孫先明 孫錦秀 馬君

摘要：目前，水稻收獲的主導(dǎo)方式是聯(lián)合收獲，但為了解決小地塊、分散種植水稻人工收獲和割曬后水稻的脫粒問(wèn)題，水稻脫粒機(jī)是水稻生產(chǎn)必備的農(nóng)業(yè)機(jī)械之一。5TG-180型水稻脫粒機(jī)是在吸收同類(lèi)機(jī)型先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上研制的，采用全喂入、軸流單滾筒活動(dòng)釘齒式脫粒裝置和單相電機(jī)為動(dòng)力，提高了水稻的脫粒質(zhì)量，增加了脫粒機(jī)的機(jī)動(dòng)性，適合移動(dòng)作業(yè)。

關(guān)鍵詞：水稻；喂入量；脫粒

中圖分類(lèi)號(hào)：S2261文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.04.002

0引言

目前，我國(guó)水稻種植面積為3100萬(wàn)hm2，約占世界種植面積的20%。水稻總產(chǎn)居世界第一，總產(chǎn)量達(dá)到100萬(wàn)億t，水稻耕種收綜合機(jī)械化水平達(dá)到74%以上，2016年我國(guó)水稻機(jī)械化收獲總面積達(dá)到36億畝，比2015年增加700萬(wàn)畝，水稻機(jī)收程度預(yù)計(jì)超過(guò)80%。尤其是黑龍江、安徽、江蘇、湖北等水稻種植大省機(jī)械化水平全部超過(guò)90%。廣西、湖南、廣東等水稻機(jī)械化收獲水平也都超過(guò)了70%。專(zhuān)家預(yù)測(cè)未來(lái)幾年我國(guó)水稻機(jī)收仍有小幅增長(zhǎng)趨勢(shì)。

水稻收獲機(jī)械化技術(shù)分為兩類(lèi)：其一是聯(lián)合收獲機(jī)械化，是使用聯(lián)合收獲機(jī)進(jìn)行收獲，分為拾禾、輸送、脫粒和裝袋環(huán)節(jié)，收獲的是水稻籽粒；其二是分段收獲機(jī)械化，是將水稻整株打捆，經(jīng)過(guò)晾曬后，使用脫粒機(jī)脫粒獲取水稻籽粒。目前，水稻聯(lián)合收獲機(jī)械化方式是主流，但有些狹小地塊，收獲機(jī)進(jìn)出調(diào)頭不方便或聯(lián)合收獲不經(jīng)濟(jì)，或因遇到雨季，不得不采用先割曬后脫粒，以及部分偏遠(yuǎn)農(nóng)村人工收獲，仍采用水稻脫粒機(jī)場(chǎng)上脫粒。為滿足這部分農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要，研制了5TG-180型水稻脫粒機(jī)。與國(guó)內(nèi)同類(lèi)機(jī)型相比，具有脫粒效率高、損失少、功率消耗低和勞動(dòng)強(qiáng)度小的優(yōu)勢(shì)。

1總體方案

5TG-180型水稻脫粒機(jī)由喂入裝置、脫粒滾筒、凹板、清選機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)裝置、風(fēng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)及機(jī)架等組成，其結(jié)構(gòu)如圖所示。

2脫粒機(jī)的工藝流程

接通電源，脫粒機(jī)空運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)行平穩(wěn)后，將解捆后的稻捆放置在喂料口上，稻捆隨著高速旋轉(zhuǎn)的釘齒被抓入滾筒和凹版的間隙，受離心力和摩擦力的作用貼著凹板弧面拖過(guò)凹板，因活動(dòng)釘齒的沖擊和齒側(cè)、齒頂間的搓擦、梳刷作用以及水稻與凹板的摩擦而被脫粒。碎稻草、籽粒、雜余等通過(guò)凹板篩孔分離后下落到清選上層篩上，其中未脫凈的雜余被風(fēng)機(jī)重新吸回脫粒滾筒進(jìn)行二次脫粒，秸草由后方排草口排出，碎草、殘穗經(jīng)排雜裝置排出。經(jīng)凹板分離出的籽粒、碎稻草、雜余等落到清選上層篩面，在風(fēng)機(jī)及篩子擺動(dòng)的作用下，風(fēng)機(jī)將碎稻草吸出，大雜經(jīng)上篩尾端排出，收集到末端接槽內(nèi)。籽粒、小雜通過(guò)篩片分離落到下層篩面，在下篩擺動(dòng)的作用下，籽粒分離到下篩末端進(jìn)行裝袋。

3脫粒滾筒的設(shè)計(jì)

活齒式脫粒滾筒是本機(jī)的關(guān)鍵部件，均勻分布的6根齒桿和左右端盤(pán)構(gòu)成滾筒支架，為保證滾筒和齒桿的強(qiáng)度，在左右端盤(pán)之間均布兩個(gè)支撐盤(pán)。支撐盤(pán)的作用是齒桿不產(chǎn)生彎曲變形，從而保證脫粒功能正常進(jìn)行。每根齒桿上裝有20個(gè)活動(dòng)釘齒，活動(dòng)釘齒采用特殊螺旋排列可提高脫粒效率。釘齒與齒桿采用間隙配合，滾筒高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，活動(dòng)釘齒在慣性作用下圍繞齒桿轉(zhuǎn)動(dòng)，擊打水稻進(jìn)行脫粒。同一齒桿上相鄰釘齒之間設(shè)置間隔套保證齒形排布規(guī)律，圓周方向上相鄰釘齒排成不同方向的螺旋線，高速旋轉(zhuǎn)的滾筒帶動(dòng)活動(dòng)釘齒做離心運(yùn)動(dòng)，水稻因活動(dòng)釘齒的抓取作用，進(jìn)入凹板與滾筒之間，在打擊、擠壓、左右揉搓、梳刷和振動(dòng)的作用下實(shí)現(xiàn)脫粒。本設(shè)計(jì)采用軟連接的活動(dòng)釘齒，使水稻在滾筒和凹板之間形成層流，通過(guò)活動(dòng)釘齒梳刷和左右揉搓使喂入不均勻的水稻厚度均勻分布。水稻層過(guò)厚時(shí)，活動(dòng)釘齒經(jīng)水稻反作用力后偏轉(zhuǎn)自動(dòng)調(diào)節(jié)脫粒間隙，并使被脫水稻分層拋出，克服了卡死現(xiàn)象，降低了功率消耗。

該設(shè)計(jì)中左右端盤(pán)和支撐盤(pán)采用HT200鑄造，活動(dòng)釘齒采用65Mn鋼制造，淬火硬度HRC55～65，脫粒端彎成30°，增加釘齒旋轉(zhuǎn)后的力度，足以脫開(kāi)粒籽。當(dāng)遇到水稻送夾雜的硬物時(shí)，則可避免機(jī)器的卡死，保障滾動(dòng)平穩(wěn)，可以順利將異物排出機(jī)外。

3.1滾筒長(zhǎng)度L和滾筒直徑D

滾筒長(zhǎng)度L與釘齒總數(shù)有關(guān)，決定了水稻被沖擊的次數(shù)和通過(guò)脫粒裝置的時(shí)間。滾筒過(guò)短會(huì)降低脫凈率；滾筒過(guò)長(zhǎng)會(huì)增加破碎率、制造成本和脫粒機(jī)的尺寸。

滾筒長(zhǎng)度由下式確定：

L=a（Zk -1）+2△L

式中a—齒跡距，多為25～50 mm；

Z—滾筒上釘齒總數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定；

k—螺線頭數(shù)；

△L—邊齒到齒板端的距離，一般為15～20 mm，根據(jù)結(jié)構(gòu)需要確定。

本文設(shè)計(jì)的齒跡距a為50 mm，滾筒釘齒高h(yuǎn)為40 mm，螺線頭數(shù)k為4，釘齒直徑為10 mm，滾筒上釘齒總數(shù)Z為120齒，△L為20 mm，根據(jù)計(jì)算結(jié)果取滾筒長(zhǎng)度L=1990 mm。

在脫粒過(guò)程中，采用較大的滾筒齒頂圓直徑可降低脫粒阻力，減少破損率，可以對(duì)水稻的進(jìn)行層流分選，避免莖稈受力時(shí)齒的纏繞，使轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性增加。

滾筒直徑由下式確定：

d=Msπ + 2h

式中M—齒桿數(shù)；

s—距齒間距；

h—釘齒工作高度/mm。

本文設(shè)計(jì)的齒桿數(shù)為6、距齒間距為250 mm、釘齒工作高度為40 mm。經(jīng)計(jì)算滾筒直徑d=557 mm。

常用釘齒滾筒的直徑為400～600 mm之間，直徑太小容易纏草，齒板處的直徑一般不小于300 mm。

釘齒采用螺旋排列方式，因?yàn)樵摲N形式能夠充分發(fā)揮每個(gè)釘齒的作用，并且有利于秸稈雜質(zhì)和籽粒的軸向移動(dòng)，從而有利于提高脫凈率，有效防止秸稈在脫粒滾筒上的纏繞。

3.2滾筒轉(zhuǎn)速

脫粒方式采用打擊式，滾筒的線速度不能過(guò)高，一般是7～18 m/s。線速度如過(guò)高，脫粒破碎率增大；過(guò)低則會(huì)影響脫粒的效率，本機(jī)選取18 m/s。

滾筒轉(zhuǎn)速由下式確定：

N=60vπd

式中d—滾筒齒頂圓的直徑/mm；

v—滾筒釘齒圓的線速度/m·s-1。

本文設(shè)計(jì)的滾筒齒頂圓直徑為557 mm、滾筒釘齒圓的線速度為18 m/s。經(jīng)計(jì)算滾筒的轉(zhuǎn)速為617 r/min。

本脫粒滾筒的轉(zhuǎn)速617 r/min符合一般滾筒轉(zhuǎn)速范圍在600～900 r/min之間的設(shè)計(jì)要求。

4總結(jié)

5TG-180型水稻脫粒機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性好、整機(jī)性價(jià)比高，經(jīng)過(guò)性能測(cè)試，證明該機(jī)達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)，可以滿足水稻脫粒要求，市場(chǎng)前景廣闊。

參考文獻(xiàn)：

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