玉米定向分选排序上料系统的自动化设计

张会萍 陈卓然 王志琰

摘   要：本文主要从玉米自动上料阐述玉米剥皮装置。上料系统装置中，我们设计了一种定向分选排序上料系统，上料装置主要功能是将堆落在一起的玉米果穗平铺传送，传送到单行传输装置中进行单行传输，经过检测装置检测是否与设定一致，根据检测结果进行下一步的玉米果穗分选，一部分不合乎设定标准的玉米果穗进入回收系统不参与下一步的处理，或者进入反向单行输送装置，最终的目的是：除尺寸不合乎标准的玉米外，其余所有玉米果穗得到顺序一定，并单行传输到下一个环节。我们对上料传动装置的传动速度、传送角度等进行讨论、分析。

关键词：自动上料  玉米剥皮  性能指标

中图分类号：TP23                                   文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）11（a）-0095-02

作为农业大国，我国一直以来都是玉米的种植和产量大国，稳居世界第二[1]。我国农业机械起步较晚，玉米联合收割更没有广泛应用[2-4]，据统计，到2013年底，我国玉米机收率不到50%，截至2018年，我国玉米机收率也达不到90%，而发达国家推广的大型联合收割机，从摘穗到脱粒瞬间完成，这些欧洲国家20世纪末就基本完成了玉米收获机械化。机械剥皮中，效率和剥净率是衡量机械好坏的很重要的参数，如何提高效率、玉米剥净率尤为重要。

1  玉米上料装置设计

1.1 设计思路

为了解决玉米剥皮机械上料系统的缺陷，本文采用切根的方法进行剥皮的预处理，我们可以采用人工方式使玉米方向性保持一致，但人工成本高，而且速度慢，效率低。基于以上因素的考虑，我们设计了自动化分选排序上料系统，如图1所示。

自动化分选排序上料系统包括以下几个部分：Ⅰ排序上料装置、Ⅱ单行传输装置、Ⅲ检测装置、Ⅳ定向分选装置、Ⅴ玉米穗回收装置、Ⅵ正向单行传输装置、Ⅶ反向单行输送装置、Ⅷ计算机控制端排序上料装置主要功能是将堆落在一起的玉米果穗平铺传送，传送到单行传输装置中进行单行传输，经过检测装置检测是否与设定一致，根据检测结果进行下一步的玉米果穗分选，一部分不合乎设定标准的玉米果穗进入回收系统不参与下一步处理，最终目的是：除尺寸不合乎标准的玉米外，其余所有玉米果穗顺序一定，并单行传輸到下一个环节。

整个玉米定向分选排序上料系统的流程为：鲜食玉米—上料—单层平铺—单行输送—尺寸形状方向检测—定向分选—切根—剥皮—深加工。

1.2 上料系统设计及工作原理

本文设计的自动化上料系统包括七个主要部分，分别是上料系统减速电机、上料系统传动皮带、上料系统送料滚筒、上料系统传送带、上料系统玉米穗箱、上料系统挡板、上料系统机架。

上料系统减速电机、送料滚筒、玉米穗箱、挡板焊接于机架上，机架通过自身重力可平稳地固定于地面，不需要额外的装置固定。减速电机通过传动皮带与送料滚筒连接，塑料滚筒转动从而带动皮带传动，运输玉米果穗。

上料传动装置主要包括电机、皮带、滚筒、传送带，电机与滚筒通过皮带相连接，电机与滚筒具有相同的角速度W，传送带的速度V=W·R，R为滚筒的半径，决定传送带传输速度的因素有电机角速度（功率）、滚筒半径。我们使用的电机为可调速的变频电机，可以根据需要设置不同的速度。传送带的倾角要适宜，不宜过大。

对玉米穗受力分析，设传送皮带与地面倾角为α，玉米果穗的自身重力mg，与传送带间的最大静摩擦力为f，玉米果穗对传送带的支持力为F，沿着斜面方向建立平面直角坐标系，不在坐标系上的重力分解成两个力：沿着斜面的力mgsinα，垂直于斜面的力mgcosα，由于电机匀速转动，所以传送带也匀速上移，玉米受力平衡，由平衡方程得：

F=mgcosα

f=mgsinα

当倾斜角α变大时，sinα的值变大，重力mg不变，则摩擦力f变大，当f的值增大到最大静摩擦时，玉米穗就会沿着斜面下滑，不能达到传送带顶部。所以倾角的选取不能过大，经过试验与分析，我们选取的角度为20°。

2  玉米检测装置设计

玉米检测装置包括检测系统机架、线激光器、ccd/cmos传感器三个主要部分，玉米检测系统由检测系统机架、线激光器、cmos传感器构成，线激光器与cmos传感器成一定的角度固定在检测系统的机架上。当玉米穗从单行传输装置传输经过线激光器后，线激光器通过激光扫描，将扫描情况传输给cmos传感器，传感器将所得信号传输给计算机，计算机经过分析处理后得到玉米穗的形状、尺寸、方向，之后计算机与事先预定的玉米穗特征相对比，判断是否与设定一致，再做下一步指令。

3  玉米分选装置设计

本文设计的玉米分选装置由分选系统机架、分选系统电机、分选系统皮带、拨打轮组成，分选系统电机与拨打轮通过皮带连接并固定在机架上。拨打轮按照一定的角度、位置、方向进行设置，当检测系统检测出单行传输系统传输过来的玉米穗不符合设定尺寸规格时，电脑指令控制拨打轮将该玉米穗拨打到回收装置玉米箱中;当检测系统检测出单行传输系统传输过来的玉米穗与设定方向相反时，拨打轮将此玉米拨打入反向单行传输系统;当检测系统检测出单行传输系统传输过来的玉米穗与设定一致时，玉米果穗直接通过分选装置，进入下一处理程序阶段。

4  结语

在玉米自动上料系统装置中，我们设计了一种定向分选排序上料系统，上料装置将堆落在一起的玉米果穗平铺传送，传送到单行传输装置中进行单行传输，经过检测装置后进行下一步的玉米果穗分选，不合乎设定标准的玉米果穗进入回收系统。文中对上料传动装置的传动速度、传送角度等进行讨论、分析。

参考文献

[1] 宋玉祥，师瑞娟.世界玉米生产与分布[J].地理教育，2007（1）：78.

[2] 董佑福.实现玉米机收新跨越[J].农机科技推广， 2007（8）：19-21.

[3] 用机械化学术研讨会论文集[C].沂州山西省农业机械学会，2003.

[4] 李明，李志杰.浅析玉米联合收获机械化发展与对策[J].农业机械，2006（2）：123.