環(huán)保降噪型玉米脫皮機

周孔生 陳江波 徐樂樂 鄭澤軍 王磊 湯先燦

摘要：針對我國玉米收獲時，玉米進行手工剝皮工序生產(chǎn)勞動關系強度大，費工時和誤農(nóng)時，影響中國玉米的產(chǎn)量和質(zhì)量;自動化剝皮所產(chǎn)生的噪音、苞葉粉碎物形成的污染設計了一種環(huán)保降噪型玉米脫皮機。剝皮機的大致形狀為：電機安裝在動力座上，驅(qū)動軸安裝在軸承座上，傳動軸通過皮帶與電機連接，傳動軸上設有螺條和橡膠釘，傳動軸通過齒輪與傳動軸相匹配。設計將選用一個永磁進行同步實現(xiàn)電機（Permanent Magnet Synchronous Motor， PMSM）為主管理控制研究中心，本實用新型降低了加工裝配成本，省去了收集環(huán)和電刷，提高了電機運行的可靠性。它能夠完全替代人力，具有功能全面，低成本，高可靠性等特點，并且它能夠適應一些復雜工作區(qū)域，能夠?qū)崿F(xiàn)完整式作業(yè)。

關鍵詞：環(huán)保;降噪;脫皮機;工作效率高;成本低

引言

我國玉米終年種植面積在2400萬公頃左右，居世界第二位，單產(chǎn)每公頃大約在5000公斤，明顯高于世界平均水平。據(jù)調(diào)查，脫皮機在中國農(nóng)村依然廣泛應用于玉米等農(nóng)作物的去皮。中國約60%的玉米使用電力或人工剝皮機。從上世紀90年代開始，我國多家公司研制了60多種種玉米脫皮機，面向玉米脫皮機有關專利有64項。從結(jié)構(gòu)形式來看，主要有以下幾種機型：側(cè)置披掛式玉米脫皮機，一般帶有秸稈粉碎裝置，可以同步完成玉米的摘穗、集箱和秸稈粉碎等作業(yè)。背負式玉米脫皮機：與兩行機摘穗機構(gòu)多為摘穗輥式，具有一定的脫皮功能。牽引式玉米去皮機：可與履帶式或輪式拖拉機配套使用。近十年來，實現(xiàn)玉米機械化收獲的呼聲不斷高漲。政府、科研機構(gòu)和社會企業(yè)對玉米收獲市場持樂觀態(tài)度，但玉米去皮機的推廣效果并不好。政策、種植模式等因素是影響種植業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要因素。然而，機床適應性差也是主要原因之一。國家正在大力發(fā)展中小型專用玉米剝皮機。近期玉米剝皮作業(yè)方式為：人工摘穗后，用專用玉米剝皮機完成田間剝皮作業(yè)。這種方法不僅可以大大提高工作效率，而且可以大大減少一次性購買機具的投資。農(nóng)民不需要每戶購買玉米剝皮機，但可以使用農(nóng)機專戶的玉米剝皮機進行集中剝皮作業(yè)，設備利用率大大提高。農(nóng)民不用一次性購買機具，只花一部分加工費，農(nóng)機專業(yè)戶也可獲得可觀的經(jīng)濟收入。因此，開發(fā)適合中國國情的玉米脫皮機型成為國內(nèi)玉米脫皮機械研究的一個新重點。環(huán)保降噪型玉米脫皮機主要運用于大型工廠集中性的工作，會降低所造成的環(huán)境污染等問題。

1硬件系統(tǒng)設計

1.1脫皮機輥結(jié)構(gòu)

在該裝置中我們采用魚鱗輥結(jié)構(gòu)，它具有強度大并且耐用的特點。在可使用的壽命內(nèi)可以至少完成4000畝地玉米的拖皮工作，具有非常好的使用價值。在工作齒輪嚙合的過程中精度系數(shù)高，在機器工作過程中可以在云臺控制中精準的工作。

1.2脫皮機傳送機構(gòu)

在傳送帶方面我們決定采用網(wǎng)帶傳送帶，網(wǎng)帶，耐熱強度高，抗腐性強，強硬耐用，不易變形，拉力均勻，且維護簡單，抗拉強度大，容許張力大，抗壓強。正好可以克服玉米對傳送帶的磨損。使玉米在脫皮前后的運輸過程能更好的進行。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.3脫皮機防護結(jié)構(gòu)

由于普通機器在工作時會產(chǎn)生大量的廢料廢屑和非常巨大的噪音，十分嚴重的影響了周圍人們的健康和情緒。所以我們將采用玻璃棉、麻棉毛氈、有機纖維材料、巖棉、礦棉以及聚苯乙烯泡沫塑料這幾種材料對機器進行全方位的包裹，我們將通過共振吸引結(jié)構(gòu)的方式，達到隔絕聲音和保護環(huán)境的功效。在安全方面，此防護機構(gòu)可以防止外來異物的進入來影響機器的工作運行;還可以對周圍的人員進行防護，機器外圍有玻璃棉等進行保護。

1.4電動機系統(tǒng)

在電機方面，我們將選擇永磁同步電機。該同步馬達的工作原理與普通電勵磁同步馬達在功能方面基本相同，但永磁同步電機采用永磁勵磁代替勵磁繞組，使電機結(jié)構(gòu)簡單，從而降低了加工裝配產(chǎn)生的成本，同時也省去了易出問題的集電環(huán)和電刷，提高了電機運行的可靠性。由于無需勵磁電流，沒有勵磁損耗，提高了系統(tǒng)電動機的工作學習效率。永磁同步電機的主要部件有：轉(zhuǎn)子、定子、端蓋等部件。PMSM的定子結(jié)構(gòu)主要指通過定子鐵芯和定子繞組設計兩部分。目前，定子繞組有兩種類型： 分布式和集中式。分布式繞組與異步電動機的定子多相交流繞組相似，一般我們希望通過分布在定子槽中的定子繞組之間產(chǎn)生的理想磁通勢為正弦波，然而中國實際工作繞組不會發(fā)展產(chǎn)生一個理想的正弦波。在整體的結(jié)構(gòu)方面永磁同步機也起到了橋梁作用。連接了供電系統(tǒng)、粉碎系統(tǒng)與其子系統(tǒng)之間的整體聯(lián)系。整體設計框圖如圖2所示。

2軟件系統(tǒng)設計

該系統(tǒng)程序設計部分主要有基于SolidWorks軟件三維模型的設計，基于Altium Designer軟件的電路設計，基于Keil軟件進行程序設計，系統(tǒng)控制技術路線等。

2.1基于SolidWorks軟件三維模型的設計

為保證建模效果使用SolidWorks軟件，繪制各部件的零件圖。首先在solidwork中新建一個零件，根據(jù)二維圖形和構(gòu)思進行相應的特征處理，進而完成零件的繪制，將各個部分的零件繪制成功后進行裝配工作，進而來檢驗模型的結(jié)構(gòu)設計，確保實物能夠順利的組裝起來，以實現(xiàn)實物的運行。裝配體如圖3所示。

2.2基于Altium Designer軟件的電路設計

使用Altium Designer軟件進行系統(tǒng)電路原理圖的處理設計和有關PCB圖繪制，進入軟件后默認打開的界面為Home界面。在Home界面文件工具欄下新建按鈕，在右側(cè)的對話框中點擊工程按鈕，在右側(cè)的對話框中選中PCB。進入PCB設計界面，開始進行設計電路的原理圖。

電路原理圖設計完成后單擊工程按鈕，對原理圖進行編譯，在彈出的下拉菜單中點擊編譯按鈕。編譯完成后若檢驗沒有錯誤則可以將原理圖更新到PCB中。點擊設計工具欄，在彈出的下拉菜單中點擊更新按鈕，將原理圖更新到PCB中，在確定完板子大小后，對PCB版面進行布局和布線。

2.3基于Keil軟件的程序設計和C語言的編程

環(huán)保降噪型玉米脫皮機的程序設計使用C語言編程。C語言風險高，開發(fā)周期長，可移植性差。但是與其他語言的編譯器相比，C編譯器生成機器代碼的速度非?？臁編譯器可以在兩秒鐘內(nèi)編譯大約1000行代碼。C編譯器的另一個優(yōu)點是它還優(yōu)化了學生更快的代碼進行執(zhí)行發(fā)展速度。C是一種面向過程的語言，用戶在其中創(chuàng)建過程或函數(shù)來執(zhí)行任務。面向社會過程的語言很容易進行學習，因為它遵循相關算法來執(zhí)行語句。要用面向過程的語言開發(fā)程序，您需要繪制/編寫算法，然后開始將它們轉(zhuǎn)換為程序或函數(shù)。C語言的語法很容易理解。它使用諸如if、else、goto、switch、goto、main等關鍵詞。我們在日常生活中都使用這些關鍵詞來傳達意義或做出一些決定。

Keil 生成的目標代碼非常高效，大多數(shù)語句生成的匯編代碼緊湊，易于理解。在開發(fā)一個大型企業(yè)軟件時更能體現(xiàn)高級管理語言的優(yōu)勢。Keil提供了一個完整的開發(fā)方案，包括c編譯器、宏匯編、鏈接器、庫管理和強大的模擬調(diào)試器，通過集成開發(fā)環(huán)境（μVision）將這些部分結(jié)合起來。使用keil5創(chuàng)建一個新的基于arm的項目并保存它，您可以編寫和調(diào)試該程序。

3結(jié)論

環(huán)保降噪型玉米脫皮機能夠完成自主進行玉米脫皮機一系列作業(yè)制造過程簡便，生產(chǎn)成本比較低廉，有效節(jié)約了人力，物力，從而降低了對資本的投入，同時又在過程中做到了高效率、安全作業(yè)，從而是新時期自動化、智能化技術的大集合。我們所進行設計的機械必須能夠適應世界上下任何種類的玉米，而且通過實地測試證明我們所設計的機械不論是在脫皮效率或是節(jié)能環(huán)保性等各個方面，均優(yōu)勝于其他同一種類的機械產(chǎn)品。而近年來隨著玉米生產(chǎn)的規(guī)模擴大，玉米穗蛻皮的勞動條件也提高了，這不但會增加人類對農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)的需求，更會提高了農(nóng)業(yè)市場對玉米脫皮機的需求量。

本次設計實現(xiàn)的主要任務如下：

（1）簡述了玉米脫皮機在國內(nèi)外的現(xiàn)存研究現(xiàn)狀，并對國內(nèi)外的現(xiàn)狀進行技術路線和擬解決問題進行模擬和解決。并且說明了本設計的研究意義和玉米脫皮機在國內(nèi)外未來的發(fā)展趨勢。

（2）設計環(huán)保降噪型玉米脫皮機結(jié)構(gòu)，運用了新型的機輥結(jié)構(gòu)，關鍵機構(gòu)采用3D打印技術進行零件打造。并且運用了永磁同步電機進行控制，以CSI攝像頭作為視覺傳輸?shù)挠布O計。在設計和構(gòu)建實物的過程中分析了環(huán)保降噪型玉米脫皮機所需要的各項需求功能，進而設計出了環(huán)保降噪型玉米脫皮機的各個硬件部分。

（3）利用KEIL5編程軟件完成環(huán)保降噪型玉米脫皮機程序的設計編寫，從部分到整體，從基本模塊調(diào)試到最終系統(tǒng)穩(wěn)定，完成環(huán)保降噪型玉米脫皮機的運行調(diào)試。

參考文獻

[1]赫爾松.設計生產(chǎn)KCKY-6系玉米剝皮機[J].烏克蘭·101·第27卷2007. 12

[2]鄧小紅.YT-1.5型小型玉米脫粒機的設計[J].湖南農(nóng)機，2009（2）.90- 93

[3]李立編著.玉米剝皮機技術及其應用.北京：電子工業(yè)出版社，2000

[4]黃缸著，邵遠編著.玉米剝皮機的原理應用.北京：高等教育出版社，1996

[5]松籽仁軟皮脫皮機.重慶市，巫溪縣綠野實業(yè)有限公司，2017-08-01.

[6]楊嘉鵬，徐立軍.馬鈴薯脫皮機試驗[J].農(nóng)村科技，2017（07）：67-68.

[7]電動玉米脫皮機[J].農(nóng)家致富，2006（18）：22.

[8]毛巖.“東山牌”電動玉米脫皮機[J].現(xiàn)代營銷（創(chuàng)富信息版），2006（09）：24.

作者簡介

周孔生（2002—），男，山東省濟寧市人，學士，研究方向：控制工程。

該項目由省級創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目《環(huán)保降噪型玉米脫皮機》（S20211332 0097）支持。