新型玉米脱粒机的设计

龚琼玉

摘 要：玉米收获工作是整个玉米生产过程中最重要的一环，而玉米籽粒脱粒则是收获工作中的关键环节，它决定了玉米籽粒的破损程度。所以，降低玉米种子脱粒损伤成为机械脱粒的主要问题。在脱粒过程中，若要减小籽粒的机械损伤，最好的办法是将玉米穗有规则地喂人，从玉米穗两头外缘的籽粒开始有规则地逐个柔和地脱粒。本文在传统脱粒机结构的基础上，改进脱粒室结构，采用安装两个平行且有间隙的滚动杆，两杆作同向不同速的旋转，对夹在两滚杆间隙上方的玉米棒进行挤搓，实现齿钉对玉米果穗施加垂直于芯轴线方向的击打。

关键词：新型；玉米脱粒机；设计

玉米芯轴与籽粒的连接强度决定了玉米脱粒的难易程度。籽粒的连接强度与玉米的品种、成熟度、湿度有关。随着这些因素的变化，破坏玉米芯与籽粒连接所需的力是不相同的，而且同一穗上不同部分籽粒的脱粒的难易程度也有区别为方便研究，简化为悬臂梁模型较为合适：籽粒与芯轴的联接，可以把芯轴看成是悬壁，籽粒看成是悬臂。据测量，籽粒的长度为0.7-1.1cm，为便于研究，现取籽粒长度为0.9cm，籽粒间相互紧挨着。

冲击力的水平分力与玉米穗轴线平行时，在冲击力与玉米穗轴线成θ角的情况下，保证不破损玉米籽粒脱下所需的脱粒功大；相反，冲击力的水平分力方向与玉米穗轴线垂直时，在冲击力与玉米穗轴线成θ角的情况下，保证不破损玉米籽粒脱下所需的脱粒功小。在相同冲击力的情况下，冲击力的水平分力与玉米穗轴线平行时，玉米穗上破碎籽粒多；相反，冲击力的水平分力与玉米穗轴线垂直时，玉米穗上破碎籽粒少。

一、双滚杆型玉米脱粒机的结构及原理

对玉米脱粒机的工作要求是脱粒干净、破损率小、分离能力强、功率消耗低、生产率高。为此，提高玉米脱粒机的脱粒效率和降低玉米粒的损伤率仍是研制玉米脱粒机的关键问题。现进行改进优化，主要包括机架、进料斗和脱粒、籽粒回收机构等构成，具体设计方案如下：

1.入料口

入料口与玉米脱粒机的上盖部分相连，它是利用5mm厚的铁板制成，入料部位与脱粒滚筒的齿部位相切，将已拨皮的玉米从入料口喂入（可额外配备一个槽形皮带输送机，以提高生产效率），下滑到脱粒部位，即两个脱粒滚杆之间，进行脱粒。

2.脱粒室

脱粒室采用安装两个平行且有间隙的滚动杆（接近圆柱体的圆台体，其上排布有突起的齿钉），两杆作同向不同速的旋转，对夹在两滚杆间隙上方的玉米棒进行挤搓，齿钉对玉米果穗施加垂直于芯轴线方向的击打，空间感如示意图。

（1）脱粒构想：玉米果穗从进料口喂入时，由于入料口的特殊形状，玉米果穗在进入脱粒室之初，其芯轴线基本上可与滚杆轴线实现平行。由于两滚杆旋转方向相同，在果穗与滚杆接触部分的滚杆外边处的两切向力组成旋转力矩，使果穗绕自身轴线旋转，并且在螺旋滚杆外边法向推力的轴向分力推动下，使果穗沿平行于辊轴的方向运动。

（2）脱粒流程说明：玉米果穗通过机盖上方的入料口喂入，V带轮带动脱粒滚杆转动，脱粒滚杆以不同的转速同方向转动。玉米果穗在脱粒的同时向排芯口运动，脱下的籽粒从两滚杆间隙下落到集粒板（倾斜安装）上，一起汇集到出粒口。在滚杆末端，设有排芯口，芯轴从这里排出。

3.机架部分

机架是由左机架、右机架、出料口、下滑板及稳定结实的主机梁组成，机架是玉米脱粒机的主要支撑，承担着脱粒机的主要重量和动力、负载和力矩。机架的两部分要各自稳定，且相对固定，以便做到机械在运转过程中不会产生晃动、歪斜，造成人身危险，因此为了机架的坚固，此玉米脱粒机的设计和传统脱粒机一样，也采用3mm厚的铁制成。

二、各项参数设定和验算

1.滚杆尺寸拟定

在转速与喂入量确定的情况下，两辊的直径都较小时，两辊外缘对果穗的作用较强，脱粒时间短，脱净率差，脱粒也慢。相反，两辊的直径都较大时，两辊外缘对果穗的作用较弱，脱粒时间长，脱净率好，脱粒快，但也相应的其他设备也需加大。滚杆的长度在很大程度上决定了整机的尺寸，考虑到本论文设计定位是家庭使用，体积和生产率均需要适中。设定脱粒滚杆杆长L=1.00m（考虑到机器使用场所），可同时挤搓4-6个玉米棒；杆粗直径设定为D=0.1m，即R=0.05m，其他具体数值见二维图标注。

2.两滚杆间隙度

关于间隙大小的拟定，间隙大，增大了脱粒空间，可提高工作效率，但太大会使脱粒干净的小玉米芯从间隙漏下；太小会影响籽粒的通过性，易造成堵塞，所以要在保证果穗能脱净、玉米芯通不过间隙和籽粒能顺利通过间隙的条件下，尽可能采用大间隙。玉米果穗直径平均为35mm，芯轴直径平均为26mm，为确保玉米芯轴最终是从滚杆末端移出，可计算出滚杆之间间隙合适值设定为40-48cm，这样既可保证芯轴不在间隙处落下，也确保籽粒正常落下。

3.滚杆上齿钉的设定

另外，滚杆上安装有击打籽粒的小齿钉，考虑到玉米果穗上的籽粒列数为12-18，滚杆每周分布24个齿钉，且呈现螺旋状排布。齿钉大体是圆锥体状，底面直径0.8cm，高1.1cm，为避免齿钉尖端对籽粒的破损，齿钉在制作工艺中将对尖端进行磨钝处理，倒圆半径为1.5mm。

4.滚杆转速确定

查资料得出滚杆的转速范围为444-715/min，为确保玉米脱粒率，速度在此范围内应取稍大一点的数值。在滚杆的范围的限制下，设定转速较快的滚杆转速n1为600 r/min，转速较慢的滚杆转速为n2=300r/min。

又由线速度V=πdn/60，具体得v1=1.884m/s，v2=0.942m/s。

5.脱粒室尺寸

机盖与脱粒辊形成一个封闭的脱粒空间，果穗在其中作复合运动，即绕自身轴线回转，同时沿两辊轴线方向移动。顶盖的中心高度H决定着脱粒区的大小，增大H，可增加喂入量，但降低了脱粒效果；H减小时，降低了喂入量，却提高了脱粒效果。机盖顶到滚杆中心轴距离拟定为120mm。

玉米脱粒机是农作物玉米脱粒机器，其主要功能是将玉米与玉米芯分开，达到玉米脱粒的效果，此产品是一种先进的机型，生产率适中，最主要优势是破损率低。但此产品也有一些不足之处，比如它的生产效率难以提高、控制方面技术含量低等缺点。因此，在今后还要对玉米脱粒机的结构进行深度开发和研究，使玉米脱粒机更人性化，更效率化。

参考文献：

[1] 宋彦文，常友山.《玉米脱粒机的改进》.

[2] 王冰.《玉米脱粒机试验方法的编制》农机质量与监督.