5TG—180型水稻脱粒机的研制

孙先明 孙锦秀 马君

摘要：目前，水稻收获的主导方式是联合收获，但为了解决小地块、分散种植水稻人工收获和割晒后水稻的脱粒问题，水稻脱粒机是水稻生产必备的农业机械之一。5TG-180型水稻脱粒机是在吸收同类机型先进技术的基础上研制的，采用全喂入、轴流单滚筒活动钉齿式脱粒装置和单相电机为动力，提高了水稻的脱粒质量，增加了脱粒机的机动性，适合移动作业。

关键词：水稻；喂入量；脱粒

中图分类号：S2261文献标识码：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.04.002

0引言

目前，我国水稻种植面积为3100万hm2，约占世界种植面积的20%。水稻总产居世界第一，总产量达到100万亿t，水稻耕种收综合机械化水平达到74%以上，2016年我国水稻机械化收获总面积达到36亿亩，比2015年增加700万亩，水稻机收程度预计超过80%。尤其是黑龙江、安徽、江苏、湖北等水稻种植大省机械化水平全部超过90%。广西、湖南、广东等水稻机械化收获水平也都超过了70%。专家预测未来几年我国水稻机收仍有小幅增长趋势。

水稻收获机械化技术分为两类：其一是联合收获机械化，是使用联合收获机进行收获，分为拾禾、输送、脱粒和装袋环节，收获的是水稻籽粒；其二是分段收获机械化，是将水稻整株打捆，经过晾晒后，使用脱粒机脱粒获取水稻籽粒。目前，水稻联合收获机械化方式是主流，但有些狭小地块，收获机进出调头不方便或联合收获不经济，或因遇到雨季，不得不采用先割晒后脱粒，以及部分偏远农村人工收获，仍采用水稻脱粒机场上脱粒。为满足这部分农业生产需要，研制了5TG-180型水稻脱粒机。与国内同类机型相比，具有脱粒效率高、损失少、功率消耗低和劳动强度小的优势。

1总体方案

5TG-180型水稻脱粒机由喂入装置、脱粒滚筒、凹板、清选机构、传动装置、风机、电动机及机架等组成，其结构如图所示。

2脱粒机的工艺流程

接通电源，脱粒机空运转运行平稳后，将解捆后的稻捆放置在喂料口上，稻捆随着高速旋转的钉齿被抓入滚筒和凹版的间隙，受离心力和摩擦力的作用贴着凹板弧面拖过凹板，因活动钉齿的冲击和齿侧、齿顶间的搓擦、梳刷作用以及水稻与凹板的摩擦而被脱粒。碎稻草、籽粒、杂余等通过凹板筛孔分离后下落到清选上层筛上，其中未脱净的杂余被风机重新吸回脱粒滚筒进行二次脱粒，秸草由后方排草口排出，碎草、残穗经排杂装置排出。经凹板分离出的籽粒、碎稻草、杂余等落到清选上层筛面，在风机及筛子摆动的作用下，风机将碎稻草吸出，大杂经上筛尾端排出，收集到末端接槽内。籽粒、小杂通过筛片分离落到下层筛面，在下筛摆动的作用下，籽粒分离到下筛末端进行装袋。

3脱粒滚筒的设计

活齿式脱粒滚筒是本机的关键部件，均匀分布的6根齿杆和左右端盘构成滚筒支架，为保证滚筒和齿杆的强度，在左右端盘之间均布两个支撑盘。支撑盘的作用是齿杆不产生弯曲变形，从而保证脱粒功能正常进行。每根齿杆上装有20个活动钉齿，活动钉齿采用特殊螺旋排列可提高脱粒效率。钉齿与齿杆采用间隙配合，滚筒高速旋转时，活动钉齿在惯性作用下围绕齿杆转动，击打水稻进行脱粒。同一齿杆上相邻钉齿之间设置间隔套保证齿形排布规律，圆周方向上相邻钉齿排成不同方向的螺旋线，高速旋转的滚筒带动活动钉齿做离心运动，水稻因活动钉齿的抓取作用，进入凹板与滚筒之间，在打击、挤压、左右揉搓、梳刷和振动的作用下实现脱粒。本设计采用软连接的活动钉齿，使水稻在滚筒和凹板之间形成层流，通过活动钉齿梳刷和左右揉搓使喂入不均匀的水稻厚度均匀分布。水稻层过厚时，活动钉齿经水稻反作用力后偏转自动调节脱粒间隙，并使被脱水稻分层抛出，克服了卡死现象，降低了功率消耗。

该设计中左右端盘和支撑盘采用HT200铸造，活动钉齿采用65Mn钢制造，淬火硬度HRC55～65，脱粒端弯成30°，增加钉齿旋转后的力度，足以脱开粒籽。当遇到水稻送夹杂的硬物时，则可避免机器的卡死，保障滚动平稳，可以顺利将异物排出机外。

3.1滚筒长度L和滚筒直径D

滚筒长度L与钉齿总数有关，决定了水稻被冲击的次数和通过脱粒装置的时间。滚筒过短会降低脱净率；滚筒过长会增加破碎率、制造成本和脱粒机的尺寸。

滚筒长度由下式确定：

L=a（Zk -1）+2△L

式中a—齿迹距，多为25～50 mm；

Z—滚筒上钉齿总数，根据经验数据确定；

k—螺线头数；

△L—边齿到齿板端的距离，一般为15～20 mm，根据结构需要确定。

本文设计的齿迹距a为50 mm，滚筒钉齿高h为40 mm，螺线头数k为4，钉齿直径为10 mm，滚筒上钉齿总数Z为120齿，△L为20 mm，根据计算结果取滚筒长度L=1990 mm。

在脱粒过程中，采用较大的滚筒齿顶圆直径可降低脱粒阻力，减少破损率，可以对水稻的进行层流分选，避免茎秆受力时齿的缠绕，使转动轴转速的稳定性增加。

滚筒直径由下式确定：

d=Msπ + 2h

式中M—齒杆数；

s—距齿间距；

h—钉齿工作高度/mm。

本文设计的齿杆数为6、距齿间距为250 mm、钉齿工作高度为40 mm。经计算滚筒直径d=557 mm。

常用钉齿滚筒的直径为400～600 mm之间，直径太小容易缠草，齿板处的直径一般不小于300 mm。

钉齿采用螺旋排列方式，因为该种形式能够充分发挥每个钉齿的作用，并且有利于秸秆杂质和籽粒的轴向移动，从而有利于提高脱净率，有效防止秸秆在脱粒滚筒上的缠绕。

3.2滚筒转速

脱粒方式采用打击式，滚筒的线速度不能过高，一般是7～18 m/s。线速度如过高，脱粒破碎率增大；过低则会影响脱粒的效率，本机选取18 m/s。

滚筒转速由下式确定：

N=60vπd

式中d—滚筒齿顶圆的直径/mm；

v—滚筒钉齿圆的线速度/m·s-1。

本文设计的滚筒齿顶圆直径为557 mm、滚筒钉齿圆的线速度为18 m/s。经计算滚筒的转速为617 r/min。

本脱粒滚筒的转速617 r/min符合一般滚筒转速范围在600～900 r/min之间的设计要求。

4总结

5TG-180型水稻脱粒机结构紧凑、可靠性好、整机性价比高，经过性能测试，证明该机达到了设计目标，可以满足水稻脱粒要求，市场前景广阔。

参考文献：

[1]杨贵， 孙景杰， 张长富.水稻生产全程机械化的研究探讨[J]. 农机化研究， 2001（1）： 27.

[2]班春华.钉齿滚筒式脱粒装置的设计[J]. 农业科技与装备， 2013（1）： 17.

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