智能糧食扦樣機的設(shè)計研究

馬艷

摘要：針對目前傳統(tǒng)糧食扦樣機存在的問題，設(shè)計一款新型的智能糧食扦樣機。以塔吊的結(jié)構(gòu)為模型，在扦樣臂上設(shè)有3個獨立的扦樣器，可以在三維坐標（θ，r，y）作空間運動，實現(xiàn)高效、快速、穩(wěn)定的隨機扦樣，人為參與程度小，保證糧食收購系統(tǒng)的公正公平性。

關(guān)鍵詞：糧食扦樣機；塔吊式；高效；齒輪傳動

中圖分類號：S379 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2016）02-0020-03

隨著國家農(nóng)業(yè)經(jīng)濟體制的深化改革，一大批種糧大戶及合作社逐步形成了集約化、產(chǎn)業(yè)化管理，從而提高了農(nóng)民的種糧積極性。然而，賣糧難，賣出好價格更難，一些糧食收購主體仍然存在壓質(zhì)、壓價甚至克扣等隱性的霸王條款。如何保護農(nóng)民的應有權(quán)益，使糧食收購主體形成一個公開透明、公正公平的科學管理系統(tǒng)，使整個收購系統(tǒng)在陽光下操作，擺脫人為操控，提高農(nóng)民收益，是目前亟需解決的問題。

糧食樣品必須符合批次的平均品質(zhì)及組成，扦樣手段的公平對于保證糧食公平交易具有重要意義。傳統(tǒng)的糧食扦樣機主要有門字形和旋轉(zhuǎn)型兩種。門字形扦樣機的優(yōu)勢在于控制簡單、扦樣速度快、機械穩(wěn)定性好，但同時有占地面積大、價格高的劣勢；單臂旋轉(zhuǎn)式扦樣機的優(yōu)勢在于結(jié)構(gòu)簡單、不受場地限制、生產(chǎn)成本低，但同時有扦樣有死角、單點扦樣、扦樣速度慢的劣勢。為此，本課題在吸收傳統(tǒng)扦樣機研究經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，開發(fā)一種新型的智能糧食扦樣機。

1 新型扦樣機的方案研究

1） 機械手方案。最初的設(shè)計是采用機械手的型式，旋轉(zhuǎn)式多點取樣。經(jīng)過討論，該方案在控制上不能有效地防止在重復旋轉(zhuǎn)后產(chǎn)生的角度誤差，也不便于后期的維護，所以暫時不采用該方案。

2） 鋼絲繩方案。利用鋼絲繩帶動取樣探頭的移動，由于鋼絲繩的材質(zhì)具有一定的拉伸性，在使用過程中被拉長，導致打結(jié)和不能有效地控制探頭的移動距離。如果改用齒條或螺母代替鋼絲繩，則在使用過程中灰塵會對移動產(chǎn)生影響。

3） 垂直探頭方案。多個探頭在一個支架上垂直于擺臂，在擺臂上水平移動，取樣時控制各個探頭的運行距離實現(xiàn)快速取樣。但是需要考慮到擺臂的受力問題，不如將多個探頭沿著擺臂嵌入，以減少擺臂承受的質(zhì)量。

4） 單擺臂多探頭方案。通過優(yōu)化垂直探頭方案，將多個探頭鑲嵌在擺臂上，通過立柱的旋轉(zhuǎn)帶動擺臂，探頭可以在限定范圍內(nèi)移動并控制探頭的探入深度。該設(shè)計在控制探頭移動時需要控制多個電機，在電氣設(shè)計上比較復雜。

5） 小車控制擺臂移動方案。使用單臂在立柱上安裝可移動小車，小車與擺臂相連，當小車移動時，帶動擺臂上下移動，實現(xiàn)探頭扦樣。但是在小車的取樣覆蓋點上有一定的限制。

6） 塔吊式多點扦樣方案。以塔吊的結(jié)構(gòu)為模型，通過液壓系統(tǒng)帶動扦樣臂升降，在扦樣臂上有3個獨立的扦樣器，在三維坐標（θ，r，y）作空間運動，采用齒條式定位傳動機構(gòu)可以使扦樣器的定位更加精確，當扦樣器運動到預定位置后，開啟真空泵進行樣品采集，完成樣品的收集。

2 新型扦樣機的扦樣范圍

大型車的扦樣范圍如圖1所示。一般大型運糧車的車箱尺寸為13.0 m×2.5 m，預設(shè)扦樣臂的基點（立柱）在車箱正中間距離車箱壁1.0 m處。經(jīng)計算，扦樣臂長7.38 m，扦樣臂的轉(zhuǎn)角θ為±81.25°，就可以滿足對整個車箱無死角的覆蓋要求。

3 新型扦樣機的立柱升降裝置動作原理

電機帶動油泵旋轉(zhuǎn)，將低壓液壓油轉(zhuǎn)換成高壓液壓油；機械能轉(zhuǎn)化為液壓油的壓力能；通過閥組合與液壓膠管實現(xiàn)方向、壓力以及流量的調(diào)節(jié)；液壓油經(jīng)外接管路傳輸?shù)揭簤焊字校瑢毫δ苻D(zhuǎn)化為液壓缸的機械能；通過流量調(diào)節(jié)閥控制液壓缸力的大小及速度，推動扦樣臂做功，完成扦樣臂的上升及下降。

4 小車和扦樣臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計

小車結(jié)構(gòu)如圖2所示。扦樣臂結(jié)構(gòu)如圖3所示。

5 新型扦樣機的工作過程

當運糧車到達指定位置（即扦樣機扦樣范圍內(nèi)）后，通過液壓系統(tǒng)提升扦樣臂，到達一定高度，然后通過旋轉(zhuǎn)將扦樣臂轉(zhuǎn)至扦樣點位置上方；之后同時啟動3臺扦樣小車的行走電機，帶動行走齒輪旋轉(zhuǎn)，通過齒輪咬合帶動小車精確定位；到達指定扦樣點后，行走電機停止，小車靜止；啟動扦樣電機，帶動扦樣齒輪轉(zhuǎn)動，通過齒輪傳動，扦樣桿向下運動，插入糧食中，到達指定扦樣點后，扦樣電機停止，扦樣桿停止運動；啟動微型吸糧器，微型吸糧器使吸糧管與扦樣桿形成一定的負壓，這時糧食從扦樣孔中通過吸糧管進入微型吸糧器內(nèi)，完成扦樣作業(yè)。3臺小車能同時獨立完成扦樣作業(yè)，所以效率提高了3倍。

6 結(jié)論

本課題設(shè)計的新型糧食扦樣機參考塔吊的結(jié)構(gòu)，對傳統(tǒng)的扦樣機進行改造升級。該機結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、工作可靠、扦樣無死角、采用標準件、加工容易、維護方便、3點同時取樣速度快，具有較高的性價比，投入使用對于保證農(nóng)戶與企業(yè)間的公平交易具有重要的意義。

參考文獻

[1] 嚴翔，楊楓，孫燕，等.固定式糧食扦樣機的使用和故障排除探討[J].糧食加工，2014（4）：56-57.

[2] 裴勇.智能糧食扦樣機控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計[J].農(nóng)業(yè)科技與裝備，2015（5）：52-53.

[3] 杜楓.糧食扦樣機的設(shè)計[J].糧食與飼料工業(yè)，2012（6）：16-17.