送料辊以及玉米脱粒机的制作方法

本发明涉及一种送料辊，本发明还涉及带有该送料辊的玉米脱粒机。

背景技术：

现有的脱粒辊组的结构可参照201510234368.9等的玉米脱粒机所述。脱粒辊组配置螺旋线，或者其包含一个独立的带螺旋线的送料辊。该螺旋线至少用于带动玉米棒转动并前移。201410176378.7的那种可变向脱粒的玉米脱粒机展示了一种可变脱粒筋（螺旋线）的脱粒筒。脱粒筋包括上段脱粒筋和下段脱粒筋，上段脱粒筋和下段脱粒筋螺旋方向相反。通过改变双层筋的方式改变脱粒仓的高度，实现玉米棒在脱粒仓的不同空间部分都可以得到充分脱粒。这种可变螺旋线的脱粒机辊组可作为本申请的参考。

《玉米种子差速脱粒的单因素分析》（河南科技大学车辆与动力工程学院，李心平等）分析了各种因素对差速脱粒装置效率的影响。其中，直辊转速的增加在一定范围内对未脱净率有利，玉米随直辊转速的增加而籽粒破碎率增加。喂入量的增加会使脱粒效果变差，未脱净率增加。

《单滚筒钉齿式玉米脱粒机的研制》（齐齐哈尔大学机电工程学院，王凤娟等）以及《小型玉米脱粒机高速转子的结构设计及有限元分析》（青岛科技大学机电工程学院，吴俊飞等）等设计脱粒设备关键部件主要尺寸，并从优化滚筒、钉齿等的尺寸入手改进脱粒器的结构。该案可纳入本申请作为参考。

技术实现要素：

本发明提出了一种送料辊，带有可变尺寸的螺旋线，适应处于不同脱粒阶段的玉米棒，提高脱粒效率。本发明还公开了一种带有该送料辊的玉米脱粒机。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种送料辊，其特征在于，由入口段、一次脱粒段、二次脱粒段以及三次脱粒段组成，所述入口段具有反向螺旋槽，所述一次脱粒段具有第一螺旋槽，所述二次脱粒段具有第二螺旋槽，所述三次脱粒段具有第三螺旋槽，其中，所述反向螺旋槽的导程与第一螺旋槽相同但旋向与第一螺旋槽相反，所述第二螺旋槽的导程是第一螺旋槽的四倍并且旋向与第一螺旋槽相同，所述第三螺旋槽的螺距与旋向均与第二螺旋槽相同。

在本发明的这种送料辊中，所述反向螺旋槽、第一螺旋槽、第二螺旋槽均为双线程螺旋线。

在本发明的这种送料辊中，所述第三螺旋槽为单线程螺旋线。

在本发明的这种送料辊中，所述第三螺旋槽内设有多个钉齿，所述钉齿的上端面高于所述送料辊的上表面。

在本发明的这种送料辊中，所述入口段的长度为10cm，一次脱粒段的长度为20cm，二次脱粒段的长度为60cm，三次脱粒段的长度为60cm。

在本发明的这种送料辊中，所述反向螺旋槽的齿宽为2cm，第一螺旋槽的齿宽为2cm、第二螺旋槽的齿宽为8cm、第三螺旋槽的齿宽为8cm。

在本发明的这种送料辊中，所述反向螺旋槽的导程为5cm，第一螺旋槽的导程为5cm、第二螺旋槽的导程为29cm、第三螺旋槽的导程为12cm。

一种玉米脱粒机，至少由支架和脱粒器组成，所述脱粒器包括脱粒电机、所述的送料辊、脱粒辊，所述脱粒电机固定在所述支架外侧，该脱粒电机连接至一传动轴，该传动轴经一齿轮组连接所述脱粒辊和/或送料辊。

在本发明的这种玉米脱粒机中，该脱粒器还包括柔性调节组件，该调节组件包括横梁、连杆、第一摆臂、第二摆臂以及调节弹簧，所述第一摆臂和第二摆臂的中部均铰接在所述横梁上，该第一摆臂的上端部铰接至其中一个的所述脱粒辊，该第一摆臂的下端部套在所述连杆上，该第二摆臂的上端部铰接至相邻的所述脱粒辊，该第二摆臂的下端部铰接所述连杆上，所述调节弹簧套在所述连杆上，该调节弹簧的两端分别压在所述第一摆臂和第二摆臂的下端部。

在本发明的这种玉米脱粒机中，所述连杆的外侧设有与套筒，该套筒套在所述调节弹簧的外侧。

实施本发明的这种送料辊以及玉米脱粒机，具有以下有益效果：送料辊由多段结构组成。完整的玉米棒结构密实，初次脱粒难度大，需要较长时间的冲击脱粒。一次脱粒段的短螺距螺旋线可延长玉米棒在此处的滞留时间，入口段的反向螺旋线亦可达到此目的。当玉米棒的部分玉米粒被脱去后，剩余玉米粒更容易被剥落。二次脱粒段的长螺距结构可加快玉米棒的移动速度，提高脱粒效率。三次脱粒段的螺旋槽深度大，其钉齿与凹槽底部构成一咬合结构，有利于剥落各别难以剥离的玉米粒。

附图说明

图1为本发明的送料辊的示意图。

图2为本发明的玉米脱粒机的示意图；

图3为图2的一种局部视图；

图4为图2的另一方向的局部视图；

图5为图2的又一局部视图，主要展示了压料器的部分结构；

图6为图3的结构示意图；

图7为图5的结构示意图；

图8为图2的喂料器的局部视图；

图9为图8的另一方向的示意图；

图10为图5的脱粒器的局部示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

喂料器相关的现有技术状态：《玉米果穗喂入形式与籽粒破碎率的关系研究》（河南科技大学车辆与动力工程学院，李心平等）研究了喂料方向的不同对破损率的影响。但该喂料方向仅包含玉米棒的两种进入方向，没有包含玉米棒本身的姿态。201210231110.x的那种玉米脱粒机，该脱粒滚筒上方安装有玉米喂送组件，在玉米喂送组件与脱粒滚筒之间还设置有用于限定玉米穗在脱粒过程中所在位置的限位件。限位件可控制人工喂料时玉米的状态。该装置的喂料速度非常低但如果机械喂料或快速喂料，限位件难以起到作用。201521053912.1公开了一种玉米脱粒机喂料调节装置，其喂料斗内纵向转动连接有2个控制轴，两控制轴对应面连接有拨杆，控制外端连接有曲柄。曲柄可控制玉米沿两个不同的方向进入脱粒机。但是该案还是无法控制玉米棒进入脱粒机时的方向。2016106865061的那种玉米脱粒机采用机械师快速下料的结构。其大致包括入料箱、脱粒腔室和第一旋转轴，第一旋转轴位于入料箱和脱粒腔室之间。第一旋转轴设有挡板。在快速喂料过程中，挡板周期性挡住喂料口，避免不均匀喂料导致设备受损。该案可控制喂料速度，无法控制喂料方向。201610228854.4为一种轴向剪切式玉米脱粒机，它包括料仓、滚动板、缓冲仓、底座、叶轮喂料器。其采用滚动的运输方式使得玉米果穗按顺序堆叠，并由叶轮喂料器按堆叠先手顺序输送入玉米脱粒机装置中按顺序脱粒。该装置无法有效控制玉米棒的方向，喂料叶片之间是否有且仅有一个玉米棒也是该案尚未解决的问题。玉米籽在脱粒过程中的破碎主要与冲击力有关，合适大小的冲击力可提高脱粒效率，但较大的冲击力可能增加破损。冲击力的作用部位影响破碎率。由于脱粒为转轴状结构，玉米棒与脱粒辊平行布置时，脱粒效果最好。玉米棒与脱粒辊垂直布置时，脱粒效果最差。

压料器相关的现有技术状态：201510938130.4的那种带压料器的玉米脱粒机，具有一压料轴。主动压料轴嵌套连接有主动压料辊，所述主动压料滚上安装有均匀设置的凸块。主动压料滚在转动过程中持续压制玉米棒，保持玉米棒紧紧贴合在脱离辊上。但是如果玉米棒的大小不一致时，玉米棒可能由于压制力过大被损坏，或者压制力过小没有实际作用。200910263459.x公开了另一种带压料器的玉米脱粒机，主要由脱粒装置组成。脱粒装置由脱粒筒、压板和挡板构成。压板位于脱粒筒上方呈弧形，挡板位于脱粒筒和压板的侧面。脱粒筒、压板和挡板之间形成弧形脱粒仓。压板由压板、压管、压条、压簧构成，压板的顶部设置有弹性装置。该案通过可调节高度的弹性压板装置解决了大小棒径不同的玉米棒进料和脱粒的问题。压板的压力由玉米棒控制，无法主动周期性地调节玉米棒与脱离辊的接触压力和接触位置。

脱粒器的送料辊相关的现有技术状态：现有的脱粒辊组的结构可参照201510234368.9等的玉米脱粒机所述。脱粒辊组配置螺旋线，或者其包含一个独立的带螺旋线的送料辊。该螺旋线至少用于带动玉米棒转动并前移。201410176378.7的那种可变向脱粒的玉米脱粒机展示了一种可变脱粒筋（螺旋线）的脱粒筒。脱粒筋包括上段脱粒筋和下段脱粒筋，上段脱粒筋和下段脱粒筋螺旋方向相反。通过改变双层筋的方式改变脱粒仓的高度，实现玉米棒在脱粒仓的不同空间部分都可以得到充分脱粒。这种可变螺旋线的脱粒机辊组可作为本申请的参考。《玉米种子差速脱粒的单因素分析》（河南科技大学车辆与动力工程学院，李心平等）分析了各种因素对差速脱粒装置效率的影响。其中，直辊转速的增加在一定范围内对未脱净率有利，玉米随直辊转速的增加而籽粒破碎率增加。喂入量的增加会使脱粒效果变差，未脱净率增加。《单滚筒钉齿式玉米脱粒机的研制》（齐齐哈尔大学机电工程学院，王凤娟等）以及《小型玉米脱粒机高速转子的结构设计及有限元分析》（青岛科技大学机电工程学院，吴俊飞等）等设计脱粒设备关键部件主要尺寸，并从优化滚筒、钉齿等的尺寸入手改进脱粒器的结构。该案可纳入本申请作为参考。

脱粒器的脱粒辊相关的现有技术状态：《玉米联合收获机纵轴流脱粒装置及控制系统的设计》（济南大学机械工程学院，张琨等）设计了一种纵轴流脱粒装置，其具有单一的脱粒辊，脱粒辊外侧设置短纹杆和脱粒爪。脱粒辊的布局简单，脱粒效率低，无法适应不同尺寸的玉米棒。《变径变间距螺旋板齿式玉米脱粒机设计与试验》（西北农林科技大学机械与电子工程学院，赵武云等）旨在根据玉米棒在不同脱粒阶段的玉米粒的脱粒难度和破损率修正脱粒辊各部位的刀齿形态。例如自脱粒机进料口到排芯口方向，脱粒装置上分布的冠状齿间距增大，平板齿间距减小，冠状齿与平板齿的直径均有增加。《柔性玉米脱粒机的开发》（长春市农机研究院，王淑兰等）提出柔性脱粒机的设计思路。其主轴通过脱粒齿支板和从动轴带动脱粒斜齿、脱粒直齿转动来挤搓玉米脱棒脱粒。在旋转脱粒过程中，当脱粒齿遭受到很大阻力时，可以使从动轴转动。避免脱粒齿受阻产生过大的冲击力使玉米粒和玉米棒被粉碎。柔性脱粒原理的基本思路是提供弹性的作用力，避免意外增加的作用力损坏玉米。

如图1，送料辊320由入口段321、一次脱粒段322、二次脱粒段323以及三次脱粒段324组成。入口段321具有反向螺旋槽325，一次脱粒段322具有第一螺旋槽326，二次脱粒段323具有第二螺旋槽327，三次脱粒段324具有第三螺旋槽328。反向螺旋槽325的导程与第一螺旋槽326相同但旋向与第一螺旋槽326相反。完整的玉米棒600结构密实，初次脱粒难度大，需要较长时间的冲击脱粒。一次脱粒段322的短螺距螺旋线可延长玉米棒600在此处的滞留时间，入口段321的反向螺旋线亦可达到此目的。第一螺旋槽326趋向将玉米棒600移动至出口处，反向螺旋槽325趋向将玉米棒600反向带动至送料辊320的根部。第二螺旋槽327的导程是第一螺旋槽326的四倍并且旋向与第一螺旋槽326相同，第三螺旋槽328的螺距与旋向均与第二螺旋槽327相同。当玉米棒600的部分玉米粒被脱去后，剩余玉米粒更容易被剥落。二次脱粒段323的长螺距结构可加快玉米棒600的移动速度，提高脱粒效率。第三螺旋槽328内设有多个钉齿329，所述钉齿329的上端面高于所述送料辊320的上表面。三次脱粒段324的螺旋槽深度大，其钉齿329与凹槽底部构成一咬合结构，有利于剥落各别难以剥离的玉米粒。

根据样品实测，本发明的送料辊320直径约为10至20cm。反向螺旋槽325、第一螺旋槽326、第二螺旋槽327均为双线程螺旋线。第三螺旋槽328为单线程螺旋线。入口段321的长度为10cm，一次脱粒段322的长度为20cm，二次脱粒段323的长度为60cm，三次脱粒段324的长度为60cm。反向螺旋槽325的齿宽为2cm，第一螺旋槽326的齿宽为2cm、第二螺旋槽327的齿宽为8cm、第三螺旋槽328的齿宽为8cm。反向螺旋槽325的导程为5cm，第一螺旋槽326的导程为5cm、第二螺旋槽327的导程为29cm、第三螺旋槽328的导程为12cm。以上尺寸允许一定的测量误差。

如图2至10，脱粒器300包括脱粒电机310、送料辊320、柔性脱粒辊330以及柔性调节组件340。脱粒电机310固定在支架100外侧，该脱粒电机310连连接至一传动轴360。传动轴360经一齿轮组370连接送料辊320。在本实施例中，齿轮组370包括一组圆锥齿轮371和一组圆柱齿轮372。传动轴360经该圆锥齿轮371连接至送料辊320，送料辊320经该圆柱齿轮372连接至脱粒辊330。在该实施例中，脱粒辊330与送料辊320的旋向相反，达到差速脱粒之目的。在另一可行的方案中，脱粒辊与送料辊320经一链条和齿数不等的齿轮传动，亦可达到差速脱粒的目的。为避免齿轮组370被玉米渣卡住，喂料罩体210的底部设有隔离板213，该隔离板213覆盖在脱粒辊330上并位于靠近齿轮组370的一侧。

柔性调节组件340提供一柔性作用力，辅助改善脱粒器300传递玉米棒600时的受力状态，避免意外增加的作用力损坏玉米。其包括横梁341、连杆342、第一摆臂343、第二摆臂344以及调节弹簧345。第一摆臂343和第二摆臂344的中部均铰接在横梁341上。该第一摆臂343的上端部铰接至其中一个的脱粒辊330，该第一摆臂343的下端部套在连杆342上。第二摆臂344的上端部铰接至另一个的脱粒辊330，该第二摆臂344的下端部铰接连杆342上。第一摆臂343与第二摆臂344构成一对相向调节的杠杆机构。相邻的送料辊320受力向两侧张开时，摆臂的下端部分相互靠近。调节弹簧345套在连杆342上，该调节弹簧345的两端分别压在第一摆臂343和第二摆臂344的下端部。如果玉米棒600卡入相邻的送料辊320之间的间隙内，摆臂的下端部分相互靠近并挤压弹簧，同时避免设备击碎小尺寸玉米棒600。卡入物体取出或消失后，调节弹簧345经摆臂推动送料辊320回到初始位置。可以预料的，两送料辊320之间的螺旋线向外延伸，意外挤入送料辊320之间玉米棒600可以在螺旋线的引导下排出。较佳的，连杆342的外侧设有与套筒346，该套筒套在调节弹簧345的外侧。该结构可避免调节弹簧345被玉米渣卡住。

本发明的柔性脱粒辊330，由芯轴331、套轴332以及弹性轴333组成。芯轴331固定在该套轴332内，所述套轴332固定在该弹性轴333内。该柔性脱粒辊330采用多层结构，内层的芯轴331可保持脱粒辊330的整体强度，避免工作时弯曲。套轴332包括多个突出部334和用于连接该突出部334的弧形壁335组成。中间的套轴332为棱柱状结构，突出部334伸入弹性轴333内。芯轴331的外侧壁贴合在弧形壁335内侧，弹性轴333的内侧具有多个凹陷槽336，突出部334位于该凹陷槽336内，该弹性轴333的外侧具有多个脱粒齿337。由于脱粒齿337内部为刚性的突出部334，脱粒辊330的整体强度得到保证。在脱粒辊330转动时，突出部334提供切向的冲击力，保证玉米粒被切下。在本发明中，芯轴331和套轴332由碳素结构钢或45号钢制成。弹性轴333由异戊橡胶和/或氯丁橡胶制成。弹性轴333采用橡胶制成，脱粒齿337受阻产生过大时，脱粒齿337刃口可发生部分形变，避免冲击力使玉米粒和玉米棒600被粉碎。

部分脱粒齿337位于突出部334的外侧，该部分脱粒齿337受到刚性突出部334的支持作用，强度更高，有利于脱粒。部分脱粒齿337位于弧形壁335的外侧，这部分脱粒齿337可承受一定的形变，避免破坏玉米粒。较佳的，脱粒齿337由相互连接的突出圆弧338和凹陷圆弧339组成，该突出圆弧338的曲率中心位于弹性轴333的内侧。突出圆弧338为光滑的引入弧面，有利于玉米粒进入脱粒齿337的刃口中。凹陷圆弧339的曲率中心位于弹性轴333的外侧，凹陷圆弧339为勾状结构。该突出圆弧338与弹性轴333的外侧面相交构成一钝角，该凹陷圆弧339与弹性轴333的外侧面相交构成一锐角。可以理解，在脱粒辊330的旋转方向上，突出圆弧338更为靠前。

参照图2至10，本发明的脱粒机主要包括支架100、喂料器200、脱粒器300、压料器400以及集料器500。支架100由多个桁架组成，为主要的支撑部件，其他内部构件均安装在该支架100上。

喂料器200包括喂料罩体210和多组振动组件220。喂料罩体210为扩口状，玉米棒600从其上部开口进入设备。振动组件220并排布置，相邻的振动组件220的间距以及振动组件220与喂料罩体210侧壁的间距大于多数玉米棒600的直径并小于玉米棒600的长度。杂乱堆积的玉米棒600位于振动组件220上部。振动组件220频繁振动使得玉米棒600改变方向。与栅格板222垂直的玉米继续受迫振动，与栅格板222平行的玉米棒600进入脱粒器300。即使玉米棒600大量快速的进入喂料器200，玉米棒600进入脱粒器300的姿态仍然得到有效调整，喂料效率得到提高。较佳的，相邻的振动组件220的振动方向刚好相差半个周期。振动组件220振动状态各异，当玉米棒600同时压在多个栅格板222上时，这种结构更有利于玉米棒600调整姿态。

在本发明中，振动组件220包括横杆221、栅格板222、振动源223以及振动弹簧224。横杆221固定在喂料罩体210内，该横杆221与所述脱粒辊330和/或送料辊320平行，该横杆221上设有多个导向管225。栅格板222的底部设有多个导向柱226，该导向柱可滑动地伸入导向管。导向管可保持栅格板222沿垂直方向振动。相邻的栅格板222的间距为4至10cm（多数玉米棒600的直径至玉米棒600的长度）。振动源223固定在横杆221上，该振动源223的输出轴连接至栅格板222。振动弹簧224套在导向管的外侧，该振动弹簧224的一端固定在所述横杆221上，另一端顶在所述栅格板222的底部。振动弹簧224使得栅格板222振动更加均匀（阻尼作用），并提供初始的预拉力。并且振动弹簧224在初始状态下为受拉状态，玉米棒600堆积后，弹簧处于较小的伸长状态。振动源223振动时，弹簧周期性伸长和缩短。该结构可延缓弹簧疲劳，并避免振动源223工作时压力过大。另外，该栅格板222大致为三角形结构，具有两组导向面227，玉米棒600可沿该导向面滑动。本实施例的振动源223可以是磁致伸缩电机、带螺杆的电机（电动推杆）等等。

压料器400包括压料臂410、提升弹簧420以及至少一组压料轴430、压料管431和压料弹簧432。压料臂410位于脱粒辊330和送料辊320顶部。压料臂410为倒置的t形结构。压料臂410具有一滑轴411和横向的两个轴承部412。提升弹簧420的一端固定在喂料罩体210上，另一端连接至压料臂410。提升弹簧420为受压弹簧，其可提起压料臂410及其附属结构。停机时弹簧作用方向与工作时相反。停机时，提升弹簧420被压缩；工作时，提升弹簧420的压缩量降低或者反向拉伸。如果弹簧的初始作用力与玉米棒600的作用力的方向相同，弹簧可能受到极限压力，造成损伤。具体而言，喂料罩体210具有一支撑板211，该支撑板211顶部具有一套筒212。滑轴411穿过套筒212，套筒212起到导向作用，引导压料臂410移动。滑轴411的顶部具有多个螺帽413，提升弹簧420套在套筒外侧，该弹簧的两端分别固定在螺帽413和支撑板211上。可通过螺帽413调节压料臂410的初始高度，适应不同尺寸的玉米棒600。此外，压料臂410设有两组压料管431，压料管431左右布置在压料臂410两侧，形成一种受力均衡的状态。压料管431对称设置四个梯形压板433，压料管431对称设置六个梯形压板433。数目不等、尺寸不同的梯形压板433对玉米棒600形成的压力不同，保证各类尺寸的玉米棒600均可受到有效压制。

压料轴430可转动地固定在压料臂410中，该压料轴430连接至一电机434。压料管431可滑动地套在压料轴430中，该压料管431的侧壁连接多个梯形压板433。电机带动压料轴430转动，压料轴430带动压板压制玉米棒600。压料弹簧432的一端固定在压料轴430上，另一端固定在压料管431中。压料弹簧432和提升弹簧420使得压料器400施加的是一种弹性的压制力，进一步降低对玉米棒600的损伤。在本实施例中，压料轴430设有两组螺帽435，压料管431位于两组螺帽435之间，压料弹簧432顶在螺帽435内侧。螺帽435调整压料弹簧432的预紧力和压料管431的初始位置，适应不同尺寸和脱粒深度的玉米。压料管431具有一延伸部436，压料弹簧432位于该延伸部436内。压料弹簧432被保护在延伸部436中，避免玉米碎片卡在弹簧间隙中。

在本发明中，送料辊320高度低于脱粒辊330，两对送料辊320和脱粒辊330形成以凹槽结构，玉米棒600位于其内。玉米棒600沿送料辊320移动，脱粒辊330剥掉玉米粒。在最佳状态下，玉米位于送料辊320上并紧密接触脱粒辊330。梯形压板433具有长边和短边，长边位于梯形压板433的靠近送料辊320，短边靠近所述梯形压板433的靠近脱粒辊330的一侧。梯形压板433的底部为斜边，该斜边对玉米棒600构成一指向脱粒辊330和送料辊320压力，保证玉米棒600沿送料辊320移动地同时紧密接触脱粒辊330。该压力逐渐变化，玉米棒600渐变地被压制在脱粒辊330中，脱粒效率得以进一步提高。在较小的压制力下，大径部位的玉米粒被脱出。压制力逐渐增大时，小径部位的玉米粒被脱出，避免恒定的压制力挤坏玉米棒600，破碎率得以降低。

集料器500为本发明的附属结构，其用于将脱粒器300各处的玉米粒集中收纳并放出。集料器500包括绞龙510和网孔板520。该网孔板520固定在支架100底部，铰孔可转动地固定在网孔板520中，电机带动绞龙510收纳玉米粒。细颗粒的灰尘从网孔板520。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。