一種新型玉米脫粒、玉米芯粉碎一體機的設計*

汪東洋 ， 朱興蘊 ， 劉春雨 ， 李 超 ， 房明峰 ， 王鳳娟

（齊齊哈爾大學機電工程學院，黑龍江 齊齊哈爾 161006）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，農(nóng)業(yè)發(fā)展的步伐也越來越快，同時還帶動了重工業(yè)的發(fā)展，如何保證玉米的產(chǎn)量以及玉米芯的回收利用成為一道亟待解決的難題。由于我國是玉米種植大國，玉米的種植區(qū)域較廣，特別是在北方，玉米產(chǎn)量較高，但玉米脫粒的方法還有待提高，只有簡陋低效的機器，大型玉米收割機的價格也十分昂貴，并不適合玉米種植面積少的種植戶。目前，糧農(nóng)普遍通過大機器進行脫粒直接出售，有的使用中型機器脫粒用作它用。之前老式的玉米脫粒機結構簡單，噪聲非常大，并且經(jīng)常由于機器老化導致玉米未完全實現(xiàn)脫粒，以及因為機器老化導致玉米粒破碎，極大地降低了玉米的產(chǎn)量。

針對上述問題，本團隊進行了深入的調(diào)研和討論，并設計了一種新型玉米脫粒、玉米芯粉碎一體機[1]。它既可以提高效率又可以減少浪費，最重要的是能保障玉米產(chǎn)量，既實現(xiàn)了多功能，又提高了玉米種植帶來的經(jīng)濟收入。

1 設計理念

本團隊設計了一種新型玉米脫粒、玉米芯粉碎一體機，該機器采用新型玉米脫粒裝置與玉米芯粉碎機器，相比于傳統(tǒng)玉米脫粒裝置，極大地避免了玉米粒的破碎，從而提高了脫粒率，并采用螺旋式脫粒裝置，使其脫粒的玉米達到更高的完整度[2]。該機器使用時可調(diào)頻電動機，根據(jù)玉米的進給量有效控制功率，可降低成本。而且還完美地結合了輕型粉碎機器，更好地對玉米芯進行回收處理，最大化利用其價值。此外，本團隊在很多銜接關鍵處提出了一些新奇的想法，使得該機器可以達到更高的作業(yè)效率[3-5]。

2 系統(tǒng)結構示意圖及工作流程設計

2.1 結構示意三維圖

1）新型玉米脫粒、玉米芯粉碎一體機三維模型圖如圖1所示，玉米脫粒、玉米芯粉碎一體機由入料口、滾筒、凹板、傳動軸、傳送帶、可調(diào)頻電動機、改裝風扇、機架、脫粒裝置、篩體、螺旋導桿、下滑板、玉米芯擋板、粉碎機及其外殼、電機、支架、接收裝置、粉碎機齒輪保護罩、粉碎機防灰裝置、沖孔板、粉碎機擋板、粉碎機傳送帶等組成[6]。

圖1 新型玉米脫粒、玉米芯粉碎一體機結構圖

2）通過新型玉米脫粒、玉米芯粉碎一體機剖視圖可更加清楚、直觀地了解模型，如圖2所示。該新型玉米脫粒、玉米芯粉碎一體機充分實現(xiàn)了玉米脫粒和玉米芯粉碎二合一的目的，解決了當代農(nóng)用機械脫粒效率低和玉米芯難處理的問題，同時也大大緩解了環(huán)境污染，提高了玉米芯的回收利用價值[7]，具有廣闊的市場前景和應用價值。

圖2 新型玉米脫粒、玉米芯粉碎一體機展開三維模型圖

2.2 工作流程

首先將玉米棒送入入料口；放入入料口后的玉米棒進入滾筒，被電動機帶動的脫粒裝置進行脫粒；脫粒結束后，玉米粒自篩體下滑至下滑板處并集中進行收集；玉米粒落下后，由電動機帶動的改裝風扇將玉米粒表面灰塵吹出；同時將玉米芯送到玉米芯擋板并集中進行收集；玉米芯最終進入粉碎裝置，對玉米芯進行粉碎回收處理。工作流程圖如圖3所示。

圖3 新型玉米脫粒、玉米芯粉碎一體機工作流程

該新型玉米脫粒、玉米芯粉碎一體機優(yōu)點眾多：可以減少玉米粒的損壞，提高玉米利用率；整個裝置采用密封式結構，防止飛濺物飛出；在風扇吹出粉塵后設有專門收集粉塵的裝置，益于環(huán)保；采用可調(diào)頻式電動機，可根據(jù)頻率自動調(diào)節(jié)速度；在機架底部加裝緩震底座，可以減少工作過程產(chǎn)生的機體震動；可根據(jù)所需玉米芯顆粒的大小，更換粉碎裝置的刀片。

2.3 等效應力分析

采用ANSYS軟件，對床板結構進行有限元分析，分析內(nèi)容主要包括等效應力分析、等效應變分析以及總形變分析[8-11]。?

2.3.1 等效應力分析

螺旋裝置的等效應力分布云圖的結果，如圖4所示。經(jīng)過等效應力分析，此刀片應力最大值為30.02 MPa，主要集中在刀片的螺旋位置。刀片根部的等效應力最大值小于普通碳鋼的屈服極限220 MPa，符合強度要求。

圖4 應力分布云圖

2.3.2 等效應變分析

螺旋裝置的等效應變分布云圖的結果，如圖5所示。經(jīng)過等效應變分析，此刀片應變最大值為1.067×10-4，主要集中在刀片的螺旋部位。刀片螺旋部位等效應變數(shù)值很小，刀片材料能夠滿足應變的要求。

圖5 應變分布云圖

2.3.3 總形變分析

螺旋裝置的總形變分布云圖的結果，如圖6所示。經(jīng)過總形變分析，此輪系最大整體變形量為0.023 47 mm，變形主要發(fā)生在刀片頂部，變形量較小，基本符合齒輪嚙合的理論變形趨勢，滿足刀片的強度和剛度需求。

圖6 總形變分布云圖

3 創(chuàng)新理念

國內(nèi)還未出現(xiàn)將玉米脫粒、玉米芯粉碎結合一體的農(nóng)用機械，新型玉米脫粒、玉米芯粉碎一體機充分實現(xiàn)了玉米脫粒和玉米芯粉碎二合一這一目的，解決了當代農(nóng)用機械脫粒效率低和玉米芯難處理的問題；同時也大大緩解了環(huán)境污染，有效地避免了脫粒過程中玉米的破碎，提高了脫粒率和脫粒完整度，實現(xiàn)玉米脫粒的同時進行玉米芯粉碎處理，更便于回收處理玉米芯，提升玉米芯的回收利用價值。新型玉米脫粒、玉米芯粉碎一體機更加多功能化，能夠提高玉米采收利用效率，為我國智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供了一種可靠性思路。

4 結束語

綜上所述，新型玉米脫粒、玉米芯粉碎一體機解決了玉米利用過程中遇到的玉米芯利用不充分、玉米脫粒不完全等問題，為新型農(nóng)用機械的發(fā)展提供了一條新思路。該裝置將玉米脫粒機、玉米芯粉碎機進行有機結合，使得玉米利用過程更加便捷，并且可以適應較復雜的工作環(huán)境。通過設計除塵倉，可以避免使用時造成的環(huán)境污染等問題，從而更好地保護環(huán)境。在實際生產(chǎn)過程中，該裝置能滿足不同的工作需求，真正實現(xiàn)“一機兩用、兩用合一”，具有廣闊的市場前景和應用價值。