汪東洋 ， 朱興蘊(yùn) ， 劉春雨 ， 李 超 ， 房明峰 ， 王鳳娟

（齊齊哈爾大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾 161006）

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，農(nóng)業(yè)發(fā)展的步伐也越來越快，同時(shí)還帶動(dòng)了重工業(yè)的發(fā)展，如何保證玉米的產(chǎn)量以及玉米芯的回收利用成為一道亟待解決的難題。由于我國(guó)是玉米種植大國(guó)，玉米的種植區(qū)域較廣，特別是在北方，玉米產(chǎn)量較高，但玉米脫粒的方法還有待提高，只有簡(jiǎn)陋低效的機(jī)器，大型玉米收割機(jī)的價(jià)格也十分昂貴，并不適合玉米種植面積少的種植戶。目前，糧農(nóng)普遍通過大機(jī)器進(jìn)行脫粒直接出售，有的使用中型機(jī)器脫粒用作它用。之前老式的玉米脫粒機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，噪聲非常大，并且經(jīng)常由于機(jī)器老化導(dǎo)致玉米未完全實(shí)現(xiàn)脫粒，以及因?yàn)闄C(jī)器老化導(dǎo)致玉米粒破碎，極大地降低了玉米的產(chǎn)量。

針對(duì)上述問題，本團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了深入的調(diào)研和討論，并設(shè)計(jì)了一種新型玉米脫粒、玉米芯粉碎一體機(jī)[1]。它既可以提高效率又可以減少浪費(fèi)，最重要的是能保障玉米產(chǎn)量，既實(shí)現(xiàn)了多功能，又提高了玉米種植帶來的經(jīng)濟(jì)收入。

1 設(shè)計(jì)理念

本團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種新型玉米脫粒、玉米芯粉碎一體機(jī)，該機(jī)器采用新型玉米脫粒裝置與玉米芯粉碎機(jī)器，相比于傳統(tǒng)玉米脫粒裝置，極大地避免了玉米粒的破碎，從而提高了脫粒率，并采用螺旋式脫粒裝置，使其脫粒的玉米達(dá)到更高的完整度[2]。該機(jī)器使用時(shí)可調(diào)頻電動(dòng)機(jī)，根據(jù)玉米的進(jìn)給量有效控制功率，可降低成本。而且還完美地結(jié)合了輕型粉碎機(jī)器，更好地對(duì)玉米芯進(jìn)行回收處理，最大化利用其價(jià)值。此外，本團(tuán)隊(duì)在很多銜接關(guān)鍵處提出了一些新奇的想法，使得該機(jī)器可以達(dá)到更高的作業(yè)效率[3-5]。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖及工作流程設(shè)計(jì)

2.1 結(jié)構(gòu)示意三維圖

1）新型玉米脫粒、玉米芯粉碎一體機(jī)三維模型圖如圖1所示，玉米脫粒、玉米芯粉碎一體機(jī)由入料口、滾筒、凹板、傳動(dòng)軸、傳送帶、可調(diào)頻電動(dòng)機(jī)、改裝風(fēng)扇、機(jī)架、脫粒裝置、篩體、螺旋導(dǎo)桿、下滑板、玉米芯擋板、粉碎機(jī)及其外殼、電機(jī)、支架、接收裝置、粉碎機(jī)齒輪保護(hù)罩、粉碎機(jī)防灰裝置、沖孔板、粉碎機(jī)擋板、粉碎機(jī)傳送帶等組成[6]。

圖1 新型玉米脫粒、玉米芯粉碎一體機(jī)結(jié)構(gòu)圖

2）通過新型玉米脫粒、玉米芯粉碎一體機(jī)剖視圖可更加清楚、直觀地了解模型，如圖2所示。該新型玉米脫粒、玉米芯粉碎一體機(jī)充分實(shí)現(xiàn)了玉米脫粒和玉米芯粉碎二合一的目的，解決了當(dāng)代農(nóng)用機(jī)械脫粒效率低和玉米芯難處理的問題，同時(shí)也大大緩解了環(huán)境污染，提高了玉米芯的回收利用價(jià)值[7]，具有廣闊的市場(chǎng)前景和應(yīng)用價(jià)值。

圖2 新型玉米脫粒、玉米芯粉碎一體機(jī)展開三維模型圖

2.2 工作流程

首先將玉米棒送入入料口；放入入料口后的玉米棒進(jìn)入滾筒，被電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的脫粒裝置進(jìn)行脫粒；脫粒結(jié)束后，玉米粒自篩體下滑至下滑板處并集中進(jìn)行收集；玉米粒落下后，由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的改裝風(fēng)扇將玉米粒表面灰塵吹出；同時(shí)將玉米芯送到玉米芯擋板并集中進(jìn)行收集；玉米芯最終進(jìn)入粉碎裝置，對(duì)玉米芯進(jìn)行粉碎回收處理。工作流程圖如圖3所示。

圖3 新型玉米脫粒、玉米芯粉碎一體機(jī)工作流程

該新型玉米脫粒、玉米芯粉碎一體機(jī)優(yōu)點(diǎn)眾多：可以減少玉米粒的損壞，提高玉米利用率；整個(gè)裝置采用密封式結(jié)構(gòu)，防止飛濺物飛出；在風(fēng)扇吹出粉塵后設(shè)有專門收集粉塵的裝置，益于環(huán)保；采用可調(diào)頻式電動(dòng)機(jī)，可根據(jù)頻率自動(dòng)調(diào)節(jié)速度；在機(jī)架底部加裝緩震底座，可以減少工作過程產(chǎn)生的機(jī)體震動(dòng)；可根據(jù)所需玉米芯顆粒的大小，更換粉碎裝置的刀片。

2.3 等效應(yīng)力分析

采用ANSYS軟件，對(duì)床板結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析，分析內(nèi)容主要包括等效應(yīng)力分析、等效應(yīng)變分析以及總形變分析[8-11]。?

2.3.1 等效應(yīng)力分析

螺旋裝置的等效應(yīng)力分布云圖的結(jié)果，如圖4所示。經(jīng)過等效應(yīng)力分析，此刀片應(yīng)力最大值為30.02 MPa，主要集中在刀片的螺旋位置。刀片根部的等效應(yīng)力最大值小于普通碳鋼的屈服極限220 MPa，符合強(qiáng)度要求。

圖4 應(yīng)力分布云圖

2.3.2 等效應(yīng)變分析

螺旋裝置的等效應(yīng)變分布云圖的結(jié)果，如圖5所示。經(jīng)過等效應(yīng)變分析，此刀片應(yīng)變最大值為1.067×10-4，主要集中在刀片的螺旋部位。刀片螺旋部位等效應(yīng)變數(shù)值很小，刀片材料能夠滿足應(yīng)變的要求。

圖5 應(yīng)變分布云圖

2.3.3 總形變分析

螺旋裝置的總形變分布云圖的結(jié)果，如圖6所示。經(jīng)過總形變分析，此輪系最大整體變形量為0.023 47 mm，變形主要發(fā)生在刀片頂部，變形量較小，基本符合齒輪嚙合的理論變形趨勢(shì)，滿足刀片的強(qiáng)度和剛度需求。

圖6 總形變分布云圖

3 創(chuàng)新理念

國(guó)內(nèi)還未出現(xiàn)將玉米脫粒、玉米芯粉碎結(jié)合一體的農(nóng)用機(jī)械，新型玉米脫粒、玉米芯粉碎一體機(jī)充分實(shí)現(xiàn)了玉米脫粒和玉米芯粉碎二合一這一目的，解決了當(dāng)代農(nóng)用機(jī)械脫粒效率低和玉米芯難處理的問題；同時(shí)也大大緩解了環(huán)境污染，有效地避免了脫粒過程中玉米的破碎，提高了脫粒率和脫粒完整度，實(shí)現(xiàn)玉米脫粒的同時(shí)進(jìn)行玉米芯粉碎處理，更便于回收處理玉米芯，提升玉米芯的回收利用價(jià)值。新型玉米脫粒、玉米芯粉碎一體機(jī)更加多功能化，能夠提高玉米采收利用效率，為我國(guó)智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供了一種可靠性思路。

4 結(jié)束語

綜上所述，新型玉米脫粒、玉米芯粉碎一體機(jī)解決了玉米利用過程中遇到的玉米芯利用不充分、玉米脫粒不完全等問題，為新型農(nóng)用機(jī)械的發(fā)展提供了一條新思路。該裝置將玉米脫粒機(jī)、玉米芯粉碎機(jī)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，使得玉米利用過程更加便捷，并且可以適應(yīng)較復(fù)雜的工作環(huán)境。通過設(shè)計(jì)除塵倉(cāng)，可以避免使用時(shí)造成的環(huán)境污染等問題，從而更好地保護(hù)環(huán)境。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，該裝置能滿足不同的工作需求，真正實(shí)現(xiàn)“一機(jī)兩用、兩用合一”，具有廣闊的市場(chǎng)前景和應(yīng)用價(jià)值。