新型玉米脫粒機(jī)的設(shè)計(jì)

龔瓊玉

摘 要：玉米收獲工作是整個(gè)玉米生產(chǎn)過程中最重要的一環(huán)，而玉米籽粒脫粒則是收獲工作中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它決定了玉米籽粒的破損程度。所以，降低玉米種子脫粒損傷成為機(jī)械脫粒的主要問題。在脫粒過程中，若要減小籽粒的機(jī)械損傷，最好的辦法是將玉米穗有規(guī)則地喂人，從玉米穗兩頭外緣的籽粒開始有規(guī)則地逐個(gè)柔和地脫粒。本文在傳統(tǒng)脫粒機(jī)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，改進(jìn)脫粒室結(jié)構(gòu)，采用安裝兩個(gè)平行且有間隙的滾動(dòng)桿，兩桿作同向不同速的旋轉(zhuǎn)，對夾在兩滾桿間隙上方的玉米棒進(jìn)行擠搓，實(shí)現(xiàn)齒釘對玉米果穗施加垂直于芯軸線方向的擊打。

關(guān)鍵詞：新型；玉米脫粒機(jī)；設(shè)計(jì)

玉米芯軸與籽粒的連接強(qiáng)度決定了玉米脫粒的難易程度。籽粒的連接強(qiáng)度與玉米的品種、成熟度、濕度有關(guān)。隨著這些因素的變化，破壞玉米芯與籽粒連接所需的力是不相同的，而且同一穗上不同部分籽粒的脫粒的難易程度也有區(qū)別為方便研究，簡化為懸臂梁模型較為合適：籽粒與芯軸的聯(lián)接，可以把芯軸看成是懸壁，籽?？闯墒菓冶?。據(jù)測量，籽粒的長度為0.7-1.1cm，為便于研究，現(xiàn)取籽粒長度為0.9cm，籽粒間相互緊挨著。

沖擊力的水平分力與玉米穗軸線平行時(shí)，在沖擊力與玉米穗軸線成θ角的情況下，保證不破損玉米籽粒脫下所需的脫粒功大；相反，沖擊力的水平分力方向與玉米穗軸線垂直時(shí)，在沖擊力與玉米穗軸線成θ角的情況下，保證不破損玉米籽粒脫下所需的脫粒功小。在相同沖擊力的情況下，沖擊力的水平分力與玉米穗軸線平行時(shí)，玉米穗上破碎籽粒多；相反，沖擊力的水平分力與玉米穗軸線垂直時(shí)，玉米穗上破碎籽粒少。

一、雙滾桿型玉米脫粒機(jī)的結(jié)構(gòu)及原理

對玉米脫粒機(jī)的工作要求是脫粒干凈、破損率小、分離能力強(qiáng)、功率消耗低、生產(chǎn)率高。為此，提高玉米脫粒機(jī)的脫粒效率和降低玉米粒的損傷率仍是研制玉米脫粒機(jī)的關(guān)鍵問題?，F(xiàn)進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，主要包括機(jī)架、進(jìn)料斗和脫粒、籽?；厥諜C(jī)構(gòu)等構(gòu)成，具體設(shè)計(jì)方案如下：

1.入料口

入料口與玉米脫粒機(jī)的上蓋部分相連，它是利用5mm厚的鐵板制成，入料部位與脫粒滾筒的齒部位相切，將已撥皮的玉米從入料口喂入（可額外配備一個(gè)槽形皮帶輸送機(jī)，以提高生產(chǎn)效率），下滑到脫粒部位，即兩個(gè)脫粒滾桿之間，進(jìn)行脫粒。

2.脫粒室

脫粒室采用安裝兩個(gè)平行且有間隙的滾動(dòng)桿（接近圓柱體的圓臺(tái)體，其上排布有突起的齒釘），兩桿作同向不同速的旋轉(zhuǎn)，對夾在兩滾桿間隙上方的玉米棒進(jìn)行擠搓，齒釘對玉米果穗施加垂直于芯軸線方向的擊打，空間感如示意圖。

（1）脫粒構(gòu)想：玉米果穗從進(jìn)料口喂入時(shí)，由于入料口的特殊形狀，玉米果穗在進(jìn)入脫粒室之初，其芯軸線基本上可與滾桿軸線實(shí)現(xiàn)平行。由于兩滾桿旋轉(zhuǎn)方向相同，在果穗與滾桿接觸部分的滾桿外邊處的兩切向力組成旋轉(zhuǎn)力矩，使果穗繞自身軸線旋轉(zhuǎn)，并且在螺旋滾桿外邊法向推力的軸向分力推動(dòng)下，使果穗沿平行于輥軸的方向運(yùn)動(dòng)。

（2）脫粒流程說明：玉米果穗通過機(jī)蓋上方的入料口喂入，V帶輪帶動(dòng)脫粒滾桿轉(zhuǎn)動(dòng)，脫粒滾桿以不同的轉(zhuǎn)速同方向轉(zhuǎn)動(dòng)。玉米果穗在脫粒的同時(shí)向排芯口運(yùn)動(dòng)，脫下的籽粒從兩滾桿間隙下落到集粒板（傾斜安裝）上，一起匯集到出?？?。在滾桿末端，設(shè)有排芯口，芯軸從這里排出。

3.機(jī)架部分

機(jī)架是由左機(jī)架、右機(jī)架、出料口、下滑板及穩(wěn)定結(jié)實(shí)的主機(jī)梁組成，機(jī)架是玉米脫粒機(jī)的主要支撐，承擔(dān)著脫粒機(jī)的主要重量和動(dòng)力、負(fù)載和力矩。機(jī)架的兩部分要各自穩(wěn)定，且相對固定，以便做到機(jī)械在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中不會(huì)產(chǎn)生晃動(dòng)、歪斜，造成人身危險(xiǎn)，因此為了機(jī)架的堅(jiān)固，此玉米脫粒機(jī)的設(shè)計(jì)和傳統(tǒng)脫粒機(jī)一樣，也采用3mm厚的鐵制成。

二、各項(xiàng)參數(shù)設(shè)定和驗(yàn)算

1.滾桿尺寸擬定

在轉(zhuǎn)速與喂入量確定的情況下，兩輥的直徑都較小時(shí)，兩輥外緣對果穗的作用較強(qiáng)，脫粒時(shí)間短，脫凈率差，脫粒也慢。相反，兩輥的直徑都較大時(shí)，兩輥外緣對果穗的作用較弱，脫粒時(shí)間長，脫凈率好，脫?？?，但也相應(yīng)的其他設(shè)備也需加大。滾桿的長度在很大程度上決定了整機(jī)的尺寸，考慮到本論文設(shè)計(jì)定位是家庭使用，體積和生產(chǎn)率均需要適中。設(shè)定脫粒滾桿桿長L=1.00m（考慮到機(jī)器使用場所），可同時(shí)擠搓4-6個(gè)玉米棒；桿粗直徑設(shè)定為D=0.1m，即R=0.05m，其他具體數(shù)值見二維圖標(biāo)注。

2.兩滾桿間隙度

關(guān)于間隙大小的擬定，間隙大，增大了脫粒空間，可提高工作效率，但太大會(huì)使脫粒干凈的小玉米芯從間隙漏下；太小會(huì)影響籽粒的通過性，易造成堵塞，所以要在保證果穗能脫凈、玉米芯通不過間隙和籽粒能順利通過間隙的條件下，盡可能采用大間隙。玉米果穗直徑平均為35mm，芯軸直徑平均為26mm，為確保玉米芯軸最終是從滾桿末端移出，可計(jì)算出滾桿之間間隙合適值設(shè)定為40-48cm，這樣既可保證芯軸不在間隙處落下，也確保籽粒正常落下。

3.滾桿上齒釘?shù)脑O(shè)定

另外，滾桿上安裝有擊打籽粒的小齒釘，考慮到玉米果穗上的籽粒列數(shù)為12-18，滾桿每周分布24個(gè)齒釘，且呈現(xiàn)螺旋狀排布。齒釘大體是圓錐體狀，底面直徑0.8cm，高1.1cm，為避免齒釘尖端對籽粒的破損，齒釘在制作工藝中將對尖端進(jìn)行磨鈍處理，倒圓半徑為1.5mm。

4.滾桿轉(zhuǎn)速確定

查資料得出滾桿的轉(zhuǎn)速范圍為444-715/min，為確保玉米脫粒率，速度在此范圍內(nèi)應(yīng)取稍大一點(diǎn)的數(shù)值。在滾桿的范圍的限制下，設(shè)定轉(zhuǎn)速較快的滾桿轉(zhuǎn)速n1為600 r/min，轉(zhuǎn)速較慢的滾桿轉(zhuǎn)速為n2=300r/min。

又由線速度V=πdn/60，具體得v1=1.884m/s，v2=0.942m/s。

5.脫粒室尺寸

機(jī)蓋與脫粒輥形成一個(gè)封閉的脫?？臻g，果穗在其中作復(fù)合運(yùn)動(dòng)，即繞自身軸線回轉(zhuǎn)，同時(shí)沿兩輥軸線方向移動(dòng)。頂蓋的中心高度H決定著脫粒區(qū)的大小，增大H，可增加喂入量，但降低了脫粒效果；H減小時(shí)，降低了喂入量，卻提高了脫粒效果。機(jī)蓋頂?shù)綕L桿中心軸距離擬定為120mm。

玉米脫粒機(jī)是農(nóng)作物玉米脫粒機(jī)器，其主要功能是將玉米與玉米芯分開，達(dá)到玉米脫粒的效果，此產(chǎn)品是一種先進(jìn)的機(jī)型，生產(chǎn)率適中，最主要優(yōu)勢是破損率低。但此產(chǎn)品也有一些不足之處，比如它的生產(chǎn)效率難以提高、控制方面技術(shù)含量低等缺點(diǎn)。因此，在今后還要對玉米脫粒機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行深度開發(fā)和研究，使玉米脫粒機(jī)更人性化，更效率化。

參考文獻(xiàn)：

[1] 宋彥文，常友山.《玉米脫粒機(jī)的改進(jìn)》.

[2] 王冰.《玉米脫粒機(jī)試驗(yàn)方法的編制》農(nóng)機(jī)質(zhì)量與監(jiān)督.