联合收割机中弓齿式脱粒滚筒的设计

徐静　+余燕

摘 要 对联合收割机的弓齿式脱离滚筒的结构及工作原理进行分析，以小型联合收割机为对象通过滚筒直径及弓齿的分布进行精确计算，设计出高效、可靠的弓齿式脱粒滚筒模型，为脱粒滚筒的设计及优化提供有效的参考。

关键词 弓齿式脱粒滚筒 滚筒直径 弓齿

中图分类号：S225. 3 文献标识码：A

0 引言

脱粒装置是联合收割机中重要的工作部件。我国的脱粒机械有人力简易式、动力半复式以及大中型复式，其主要作用是把谷粒从谷穗上脱下，并使其尽可能多的从已脱下来的各种混合物中分离开来。在我国农业机械化逐步发展的过程中，联合收割机占据重要地位，而脱离装置的工作性能的好坏很大程度上决定了整个收割机的机械效率。因此，设计出合理的脱离滚筒结构是提高生产效率，改善劳动条件的重要手段。为适应我过国的农业机械化的发展要求，本文在应用传统技术的基础上，对各部件进行选型，计算，设计出性能更高的弓齿式脱粒滚筒。

1脱粒滚筒的组成及工作原理

脱粒滚筒横置于收割机的前方，主要由墙盖、弓齿、梳理齿及滚筒体组成。滚筒体由4mm厚的铁板卷制、焊接成圆筒。圆筒表面冲有螺旋线排列的圆孔，用于装配弓形齿。弓形齿按功能分为梳整齿、加强齿和脱粒齿3种。

弓齿式滚筒在工作时，滚筒轴向运动使谷穗部分进脱粒间隙，通过弓形齿对谷物施加拉力来使其脱粒成功的。这种脱粒装置由于茎杆不进入滚筒，大大提高了脱粒效率。此外，弓齿式滚筒不仅能应用于半喂入式收割机且可短期运用于全喂入式。因此，本文选用弓齿式对脱粒滚筒进行设计。

2弓齿式脱粒滚筒的设计

弓齿式脱粒滚筒由滚筒本体和弓齿钉组成。弓齿钉的形状和滚筒的大小直接决定了脱粒的方式和速度。因此，脱粒滚筒的设计主要包括滚筒直径的设计、弓齿的设计及排列等。

2.1弓齿滚筒的直径

对于脱粒滚筒而言，滚筒的直径是对其工作性能影响很大的一个重要设计参数。当滚筒的直径较大时，稻谷喂入的长度也相应增大，这样不仅便于谷穗的输送且改善了脱粒室内的谷穗弯曲状态，从而使谷粒更容易分离，减少了脱粒损失。但直径取值过大，会导致机器外形笨重，增大机器重量，对于收割机的轻量化来说是不利的因素；而直径取值若过小，又容易引发缠草以致滚筒阻塞，还会使喂入量减少，不能满足高产的要求。

为了防止滚筒缠草，对于滚筒齿根圆直径的最低要求是齿根圆的周长应比所割下的茎秆长度值大。即：

D0≥L （1-1）

脱粒滚筒的顶圆直径D（工作直径）：

D=D0+2h （1-2）

上式中：L—割下的茎秆长度。考虑到谷物的高度有所不同，及收割时因角度差异等造成的影响，通常将其取值为L=350-450mm；

D0—滚筒的最小齿根圆直径。小型收割机通常取值范围是D0=360-400mm。

h—弓齿高度，弓齿高度的取值范围是：h=65-75mm。

本课题根据小型收割机的特征，将滚筒的齿根圆直径L=360mm，弓齿高度h=65mm，代入公式（1-2）中，计算可得，弓齿滚筒的直径D值为490mm。

2.2滚筒弓齿的排列

脱粒滚筒上的弓齿均是按螺旋线的方式来排列的，即各排弓齿相互交错布置。这种排列方式不仅能够平衡脱粒时各个弓齿所受的负荷，使每个弓齿都能充分发挥作用，还促使谷物沿着轴向移动、利于脱粒。

弓齿在滚筒上的螺旋线分布计算：

螺旋头数K：螺旋头数与滚筒工作时打击谷物的次数密切相关。随着其数目的增大，滚筒打击作物的次数就会增加，脱粒能力也随之增强。但是当K的取值过大时，会增大谷粒和穗秆的破碎率、亦会消耗更多的功率。就半喂入式脱粒装置而言，因其滚筒的转速不高，通常情况下取K=3～4即可，常取K=3。

齿排数M：M的取值应保证每相邻齿排间都有一定的间隙，从而有利于脱粒和分离。在半喂入收割机的脱粒装置中，因其滚筒的脱粒速度相对其他型式要偏低，故要增加其滚筒弓齿的齿排数，来保证脱粒效率。通常情况下，取M=9～12。我们还可以根据齿排数M与螺旋头数K之间的关系式来确定M的值，即M/K=2-3，且其比值为整数，考虑到以上因素，本次課题设计中，将齿排数取值为M=9使满足要求的。

弓齿轴向间距c：弓齿的轴向间距即是指两个临近的齿迹之间的长度，也可称之为齿迹距。c的取值范围通常在20-40mm之间，对于半喂入式的小型机，将c取值为30mm即可满足脱粒要求。确定齿迹距的值后，可根据下述公式来求出同一齿杆上每两个临近弓齿之间的齿距L0：（齿距的取值范围是L0=80-130mm）。

0===90mm （1-3）

由计算可知，所得的齿距值在其取值范围之内，理论上是符合脱粒要求的。

①弓齿螺旋排列的列数S：S的值由下式可计算出：

Z===20 （1-4）

②弓齿数Z：脱粒滚筒上所安装的弓齿总数之和由下式可求出：

Z=SK=203=60 （1-5）

弓齿在按螺旋线排列时，同一齿迹线上的齿数与螺旋线头数相等。本次设计中选用的是三头螺旋线排列的方式，即意味着每条齿迹线的齿数是三个，因此，脱粒滚筒每旋转一圈，其各条齿迹线就会对谷物产生三次冲击。综合以上参数，绘制出弓齿的螺旋排列示意图，如下图所示：

图2：弓齿螺旋排列展开图

由图3可以看出，整个滚筒上的弓齿排列大致可分为以下几个区段：

首先是靠近脱粒室入口处的梳整区，其长度是滚筒总长的10-15%的比例。这一区域是滚筒的锥形面，安装的是疏导能力强且脱粒功能弱的梳整齿。

圆筒部分的是脱粒区域，这一区段占有滚筒总长80-85%的比例。根据脱粒能力的不同分为前中后三个区段。前区又称第一脱粒区，约占整个滚筒长度的40%。大多数谷粒均在这一区域脱下。因此，在此区段安装的是脱粒性能较强的加强齿，以提高脱净率、减少包壳率。第二脱粒区主要负责将前一区段未完成脱粒的籽粒脱净，所以此区段安装的是脱粒齿窄且齿数较多。滚筒的末段是第三脱粒区，负责将茎秆从已脱下来的谷粒中分离出来，故将其齿迹距取值较大，从而保证茎秆的完整性。

图3：弓形滚筒区域划分

图4：弓形齿示意图

3总结

本章对脱粒装置的相关设计参数作了深入的研究，在介绍弓齿式脱粒装置的脱粒方法和原理的基础上，又对其关键尺寸分别进行了设计分析，并绘制出脱粒滚筒的三维图形，为脱粒滚筒的优化设计提供了参考。该脱粒滚筒的优点在于其适应性强，可同时运用于半喂入及全喂入式收割机上；脱净率高，三个脱粒区的合理布置提高了脱净率降低了总损失率；体积小、结构简单，方便维护和维修。

基金项目：湖北省高等学校优秀中青年科技创新团队项目（T201629）。

参考文献

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[3] 吴艳英.基于Solidworks平台的脱粒滚筒特征造型与虚拟装配[J].南方农业，2011（04）.endprint