CN107127036A - 玉米秸秆皮瓤分离装置 - Google Patents

Abstract

玉米秸秆皮瓤分离装置，其以秸秆及皮瓤硬度、密度、弹性模量等差异较大的物料特性进行皮瓤分离研究为切入点，建立碾压、剪切和锤击分离机构体系；其工作原理是：对玉米秸秆先后进行碾压、剪切和锤击分离，物料受到冲击、剪切和摩擦作用而实现皮瓤分离；其分离机理为：高速旋转锤击粉碎单元对物料直接冲击作用；带齿衬套对物料的反击作用；锤刀和外齿圈所形成的狭窄间隙对物料颗粒的剪切、挤压和摩擦作用；物料颗粒间的相互碰撞、摩擦作用.本发明用最小功耗达到了玉米秸秆皮瓤分离的目的.本发明高效率、低能耗，经济效益和社会效益高.具有可预期的较为巨大的经济价值和社会价值。

Description

玉米秸秆皮瓤分离装置

技术领域

本发明涉及农业机械技术领域中以玉米秸秆物料高值化利用机构的结构设计和应用技术领域，特别提供了一种玉米秸秆皮瓤分离装置。

背景技术

玉米秸秆由叶、外皮和瓤构成，其中：瓤和叶含有丰富的粗蛋白、粗脂肪、半纤维素和糖等，是育畜的优良饲料；外皮的主要成份是纤维素和木质素，它强度高、韧性好，是造纸、制板的好原料。但是，在秸秆的皮瓤未分离前作饲料，其作为传统饲料使用则存在适口性差，采食率低，咀嚼困难等亟待改善的问题；若在秸秆的皮瓤未分离前将其用于造纸、制板，则由于糖和蛋白含量高，致使浆液粘度大，生产效率低，成本增加。

如果将秸秆外皮分离，必将明显有利于资源的高效利用，甚至可能使其利用效率倍增。然而玉米外皮和瓤的结合力使得其高效分离有难度。目前玉米秸秆皮和瓤分离技术针对单株秸秆剥叶，接着切割刮瓤，由于秸秆个体的差异性，存在分离质量不稳定，分离效率低，进而没有得到推广应用。此外，因为玉米秸秆的存量大，每年都有大量秸秆因得不到及时有效利用被焚烧，对环境造成了污染。

东北农业大学的王德福研制的玉米秸秆皮瓤叶分离设备，对剥瓤机构进行了试验研究。其利用试验台对其主要影响因素：剥瓤刀与支持板间隙、剥瓤刀数量、剥瓤刀安装角和剥瓤辊转速进行了试验。王德福设计的玉米秸秆皮瓤分离机由除叶机构和剥瓤机构组成。玉米秸秆皮瓤分离主要工艺 为：秸秆喂入-两级除叶-旋切剥瓤-外皮输出，其关键工艺为除叶与剥瓤。其皮瓤分离过程是，在喂入辊夹持输送下秸秆根部向前进入齿辊除叶机构，经其打击、搓擦，大部分叶片脱离茎杆；然后秸秆进入剥瓤机构，经纵向切割、展开、压平、内瓤切削，实现内瓤与外皮的分离；最后外皮由输出辊导出。(参见文献：王德福，陈争光，于克强.玉米秸秆剥瓤机构参数优化[J].农业机械学报，2012，43(10)：90-94.文献：王德福，陈争光，于克强.玉米秸秆剥瓤机构参数优化[J].农业机械学报，2012，43(10)：90-94.)

东北林业大学李平凡，设计了一种用于分离玉米秸秆皮、瓤、叶的一体机(参见文献：李平凡，花军，张向明.玉米秸秆皮.瓤.叶分离体机的设计研究[J].安徽农业科学，2013(33)：13038-13041)。该机主要由电机、机架、去叶装置和除瓤装置等组成，按照先去叶后除瓤的顺序对玉米秸秆进行加工，其中去叶基于搓擦原理，除瓤基于劈展刮削原理。以上2种皮、瓤分离机共同的特点是，对每个单株秸秆进行打击、搓擦，脱叶；然后切割秸秆、展开、压平、内瓤切削这样的过程，实现外皮与瓤叶的分离。由于秸秆个体的差异性，皮瓤分离质量不稳定，工作效率低。

为了提高秸秆的应用价值，做到精细化利用；进行新的技术发明和应用势在必行。解决玉米秸秆的外皮和瓤叶高效分离技术对农民尽快实现小康、改善生态环境、实现可持续发展和国家十三五的宏伟目标具有重要的意义。人们迫切希望获得一种技术效果优良的玉米秸秆皮瓤分离装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种技术效果优良的玉米秸秆皮瓤分离装置。

本发明重点涉及一种玉米秸秆皮瓤分离装置，其特征在于：其以秸秆 及皮瓤硬度、密度、弹性模量等差异较大的物料特性进行皮瓤分离研究为切入点，建立碾压、剪切和锤击分离机构体系；其工作原理是：待加工的玉米秸秆从喂料口进入玉米秸秆皮瓤分离装置中实现碾压、剪切和锤击分离，在高速旋转的锤刀和外齿圈之间受到冲击、剪切和摩擦作用而实现皮瓤分离；其分离机理为下述几点的组合：①高速旋转锤击粉碎单元对物料直接冲击作用；②带齿衬套对物料的反击作用；③锤刀和外齿圈所形成的的狭窄间隙对物料的剪切、挤压和摩擦作用；④物料间的相互碰撞、摩擦作用。

所述玉米秸秆皮瓤分离装置，优选要求保护下述内容：

所述玉米秸秆皮瓤分离装置采用先压后碎再分离的方式对秸秆进行处理；即：先使用1-2对压辊对玉米秸秆进行预压处理，然后将压成条状的秸秆进行切割分段，切割后在揉碎机中揉碎，最后通过旋风分离将皮瓤分离并存储。

对玉米秸秆进行预压处理所使用的是轴线相互垂直的2对压辊，其中一组为轴线水平布置的水平辊子2，另一组为轴线竖直布置的竖直辊子；其中：水平辊子2整体为圆柱状结构，其外圆柱面上固定布置有用于挤压配合的齿滚结构；水平辊子2有两个组成一对且二者共同构成喂入辊组，两个水平辊子2的轴线平行且在同一竖直平面中布置；两个水平辊子2之间留有相配合的能调节的喂料间隙；成对的水平辊子2中主动件由外部动力驱动；

轴线竖直布置的竖直辊子在玉米秸秆加工流程中布置在水平辊子2的下游，其也由两个组成一对且二者共同构成继续对玉米秸秆进行预压的辊组；

在玉米秸秆加工流程中的构成喂入辊组的成对水平辊子2上游，布置有喂料前端模块，其具体为物料输送上料装置；在成对水平辊子2下游即远离物料输送上料装置的另一侧设置有物料挤压剪切复合装置，物料切挤压剪切复合装置具体是轮盘式切割系统，其具体是由固定式切割刀和旋转式挤压结构配合构成；

物料挤压剪切复合装置的下方设置有物料输送通道和存储结构。

所述玉米秸秆皮瓤分离装置中还设置有用于在物料切割后对其进行进一步加工以促进玉米秸秆皮瓤分离的剪切后皮瓤分离机构；其具体是螺旋揉搓分离单元，具体构成如下：一对阴阳螺旋转子，转子周围设置有物料存储和输送用通道壳体，物料存储和输送用通道壳体和棍子之间间距可调，成对的两个螺旋转子之间间隙可调；

在使用所述玉米秸秆皮瓤分离装置的实际工作流程中，对玉米秸秆进行预压的两对互相成垂直布置的辊子先后对玉米秸秆进行横向和纵向碾压作用，使得秸秆皮瓤进一步分离；部分分离完成的秸秆皮瓤进入刀盘进行切断，切成段能够使部分皮瓤完全脱离；切断后的所有秸秆段在重力作用下进入到布置在下方的下游的剪切后皮瓤分离机构中，在锤片旋转的锤击作用下进行锤击和揉碎操作，以便使得所有的皮瓤打成丝粉状；之后皮瓤会在旋风分离装置的作用下将皮和瓤进行分离。

所述玉米秸秆皮瓤分离装置中还设置有用于在物料切割后对其进行进一步加工以促进玉米秸秆皮瓤分离的剪切后皮瓤分离机构；其具体是锤击式粉碎单元，其具体构成如下：锤片式粉碎箱7、主轴8、副轴9、锤片10、副轴支撑结构11；其中：锤片式粉碎箱7布置在其余结构的附近且与相邻的物料输送和存储通道相连通并共同构成连续的物料存储空腔；主轴8的四周还固定布置有4根平行于主轴8的副轴9；锤片10的其中一端套装在副轴9上，锤片10的另一端为自由端；当主轴8以旋转运动带动副轴9一起旋转时，在旋转离心力的作用下，锤片10的自由端会远离主轴轴线，以实现对盛放在锤片式粉碎箱7中的被加工的成段玉米秸秆进行锤击粉碎操作，以实现玉米秸秆皮瓤的进一步分离。参见图1、图3。

上段内容的进一步优选补充限定：所述剪切后皮瓤分离机构中还设置有副轴支撑结构11；其具体是固定在主轴8上的法兰状结构件，用于支撑固定副轴9并使副轴9与主轴8稳固的结合成为一个整体，同时对锤片10起到良好的支撑作用。

两个水平辊子2之间留有相配合的喂料间隙能进行调节，其中，一个水平辊子2竖直方向固定布置在机架上，另一个水平辊子2能相对于前者在竖直方向进行间隙调节；间隙调节具体使用双弹簧式压紧机构，其具体有弹簧扣5和压紧弹簧6；其中：两个压紧弹簧6布置在机架两侧，其中一个固定在机架上，另一个固定在用于固定喂入辊组的支座上。

垂直于构成喂入辊组的成对水平辊子2轴线的水平方向的一侧布置的喂料前端模块即物料输送上料装置具体满足下述要求：其构成如下：喂料辊、喂入带装置；其中：喂入带为带轮驱动的带传动装置，喂料辊布置在喂入带装置上方用于将待加工物料即玉米秸秆向下游推送以使其进入喂入辊组中的两个水平辊子2之间的间隙中。

物料挤压剪切复合装置中，固定式切割刀的刀刃基本沿竖直方向布置，旋转式挤压结构具体为轮状基体上沿圆周均布凸起结构的结构件，配合构成；工作时旋转式挤压结构旋转，当其外边缘的凸起结构旋转到靠近固定式切割刀时，其二者之间距离最短且能形成冲击式间歇切割动作，物料挤压剪切复合装置借助物料从喂入辊组向下游输出的惯性将物料剪切成预期长度的段状半成品。

所述玉米秸秆皮瓤分离装置中，在剪切后皮瓤分离机构下游还布置有旋风分离装置，其具体构成为：分离仓、风机27、风机箱体24、分离机壳29；其中：风机27将上游处理过的物料通过风机箱体24吹送输入到旋风分离装置的分离机壳29中，分离后的物料根据质量差异，最终输出到加工后的成品料仓中，完成分选分离过程。

本发明的关键技术在于：通过研究物料皮瓤粘合力、秸秆受挤压破损形式设计出两对辊子先压后切的装置，可以用最小的功耗达到皮瓤分离的 目的。

本发明以玉米秸秆群为研究对象，利用秸秆皮和瓤硬度、密度、弹性模量等差异较大的物料特性进行皮瓤分离，可以实现高效率、低能耗，项目的实施能够将玉米秸秆的皮、瓤和叶片实现高效分离，各尽其用，提高综合利用的经济效益和社会效益。

本发明以及相关技术内容中，还有下述补充说明的内容：

(1)本发明的相关研究还有助于揭示玉米秸秆在收获后不同含水率、不同部位的秸秆皮瓤结合力学特性及其应力分布规律。

玉米秸秆群皮瓤分离，以玉米秸秆外皮和瓤硬度、密度、弹性模量等差异较大的物料特性为切入点，进行皮瓤分离研究。鉴于秸秆个体形状的差异性，揭示收获后不同含水率、不同部位的秸秆皮瓤结合力学特性及其应力分布规律。对于研究多秸秆群的皮瓤分离机理至关重要。

(2)秸秆“挤压、剪切、锤击”皮瓤分离过程，皮瓤分离动态特征与机械力作用机理可以在之后的进一步研究中深入展开并得以完善。

基于机械外力作用，本发明及其后续研究可能基于秸秆皮瓤基本力学特性及其应力分布规律，建立玉米秸秆皮瓤分离力学模型；基于挤压、剪切、锤击分离原理，利用三维建模与仿真模拟，研究挤压、切段、锤击分离机构运动学仿真模型，并利用高速摄影和超景深显微镜技术，微观捕捉挤压、剪切、锤击分离轨迹和皮瓤分离动态特征，揭示挤压、剪切、锤击机械力作用秸秆皮瓤分离机理。

本发明所述装置的整个机械结构紧凑灵活，适用于普遍玉米秸秆，对 于不同含水率的秸秆都有很好的皮瓤分离效果，玉米秸秆不需要进行预处理，整根秸秆可以直接输送到进料口，省去切断等二次加工工序；

整个结构操作简单，单人操作即可，整个结构安置在地面上，重心低，不会出现侧翻，倒塌等安全隐患；

在本发明之前，未曾有前人做过类似玉米秸秆皮瓤分离粉碎机，所以本发明对玉米秸秆皮瓤分离粉碎领域是一个技术上的空白填充。

本发明及后续计划展开的研究将在理论研究与应用研究相结合的基础上，针对性的解决秸秆就地焚烧带来的环境污染问题，并且强调秸秆高值化利用，这必将是解决玉米秸秆就地焚烧问题的关键举措。

玉米秸秆的高值化利用的瓶颈就是如何能够将玉米秸秆的皮、瓤和叶实现高效分离，各尽其用。利用秸秆的外皮制造高品质的纸和板、瓤叶做优质饲料是秸秆高附加值利用的有效途径。然而玉米外皮和瓤的结合力使得其高效分离有难度。目前玉米秸秆皮和瓤分离技术针对单株秸秆剥叶，接着切割刮瓤，由于秸秆个体的差异性，存在分离质量不稳定，分离效率低，进而没有得到推广应用。本发明及后续的研究是以玉米秸秆群为研究对象，利用秸秆皮和瓤硬度、密度、弹性模量等差异较大的物料特性进行皮瓤分离，可以实现高效率、低能耗，项目的实施不仅可以解决农村秸秆焚烧带来的环境污染问题，而且预期可以很好的实现玉米秸秆高附加值利用，在增加农民收入的同时促进了玉米种植产业的可持续发展。

本发明以秸秆及皮瓤硬度、密度弹性模量等差异较大的物料特性进行皮瓤分离研究为切入点，运用运动学与动力学理论与方法、离散元分析技术以及高速摄像和超景深显微镜技术构建秸秆皮瓤分离过程中，秸秆群及 个体的受力、速度、皮瓤破裂等随机变量的数学模型，揭示秸秆群皮瓤分离动态特征与机构运动耦合机理。

综合而言，本发明具有可预期的较为巨大的经济价值和社会价值。

附图说明

下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为玉米秸秆皮瓤分离装置的结构组成原理示意简图；

图2是对应图1且拆除了遮挡内部结构的壳体等结构后的以剪切部分为重点的内部结构原理关系示意简图；

图3是对应图1且拆除了遮挡内部结构的壳体等结构后的以剪切后皮瓤分离机构为重点的内部结构原理关系示意简图；

图4是切割部分图2的主视图；

图5是切割部分图2的左视图；

图6是切割部分图2的俯视图；

图7是图1的内部构造示意图。

具体实施方式

附图标记含义说明：主壳体1、水平辊子2、竖直辊子3、齿轮轴4、弹簧扣5、压紧弹簧6、锤片式粉碎箱7、主轴8、副轴9、锤片10、副轴支撑结构11、电机一12、切割刀13、锥形齿轮一14、锥形齿轮二15、传动轴16、锥形齿轮三17、锥形齿轮四18、皮带轮一19、传动轴二20、皮带轮二21、正齿轮一22、正齿轮二23、风机箱体24、电机二25、联轴器26、风机27、皮带轮三28、分离机壳29。

实施例1

一种玉米秸秆皮瓤分离装置，其以秸秆及皮瓤硬度、密度、弹性模量等差异较大的物料特性进行皮瓤分离研究为切入点，建立碾压、剪切和锤击分离机构体系；其工作原理是：待加工的玉米秸秆从喂料口进入玉米秸秆皮瓤分离装置中实现碾压、剪切和锤击分离，在高速旋转的锤刀和外齿圈之间受到冲击、剪切和摩擦作用而实现皮瓤分离；其分离机理为下述几点的组合：①高速旋转锤击粉碎单元对物料直接冲击作用；②带齿衬套对物料的反击作用；③锤刀和外齿圈所形成的狭窄间隙对物料颗粒的剪切、挤压和摩擦作用；④物料颗粒间的相互碰撞、摩擦作用。

所述玉米秸秆皮瓤分离装置采用先压后碎再分离的方式对秸秆进行处理；即：先使用1-2对压辊对玉米秸秆进行预压处理，然后将压成条状的秸秆进行切割分段，切割后在揉碎机中揉碎，最后通过旋风分离将皮瓤分离并存储。

对玉米秸秆进行预压处理所使用的是轴线相互垂直的2对压辊，其中一组为轴线水平布置的水平辊子2，另一组为轴线竖直布置的竖直辊子；其中：水平辊子2整体为圆柱状结构，其外圆柱面上固定布置有用于挤压配合的齿滚结构；水平辊子2有两个组成一对且二者共同构成喂入辊组，两个水平辊子2的轴线平行且在同一竖直平面中布置；两个水平辊子2之间留有相配合的能调节的喂料间隙；成对的水平辊子2中主动件由外部动力 驱动；

轴线竖直布置的竖直辊子在玉米秸秆加工流程中布置在水平辊子2的下游，其也由两个组成一对且二者共同构成继续对玉米秸秆进行预压的辊组；

在玉米秸秆加工流程中的构成喂入辊组的成对水平辊子2上游，布置有喂料前端模块，其具体为物料输送上料装置；在成对水平辊子2下游即远离物料输送上料装置的另一侧设置有物料挤压剪切复合装置，物料挤压剪切复合装置具体是轮盘式切割系统，其具体是由固定式切割刀和旋转式挤压结构配合构成；

物料挤压剪切复合装置的下方设置有物料输送通道和存储结构。

所述玉米秸秆皮瓤分离装置中还设置有用于在物料切割后对其进行进一步加工以促进玉米秸秆皮瓤分离的剪切后皮瓤分离机构；其具体是螺旋揉搓分离单元，具体构成如下：一对辊子周围设置有物料存储和输送用通道壳体，物料存储和输送用通道壳体和辊子之间间距可调，成对的两个螺旋转子之间间隙可调；

在使用所述玉米秸秆皮瓤分离装置的实际工作流程中，对玉米秸秆进行预压的两对互相成垂直布置的辊子先后对玉米秸秆进行横向和纵向碾压作用，使得秸秆皮瓤进一步分离；部分分离完成的秸秆皮瓤进入刀盘进行切断，切成段能够使部分皮瓤完全脱离；切断后的所有秸秆段在重力作用下进入到布置在下方的下游的剪切后皮瓤分离机构中，在锤片旋转的锤击作用下进行锤击和揉碎操作，以便使得所有的皮瓤打成丝粉状；之后皮瓤 会在旋风分离装置的作用下将皮和瓤进行分离。

所述玉米秸秆皮瓤分离装置中还设置有用于在物料切割后对其进行进一步加工以促进玉米秸秆皮瓤分离的剪切后皮瓤分离机构；其具体是锤击式粉碎单元，其具体构成如下：锤片式粉碎箱7、主轴8、副轴9、锤片10、副轴支撑结构11；其中：锤片式粉碎箱7布置在其余结构的附近且与相邻的物料输送和存储通道相连通并共同构成连续的物料存储空腔；主轴8的四周还固定布置有4根平行于主轴8的副轴9；锤片10的其中一端套装在副轴9上，锤片10的另一端为自由端；当主轴8以旋转运动带动副轴9一起旋转时，在旋转离心力的作用下，锤片10的自由端会远离主轴轴线，以实现对盛放在锤片式粉碎箱7中的被加工的成段玉米秸秆进行锤击粉碎操作，以实现玉米秸秆皮瓤的进一步分离。参见图1、图3。

上段内容的进一步补充限定：所述剪切后皮瓤分离机构中还设置有副轴支撑结构11；其具体是固定在主轴8上的法兰状结构件，用于支撑固定副轴9并使副轴9与主轴8稳固的结合成为一个整体，同时对锤片10起到良好的支撑作用。

两个水平辊子2之间留有相配合的喂料间隙能进行调节，其中，一个水平辊子2竖直方向固定布置在机架上，另一个水平辊子2能相对于前者在竖直方向进行间隙调节；间隙调节具体使用双弹簧式压紧机构，其具体有弹簧扣5和压紧弹簧6；其中：两个压紧弹簧6布置在机架两侧，其中一个固定在机架上，另一个固定在用于固定喂入辊组的支座上。

垂直于构成喂入辊组的成对水平辊子2轴线的水平方向的一侧布置的喂料前端模块即物料输送上料装置具体满足下述要求：其构成如下：喂料辊、喂入带装置；其中：喂入带为带轮驱动的带传动装置，喂料辊布置在喂入带装置上方用于将待加工物料即玉米秸秆向下游推送以使其进入喂入辊组中的两个水平辊子2之间的间隙中。

物料挤压剪切复合装置中，固定式切割刀的刀刃基本沿竖直方向布置，旋转式挤压结构具体为轮状基体上沿圆周均布凸起结构的结构件，配合构成；工作时旋转式挤压结构旋转，当其外边缘的凸起结构旋转到靠近固定式切割刀时，其二者之间距离最短且能形成冲击式间歇切割动作，物料挤压剪切复合装置借助物料从喂入辊组向下游输出的惯性将物料剪切成预期长度的段状半成品。

所述玉米秸秆皮瓤分离装置中，在剪切后皮瓤分离机构下游还布置有旋风分离装置，其具体构成为：分离仓、风机27、风机箱体24、分离机壳29、筛网30；其中：风机27将上游处理过的物料通过风机箱体24吹送输入到旋风分离装置的分离机壳29中，分离后的物料根据质量差异，最终输出到加工后的成品料仓中，完成分选分离过程。

本实施的关键技术在于：通过研究物料皮瓤粘合力、秸秆受挤压破损 形式设计出两对辊子先压后切的装置，可以用最小的功耗达到皮瓤分离的目的。

本实施以玉米秸秆群为研究对象，利用秸秆皮和瓤硬度、密度、弹性模量等差异较大的物料特性进行皮瓤分离，可以实现高效率、低能耗，项目的实施能够将玉米秸秆的皮、瓤和叶片实现高效分离，各尽其用，提高综合利用的经济效益和社会效益。

本实施以及相关技术内容中，还有下述补充说明的内容：

(1)本实施的相关研究还有助于揭示玉米秸秆在收获后不同含水率、不同部位的秸秆皮瓤结合力学特性及其应力分布规律。

玉米秸秆群皮瓤分离，以玉米秸秆外皮和瓤硬度、密度、弹性模量等差异较大的物料特性为切入点，进行皮瓤分离研究。鉴于秸秆个体形状的差异性，揭示收获后不同含水率、不同部位的秸秆皮瓤结合力学特性及其应力分布规律。对于研究多秸秆群的皮瓤分离机理至关重要。

(2)秸秆“挤压、剪切、锤击”皮瓤分离过程，皮瓤分离动态特征与机械力作用机理可以在之后的进一步研究中深入展开并得以完善。

基于机械外力作用，本实施及其后续研究可能基于秸秆皮瓤基本力学特性及其应力分布规律，建立玉米秸秆皮瓤分离力学模型；基于挤压、剪切、锤击分离原理，利用三维建模与仿真模拟，研究挤压、切段、锤击分离机构运动学仿真模型，并利用高速摄影和超景深显微镜技术，微观捕捉挤压、剪切、锤击分离轨迹和皮瓤分离动态特征，揭示挤压、剪切、锤击机械力作用秸秆皮瓤分离机理。

本实施所述装置的整个机械结构紧凑灵活，适用于普遍玉米秸秆，对于不同含水率的秸秆都有很好的皮瓤分离效果，玉米秸秆不需要进行预处理，整根秸秆可以直接输送到进料口，省去切断等二次加工工序；

整个结构操作简单，单人操作即可，整个结构安置在地面上，重心低，不会出现侧翻，倒塌等安全隐患；

在本实施之前，未曾有前人做过类似玉米秸秆皮瓤分离粉碎机，所以本发明对玉米秸秆皮瓤分离粉碎领域是一个技术上的空白填充。

本实施及后续计划展开的研究将在理论研究与应用研究相结合的基础上，针对性的解决秸秆就地焚烧带来的环境污染问题，并且强调秸秆高值化利用，这必将是解决玉米秸秆就地焚烧问题的关键举措。

玉米秸秆的高值化利用的瓶颈就是如何能够将玉米秸秆的皮、瓤和叶实现高效分离，各尽其用。利用秸秆的外皮制造高品质的纸和板、瓤叶做优质饲料是秸秆高附加值利用的有效途径。然而玉米外皮和瓤的结合力使得其高效分离有难度。目前玉米秸秆皮和瓤分离技术针对单株秸秆剥叶，接着切割刮瓤，由于秸秆个体的差异性，存在分离质量不稳定，分离效率低，进而没有得到推广应用。本发明及后续的研究是以玉米秸秆群为研究对象，利用秸秆皮和瓤硬度、密度、弹性模量等差异较大的物料特性进行皮瓤分离，可以实现高效率、低能耗，项目的实施不仅可以解决农村秸秆焚烧带来的环境污染问题，而且预期可以很好的实现玉米秸秆高附加值利用，在增加农民收入的同时促进了玉米种植产业的可持续发展。

本实施例以秸秆及皮瓤硬度、密度弹性模量等差异较大的物料特性进行皮瓤分离研究为切入点，运用运动学与动力学理论与方法、离散元分析 技术以及高速摄像和超景深显微镜技术构建秸秆皮瓤分离过程中，秸秆群及个体的受力、速度、皮瓤破裂等随机变量的数学模型，揭示秸秆群皮瓤分离动态特征与机构运动耦合机理。

综合而言，本实施具有可预期的较为巨大的经济价值和社会价值。

Claims (10)

1.玉米秸秆皮瓤分离装置，其特征在于：其以秸秆及皮瓤硬度、密度、弹性模量等差异较大的物料特性进行皮瓤分离研究为切入点，建立碾压、剪切和锤击分离机构体系；其工作原理是：待加工的玉米秸秆从喂料口进入玉米秸秆皮瓤分离装置中实现碾压、剪切和锤击分离，在高速旋转的锤刀和外齿圈之间受到冲击、剪切和摩擦作用而实现皮瓤分离；其分离机理为下述几点的组合：①高速旋转锤击粉碎单元对物料直接冲击作用；②带齿衬套对物料的反击作用；③锤刀和外齿圈所形成的的狭窄间隙对物料颗粒的剪切、挤压和摩擦作用；④物料颗粒间的相互碰撞、摩擦作用。

2.按照权利要求1所述玉米秸秆皮瓤分离装置，其特征在于：所述玉米秸秆皮瓤分离装置采用先压后碎再分离的方式对秸秆进行处理；即：先使用1-2对压辊对玉米秸秆进行预压处理，然后将压成条状的秸秆进行切割分段，切割后在揉碎机中揉碎，最后通过旋风分离将皮瓤分离并存储。

3.按照权利要求2所述玉米秸秆皮瓤分离装置，其特征在于：对玉米秸秆进行预压处理所使用的是轴线相互垂直的2对压辊，其中一组为轴线水平布置的水平辊子(2)，另一组为轴线竖直布置的竖直辊子；其中：

水平辊子(2)整体为圆柱状结构，其外圆柱面上固定布置有用于挤压配合的齿滚结构；水平辊子(2)有两个组成一对且二者共同构成喂入辊组，两个水平辊子(2)的轴线平行且在同一竖直平面中布置；两个水平辊子(2)之间留有相配合的能调节的喂料间隙；成对的水平辊子(2)中主动件由外部动力驱动；

轴线竖直布置的竖直辊子在玉米秸秆加工流程中布置在水平辊子(2)的下游，其也由两个组成一对且二者共同构成继续对玉米秸秆进行预压的辊组；

在玉米秸秆加工流程中的构成喂入辊组的成对水平辊子(2)上游，布置有喂料前端模块，其具体为物料输送上料装置；在成对水平辊子(2)下游设置有物料挤压剪切复合装置，物料切挤压剪切复合装置具体是轮盘式切割系统，其具体是由固定式切割刀和旋转式挤压结构配合构成；

物料挤压剪切复合装置的下方设置有物料输送通道和存储结构。

4.按照权利要求3所述玉米秸秆皮瓤分离装置，其特征在于：

所述玉米秸秆皮瓤分离装置中还设置有用于在物料切割后对其进行进一步加工以促进玉米秸秆皮瓤分离的剪切后皮瓤分离机构；其具体是螺旋揉搓分离单元，具体构成如下：一对阴阳螺旋转子，转子周围设置有物料存储和输送用通道壳体，物料存储和输送用通道壳体和阴阳螺旋转子之间间距可调，成对的两个螺旋转子之间间隙可调。

5.按照权利要求3所述玉米秸秆皮瓤分离装置，其特征在于：

所述玉米秸秆皮瓤分离装置中还设置有用于在物料切割后对其进行进一步加工以促进玉米秸秆皮瓤分离的剪切后皮瓤分离机构；其具体是锤击式粉碎单元，其具体构成如下：锤片式粉碎箱(7)、主轴(8)、副轴(9)、锤片(10)；其中：锤片式粉碎箱(7)布置在其余结构的附近且与相邻的物料输送和存储通道相连通并共同构成连续的物料存储空腔；主轴(8)的四周还固定布置有4根平行于主轴(8)的副轴(9)；锤片(10)的其中一端套装在副轴(9)上，锤片(10)的另一端为自由端；当主轴(8)以旋转运动带动副轴(9)一起旋转时，在旋转离心力的作用下，锤片(10)的自由端会远离主轴轴线，以实现对盛放在锤片式粉碎箱(7)中的被加工的成段玉米秸秆进行锤击粉碎操作，以实现玉米秸秆皮瓤的进一步分离。

6.按照权利要求5所述玉米秸秆皮瓤分离装置，其特征在于：

所述剪切后皮瓤分离机构中还设置有副轴支撑结构(11)；其具体是固定在主轴(8)上的法兰状结构件，用于支撑固定副轴(9)并使副轴(9)与主轴(8)稳固的结合成为一个整体，同时对锤片(10)起到良好的支撑作用。

7.按照权利要求3所述玉米秸秆皮瓤分离装置，其特征在于：两个水平辊子(2)之间留有相配合的喂料间隙能进行调节，其中，一个水平辊子(2)竖直方向固定布置在机架上，另一个水平辊子(2)能相对于前者在竖直方向进行间隙调节；间隙调节具体使用双弹簧式压紧机构，其具体有弹簧扣(5)和压紧弹簧(6)；其中：两个压紧弹簧(6)布置在机架两侧，其中一个固定在机架上，另一个固定在用于固定喂入辊组的支座上。

8.按照权利要求3所述玉米秸秆皮瓤分离装置，其特征在于：垂直于构成喂入辊组的成对水平辊子(2)轴线的水平方向的一侧布置的喂料前端模块即物料输送上料装置具体满足下述要求：其构成如下：喂料辊、喂入带装置；其中：喂入带为带轮驱动的带传动装置，喂料辊布置在喂入带装置上方用于将待加工物料即玉米秸秆向下游推送以使其进入喂入辊组中的两个水平辊子(2)之间的间隙中。

9.按照权利要求3-8其中之一所述玉米秸秆皮瓤分离装置，其特征在于：物料挤压剪切复合装置中，固定式切割刀的刀刃沿竖直方向布置，旋转式挤压结构具体为轮状基体上沿圆周均布起结构的结构件，配合构成；工作时旋转式挤压结构旋转，当其外边缘的凸起结构旋转到靠近固定式切割刀时，其二者之间距离最短且能形成冲击式间歇切割动作，物料挤压剪切复合装置借助物料从喂入辊组向下游输出的惯性将物料剪切成预期长度的段状半成品。

10.按照权利要求9所述玉米秸秆皮瓤分离装置，其特征在于：所述玉米秸秆皮瓤分离装置中，在剪切后皮瓤分离机构下游还布置有旋风分离装置，其具体构成为：分离仓、风机(27)、风机箱体(24)、分离机壳(29)；其中：风机(27)将上游处理过的物料通过风机箱体(24)吹送输入到旋风分离装置的分离机壳(29)中，分离后的物料根据质量差异，最终输出到加工后的成品料仓中，完成分选分离过程。