力物力，只能对脱粒过程的宏观层面进行分析，无法保证精度，并且作物与机械之间以及作物之间的相互作用考虑较少，取得的成果也不具有普遍意义。当脱粒机种类的不同、作物种类的不同时参数还需要进行重新安排实验然后建立新的数学模型，增加了实验的重复性，延长研发周期。

1.6 本文主要研究内容

我国市面上用的最多的脱粒机为钉齿滚筒式脱粒机。这种脱粒机采用打击式原理将玉米粒从玉米果穗上脱落。这种脱粒方式虽然脱粒效率以及脱净率比较高，但是对玉米籽粒的损伤较大。挤搓原理的脱粒机如今在美国等的发达国家已经得到广泛的推广应用并取代了打击原理的脱粒机。挤搓原理脱粒机全面克服了钉齿式玉米脱粒机的缺点，不仅脱净率高而且破碎率低，它的损失率比打击式玉米脱粒机至少下降了0.5%[27]，适合种子玉米以及普通玉米的脱粒。因此本文主要设计一款运用挤搓原理的板齿式玉米脱粒机。

本文采用基于离散元法的数字化设计方法研究玉米脱粒机的脱粒过程。该方法首先建立脱粒机的数字化模型，并在计算机上进行物理仿真，根据仿真结果修改设计尺寸与结构，然后再对修改后的脱粒机模型进行仿真分析，直到得出符合要求的分析结果，从而实现对玉米脱粒机的优化设计。本文首先绘制二维CAD草图，建立PROE三维模型。然后通过课题组自主研制的AgriDEM软件，采用离散元法对自行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，考察玉米脱粒机的脱粒效果：籽粒破碎率、果穗脱净率、脱落籽粒沿滚筒轴向分布曲线等，以期对所设计的脱粒机的工作性能进行优化。

第2章 板齿玉米脱粒机总体结构与工作原理

2.1 板齿脱粒机基本结构与工作过程

板齿玉米脱粒机的基本结构如图2-1所示。玉米果穗由入料口进入脱粒机，V带轮将电机的功率传动给脱粒滚筒使其转动。入料口对应的滚筒段为入料区，入料区上的螺旋叶片将玉米果穗送入脱粒区。脱粒区的滚筒上安装有16个板齿，滚筒外围围绕着栅格凹板。在脱粒区，玉米果穗在板齿的作用下顺着栅格凹板做螺旋运动至排芯区。在脱粒区内玉米果穗与果穗之间以及玉米果穗与凹板间相互挤搓，致使籽粒脱落。脱掉玉米籽粒后的玉米芯被板齿推送到排芯区，当排芯区充满玉米芯后，排芯区隔板将被顶开，脱粒机排出玉米芯。玉米籽粒在脱落后通过栅格凹板的间隙进入出料斗排出脱粒机。挤搓式玉米脱粒机的脱粒过程相对柔和，对果穗的冲击力相对小从而玉米籽粒的破碎率比较低。

1 机架 2出料口 3排芯口 4出料口压板 5栅格凹板6入料口 7带轮 8电机

图2-1 板齿玉米脱粒机基本结构

2.2 板齿脱粒机工作原理

挤搓式板齿玉米脱粒机充分应用了仿生技术[44]，脱粒区的板齿对玉米果穗的运动模仿了人工用手搓玉米。玉米果穗于脱粒区中，在滚筒板齿的作用下沿着栅格凹板做圆周运动。板齿和滚筒轴具有一定的夹角，玉米果穗也同时被推向排芯区。因此玉米果穗在脱粒机内的运动轨迹为螺旋线。为了模仿人工用竹签先挤掉玉米果穗上的局部籽粒这一动作，前一部分的板齿被设计成带冠板齿。带冠板

齿先将局部籽粒挤掉，方便后续的脱粒。后一部分板齿为直板齿。排芯区隔板使玉米果穗充满于脱粒仓内，脱粒区的板齿推动玉米果穗时，果穗与凹板的相对运动为既滑动又滚动。从而达到挤搓玉米果穗使其脱下籽粒的效果。果穗与果穗之间也具有一定的压力进行充分挤搓。因此可以脱掉所有的籽粒，保证脱净率。

2.3 本章小结

本章详细介绍了板齿式玉米脱粒机的基本结构。并根据板齿式玉米脱粒机的工作过程以及工作原理分析此类玉米脱粒机在脱净率以及破碎率等方面的优点。

第3章 板齿玉米脱粒机脱粒元件设计

3.1 板齿设计

3.1.1 板齿作用

板齿是脱粒机脱粒时的主要脱粒部件。板齿设计的好坏直接关系到玉米脱粒机的脱粒质量。在脱粒机工作时，脱粒滚筒上的板齿匀速转动，对玉米果穗做挤搓作用，并且带动玉米果穗向排芯区运动。 3.1.2 板齿样式及尺寸

本设计板齿分为两种，分别为带冠板齿以及平板齿。为了模仿人工用竹签先挤掉玉米果穗上的局部籽粒这一动作，前一组的板齿设计成带冠板齿。带冠板齿先将局部籽粒挤掉，方便后续的脱粒。后一部分板齿为平板齿。因为在脱粒机工作时板齿与玉米果穗频繁接触，需要保证板齿硬度、强度、疲劳强度、耐磨性以及韧性等，故将平板齿以及带冠板齿的顶部进行淬火处理。在主轴上安装有十六个板齿，其中前八个为带冠板齿，后八个为平板齿，十六个板齿均匀的安装在脱粒滚筒的脱粒区段，板齿高40毫米，宽10毫米，长100毫米，如图3-1、图3-2所示。

图3-1 带冠板齿的设计

图3-2 平板齿的设计