一種玉米剝皮機的設計研究

張麗婷

（銀川能源學院，寧夏 銀川 751000）

目前，農(nóng)業(yè)收獲機械的使用在農(nóng)村地區(qū)還不普遍，特別是在東北部等谷物種植地區(qū)，農(nóng)民還是使用傳統(tǒng)的手工勞動，因而導致秋收受到影響。玉米由于播種面積大，且屬于勞動密集型的農(nóng)作物，所以在東北地區(qū)，特別是在黑龍江省，農(nóng)民對于玉米的秋收困難重重。因此，對于各種玉米品種所需要的相應的農(nóng)業(yè)機械已成為不可缺少的設備，而玉米播種機和耕作機的生產(chǎn)工藝已經(jīng)基本解決，但收割方式仍有不足，從而影響了玉米的產(chǎn)量。

1 總體方案的設計

1.1 玉米剝皮機的設計要求

1）機器的操作步驟簡單便捷，其零件選用要達標，便于使用者安裝和維修。

2）整臺機器價格低廉且便于安裝，能滿足鄉(xiāng)村的使用條件，保證高產(chǎn)量和高分離率。

3）剝皮時保證籽粒的完整度。

4）玉米剝皮機的剝凈率在95%以上，損失率低于2%。

5）盡可能降低成本。

1.2 玉米剝皮機的設計參數(shù)

1）當去皮時，每對剝皮輥生產(chǎn)效率可達1 000 kg/h。

2）根據(jù)市面上的剝皮機運行參數(shù)得知玉米的直徑?jīng)Q定著物料對能量的需求，因此W=0.003 0 kW·h/kg。

3）電動機在使用時的轉(zhuǎn)速為n=1 500 r/min。

2 剝皮裝置的設計

2.1 剝皮輥長度的確定

試驗結(jié)果顯示，用400 mm長的剝皮輥可以達到85%左右的剝皮效果，而使用600 mm的剝皮輥，其脫皮率可達95%，本設計選用的剝皮輥長度為1 000 mm。剝皮的速度與剝皮輥的長短有關，若剝皮輥的直徑大于擠壓及脫粒的最小直徑，那么玉米籽粒就會掉落或者被損壞，為此需讓其不超過最小直徑才能保證它的剝皮效果[1-4]。

2.2 剝皮輥直徑的確定

目前，剝皮輥的外徑通常為60 mm～80 mm，國內(nèi)的玉米收割機大多使用直徑為70 mm的剝皮輥，所以本設計的玉米剝皮機使用的剝皮輥直徑也是70 mm。

2.3 剝皮輥生產(chǎn)能力的確定

剝皮輥的設計生產(chǎn)率見式（1）[5]：

式中，z表示剝凈率果穗質(zhì)量平均為0.4 kg；L表示果穗長度最大為250 mm；ug表示果穗沿剝皮輥移動速度（m/s）；s表示剝皮輥螺距，s=900 mm；n表示剝皮輥轉(zhuǎn)速，n=350 r/min；f表示滑動綜合系數(shù)，試驗得f=0.05；Δl=50 mm。

代入公式（1）：

因此，兩對剝皮輥的計算效率是2 520 kg/h，該研究需要的是不低于1 000 kg/h，2 520 kg/h＞1 000 kg/h，符合要求。

3 傳動部分設計

3.1 電動機型號的選擇

電動機可以使V型皮帶進行傳動從而使玉米剝皮機的剝皮輥轉(zhuǎn)動，最終完成玉米的剝皮工作。對于電動機型號的選擇可以得出：

式中，G表示玉米剝皮機的生產(chǎn)能力，為1 000 kg/h；W表示剝1 kg玉米耗用能量，其值與玉米直徑有關，d小則W大，當d=3 mm時，取W=0.003 0 kW·h/kg；η表示傳動效率，取0.75。

代入公式（3）得：

可知電動機的額定功率為N=4 kW，通過查閱相關資料得到n=1 440 r/min，電動機的型號為Y112M-4的三相異步電動機。電動機的有關數(shù)據(jù)如表1所示，其外形如圖1所示。

表1 Y系列的技術參數(shù)表

圖1 Y112M-4電動機外形圖

3.2 帶傳動的設計計算及校核

3.2.1 帶傳動主要參數(shù)的計算

1）確定計算功率。計算功率Pca由傳遞的功率P和工作條件確定。

式中，Pca表示計算功率，單位為kW；KA表示工作情況系數(shù)，KA=1.2；P表示所需傳遞的額定功率，如電動機的額定功率，單位為kW。

代入式（5）得：

2）選擇V帶的帶型。已經(jīng)知道Pca和n1確定是A型V型帶，n1表示小帶輪的轉(zhuǎn)動速度，n1=1 440 r/min。

3.2.2 確定帶輪的基準直徑dd并驗算帶速v

1）初選小帶輪的基準直徑。根據(jù)V帶的帶型，查表確定小帶輪的基準直徑dd1=100 mm，應使dd1≥ddmin=75 mm。

2）驗算帶速v。

v=7.54 m/s，在v=5 m/s～25 m/s范圍內(nèi)，合適。

3）計算大帶輪的基準直徑dd2。

3.2.3 確定中心距，并選擇V帶的基準長度Ld

1）根據(jù)

初定中心距a0=400 mm。

2）計算相應的帶長Ld0

確定Ld=1 550 mm。

3）實際中心距a如下：

3.3 驗算小帶輪上的包角α1

3.4 確定帶的根數(shù)

式中，p0表示單根V帶額定功率的增量；ka表示當包角小于180°時的修正系數(shù)；kL表示當帶長不等于試驗規(guī)定的特定帶長時的修正系數(shù)。

取Z=4根。

3.5 確定帶的初拉力F0

由參考文獻[6]可知，q=0.105 kg/m，所以：

3.6 計算帶傳送的壓軸力FP

4 帶輪結(jié)構的設計

4.1 帶輪的材料

帶輪的速度最快是25 m/s，帶輪的材料選用鑄鐵HT200。

4.2 帶輪的形式

根據(jù)輪輻的結(jié)構可知，帶輪包括實心、輪輻、幅板三種。V型帶輪通常由灰鑄鐵、鋼、鋁合金等生產(chǎn)制造而成，其中灰鑄鐵是使用最多的一種[6]。輪緣是帶輪其中的一個零部件。

根據(jù)帶輪的構造，確定帶輪的結(jié)構，否則設計不符合標準，當dd≤300 mm時，可采用腹板式。

4.3 帶輪的設計要求

1）帶輪中不能出現(xiàn)沙孔、裂縫和氣泡等。

2）V帶輪輪槽工作面的表面粗糙度為Ra1=1.6 μm或Ra2=3.2 μm，輪緣還有軸孔的這個面的表面粗糙度數(shù)值為Ra1=1.6 μm，輪槽下面的表面粗糙度數(shù)值為Ra2=3.2 μm，對輪槽的棱邊進行倒圓或倒鈍化加工[7-10]。

5 結(jié)論

玉米剝皮機的性能好壞將直接影響到其使用，只有合理設計各部件的結(jié)構和參數(shù)，才能提高剝皮速度，降低對玉米粒的損壞程度。本研究在了解國內(nèi)外玉米剝皮機的發(fā)展狀況和運行模式的基礎上，對微型玉米剝皮機的整體設計進行了分析，具有一定的可靠性。該設計主要是在微型玉米剝皮機的基礎上進行優(yōu)化與改進，從而實現(xiàn)每對剝皮輥1 000 kg/h的生產(chǎn)效率，最終使玉米剝皮的剝凈率達到95%以上，去皮時玉米的脫粒效果不超過2%，最大限度地減少玉米籽粒的損失，降低成本，提高生產(chǎn)率，對進一步加快玉米收獲的機械化進程有著重要的現(xiàn)實意義。