張 亮 趙德榮 王興鵬 賈 峻 李彥偉

（酒泉奧凱種子機(jī)械股份有限公司，甘肅酒泉 735000）

國(guó)以民為本，民以食為天。玉米是世界上第一大糧食作物，也是我國(guó)三大糧食作物之一[1]。種子是糧食的“芯片”，種子安全關(guān)系到國(guó)家糧食安全。在我國(guó)雜交玉米制種行業(yè)，玉米種子加工成套生產(chǎn)線包括收（撿）穗工段、果穗干燥工段、脫粒工段、籽粒干燥工段、精選加工工段、包衣工段以及包裝工段，全流程基本實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，但是果穗剝皮多采用人工剝皮作業(yè)。研發(fā)適用于我國(guó)玉米種子加工工藝和鮮玉米加工的多通道玉米剝皮設(shè)備，可以替代人工剝皮作業(yè)，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高作業(yè)效率，縮短加工周期，降低企業(yè)成本，減少損失，從而打通我國(guó)玉米種子加工全程機(jī)械化進(jìn)程“最后一公里”，為我國(guó)玉米種子加工企業(yè)帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)我國(guó)玉米制種、生產(chǎn)加工全程機(jī)械化進(jìn)程，推進(jìn)種業(yè)快速發(fā)展。

1 國(guó)內(nèi)外玉米剝皮裝備研究現(xiàn)狀

1.1 國(guó)外玉米剝皮機(jī)研究現(xiàn)狀國(guó)外玉米收獲機(jī)械化程度較高，機(jī)械化生產(chǎn)率在90%以上，尤其是西方歐美國(guó)家，玉米剝皮裝備與技術(shù)研究起步較早，相關(guān)研究趨于成熟。例如以美國(guó)、加拿大、巴西為代表的美洲國(guó)家和以德國(guó)、俄羅斯為代表的歐洲國(guó)家基本實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化玉米剝皮，機(jī)械化生產(chǎn)率在92%以上。

美國(guó)對(duì)玉米剝皮機(jī)的研究最早，20 世紀(jì)初美國(guó)相關(guān)研究機(jī)構(gòu)陸續(xù)研制出玉米剝皮設(shè)備并首次公布試驗(yàn)結(jié)果。1908 年世界上首臺(tái)玉米剝皮裝置在美國(guó)誕生，隨著研究的不斷深入，美國(guó)研究機(jī)構(gòu)將研究重點(diǎn)逐漸從實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)向了田間試驗(yàn)，1931 年世界上首個(gè)玉米剝皮試驗(yàn)田間試驗(yàn)結(jié)果在美國(guó)南達(dá)科他州工學(xué)院公布，剝凈率是48%～75%，損失率是2.8%～10.2%，破碎率是1.8%～4.5%，雖然剝皮性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于生產(chǎn)要求，但開(kāi)辟了玉米剝皮機(jī)械化作業(yè)新途徑，減輕了人們勞動(dòng)強(qiáng)度[2]。20 世紀(jì)90 年代末期，為了提高玉米剝皮裝置的性能，美國(guó)開(kāi)始對(duì)玉米剝皮裝置進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，特別是剝皮輥的材質(zhì)、組合形式及表面槽型等方面。玉米剝皮機(jī)的剝皮輥主要有3 種材質(zhì)，分別是橡膠輥、鑄鐵輥、鋁輥，組合形式眾多，大部分選擇鑄鐵輥和橡膠輥組合的形式，也有全部采用橡膠輥的形式[3-5]。例如，美國(guó)AK 公司生產(chǎn)的CKY-10 型玉米剝皮機(jī)，其剝皮輥采用全橡膠輥，剝凈率在92%以上，破損率小于2%，適合于甜玉米、爆裂玉米、制種玉米等收獲期高含水量（含水量在30%以上）的玉米果穗剝皮。

歐洲大部分國(guó)家玉米收獲均使用多功能聯(lián)合玉米收獲機(jī)，這種收獲機(jī)具備玉米切莖、摘穗、剝皮、收集等多種功能，某些聯(lián)合收獲機(jī)還具備玉米脫粒功能，玉米收獲機(jī)械化程度較高，技術(shù)先進(jìn)。如法國(guó)布光公司生產(chǎn)的JLD610 型多功能玉米收獲機(jī)、德國(guó)的道依茨公司研制的CF-30 聯(lián)合玉米收獲機(jī)等都能實(shí)現(xiàn)切莖、摘穗、剝皮、收集、脫粒等多功能作業(yè)。

目前，世界上大型的農(nóng)業(yè)裝備制造商均生產(chǎn)玉米剝皮機(jī)，如美國(guó)的Case 公司、John Deere 公司，德國(guó)的道依茨公司、Mengle 公司等，這些公司生產(chǎn)的玉米剝皮機(jī)多數(shù)是安裝在自走式玉米收獲機(jī)上的剝皮裝置，實(shí)現(xiàn)果穗收割、摘穗、剝皮聯(lián)合作業(yè)。

1.2 國(guó)內(nèi)玉米剝皮機(jī)研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)玉米剝皮機(jī)的研究起步較晚，主要分為3 個(gè)階段：20 世紀(jì)70年代以前為起步階段，主要研究形式為技術(shù)引進(jìn)、消化、仿制；20 世紀(jì)80-90 年代末是關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)階段，理論結(jié)合實(shí)踐，主要進(jìn)行剝皮機(jī)理、機(jī)械結(jié)構(gòu)的研究；進(jìn)入21 世紀(jì)，玉米剝皮機(jī)的研究在我國(guó)有了較快的發(fā)展，各研究機(jī)構(gòu)、專業(yè)院校開(kāi)始對(duì)剝皮機(jī)進(jìn)行更加深入的理論研究。在我國(guó)玉米剝皮機(jī)主要分為兩種類型：一類是適用于農(nóng)戶家庭進(jìn)行玉米剝皮作業(yè)的固定式場(chǎng)上玉米剝皮機(jī)，多為小型玉米剝皮裝置，生產(chǎn)廠家較多，但生產(chǎn)率較低，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，性能不穩(wěn)定；另一類是安裝在玉米收獲機(jī)上，用來(lái)實(shí)現(xiàn)摘穗、剝皮一體化作業(yè)的玉米剝皮裝置[6-8]，多為綜合農(nóng)機(jī)生產(chǎn)商生產(chǎn)，剝凈率較高，性能較穩(wěn)定。

2 玉米剝皮機(jī)主要結(jié)構(gòu)及工作原理

2.1 主要結(jié)構(gòu)該設(shè)備主要由專用喂料系統(tǒng)和玉米剝皮系統(tǒng)兩大系統(tǒng)組成（圖1）。其中專用喂料系統(tǒng)由計(jì)量輸送器和振動(dòng)給料器組成，玉米剝皮系統(tǒng)由剝皮器、干油潤(rùn)滑系統(tǒng)和傾角調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成。

圖1 低破碎多通道玉米剝皮機(jī)機(jī)構(gòu)示意圖

結(jié)構(gòu)特征：外觀采用組合結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)合理、便于安裝；剝皮系統(tǒng)設(shè)置安全防護(hù)欄及接近開(kāi)關(guān)，只要安全防護(hù)欄處于未閉合狀態(tài)，剝皮輥將無(wú)法正常開(kāi)啟，保證設(shè)備安全性；出料端支腿內(nèi)設(shè)置的液壓千斤頂，以便及時(shí)進(jìn)行控制調(diào)整，使其達(dá)到理想的剝凈率、生產(chǎn)率。

2.2 工作原理該設(shè)備工作原理主要利用以下幾種特性實(shí)現(xiàn)：（1）專用喂料系統(tǒng)中計(jì)量輸送器應(yīng)用了變頻調(diào)速，可將物料均勻地送入振動(dòng)給料器，可根據(jù)剝皮系統(tǒng)的產(chǎn)量任意匹配合適的喂入量；振動(dòng)給料器是帶一定傾角和分料槽的振動(dòng)篩，通過(guò)低振幅、高頻率振動(dòng)將玉米果穗平穩(wěn)有序地送入剝皮系統(tǒng)完成整個(gè)給料過(guò)程，同時(shí)將混雜在果穗內(nèi)的散籽經(jīng)振動(dòng)輸送槽內(nèi)的漏籽孔進(jìn)行了有效的分離，大大降低了破碎率和損失率。（2）玉米剝皮系統(tǒng)的剝皮器采用32 根剝皮輥，形成16 個(gè)槽型剝皮通道，每個(gè)剝皮通道的2 組剝皮輥相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)剝皮輥表面螺旋狀凸起部分將玉米果穗的苞葉碾住撕開(kāi)，使之與果穗分離。在每相鄰2 個(gè)剝皮通道的中央正上方安裝有自動(dòng)擺動(dòng)的擺桿撥料機(jī)構(gòu)，可將橫置于剝皮輥上的果穗撥順，使物料不阻塞、不聚集；剝皮器采用滑動(dòng)軸承支撐，干油潤(rùn)滑系統(tǒng)可定時(shí)定量給每個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)提供潤(rùn)滑脂，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行；剝皮器傾角調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用液壓千斤頂結(jié)構(gòu)，可根據(jù)玉米果穗品種和水分不同，調(diào)節(jié)剝皮器的傾角，保證剝凈率的同時(shí)，達(dá)到最大產(chǎn)量。

3 關(guān)鍵技術(shù)研究

剝皮系統(tǒng)是玉米剝皮機(jī)的主要系統(tǒng)之一，主要由剝皮器、剝皮系統(tǒng)支架、傾角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、擺動(dòng)桿撥料機(jī)構(gòu)、安全防護(hù)裝置、潤(rùn)滑系統(tǒng)、動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)及附件組成。剝皮器是該部分關(guān)鍵機(jī)構(gòu)，在剝皮過(guò)程中，剝皮輥的主要功能是抓取苞葉、撕開(kāi)苞葉，將苞葉從剝皮輥間隙中排除，它的材料、表面結(jié)構(gòu)形式、配置方式、有效長(zhǎng)度等決定其功能的優(yōu)劣，直接影響剝皮機(jī)剝凈率、破碎率、損失率等性能。因此，剝皮輥的設(shè)計(jì)尤為重要。

3.1 剝皮器的確定剝皮器主要由剝皮輥組合、擺動(dòng)撥料裝置、傳動(dòng)齒輪、滑動(dòng)軸承、集中潤(rùn)滑組合、剝皮器框架組合等部分組成。剝皮輥組合采用32 根剝皮輥，每2 根剝皮輥高低布置，構(gòu)成一個(gè)剝皮通道，共有16 個(gè)剝皮通道。

3.2 剝皮輥的形狀設(shè)計(jì)由于玉米種子相對(duì)糧食玉米價(jià)格較高，因此，對(duì)加工過(guò)程的破碎率提出了更高的要求，要求破碎率≤1%。鑒于此，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，該設(shè)備剝皮輥選用橡膠輥，橡膠輥材質(zhì)采用特殊橡膠，并且采用槽型配置。每組橡膠輥表面設(shè)計(jì)有反向螺旋狀的凸起，有助于將玉米果穗的苞葉碾住撕開(kāi)，達(dá)到剝離的目的，保證剝凈率的同時(shí)，大大降低了破碎率，且特定的螺旋升程有利于物料在剝皮通道上順利流通。

由于剝皮過(guò)程中會(huì)有落粒產(chǎn)生，為防止落粒被剝皮輥擠碎損傷玉米胚芽，在橡膠輥及鋁輥表面開(kāi)有凹槽，便于落粒順利排出，混合在苞葉中的落粒由下道工序籽皮分離機(jī)分離重新利用。

3.3 剝皮輥有效長(zhǎng)度設(shè)計(jì)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，剝皮輥的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，剝凈率越高，但是會(huì)增加破碎率和損失率，剝皮輥太短，剝凈率達(dá)不到要求，設(shè)計(jì)前，選取不同有效長(zhǎng)度的剝皮輥?zhàn)鰟兤ぴ囼?yàn)，剝凈率結(jié)果如表1所示。試驗(yàn)結(jié)果顯示：剝皮輥有效長(zhǎng)度在600mm 內(nèi)剝凈率為85.56%，在1000mm 內(nèi)剝凈率為91.19%，在1400mm 內(nèi)剝凈率為95.42%，在1600mm 內(nèi)剝凈率為96.79%。

表1 剝皮輥有效長(zhǎng)度試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果得出剝皮輥有效長(zhǎng)度在1400mm內(nèi)剝凈率為95.42%，滿足設(shè)計(jì)中剝凈率≥95%的要求，考慮到全橡膠輥組合相較傳統(tǒng)鑄鐵輥與橡膠輥組合剝皮效率有所下降，故將剝皮輥有效長(zhǎng)度定為1500mm。

3.4 剝皮輥的組合形式剝皮輥由橡膠輥段和鋁輥段串聯(lián)組合而成，且橡膠輥分為3 種形式。這種排列方式的優(yōu)點(diǎn)在于每2 組剝皮輥軸向相對(duì)位置的膠輥段材質(zhì)不同，摩擦力不同，果穗在沿剝皮輥軸向方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，還繞自身軸向旋轉(zhuǎn)（向摩擦力大的一側(cè)旋轉(zhuǎn)），由于相鄰兩段膠輥的摩擦力不同，果穗繞自身軸向旋轉(zhuǎn)的方向不斷變換，剝皮效果更好。橡膠輥相鄰兩段有一段表面有排籽槽，有助于剝皮過(guò)程中脫落的籽粒及時(shí)排出，有效降低了籽粒破碎率。分段的橡膠輥磨損后，可拆卸磨損段進(jìn)行更換，與傳統(tǒng)剝皮輥磨損后需要整根更換相比，維護(hù)方便，節(jié)約成本。

4 結(jié)論

大量試驗(yàn)與生產(chǎn)實(shí)踐表明，該16 通道玉米果穗剝皮機(jī)可實(shí)現(xiàn)剝凈率≥95%，破碎率≤1%，損失率≤1%，生產(chǎn)率可達(dá)15000kg/h，相比于傳統(tǒng)剝皮機(jī)提高了剝凈率，降低了破損率，適用于我國(guó)制種玉米種子加工工藝和鮮玉米加工要求，達(dá)到了預(yù)期的目的。