汪東洋 ， 朱興蘊 ， 劉春雨 ， 李 超 ， 房明峰 ， 王鳳娟

（齊齊哈爾大學機電工程學院，黑龍江 齊齊哈爾 161006）

0 引言

隨著我國經濟的高速發(fā)展，農業(yè)發(fā)展的步伐也越來越快，同時還帶動了重工業(yè)的發(fā)展，如何保證玉米的產量以及玉米芯的回收利用成為一道亟待解決的難題。由于我國是玉米種植大國，玉米的種植區(qū)域較廣，特別是在北方，玉米產量較高，但玉米脫粒的方法還有待提高，只有簡陋低效的機器，大型玉米收割機的價格也十分昂貴，并不適合玉米種植面積少的種植戶。目前，糧農普遍通過大機器進行脫粒直接出售，有的使用中型機器脫粒用作它用。之前老式的玉米脫粒機結構簡單，噪聲非常大，并且經常由于機器老化導致玉米未完全實現(xiàn)脫粒，以及因為機器老化導致玉米粒破碎，極大地降低了玉米的產量。

針對上述問題，本團隊進行了深入的調研和討論，并設計了一種新型玉米脫粒、玉米芯粉碎一體機[1]。它既可以提高效率又可以減少浪費，最重要的是能保障玉米產量，既實現(xiàn)了多功能，又提高了玉米種植帶來的經濟收入。

1 設計理念

本團隊設計了一種新型玉米脫粒、玉米芯粉碎一體機，該機器采用新型玉米脫粒裝置與玉米芯粉碎機器，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，使其脫粒的玉米達到更高的完整度[2]。該機器使用時可調頻電動機，根據(jù)玉米的進給量有效控制功率，可降低成本。而且還完美地結合了輕型粉碎機器，更好地對玉米芯進行回收處理，最大化利用其價值。此外，本團隊在很多銜接關鍵處提出了一些新奇的想法，使得該機器可以達到更高的作業(yè)效率[3-5]。

2 系統(tǒng)結構示意圖及工作流程設計

2.1 結構示意三維圖

1）新型玉米脫粒、玉米芯粉碎一體機三維模型圖如圖1所示，玉米脫粒、玉米芯粉碎一體機由入料口、滾筒、凹板、傳動軸、傳送帶、可調頻電動機、改裝風扇、機架、脫粒裝置、篩體、螺旋導桿、下滑板、玉米芯擋板、粉碎機及其外殼、電機、支架、接收裝置、粉碎機齒輪保護罩、粉碎機防灰裝置、沖孔板、粉碎機擋板、粉碎機傳送帶等組成[6]。

圖1 新型玉米脫粒、玉米芯粉碎一體機結構圖

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

圖2 新型玉米脫粒、玉米芯粉碎一體機展開三維模型圖

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入滾筒，被電動機帶動的脫粒裝置進行脫粒；脫粒結束后，玉米粒自篩體下滑至下滑板處并集中進行收集；玉米粒落下后，由電動機帶動的改裝風扇將玉米粒表面灰塵吹出；同時將玉米芯送到玉米芯擋板并集中進行收集；玉米芯最終進入粉碎裝置，對玉米芯進行粉碎回收處理。工作流程圖如圖3所示。

圖3 新型玉米脫粒、玉米芯粉碎一體機工作流程

該新型玉米脫粒、玉米芯粉碎一體機優(yōu)點眾多：可以減少玉米粒的損壞，提高玉米利用率；整個裝置采用密封式結構，防止飛濺物飛出；在風扇吹出粉塵后設有專門收集粉塵的裝置，益于環(huán)保；采用可調頻式電動機，可根據(jù)頻率自動調節(jié)速度；在機架底部加裝緩震底座，可以減少工作過程產生的機體震動；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 等效應力分析

采用ANSYS軟件，對床板結構進行有限元分析，分析內容主要包括等效應力分析、等效應變分析以及總形變分析[8-11]。?

2.3.1 等效應力分析

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

圖4 應力分布云圖

2.3.2 等效應變分析

螺旋裝置的等效應變分布云圖的結果，如圖5所示。經過等效應變分析，此刀片應變最大值為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變數(shù)值很小，刀片材料能夠滿足應變的要求。

圖5 應變分布云圖

2.3.3 總形變分析

螺旋裝置的總形變分布云圖的結果，如圖6所示。經過總形變分析，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，滿足刀片的強度和剛度需求。

圖6 總形變分布云圖

3 創(chuàng)新理念

國內還未出現(xiàn)將玉米脫粒、玉米芯粉碎結合一體的農用機械，新型玉米脫粒、玉米芯粉碎一體機充分實現(xiàn)了玉米脫粒和玉米芯粉碎二合一這一目的，解決了當代農用機械脫粒效率低和玉米芯難處理的問題；同時也大大緩解了環(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，實現(xiàn)玉米脫粒的同時進行玉米芯粉碎處理，更便于回收處理玉米芯，提升玉米芯的回收利用價值。新型玉米脫粒、玉米芯粉碎一體機更加多功能化，能夠提高玉米采收利用效率，為我國智慧農業(yè)的發(fā)展提供了一種可靠性思路。

4 結束語

綜上所述，新型玉米脫粒、玉米芯粉碎一體機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，為新型農用機械的發(fā)展提供了一條新思路。該裝置將玉米脫粒機、玉米芯粉碎機進行有機結合，使得玉米利用過程更加便捷，并且可以適應較復雜的工作環(huán)境。通過設計除塵倉，可以避免使用時造成的環(huán)境污染等問題，從而更好地保護環(huán)境。在實際生產過程中，該裝置能滿足不同的工作需求，真正實現(xiàn)“一機兩用、兩用合一”，具有廣闊的市場前景和應用價值。