装置出口处茎秆速度有关，常采用0.018～0.024kg/m.
（2）纹杆滚筒式脱粒装置总功率消耗N包括克服滚筒转动时轴
承的摩擦阻力和滚筒旋转时的空气阻力等空转功率和脱粒滚筒在脱粒过程中功率消耗两部分。
qv2
7322
NN0NTAwBw0.31035231000（1f）
28.76kw
1000（10.75）
4-6
式中滚筒角速度错误！
未找到引用源。
v滚筒圆周速度m/s
A系数，与轴承种类，传动方式有关取（0.2～0.5）103
错误！
未找到引用源。
B系数，与滚筒转动时的迎风面积有关，取
（0.48~0.68）106错误！
未找到引用源。
q喂入量kg/s
f搓擦系数，与圆周速度，凹板间隙，喂入量，谷物
湿度等有关。
根据试验取0.7～0.8。
上式中的脱粒功率消耗，按滚筒对谷物的冲击作为非弹性碰撞，即谷物被滚筒撞击后即以滚筒的速度运动计算，因此计算出的功率一般供设计参考。
正确的功率需实际试验测定。
根据试验统计，一般情况下纹杆滚筒脱稻,麦时，每公斤喂入量消耗的平均功率为3-3.7kw。
在实际脱粒时，由于喂入量不均匀，脱粒功率波动较大，设计时取最大功率为平均功率的1.5～2倍。
N28.751.543.13kw
5.7脱粒装置参数
纹杆式滚筒采用D型纹杆，纹杆Z＝8，滚筒直径D＝610mm，长度L＝1280mm，因纹杆长度太长，需特制。
凹板采用栅格式包角a=110?
，弧长l=0.5m，宽度B＝1280mm。
总功率消耗为N＝43.13KW。
6分离装置的设计
6.1轴流分离滚筒
轴流滚筒的结构和工艺与普通滚筒类似，滚筒有圆柱形和圆锥形两种。
一般滚筒都是开式，为了适应多种用途，脱大粒易碎的作物滚筒需要低速工作，则采用闭式滚筒较好。
脱粒分离元件有纹杆.杆齿，板齿，叶片和纹杆-
板齿组合等几种。
CTS装置采用板齿式，双轴流圆柱型滚筒。
圆柱型轴流滚筒借助导向板使作物沿轴向流动，导向板安装在滚筒上部顶盖（或罩）的内壁。
圆柱型滚筒直径与圆锥型滚筒的大端直径（齿顶圆）大多为550-650mm，大的有达750mm，最小直径一般大于400mm（滚筒齿根处小于300mm）。
滚筒直径太小容易缠绕作物，也使分离凹板面积相应减少，滚筒直径大可以相应增加喂入量。
CTS分离滚筒采用直径为510mm。
轴流滚筒的长度主要取决于分离效能。
要使脱粒的作物能充分的分离，滚筒要求足够长。
轴流滚筒后半段相当于分离转筒，凹板相当于分离筛，它主要起分离作用，也兼有脱粒的功效。
当直径一定时，滚筒长度长通过能力大，但秸草破碎和功率消耗增加很多。
在保证脱净率和分离率的前提下，滚筒长度尽量取短一些，以减少凹板下碎秸叶的数量，有利于清选和节省功效。
现有的轴流滚筒的脱粒机和联合收割机上其滚筒的工作长度大致为1-3m。
CTS分离滚筒
长度采用3344mm。
板齿式滚筒上的板齿按螺旋线排列，齿排数为6-8,螺线头数为2.3.4；齿迹距a=25-50mm。
在喂入量大的脱粒装置上，滚筒齿取较高，粗。
板齿可带有
10?
-15?
后倾角或安装在滚筒上呈后倾角以防挂草
CTS系统分离滚筒板齿齿排数6，头数2，板齿15?
倾角安装在滚筒上。
其喂入端有喂入叶片，排料端有排料叶片，均呈螺旋方向。
6.2凹板
凹板长度一般随滚筒长度决定，包角一般为150-240?
，以180?
的最多。
目前有全部笼罩住滚筒的350?
包角。
凹板有整体和分段式的。
凹板的形式有
栅格筛式，冲孔筛式和编织筛式。
栅格凹板强度大，刚性好，筛孔率大，其脱粒分离效果好。
冲孔筛和编织筛式凹板结构简单，脱粒是秸草破碎少。
编织筛式孔率大最大，但强度低，容易磨损变形。
轴流滚筒的脱粒间隙分为可调和不可调两种。
调节脱粒间隙可以通过调节凹板位置或者改变滚筒位置来实现。
CTS分离滚筒采用栅格筛式凹板，包角a=180?
，脱粒间隙20mm，凹版分离面积2.76
6.3顶盖
轴流式滚筒上方的顶盖与凹板镶接组成圆筒形的脱粒室。
圆柱轴流滚筒顶盖内壁有螺旋导向板，用以控制作物轴向移动的速度和方向。
导向板的螺旋升角为20?
-50?
，升角过大导向板起不到轴向导送的作用，作物易停滞，积聚，使秸草破损严重。
导向板与滚筒的间隙大多为10-15mm，间隙过大，
作物轴向移动不畅，使生产率降低，甚至发生堵塞。
间隙太小，碎草太多，功率消耗大，作物湿度大时容易堵塞。
CTS轴流滚筒式分离装置的喂入口轴向位置，喂入口配置喂入轮和逐稿轮，与顶盖的间隙为20mm。
7.参考文献:
[1]（农业机械设计手册）中国农业机械化科学研究所主编.农业
机械设计手册.北京:
机械工业出版社,2007年8月
[2]毛谦德,李振清主编.（袖珍机械设计师手册）第二版.机械工业出版社,2002年5月
[3]张伟,徐树来,秦春兰主编.（农业机械学）.哈尔滨：
东北林业大学出版社,2000年4月
[4]何月娥主编.（谷物收割机械理论与计算）.长春：
吉林人民出版社出版,2000年6月
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