一种浮动定向喂入式玉米仿生脱粒机的制作方法

本发明涉及农业机械领域，具体的说是一种浮动定向喂入式玉米仿生脱粒机。

背景技术：

玉米是我国主要的农作物之一，并可作为饲料和工业原料，是一种重要的经济作物，对我国的粮食生产和畜牧业的发展起着至关重要的作用。近年来，玉米的产量逐渐提高，人们越来越重视玉米收割中的摘穗、剥皮、脱粒等环节，当前市场的玉米收获机仅具有摘穗、剥皮、秸秆粉碎等功能，玉米脱粒工序还需单独靠脱粒机完成。

目前我国大多采用打击原理设计的玉米脱粒机来进行玉米脱粒，存在以下为题：1.打击式原理的玉米脱粒机具有籽粒破碎率偏高、脱粒不干净、含杂率高等缺陷，破碎率偏高会导致原料的巨大浪费，影响脱粒的效果同时会造成较大的经济损失，玉米籽粒的破损也会影响玉米短期、长期的储藏，玉米脱粒过程中的机械损伤成为玉米脱粒的主要问题。2.玉米脱粒过程中的脱粒间隙至关重要，由于玉米果穗的直径、长度都有不同的差别，脱粒间隙过大会导致脱净率低，脱粒间隙过小会导致破损率增大，玉米脱粒机的脱粒间隙的不可自动调节是导致玉米机械损伤的重要原因，也是影响脱粒效果的重要因素。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种能够减小破碎率并根据玉米果穗自动调整脱粒间隙的浮动定向喂入式玉米仿生脱粒机。

为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案为：一种浮动定向喂入式玉米仿生脱粒机，包括机架，在机架上水平间隔设有两根差速辊，两根差速辊之间具有供玉米籽粒落下的间隙，在两根差速辊的上方垂直于差速辊水平间隔设有离散辊和脱粒辊，所述离散辊的辊面上间隔设有多个仿生禽类喙部的离散凸起，所述脱粒辊的辊面以及两根差速辊位于脱粒辊下方部分的辊面上均设有仿生人类手部结构的脱粒凸起，离散辊与两根差速辊之间构成破坏玉米果穗上果粒整体排布结构的离散区，脱粒辊与两根差速辊之间构成将果粒从玉米果穗上彻底剥去的脱粒区，在机架上位于所述离散区的一侧设有将玉米果穗沿两根差速辊的之间的轴向逐根输送入离散区的喂料装置，在离散辊和脱粒辊的辊轴与机架之间均设有间隙浮动调节装置，间隙浮动调节装置根据进入离散区和脱粒区的玉米果穗的直径差异浮动调节离散辊和脱粒辊的高度，所述的差速辊、离散辊以及脱粒辊分别由同一个驱动装置驱动进行联动工作。

优选的，所述驱动装置包括设置在机架底部的电机，电机通过带传动机构结构Ⅰ驱动水平设在机架上的主轴转动，主轴分别通过两个具有不同传动比的锥齿轮组结构驱动两根差速辊同向差速转动，主轴通过带传动机构Ⅱ驱动离散辊转动，离散辊通过带传动机构Ⅲ驱动脱粒辊转动。

优选的，所述间隙浮动调节装置包括套设在离散辊和脱粒辊辊轴端部的轴承座，轴承座的两端均垂直固定有直线轴承，直线轴承中均穿设有支撑轴，支撑轴的下端与所述机架固定，并在支撑轴上位于轴承座与机架之间的部分设有弹簧，所述离散辊和脱粒辊分别与相应的带传动机构通过万向联轴器挠性连接。

优选的，所述离散辊及脱粒辊的辊面均为适应玉米果穗形状的内圆弧形。

优选的，所述离散凸起均为三棱锥形，其用于插入玉米果穗籽粒之间间隙的工作锥棱两侧的锥面均为圆弧面，在离散辊的辊面上的中部及两端分别沿周向间隔设有三周离散凸起，且任意一个离散凸起上的工作锥棱均倾斜于离散辊的周向设置。

优选的，所述离散凸起的工作锥棱与离散辊的周向之间的夹角均为17°。

优选的，所述脱粒凸起包括仿生人类手指指节部位的多个断续的楔形凸起以及仿生人类手指指纹的连续的波浪形凸起，通过楔形凸起和波浪形凸起配合模仿人类裸手脱粒，所述两根差速辊上的脱粒凸起均垂直于其周向设置，所述脱粒辊上的脱粒凸起均倾斜于其周向设置。

优选的，所述脱粒凸起与脱粒辊的周向之间的夹角均为17°。

优选的，所述喂料装置包括投料口以及设置在投料口下方的旋涡曲面，所述旋涡曲面倾斜固定在机架上，并通过模仿水流冲刷石壁形成的石壁曲面制成，旋涡曲面的两端分别为大头进料口和小头出料口，其中大头进料口与投料口固定连接并将由投料口投入的多个玉米果穗导流入旋涡曲面中，多个玉米果穗在重力作用下沿旋涡曲面滑落并逐步分离，逐个经小头出料口由离散辊远离脱粒辊的一侧输送至所述离散区。

优选的，在所述机架上位于两根差速辊的下方设有锥形的籽粒斗，在籽粒斗的底部开设有排料口。

有益效果

本发明利用仿生学原理，首先将玉米果穗送入离散区进行离散，通过离散辊上设置的类似于鸟类喙部的离散凸起间隔插入玉米果穗上的一排排籽粒之间的间隙，给两侧的籽粒以作用力，剥下一部分籽粒并使玉米果穗上的所有籽粒处于疏松的离散状态。然后送至脱粒区，通过脱粒辊及两根差速辊上设置的类似于人类手部的楔形凸起以及波浪形凸起，其中楔形凸起压入玉米果穗的籽粒间隙，对籽粒产生挤推作用，波浪形凸起对玉米果穗整体起到摩擦作用，仿生裸手脱粒将籽粒与果柄之间的连接里破坏，从而将籽粒剥去。在整个过程中，本发明的作用力只施加在籽粒的间隙，不会对籽粒本身造成损坏，因此本发明具有破损率极低、脱净率高、不碎芯的优点。

本发明在离散区和脱粒区中均设有间隙浮动调节装置，玉米果穗进入离散辊或脱粒辊下方时，在弹簧的作用下能够将辊子顶起，不同直径的玉米果穗顶起的间距不同，因此脱粒间隙也就不同，同时果穗两头的直径较小，也能将两头的籽粒脱下，万向节联轴器能够传递扭矩，保证辊子在上下浮动的过程中继续旋转工作，能够根据玉米果穗大小的不同自动调节离散及脱粒间隙，能够使不同大小的玉米果穗都达到良好脱粒效果。

本发明的喂料装置中包括一段旋涡曲面，通过模仿水流冲刷石壁的到的石壁曲面制得，能够在许多玉米果穗沿着曲面滑落的过程中逐渐分离，变成逐个有序的喂入，同时果穗的姿态能够在滑落过程中制动校正为竖直状态，有利于脱粒。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1在去除喂料装置时的俯视图；

图3为本发明的离散辊的结构示意图；

图4为本发明的脱粒辊的结构示意图；

图5为本发明的间隙浮动调节装置的结构示意图；

图6为本发明的喂料装置的俯视图；

图7为本发明的喂料装置中的旋涡曲面的三维函数图；

图8为玉米果穗在本发明的喂料装置中的漩涡曲面中的滑落状态示意图；

图9为两根玉米果穗从不同的喂入点进入本发明的喂料装置后的滑落轨迹示意图；

图中标记：1、机架，2、主轴，3、差速辊，4、离散辊，5、脱粒辊，6、离散凸起，7、脱粒凸起，8、喂料装置，801、投料口，802、旋涡曲面，9、间隙浮动调节装置，901、轴承座，902、直线轴承，903、支撑轴，904、弹簧，905、万向联轴器，10、电机，11、籽粒斗。

具体实施方式

如图1至图6所示，本发明的一种浮动定向喂入式玉米仿生脱粒机，包括一个用以支撑本发明其他部件的机架1框体，在机架1上水平设有可转动的主轴2和仿生辊组，仿生辊组包括垂直于主轴2且水平间隔设置的两根差速辊3以及位于两根差速辊3的上方并平行于主轴2间隔设置的离散辊4和脱粒辊5。本实施例中在机架1的底部设有电机10，该电机10通过带传动机构I驱动主轴2转动，两根差速辊3分别通过两个具有不同传动比的锥齿轮组结构由主轴2驱动实现同向差速转动，离散辊4通过带传动机构II由主轴2驱动转动，而脱粒辊5通过带传动机构III由离散辊4驱动转动，本发明的驱动方式不唯一，可以通过本领域技术人员能想到的常规手段代替。本发明的仿生辊组数量不唯一，可设置为多组，并均通过同一根主轴2驱动，每个仿生辊组中独立处理玉米果穗。

离散辊4和脱粒辊5的辊面均为适应玉米果穗形状的内圆弧形。离散辊4的辊面上间隔设有多个离散凸起6，离散凸起6均为通过仿生鸟类喙部制成的三棱锥形，其用于插入玉米果穗籽粒之间间隙的工作锥棱两侧的锥面均为圆弧面，在离散辊4的辊面上的中部及两端分别沿周向间隔设有三周离散凸起6。脱粒辊5的辊面和两根差速辊3位于脱粒辊5下方部分的辊面上均设有脱粒凸起7，脱粒凸起7包括仿生人类手指指节部位的多个断续的楔形凸起以及仿生人类手指指纹的连续的波浪形凸起，通过楔形凸起和波浪形凸起配合模仿人类裸手脱粒。由于玉米果穗在两根差速辊3的作用下产生自转，而离散辊4和脱粒辊5均垂直于两根差速辊3设置，所以离散辊4和脱粒辊5相对于玉米果穗来说具有一定的纵向速度和横向速度，为了起到更好的离散及脱粒效果，本发明的离散凸起6上用于插入玉米果穗的间隙的工作锥棱倾斜于离散辊4的周向设置，两根差速辊3上的脱粒凸起7均垂直于其周向设置，脱粒辊5上的脱粒凸起7均倾斜于其周向设置，使离散凸起6以及脱粒凸起7正好设置于玉米果穗与离散辊4和脱粒辊5的相对速度的合速度方向上，从而起到更好的效果。

本实施例中的两根差速辊3辊面的线速度的差值设置为0.42m/s，离散辊4和脱粒辊5辊面的线速度均为1.38m/s，由于玉米果穗随着两根差速辊3的转动而转动，因此果穗的自转线速度和两根差速辊3的线速度的差值是相等的，所以离散辊4和脱粒辊5相对玉米果穗的横向速度为0.42m/s,离散辊4和脱粒辊5相对玉米果穗的纵向速度1.38m/s，横向速度与径向速度的合速度与竖直方向的夹角为arctan(0.42/1.38)=17°，由此得出离散辊4上的离散凸起6和脱粒辊5上的脱离凸起均沿与各自辊周向呈17°倾斜设置以达到最好的离散及脱粒效果。

离散辊4和脱粒辊5与两根差速辊3之间分别构成破坏玉米果穗上果粒整体排布结构的离散区和将果粒从玉米果穗上彻底剥去的脱粒区，在机架1上位于所述离散区的一侧设有将玉米果穗沿两根差速辊3的之间的轴向逐根输送入离散区的喂料装置8，该装置包括投料口801以及设置在投料口801下方的旋涡曲面802，所述旋涡曲面802倾斜固定在机架1上，并通过模仿水流冲刷石壁形成的石壁曲面制成，旋涡曲面802的两端分别为大头进料口和小头出料口，其中大头进料口与投料口801固定连接并将由投料口801投入的多个玉米果穗导流入旋涡曲面802中，多个玉米果穗在重力作用下沿旋涡曲面802滑落并逐步分离，逐个经小头出料口由离散辊4远离脱粒辊5的一侧输送至所述离散区。

本实施例中的旋涡曲面802是受到水流冲刷石壁形成的石壁曲面启发而制作，如图7所示，选取合适的石壁曲线系数0.0064得到一条抛物线函数f(z)₁=0.00064*y²，由该抛物线绕z轴旋转得到该抛物线旋转曲面函数f(z)₂=0.00064*(x²+y²), 为了能选择适合玉米果穗滑动的曲面，根据玉米果穗沿曲面滑动时的轨迹设计约束曲线，尺寸较大的玉米果穗如果能顺利滑落，那么尺寸较小的玉米果穗也能顺利滑落，因此选择尺寸较大的玉米果穗进行曲线设计，如图8示，玉米果穗通过a点和b点接触曲线，由此计算得到约束曲线方程为x²+y²=250²，即为约束曲线a的方程，相应的约束曲线b的方程为：x²+y²=450²，选取曲线a、曲线b、yoz面以及与yoz面呈60°夹角的c面所围成的区域得到实施例中的旋涡曲面802，即图7中阴影部分所示。

如图9所示，两个玉米果穗分别从c、d两点同时喂入，c、d两点在同一高度，两个玉米果穗分别沿两条轨迹滑到排出口e处，喂入料斗由薄铁皮制作，表面光滑，摩擦力较小，因此忽略摩擦力。两个玉米果穗从喂入到排出，由于下落的高度是一样的，所以从排出口e处的排出速度相同。而中图中可知，从d点喂入的玉米果穗的滑落路程长度大于c点喂入的玉米果穗的滑落路程，所以c、d两点在同时喂入的玉米果穗时，c点喂入的玉米果穗的排出时间小于d点，因此同时喂入的玉米果穗会在滑落的过程中逐步分离，逐个排出，该喂料装置8能够实现果穗自动分离、逐个有序地定向喂入的目的。

在离散辊4和脱粒辊5的辊轴与机架1之间均设有间隙浮动调节装置9，间隙浮动调节装置9根据进入离散区和脱粒区的玉米果穗的直径差异浮动调节离散辊4和脱粒辊5的高度。该装置包括分别套设在离散辊4和脱粒辊5辊轴端部的轴承座901，轴承座901的两端均垂直固定有直线轴承902，直线轴承902中均穿设有支撑轴903，支撑轴903的下端与所述机架1固定，并在支撑轴903上位于轴承座901与机架1之间的部分设有弹簧904，所述离散辊4和脱粒辊5位于机架1上设有电机10一侧的辊轴分别通过万向联轴器905连接在相应的带传动机构。玉米果穗进入离散辊4或脱粒辊5下方时，在弹簧904的作用下能够将辊子顶起，不同直径的玉米果穗顶起的间距不同，因此脱粒间隙也就不同，同时果穗两头的直径较小，也能将两头的籽粒脱下，万向联轴器905能够传递扭矩，保证辊子在上下浮动的过程中继续旋转工作，能够根据玉米果穗大小的不同自动调节离散及脱粒间隙，能够使不同大小的玉米果穗都达到良好脱粒效果。

在机架1上位于两根差速辊3的下方设有锥形的籽粒斗11，在籽粒斗11的底部开设有排料口，本发明在实施过程中，多个玉米果穗通过喂料装置8逐步分级，逐根进入离散区，籽粒经离散输送后在离散辊4和脱粒辊5的共同作用下进入脱粒区，籽粒脱落后落入籽粒斗11中，并通过排料口排出，玉米果穗的果柄通过两根差速辊3的末端排出，实现籽粒与果柄的分离。