新型玉米脫粒機的設計

龔瓊玉

摘 要：玉米收獲工作是整個玉米生產過程中最重要的一環，而玉米籽粒脫粒則是收獲工作中的關鍵環節，它決定了玉米籽粒的破損程度。所以，降低玉米種子脫粒損傷成為機械脫粒的主要問題。在脫粒過程中，若要減小籽粒的機械損傷，最好的辦法是將玉米穗有規則地喂人，從玉米穗兩頭外緣的籽粒開始有規則地逐個柔和地脫粒。本文在傳統脫粒機結構的基礎上，改進脫粒室結構，采用安裝兩個平行且有間隙的滾動桿，兩桿作同向不同速的旋轉，對夾在兩滾桿間隙上方的玉米棒進行擠搓，實現齒釘對玉米果穗施加垂直于芯軸線方向的擊打。

關鍵詞：新型；玉米脫粒機；設計

玉米芯軸與籽粒的連接強度決定了玉米脫粒的難易程度。籽粒的連接強度與玉米的品種、成熟度、濕度有關。隨著這些因素的變化，破壞玉米芯與籽粒連接所需的力是不相同的，而且同一穗上不同部分籽粒的脫粒的難易程度也有區別為方便研究，簡化為懸臂梁模型較為合適：籽粒與芯軸的聯接，可以把芯軸看成是懸壁，籽粒看成是懸臂。據測量，籽粒的長度為0.7-1.1cm，為便于研究，現取籽粒長度為0.9cm，籽粒間相互緊挨著。

沖擊力的水平分力與玉米穗軸線平行時，在沖擊力與玉米穗軸線成θ角的情況下，保證不破損玉米籽粒脫下所需的脫粒功大；相反，沖擊力的水平分力方向與玉米穗軸線垂直時，在沖擊力與玉米穗軸線成θ角的情況下，保證不破損玉米籽粒脫下所需的脫粒功小。在相同沖擊力的情況下，沖擊力的水平分力與玉米穗軸線平行時，玉米穗上破碎籽粒多；相反，沖擊力的水平分力與玉米穗軸線垂直時，玉米穗上破碎籽粒少。

一、雙滾桿型玉米脫粒機的結構及原理

對玉米脫粒機的工作要求是脫粒干凈、破損率小、分離能力強、功率消耗低、生產率高。為此，提高玉米脫粒機的脫粒效率和降低玉米粒的損傷率仍是研制玉米脫粒機的關鍵問題。現進行改進優化，主要包括機架、進料斗和脫粒、籽粒回收機構等構成，具體設計方案如下：

1.入料口

入料口與玉米脫粒機的上蓋部分相連，它是利用5mm厚的鐵板制成，入料部位與脫粒滾筒的齒部位相切，將已撥皮的玉米從入料口喂入（可額外配備一個槽形皮帶輸送機，以提高生產效率），下滑到脫粒部位，即兩個脫粒滾桿之間，進行脫粒。

2.脫粒室

脫粒室采用安裝兩個平行且有間隙的滾動桿（接近圓柱體的圓臺體，其上排布有突起的齒釘），兩桿作同向不同速的旋轉，對夾在兩滾桿間隙上方的玉米棒進行擠搓，齒釘對玉米果穗施加垂直于芯軸線方向的擊打，空間感如示意圖。

（1）脫粒構想：玉米果穗從進料口喂入時，由于入料口的特殊形狀，玉米果穗在進入脫粒室之初，其芯軸線基本上可與滾桿軸線實現平行。由于兩滾桿旋轉方向相同，在果穗與滾桿接觸部分的滾桿外邊處的兩切向力組成旋轉力矩，使果穗繞自身軸線旋轉，并且在螺旋滾桿外邊法向推力的軸向分力推動下，使果穗沿平行于輥軸的方向運動。

（2）脫粒流程說明：玉米果穗通過機蓋上方的入料口喂入，V帶輪帶動脫粒滾桿轉動，脫粒滾桿以不同的轉速同方向轉動。玉米果穗在脫粒的同時向排芯口運動，脫下的籽粒從兩滾桿間隙下落到集粒板（傾斜安裝）上，一起匯集到出粒口。在滾桿末端，設有排芯口，芯軸從這里排出。

3.機架部分

機架是由左機架、右機架、出料口、下滑板及穩定結實的主機梁組成，機架是玉米脫粒機的主要支撐，承擔著脫粒機的主要重量和動力、負載和力矩。機架的兩部分要各自穩定，且相對固定，以便做到機械在運轉過程中不會產生晃動、歪斜，造成人身危險，因此為了機架的堅固，此玉米脫粒機的設計和傳統脫粒機一樣，也采用3mm厚的鐵制成。

二、各項參數設定和驗算

1.滾桿尺寸擬定

在轉速與喂入量確定的情況下，兩輥的直徑都較小時，兩輥外緣對果穗的作用較強，脫粒時間短，脫凈率差，脫粒也慢。相反，兩輥的直徑都較大時，兩輥外緣對果穗的作用較弱，脫粒時間長，脫凈率好，脫粒快，但也相應的其他設備也需加大。滾桿的長度在很大程度上決定了整機的尺寸，考慮到本論文設計定位是家庭使用，體積和生產率均需要適中。設定脫粒滾桿桿長L=1.00m（考慮到機器使用場所），可同時擠搓4-6個玉米棒；桿粗直徑設定為D=0.1m，即R=0.05m，其他具體數值見二維圖標注。

2.兩滾桿間隙度

關于間隙大小的擬定，間隙大，增大了脫粒空間，可提高工作效率，但太大會使脫粒干凈的小玉米芯從間隙漏下；太小會影響籽粒的通過性，易造成堵塞，所以要在保證果穗能脫凈、玉米芯通不過間隙和籽粒能順利通過間隙的條件下，盡可能采用大間隙。玉米果穗直徑平均為35mm，芯軸直徑平均為26mm，為確保玉米芯軸最終是從滾桿末端移出，可計算出滾桿之間間隙合適值設定為40-48cm，這樣既可保證芯軸不在間隙處落下，也確保籽粒正常落下。

3.滾桿上齒釘的設定

另外，滾桿上安裝有擊打籽粒的小齒釘，考慮到玉米果穗上的籽粒列數為12-18，滾桿每周分布24個齒釘，且呈現螺旋狀排布。齒釘大體是圓錐體狀，底面直徑0.8cm，高1.1cm，為避免齒釘尖端對籽粒的破損，齒釘在制作工藝中將對尖端進行磨鈍處理，倒圓半徑為1.5mm。

4.滾桿轉速確定

查資料得出滾桿的轉速范圍為444-715/min，為確保玉米脫粒率，速度在此范圍內應取稍大一點的數值。在滾桿的范圍的限制下，設定轉速較快的滾桿轉速n1為600 r/min，轉速較慢的滾桿轉速為n2=300r/min。

又由線速度V=πdn/60，具體得v1=1.884m/s，v2=0.942m/s。

5.脫粒室尺寸

機蓋與脫粒輥形成一個封閉的脫粒空間，果穗在其中作復合運動，即繞自身軸線回轉，同時沿兩輥軸線方向移動。頂蓋的中心高度H決定著脫粒區的大小，增大H，可增加喂入量，但降低了脫粒效果；H減小時，降低了喂入量，卻提高了脫粒效果。機蓋頂到滾桿中心軸距離擬定為120mm。

玉米脫粒機是農作物玉米脫粒機器，其主要功能是將玉米與玉米芯分開，達到玉米脫粒的效果，此產品是一種先進的機型，生產率適中，最主要優勢是破損率低。但此產品也有一些不足之處，比如它的生產效率難以提高、控制方面技術含量低等缺點。因此，在今后還要對玉米脫粒機的結構進行深度開發和研究，使玉米脫粒機更人性化，更效率化。

參考文獻：

[1] 宋彥文，常友山.《玉米脫粒機的改進》.

[2] 王冰.《玉米脫粒機試驗方法的編制》農機質量與監督.