摘 要

我国为玉米生产大国，种植面积超过0.27亿公顷。玉米既可以作为食品以及饲料，也可以作为工业原料。传统钉齿滚筒玉米脱粒机对玉米籽粒损伤大，在国外早已不用此类机型。设计新型的对玉米籽粒损伤小的脱粒机对农民的收入以及我国的可持续发展都有重要的意义。

本文首先对比了各类脱粒机的优缺点。钉齿打击原理的玉米脱粒机虽然脱粒效率高，但是对籽粒损伤大，影响玉米收获质量。碾压原理玉米脱粒机的脱粒效率较低，并且容易造成籽粒擦伤。差速原理玉米脱粒机的效率较低，仅适用于脱粒单穗玉米。挤搓原理玉米脱粒机的脱粒过程柔和，对籽粒损伤小。因此本文设计挤搓原理的板齿式玉米脱粒机。

采用PROE软件对设计的玉米脱粒机进行三维建模，并采用CAD软件对所设计的玉米脱粒机进行二维工程图设计。

采用离散元法及课题组自主研发的AgriDEM软件，利用离散元法对设计的板齿玉米脱粒机进行仿真。通过改变滚筒转速以及喂入量等变量，探究所设计的脱粒机的脱粒情况并进行优化。

关键词：玉米脱粒机 结构设计 离散元法 仿真分析

Abstract

For corn production country in China，the planting area of corn more than 0.27 million could act as both a food and feed，also can be used as industrial raw material.Traditional spike-tooth drum corn thresher of corn grain damage， foreign countries. Design of a new type of maize grain damage small thresher of farmers' income and the sustainable development of our country thresher threshing efficiency is damage，affects the quality of corn thresher threshing efficiency is low，and easy to cause the grain abrasion. Differential principle of corn thresher efficiency is low， only applies to single ear corn threshing. Crowded rub principle of corn thresher threshing process soft，grain damage small. So this article design rub principle of plate type corn thresher.

Through the PROE software for three dimensional modeling design of corn thresher. Through the CAD software for the design of the corn thresher two-dimensional engineering graphics design.

Developed by the tutor team with AgriDEM software，using the discrete element method to design the plate gear for the calculation of the corn thresher. Through change variables，such as roller speed investigation results： corn thresher threshing corn grain crushing rate，corn，corn grain to take off the net rate of grain in the thresher threshing distribution curve，etc.explores the design of the thresher threshing，and the most suitable working parameters.

Keywords：corn sheller physical design discrete element simulation analysis

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

玉米是一种很重要的粮食作物，既可以食用或者作为饲料，也是重要的工业原料之一[1]。玉米种植面积增长十分迅猛，全球种植面积已超过1.3亿公顷，主要分布于中国、美国、阿根廷和巴西[2]。在我国玉米作为第二大农作物，其全国种植面积仅次于美国[3]，约为0.27亿公顷。十五期间的数据表明我国玉米年消费增长率已经突破2.7%。而十一五期间玉米的供求也得到了进一步的增长，玉米的产量由2003年1258亿千克增长到2006年的1440亿千克[4]，此产量可以较好的满足国内玉米的需求。

我国国土面积大，自然资源丰富，各农作物的产量皆位于世界前列，但大部分地方玉米脱粒仍然采用的是较落后的技术。虽然个别地方采用各种大中型的玉米脱粒机进行脱粒，但是这些机器生产不规范，容易造成玉米籽粒的破碎，而且往往一次脱粒不干净，需要重复脱粒几次，严重的影响了玉米的生产质量与生产效率[5]。人工手摇式玉米脱粒机生产率低，仅适用于小批量的玉米脱粒生产，费时费力。电动机械式玉米脱粒机脱净率差，效率低，脱粒时破损玉米芯影响脱粒质量[6]，并且结构较为复杂，制造成本较高。运用玉米脱粒装置进行脱粒时产生的压缩、冲击和剪切等作用都会损伤玉米籽粒[7]，玉米脱粒质量严重的影响着玉米产量。目前，在我国玉米脱粒机的普及率仅仅达到2%，主要都在北京、天津、河北、山东等发达地区的一些大型农场。因此玉米脱粒环节是我国粮食作物机械化生产的一个瓶颈。

1.2 玉米脱粒机的种类及特点

1.2.1 玉米脱粒机的表示方法

玉米脱粒机的表示方法如下所示。 5 T Y — XX — XX ① ② ③ ④ ⑤ ① 5代表脱粒机械产品代号

② T代表脱粒机第一个字“脱”的第一个拼音字母 ③ Y代表玉米第一个字“玉”的第一个拼音字母

④ 滚筒的工作长度，单位为厘米

⑤ 滚筒的最大工作直径，单位为厘米 1.2.2 各类玉米脱粒机的工作原理

（1）打击脱粒原理：通过钉齿或者纹杆打击玉米果穗，以及玉米果穗相互撞击后，破坏玉米籽粒与其穗轴之间的连接使其脱落。打击式玉米脱粒机主要有两类：钉齿滚筒式玉米脱粒机以及纹杆式玉米脱粒机[8]，如图1-1所示。当滚筒转动时，凹板表面、钉齿上部、齿两侧都对玉米果穗产生打击作用，使玉米籽粒脱粒，完成脱粒过程。打击的机会以及打击的速度都影响着脱粒机的脱粒效率。打击式玉米脱粒机虽然脱净率与效率高但是对玉米籽粒的伤害较大。

图1-1 打击原理玉米脱粒机

（2）碾压脱粒原理：碾压式玉米脱粒机在脱粒时，其碾压滚筒与玉米果穗相互碾压，在碾压的过程中使玉米芯与玉米籽粒之间产生侧移的趋势。这个侧移趋势就形成了剪切作用破坏籽粒与玉米芯之间的连接力。一般来说玉米芯与玉米籽粒之间的抗剪力比较小。这种碾压式玉米脱粒机的脱粒效率较低，并且当喂入量过大时，容易堵塞滚筒造成籽粒擦伤。碾压式玉米脱粒机如图1-2所示。

1.脱粒主辊 2.脱粒定位棍 3.栅格凹板 4.凹板调节器

图1-2 碾压原理玉米脱粒机