張麗婷

（銀川能源學(xué)院，寧夏 銀川 751000）

目前，農(nóng)業(yè)收獲機(jī)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(dòng)，因而導(dǎo)致秋收受到影響。玉米由于播種面積大，且屬于勞動(dòng)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(yīng)的農(nóng)業(yè)機(jī)械已成為不可缺少的設(shè)備，而玉米播種機(jī)和耕作機(jī)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(shè)計(jì)

1.1 玉米剝皮機(jī)的設(shè)計(jì)要求

1）機(jī)器的操作步驟簡單便捷，其零件選用要達(dá)標(biāo)，便于使用者安裝和維修。

2）整臺(tái)機(jī)器價(jià)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(shí)保證籽粒的完整度。

4）玉米剝皮機(jī)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(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)

1）當(dāng)去皮時(shí)，每對剝皮輥生產(chǎn)效率可達(dá)1 000 kg/h。

2）根據(jù)市面上的剝皮機(jī)運(yùn)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(dòng)機(jī)在使用時(shí)的轉(zhuǎn)速為n=1 500 r/min。

2 剝皮裝置的設(shè)計(jì)

2.1 剝皮輥長度的確定

試驗(yàn)結(jié)果顯示，用400 mm長的剝皮輥可以達(dá)到85%左右的剝皮效果，而使用600 mm的剝皮輥，其脫皮率可達(dá)95%，本設(shè)計(jì)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(guān)，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(huì)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(jī)大多使用直徑為70 mm的剝皮輥，所以本設(shè)計(jì)的玉米剝皮機(jī)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(shè)計(jì)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(dòng)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(dòng)綜合系數(shù)，試驗(yàn)得f=0.05；Δl=50 mm。

代入公式（1）：

因此，兩對剝皮輥的計(jì)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(dòng)部分設(shè)計(jì)

3.1 電動(dòng)機(jī)型號(hào)的選擇

電動(dòng)機(jī)可以使V型皮帶進(jìn)行傳動(dòng)從而使玉米剝皮機(jī)的剝皮輥轉(zhuǎn)動(dòng)，最終完成玉米的剝皮工作。對于電動(dòng)機(jī)型號(hào)的選擇可以得出：

式中，G表示玉米剝皮機(jī)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(guān)，d小則W大，當(dāng)d=3 mm時(shí)，取W=0.003 0 kW·h/kg；η表示傳動(dòng)效率，取0.75。

代入公式（3）得：

可知電動(dòng)機(jī)的額定功率為N=4 kW，通過查閱相關(guān)資料得到n=1 440 r/min，電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為Y112M-4的三相異步電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)的有關(guān)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(shù)參數(shù)表

圖1 Y112M-4電動(dòng)機(jī)外形圖

3.2 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核

3.2.1 帶傳動(dòng)主要參數(shù)的計(jì)算

1）確定計(jì)算功率。計(jì)算功率Pca由傳遞的功率P和工作條件確定。

式中，Pca表示計(jì)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(dòng)機(jī)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(dòng)速度，n1=1 440 r/min。

3.2.2 確定帶輪的基準(zhǔn)直徑dd并驗(yàn)算帶速v

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

2）驗(yàn)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(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑dd2。

3.2.3 確定中心距，并選擇V帶的基準(zhǔn)長度Ld

1）根據(jù)

初定中心距a0=400 mm。

2）計(jì)算相應(yīng)的帶長Ld0

確定Ld=1 550 mm。

3）實(shí)際中心距a如下：

3.3 驗(yàn)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(dāng)包角小于180°時(shí)的修正系數(shù)；kL表示當(dāng)帶長不等于試驗(yàn)規(guī)定的特定帶長時(shí)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(xiàn)[6]可知，q=0.105 kg/m，所以：

3.6 計(jì)算帶傳送的壓軸力FP

4 帶輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

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(gòu)可知，帶輪包括實(shí)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(gè)零部件。

根據(jù)帶輪的構(gòu)造，確定帶輪的結(jié)構(gòu)，否則設(shè)計(jì)不符合標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)dd≤300 mm時(shí)，可采用腹板式。

4.3 帶輪的設(shè)計(jì)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(gè)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(jìn)行倒圓或倒鈍化加工[7-10]。

5 結(jié)論

玉米剝皮機(jī)的性能好壞將直接影響到其使用，只有合理設(shè)計(jì)各部件的結(jié)構(gòu)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(jī)的發(fā)展?fàn)顩r和運(yùn)行模式的基礎(chǔ)上，對微型玉米剝皮機(jī)的整體設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析，具有一定的可靠性。該設(shè)計(jì)主要是在微型玉米剝皮機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn)，從而實(shí)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(dá)到95%以上，去皮時(shí)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(jìn)一步加快玉米收獲的機(jī)械化進(jìn)程有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。