JJ-NMJ型水稻脱壳机设计

摘要

水稻中富含很多种营养元素，在水稻加工过程中，必须进行脱壳处理或者脱皮才能进一步加工，由此出现了水稻脱壳机。
设计水稻脱壳机是依靠电机供动力，将水稻运送到凹板和倒斗滚筒之间，经过高速旋转冲击，将水稻和稻壳初步分离开，在经过之后的风吹筛选将稻壳和水稻分离，最后水稻装袋处理。能够实现自动化过程节省时间，提高效率。
本次设计包括了水稻脱壳机的简介内容，国内外发展现状和研究意义等。对机器的整体进行了可行性分析如：机械系统设计，总体布局，过程分析，以及对零件选取的要求。
其中对于水稻脱壳机的设计包括脱粒装置和清洗装置，还有对轴承选取的计算和校核，对主轴的选取计算和校核，齿轮的选取和校核，滚筒的转速，直径的计算，长度的选取，风机的计算，电机的选取和功率，效率的计算。并且采用三维建模，三维装配，三维转化二维的方法将机器的外部轮廓完整的表达出来。最后经过一系列的计算得出，本次设计的机器完全符合现实的技术。
关键词：整体设计； 效率； 脱离装置； 清洗装置； 可行性分析

1 水稻脱壳机

1.1 水稻脱壳机研究意义

水稻中富含很多种营养元素，是人体所必需的物质，水稻的味道鲜美，主要作为人们一日三餐的主食。在工业中可以提取出乙醇和淀粉，还可以提取出其他产品。并且水稻是我国的主要食物来源，俗话说：民以食为天，其中的粮食就是水稻，所以说大量的水稻才能对人们提供足够的能量，不仅能提供热量还能在生产中提取出额外物质[3]。但是产出水稻之后还需要进一步的加工处理。在水稻加工过程中，必须进行脱壳处理或者脱皮才能进一步加工。由此出现了一种能去壳的一种农业机器–水稻脱壳机。水稻脱壳机是一种能够将水稻壳剥去的一种机器，适用于大批量生产这样效率高，速度快。由于现在水稻种植业越来越发达，而低效率人工去壳已经不适用于这个时代的发展了，所以说实现全面普及水稻脱壳机已经是一件迫在眉睫的大事。

图1.1目前大型水稻去壳机

2 水稻脱壳机的功能求解

图2.2分功能原理求解

2.1 设计思路

水稻脱壳机中旋转着的打板冲击作用于水稻壳产生压缩变形而引起外壳破裂。尚未破裂的仍以高速旋转继续进行，在风筒作用下依靠着自身的重力不同采用重力不同的方法将二者分离。一次剥壳率高可达92%-97%。
图2.3水稻脱壳机功能结构

本次设计思路是将水稻运送到凹板和倒斗滚筒之间，依靠高速旋转冲击，在经过之后的风吹筛选将稻壳和水稻分离。在一定方面上提高了水稻和水稻壳分离的纯净度。
其中执行元件包括风筒，凹板和滚筒。风筒由风扇，微电机，风箱等组成。
执行机构运动尺寸包含了机械零件的外部尺寸其中要注意滚筒的尺寸，由于设计的机器是采用半喂入式的方法所以对于水稻的大小形状也有足够的要求。
分离部分是采用振动筛和风吹相结合的思路。
机器零件的选择是根据计算和查找材料所得出来选取最优最适合的零件。

图2.3水稻脱壳机的功能图

图2.4水稻脱壳机功能树

3 结构设计

3.1 电机的选择

由于此次设计的水稻脱壳机是中型机械，在选取时需要减少电机内部灰尘的堆积。所以根据计算电路元件的电流得出结论应选用YE2系列的单相异步电动机。
YE2系列的三项异步电动机的功率选取：280kw·h
YE2系列的三项异步电动机的电流选取：9.8A；
YE2系列的三项异步电动机的转速选取转速：2800r/min；
YE2系列的三项异步电动机的电压选取：220V；
YE2系列的三项异步电动机的频率选取：100Hz；
YE2系列的三项异步电动机的电容选取：100F
对于脱粒装置在工作的时候需要在稳定的环境下才能继续工作需要保证脱离滚筒稳定性要求：必须有足够的转动惯量才能保证稳定性要求，其中总功率消耗由两部分所组成：一部分是滚筒自身空转所消耗的功率，所以脱粒装置的功率消耗为：

（3-1）
空转算消耗的功率：

（3-2）
----系数
----系数
其中脱粒功率消耗N : 水稻先以较低的速度进入到滚筒内部，然后被拖入强行脱粒，所依据能量转化定律：
冲量转化为动量：
，
（3-3）

–单位时间喂入量

–综合搓擦系数0.7–0.8

–滚筒的切向速度15m/s
带入上述公式

清选装置所消耗的功率：

其中
----单位时间进入清选装置的脱出物质
-----单位脱出物质所需要的功率

----能力系数
代入数据得到消耗功率为：

（3-4）

3.2 脱粒装置类型选择

3.2.1 滚筒的设计

1)切流纹杆滚筒式脱粒装置，由螺纹滚筒，凹板和固定装置为主体。依靠摩擦脱粒为主要方式，但是一般不采用冲击的方式来进行脱粒这就造成了效率低，分离能力不强的情况，并不适用于广大农业机械当中，并且当人工喂入时会出现堵塞的现象，造成机器损坏。
2)切流钉齿滚筒式脱粒装置， 其由钉齿滚筒和钉齿凹板组成。依靠上面的钉齿进行快速的摩擦冲击，进而实现脱粒功能。具有强的抓取能力，在不均匀喂入的时候也不会发生阻塞，但是由于脱粒所施加的力不断增大会造成脱粒的水稻粉碎的情况。
3)弓齿滚筒式脱粒装置，适用脱粒水稻，也可以兼脱小麦。再脱粒的过程中可以只需要把穗头放入机器当中，并不需要上述的两种条件来进行加工。在凹板进行筛选之后可以继续进行接下来的操作，不会影响工作效率，大多数的水稻再脱粒之后会破碎的很少，这就是为什么现在越来越多的机器采用这种方式来进行研究。考虑到农村现在的经济条件本设计采用弓齿滚筒式脱粒装置。 脱粒方上脱式分离效果好，但是滚筒的位置特别低，慢慢喂入的效率被再次放大。虽然下脱式分离性能差，但是水稻脱粒的质量非常好，适用于一般夹持式半喂入脱粒机；侧脱式分离性能和喂入性能较好，适用于卧式联合收割机。本设计采用的是下脱式。

图3.1半喂入式的脱粒方式

4 设备的维护使用

在日常过程中的使用注意事项
(1)在高速运转正常的过程条件下不会出现不规律的声音，一旦出现了嘈杂，不规律的声音，证明电机内部已经出现了问题，需要尽快关闭，查出问题所在。
(2)要定时对机器进行全方位的检查和清理内部环境，在清理的时候要及时关闭电源。
(3)每个月都要对机器上面的螺栓进行检查，是否有松动现象，及时处理。
(4)每个月有应该对机器进行润滑油的涂抹，以免一些零件经常高速转动而出现了卡死现象。
(5)注意安全问题防止漏电。
(6)生热量，防止冷热交替使电机外壳出现损坏现象。在给压缩空气的过程中可能会产生大量的力矩，对于螺栓的拧紧力是一对相互作用得力，如果螺栓拧紧力过小便会破坏二力平衡，使螺栓崩出，造成机器损坏。所以必须应该计算好螺栓在哪个位置能够受力最合理，可跟剧机械设计课本当中查处相关资料，然后进行快速计算哪些位置可以满足要求.
设备可能故障的原因有：
原因一：电动机和界限接触不良容易造成短路危险，如果是电动机自
己本身的故障，需要更换新的电动机
原因二：电机里面的保险丝被烧坏，需要经常检查电机。做好保养问题。
原因三：有一些杂质砂石，灰尘由于电机高速转动可能会出现卡死的情况。应该经常清理电机内部的工作环境，这样才能延长电机的寿命，保证工作质量。
原因四：一些机构不能正常的工作出现的原因大致有：一些电机和电线并没有准确的结合产生接触不严的现象严重的时候会烧坏电机，电机高速转动的时候会产生静电吸引，造成大量灰尘积聚在电机内部会造成电机损坏，在温度骤变的情况下也会产生冷热交替，这样也会减少电机的寿命。
快速处理的方法有：在电机和电线相接触的地方缠绕上绝缘层使得结出更加严密，牢靠并且还可以防止漏电，以免电伤人，勤换保险丝和熔断器，对电机进行及时的保修，保养，延长使用寿命。

5 结论

本次设计的水稻脱壳机依靠电机供动力，将水稻运送到凹板和倒斗滚筒之间，经过高速旋转冲击，将水稻和稻壳初步分离开，在经过之后的风吹筛选将稻壳和水稻分离，最后水稻装袋处理。能够实现自动化过程节省时间，提高效率，并且经过计算得出结果可行。
此次毕业设计对机器进行了最优化设计，在对零件的选取和尺寸要求方面上是经过了严格的计算所得出来的。对主轴，轴承，齿轮，滚筒，风筒，电机的选取等都进行了计算校核，结果证明可行。
本次的设计内容有：
(1)对机器本身进行了一个完整地了解，得出了现在的发展方向和国内外的趋势。
(2)随机器进行可行性分析：机械系统设计，总体布局，过程分析，以及对零件选取的要求。
(3)对所选取的零件设计和零件的计算与校核。
(4)三维建模
(5)设备本身会出现的问题和故障
对于本次设计还有一些想法并没有来得及进行构思。比如：提供动力的来源能更换成光能来提供动力，未来出现的主要能源一定是光能。在凹板经过高速冲击的过程中，能实现在击破水稻壳基础上在进行分离功能，这样不仅减少了能源消耗，还能提升效率。本次设计中的上机架结构复杂加工不易，并且材料厚度较薄，容易发生变形的情况。改进方法应该改良选用上机架的材料。
此次毕业设计的时间有限，以上问题并未来得及解决，但是我相信通过我自己的努力，在未来我会在机械设计这条道路上会越走越远。