一種浮動式玉米仿生脫粒機的製作方法

2023-10-26 00:39:40

本實用新型涉及農業機械領域，具體的說是一種浮動式玉米仿生脫粒機。

背景技術：

玉米是我國主要的農作物之一，並可作為飼料和工業原料，是一種重要的經濟作物，對我國的糧食生產和畜牧業的發展起著至關重要的作用。近年來，玉米的產量逐漸提高，人們越來越重視玉米收割中的摘穗、剝皮、脫粒等環節，當前市場的玉米收穫機僅具有摘穗、剝皮、秸稈粉碎等功能，玉米脫粒工序還需單獨靠脫粒機完成。

目前我國大多採用打擊原理設計的玉米脫粒機來進行玉米脫粒，存在以下為題：1.打擊式原理的玉米脫粒機具有籽粒破碎率偏高、脫粒不乾淨、含雜率高等缺陷，破碎率偏高會導致原料的巨大浪費，影響脫粒的效果同時會造成較大的經濟損失，玉米籽粒的破損也會影響玉米短期、長期的儲藏，玉米脫粒過程中的機械損傷成為玉米脫粒的主要問題。2.玉米脫粒過程中的脫粒間隙至關重要，由於玉米果穗的直徑、長度都有不同的差別，脫粒間隙過大會導致脫淨率低，脫粒間隙過小會導致破損率增大，玉米脫粒機的脫粒間隙的不可自動調節是導致玉米機械損傷的重要原因，也是影響脫粒效果的重要因素。

技術實現要素：

本實用新型旨在提供一種能夠減小破碎率並根據玉米果穗自動調整脫粒間隙的浮動定向餵入式玉米仿生脫粒機。

為了解決以上技術問題，本實用新型採用的技術方案為：一種浮動式玉米仿生脫粒機，包括機架，在機架上水平間隔設有兩根差速輥，兩根差速輥之間具有供玉米籽粒落下的間隙，在兩根差速輥的上方垂直於差速輥水平間隔設有離散輥和脫粒輥，所述離散輥的輥面上間隔設有多個仿生禽類喙部的離散凸起，所述脫粒輥的輥面以及兩根差速輥位於脫粒輥下方部分的輥面上均設有仿生人類手部結構的脫粒凸起，離散輥與兩根差速輥之間構成破壞玉米果穗上果粒整體排布結構的離散區，脫粒輥與兩根差速輥之間構成將果粒從玉米果穗上徹底剝去的脫粒區，在機架上位於所述離散區的一側設有將玉米果穗沿兩根差速輥的之間的軸向逐根輸送入離散區的餵料裝置，在離散輥和脫粒輥的輥軸與機架之間均設有間隙浮動調節裝置，間隙浮動調節裝置根據進入離散區和脫粒區的玉米果穗的直徑差異浮動調節離散輥和脫粒輥的高度，所述的差速輥、離散輥以及脫粒輥分別由同一個驅動裝置驅動進行聯動工作。

優選的，所述驅動裝置包括設置在機架底部的電機，電機通過帶傳動機構結構Ⅰ驅動水平設在機架上的主軸轉動，主軸分別通過兩個具有不同傳動比的錐齒輪組結構驅動兩根差速輥同向差速轉動，主軸通過帶傳動機構Ⅱ驅動離散輥轉動，離散輥通過帶傳動機構Ⅲ驅動脫粒輥轉動。

優選的，所述間隙浮動調節裝置包括套設在離散輥和脫粒輥輥軸端部的軸承座，軸承座的兩端均垂直固定有直線軸承，直線軸承中均穿設有支撐軸，支撐軸的下端與所述機架固定，並在支撐軸上位於軸承座與機架之間的部分設有彈簧，所述離散輥和脫粒輥分別與相應的帶傳動機構通過萬向聯軸器撓性連接。

優選的，所述離散輥及脫粒輥的輥面均為適應玉米果穗形狀的內圓弧形。

優選的，所述離散凸起均為三稜錐形，其用於插入玉米果穗籽粒之間間隙的工作錐稜兩側的錐面均為圓弧面，在離散輥的輥面上的中部及兩端分別沿周向間隔設有三周離散凸起，且任意一個離散凸起上的工作錐稜均傾斜於離散輥的周向設置。

優選的，所述離散凸起的工作錐稜與離散輥的周向之間的夾角均為17°。

優選的，所述脫粒凸起包括仿生人類手指指節部位的多個斷續的楔形凸起以及仿生人類手指指紋的連續的波浪形凸起，通過楔形凸起和波浪形凸起配合模仿人類裸手脫粒，所述兩根差速輥上的脫粒凸起均垂直於其周向設置，所述脫粒輥上的脫粒凸起均傾斜於其周向設置。

優選的，所述脫粒凸起與脫粒輥的周向之間的夾角均為17°。

優選的，所述餵料裝置包括投料口以及設置在投料口下方的旋渦曲面，所述旋渦曲面傾斜固定在機架上，並通過模仿水流衝刷石壁形成的石壁曲面製成，旋渦曲面的兩端分別為大頭進料口和小頭出料口，其中大頭進料口與投料口固定連接並將由投料口投入的多個玉米果穗導流入旋渦曲面中，多個玉米果穗在重力作用下沿旋渦曲面滑落並逐步分離，逐個經小頭出料口由離散輥遠離脫粒輥的一側輸送至所述離散區。

優選的，在所述機架上位於兩根差速輥的下方設有錐形的籽粒鬥，在籽粒鬥的底部開設有排料口。

有益效果

本實用新型利用仿生學原理，首先將玉米果穗送入離散區進行離散，通過離散輥上設置的類似於鳥類喙部的離散凸起間隔插入玉米果穗上的一排排籽粒之間的間隙，給兩側的籽粒以作用力，剝下一部分籽粒並使玉米果穗上的所有籽粒處於疏鬆的離散狀態。然後送至脫粒區，通過脫粒輥及兩根差速輥上設置的類似於人類手部的楔形凸起以及波浪形凸起，其中楔形凸起壓入玉米果穗的籽粒間隙，對籽粒產生擠推作用，波浪形凸起對玉米果穗整體起到摩擦作用，仿生裸手脫粒將籽粒與果柄之間的連接裡破壞，從而將籽粒剝去。在整個過程中，本實用新型的作用力只施加在籽粒的間隙，不會對籽粒本身造成損壞，因此本實用新型具有破損率極低、脫淨率高、不碎芯的優點。

本實用新型在離散區和脫粒區中均設有間隙浮動調節裝置，玉米果穗進入離散輥或脫粒輥下方時，在彈簧的作用下能夠將輥子頂起，不同直徑的玉米果穗頂起的間距不同，因此脫粒間隙也就不同，同時果穗兩頭的直徑較小，也能將兩頭的籽粒脫下，萬向節聯軸器能夠傳遞扭矩，保證輥子在上下浮動的過程中繼續旋轉工作，能夠根據玉米果穗大小的不同自動調節離散及脫粒間隙，能夠使不同大小的玉米果穗都達到良好脫粒效果。

本實用新型的餵料裝置中包括一段旋渦曲面，通過模仿水流衝刷石壁的到的石壁曲面製得，能夠在許多玉米果穗沿著曲面滑落的過程中逐漸分離，變成逐個有序的餵入，同時果穗的姿態能夠在滑落過程中制動校正為豎直狀態，有利於脫粒。

附圖說明

圖1為本實用新型的結構示意圖；

圖2為圖1在去除餵料裝置時的俯視圖；

圖3為本實用新型的離散輥的結構示意圖；

圖4為本實用新型的脫粒輥的結構示意圖；

圖5為本實用新型的間隙浮動調節裝置的結構示意圖；

圖6為本實用新型的餵料裝置的俯視圖；

圖7為本實用新型的餵料裝置中的旋渦曲面的三維函數圖；

圖8為玉米果穗在本實用新型的餵料裝置中的漩渦曲面中的滑落狀態示意圖；

圖9為兩根玉米果穗從不同的餵入點進入本實用新型的餵料裝置後的滑落軌跡示意圖；

圖中標記：1、機架，2、主軸，3、差速輥，4、離散輥，5、脫粒輥，6、離散凸起，7、脫粒凸起，8、餵料裝置，801、投料口，802、旋渦曲面，9、間隙浮動調節裝置，901、軸承座，902、直線軸承，903、支撐軸，904、彈簧，905、萬向聯軸器，10、電機，11、籽粒鬥。

具體實施方式

如圖1至圖6所示，本實用新型的一種浮動式玉米仿生脫粒機，包括一個用以支撐本實用新型其他部件的機架1框體，在機架1上水平設有可轉動的主軸2和仿生輥組，仿生輥組包括垂直於主軸2且水平間隔設置的兩根差速輥3以及位於兩根差速輥3的上方並平行於主軸2間隔設置的離散輥4和脫粒輥5。本實施例中在機架1的底部設有電機10，該電機10通過帶傳動機構I驅動主軸2轉動，兩根差速輥3分別通過兩個具有不同傳動比的錐齒輪組結構由主軸2驅動實現同向差速轉動，離散輥4通過帶傳動機構II由主軸2驅動轉動，而脫粒輥5通過帶傳動機構III由離散輥4驅動轉動，本實用新型的驅動方式不唯一，可以通過本領域技術人員能想到的常規手段代替。本實用新型的仿生輥組數量不唯一，可設置為多組，並均通過同一根主軸2驅動，每個仿生輥組中獨立處理玉米果穗。

離散輥4和脫粒輥5的輥面均為適應玉米果穗形狀的內圓弧形。離散輥4的輥面上間隔設有多個離散凸起6，離散凸起6均為通過仿生鳥類喙部製成的三稜錐形，其用於插入玉米果穗籽粒之間間隙的工作錐稜兩側的錐面均為圓弧面，在離散輥4的輥面上的中部及兩端分別沿周向間隔設有三周離散凸起6。脫粒輥5的輥面和兩根差速輥3位於脫粒輥5下方部分的輥面上均設有脫粒凸起7，脫粒凸起7包括仿生人類手指指節部位的多個斷續的楔形凸起以及仿生人類手指指紋的連續的波浪形凸起，通過楔形凸起和波浪形凸起配合模仿人類裸手脫粒。由於玉米果穗在兩根差速輥3的作用下產生自轉，而離散輥4和脫粒輥5均垂直於兩根差速輥3設置，所以離散輥4和脫粒輥5相對於玉米果穗來說具有一定的縱向速度和橫向速度，為了起到更好的離散及脫粒效果，本實用新型的離散凸起6上用於插入玉米果穗的間隙的工作錐稜傾斜於離散輥4的周向設置，兩根差速輥3上的脫粒凸起7均垂直於其周向設置，脫粒輥5上的脫粒凸起7均傾斜於其周向設置，使離散凸起6以及脫粒凸起7正好設置於玉米果穗與離散輥4和脫粒輥5的相對速度的合速度方向上，從而起到更好的效果。

本實施例中的兩根差速輥3輥面的線速度的差值設置為0.42m/s，離散輥4和脫粒輥5輥面的線速度均為1.38m/s，由於玉米果穗隨著兩根差速輥3的轉動而轉動，因此果穗的自轉線速度和兩根差速輥3的線速度的差值是相等的，所以離散輥4和脫粒輥5相對玉米果穗的橫向速度為0.42m/s,離散輥4和脫粒輥5相對玉米果穗的縱向速度1.38m/s，橫向速度與徑向速度的合速度與豎直方向的夾角為arctan(0.42/1.38)=17°，由此得出離散輥4上的離散凸起6和脫粒輥5上的脫離凸起均沿與各自輥周向呈17°傾斜設置以達到最好的離散及脫粒效果。

離散輥4和脫粒輥5與兩根差速輥3之間分別構成破壞玉米果穗上果粒整體排布結構的離散區和將果粒從玉米果穗上徹底剝去的脫粒區，在機架1上位於所述離散區的一側設有將玉米果穗沿兩根差速輥3的之間的軸向逐根輸送入離散區的餵料裝置8，該裝置包括投料口801以及設置在投料口801下方的旋渦曲面802，所述旋渦曲面802傾斜固定在機架1上，並通過模仿水流衝刷石壁形成的石壁曲面製成，旋渦曲面802的兩端分別為大頭進料口和小頭出料口，其中大頭進料口與投料口801固定連接並將由投料口801投入的多個玉米果穗導流入旋渦曲面802中，多個玉米果穗在重力作用下沿旋渦曲面802滑落並逐步分離，逐個經小頭出料口由離散輥4遠離脫粒輥5的一側輸送至所述離散區。

本實施例中的旋渦曲面802是受到水流衝刷石壁形成的石壁曲面啟發而製作，如圖7所示，選取合適的石壁曲線係數0.0064得到一條拋物線函數f(z)1=0.00064*y2，由該拋物線繞z軸旋轉得到該拋物線旋轉曲面函數f(z)2=0.00064*(x2+y2), 為了能選擇適合玉米果穗滑動的曲面，根據玉米果穗沿曲面滑動時的軌跡設計約束曲線，尺寸較大的玉米果穗如果能順利滑落，那麼尺寸較小的玉米果穗也能順利滑落，因此選擇尺寸較大的玉米果穗進行曲線設計，如圖8示，玉米果穗通過a點和b點接觸曲線，由此計算得到約束曲線方程為x2+y2=2502，即為約束曲線a的方程，相應的約束曲線b的方程為：x2+y2=4502，選取曲線a、曲線b、yoz面以及與yoz面呈60°夾角的c面所圍成的區域得到實施例中的旋渦曲面802，即圖7中陰影部分所示。

如圖9所示，兩個玉米果穗分別從c、d兩點同時餵入，c、d兩點在同一高度，兩個玉米果穗分別沿兩條軌跡滑到排出口e處，餵入料鬥由薄鐵皮製作，表面光滑，摩擦力較小，因此忽略摩擦力。兩個玉米果穗從餵入到排出，由於下落的高度是一樣的，所以從排出口e處的排出速度相同。而中圖中可知，從d點餵入的玉米果穗的滑落路程長度大於c點餵入的玉米果穗的滑落路程，所以c、d兩點在同時餵入的玉米果穗時，c點餵入的玉米果穗的排出時間小於d點，因此同時餵入的玉米果穗會在滑落的過程中逐步分離，逐個排出，該餵料裝置8能夠實現果穗自動分離、逐個有序地定向餵入的目的。

在離散輥4和脫粒輥5的輥軸與機架1之間均設有間隙浮動調節裝置9，間隙浮動調節裝置9根據進入離散區和脫粒區的玉米果穗的直徑差異浮動調節離散輥4和脫粒輥5的高度。該裝置包括分別套設在離散輥4和脫粒輥5輥軸端部的軸承座901，軸承座901的兩端均垂直固定有直線軸承902，直線軸承902中均穿設有支撐軸903，支撐軸903的下端與所述機架1固定，並在支撐軸903上位於軸承座901與機架1之間的部分設有彈簧904，所述離散輥4和脫粒輥5位於機架1上設有電機10一側的輥軸分別通過萬向聯軸器905連接在相應的帶傳動機構。玉米果穗進入離散輥4或脫粒輥5下方時，在彈簧904的作用下能夠將輥子頂起，不同直徑的玉米果穗頂起的間距不同，因此脫粒間隙也就不同，同時果穗兩頭的直徑較小，也能將兩頭的籽粒脫下，萬向聯軸器905能夠傳遞扭矩，保證輥子在上下浮動的過程中繼續旋轉工作，能夠根據玉米果穗大小的不同自動調節離散及脫粒間隙，能夠使不同大小的玉米果穗都達到良好脫粒效果。

在機架1上位於兩根差速輥3的下方設有錐形的籽粒鬥11，在籽粒鬥11的底部開設有排料口，本實用新型在實施過程中，多個玉米果穗通過餵料裝置8逐步分級，逐根進入離散區，籽粒經離散輸送後在離散輥4和脫粒輥5的共同作用下進入脫粒區，籽粒脫落後落入籽粒鬥11中，並通過排料口排出，玉米果穗的果柄通過兩根差速輥3的末端排出，實現籽粒與果柄的分離。