一种新型玉米脱粒、玉米芯粉碎一体机的设计*

汪东洋 ， 朱兴蕴 ， 刘春雨 ， 李 超 ， 房明峰 ， 王凤娟

（齐齐哈尔大学机电工程学院，黑龙江 齐齐哈尔 161006）

0 引言

随着我国经济的高速发展，农业发展的步伐也越来越快，同时还带动了重工业的发展，如何保证玉米的产量以及玉米芯的回收利用成为一道亟待解决的难题。由于我国是玉米种植大国，玉米的种植区域较广，特别是在北方，玉米产量较高，但玉米脱粒的方法还有待提高，只有简陋低效的机器，大型玉米收割机的价格也十分昂贵，并不适合玉米种植面积少的种植户。目前，粮农普遍通过大机器进行脱粒直接出售，有的使用中型机器脱粒用作它用。之前老式的玉米脱粒机结构简单，噪声非常大，并且经常由于机器老化导致玉米未完全实现脱粒，以及因为机器老化导致玉米粒破碎，极大地降低了玉米的产量。

针对上述问题，本团队进行了深入的调研和讨论，并设计了一种新型玉米脱粒、玉米芯粉碎一体机[1]。它既可以提高效率又可以减少浪费，最重要的是能保障玉米产量，既实现了多功能，又提高了玉米种植带来的经济收入。

1 设计理念

本团队设计了一种新型玉米脱粒、玉米芯粉碎一体机，该机器采用新型玉米脱粒装置与玉米芯粉碎机器，相比于传统玉米脱粒装置，极大地避免了玉米粒的破碎，从而提高了脱粒率，并采用螺旋式脱粒装置，使其脱粒的玉米达到更高的完整度[2]。该机器使用时可调频电动机，根据玉米的进给量有效控制功率，可降低成本。而且还完美地结合了轻型粉碎机器，更好地对玉米芯进行回收处理，最大化利用其价值。此外，本团队在很多衔接关键处提出了一些新奇的想法，使得该机器可以达到更高的作业效率[3-5]。

2 系统结构示意图及工作流程设计

2.1 结构示意三维图

1）新型玉米脱粒、玉米芯粉碎一体机三维模型图如图1所示，玉米脱粒、玉米芯粉碎一体机由入料口、滚筒、凹板、传动轴、传送带、可调频电动机、改装风扇、机架、脱粒装置、筛体、螺旋导杆、下滑板、玉米芯挡板、粉碎机及其外壳、电机、支架、接收装置、粉碎机齿轮保护罩、粉碎机防灰装置、冲孔板、粉碎机挡板、粉碎机传送带等组成[6]。

图1 新型玉米脱粒、玉米芯粉碎一体机结构图

2）通过新型玉米脱粒、玉米芯粉碎一体机剖视图可更加清楚、直观地了解模型，如图2所示。该新型玉米脱粒、玉米芯粉碎一体机充分实现了玉米脱粒和玉米芯粉碎二合一的目的，解决了当代农用机械脱粒效率低和玉米芯难处理的问题，同时也大大缓解了环境污染，提高了玉米芯的回收利用价值[7]，具有广阔的市场前景和应用价值。

图2 新型玉米脱粒、玉米芯粉碎一体机展开三维模型图

2.2 工作流程

首先将玉米棒送入入料口；放入入料口后的玉米棒进入滚筒，被电动机带动的脱粒装置进行脱粒；脱粒结束后，玉米粒自筛体下滑至下滑板处并集中进行收集；玉米粒落下后，由电动机带动的改装风扇将玉米粒表面灰尘吹出；同时将玉米芯送到玉米芯挡板并集中进行收集；玉米芯最终进入粉碎装置，对玉米芯进行粉碎回收处理。工作流程图如图3所示。

图3 新型玉米脱粒、玉米芯粉碎一体机工作流程

该新型玉米脱粒、玉米芯粉碎一体机优点众多：可以减少玉米粒的损坏，提高玉米利用率；整个装置采用密封式结构，防止飞溅物飞出；在风扇吹出粉尘后设有专门收集粉尘的装置，益于环保；采用可调频式电动机，可根据频率自动调节速度；在机架底部加装缓震底座，可以减少工作过程产生的机体震动；可根据所需玉米芯颗粒的大小，更换粉碎装置的刀片。

2.3 等效应力分析

采用ANSYS软件，对床板结构进行有限元分析，分析内容主要包括等效应力分析、等效应变分析以及总形变分析[8-11]。�

2.3.1 等效应力分析

螺旋装置的等效应力分布云图的结果，如图4所示。经过等效应力分析，此刀片应力最大值为30.02 MPa，主要集中在刀片的螺旋位置。刀片根部的等效应力最大值小于普通碳钢的屈服极限220 MPa，符合强度要求。

图4 应力分布云图

2.3.2 等效应变分析

螺旋装置的等效应变分布云图的结果，如图5所示。经过等效应变分析，此刀片应变最大值为1.067×10-4，主要集中在刀片的螺旋部位。刀片螺旋部位等效应变数值很小，刀片材料能够满足应变的要求。

图5 应变分布云图

2.3.3 总形变分析

螺旋装置的总形变分布云图的结果，如图6所示。经过总形变分析，此轮系最大整体变形量为0.023 47 mm，变形主要发生在刀片顶部，变形量较小，基本符合齿轮啮合的理论变形趋势，满足刀片的强度和刚度需求。

图6 总形变分布云图

3 创新理念

国内还未出现将玉米脱粒、玉米芯粉碎结合一体的农用机械，新型玉米脱粒、玉米芯粉碎一体机充分实现了玉米脱粒和玉米芯粉碎二合一这一目的，解决了当代农用机械脱粒效率低和玉米芯难处理的问题；同时也大大缓解了环境污染，有效地避免了脱粒过程中玉米的破碎，提高了脱粒率和脱粒完整度，实现玉米脱粒的同时进行玉米芯粉碎处理，更便于回收处理玉米芯，提升玉米芯的回收利用价值。新型玉米脱粒、玉米芯粉碎一体机更加多功能化，能够提高玉米采收利用效率，为我国智慧农业的发展提供了一种可靠性思路。

4 结束语

综上所述，新型玉米脱粒、玉米芯粉碎一体机解决了玉米利用过程中遇到的玉米芯利用不充分、玉米脱粒不完全等问题，为新型农用机械的发展提供了一条新思路。该装置将玉米脱粒机、玉米芯粉碎机进行有机结合，使得玉米利用过程更加便捷，并且可以适应较复杂的工作环境。通过设计除尘仓，可以避免使用时造成的环境污染等问题，从而更好地保护环境。在实际生产过程中，该装置能满足不同的工作需求，真正实现“一机两用、两用合一”，具有广阔的市场前景和应用价值。