CN109379992A - 基于刮擦式和碾压式结合的单株高精度全自动脱粒系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于刮擦式和碾压式结合的单株高精度全自动脱粒系统，包括刮擦式脱粒组件、碾压脱粒组件、空瘪粒和枝干分离组件、PLC控制器。刮擦式脱粒组件根据人工脱粒转化而来，几乎能零破壳率将大部分实粒脱落下来，而碾压式脱粒则将难脱下来的空瘪粒脱落下来，保证了本脱粒系统的精度。该脱粒系统具有精度高、效率高、自动化程度高，适用于单株高精度考种前期稻穗自动处理，为精细农业研究提供了有力支持。

Description

基于刮擦式和碾压式结合的单株高精度全自动脱粒系统

技术领域

本发明涉及农业机器领域，具体特指一种利用刮擦式和碾压式相结合的全自动分离谷粒的装置。

背景技术

水稻脱粒是水稻考种研究中不可或缺的部分，也是农业机械自动化领域中非常重要的研究内容。脱粒的目的是为了将稻穗枝杆上的谷粒全部完整地脱离下来，以便对谷粒性状进行考察。在农业科学研究中要求将所有的谷粒既包括饱粒也包括瘪粒都从枝干上分离下来要求零残留，用来考察粒形、结实率、饱满度、千粒重等；这与农业生产不同，农业生产中虽然也需要脱粒，但它只关心最终的产量部分因此只要求将饱粒部分脱下即可。稻穗的脱粒结果的好坏，将直接影响后面谷粒考种的准确性和有效性。因此水稻高精度自动脱粒技术的研究是实现水稻数字化考种的关键步骤之一，对水稻考种研究具有重要意义。

为了给稻穗提供一个高精度、自动化的测量平台，国内外已有许多针对脱粒仪的研究，检索专利发现华中科技大学已经成功申请了专利名称为“一种用于单株高精度考种的全自动谷粒分离系统”，专利号为ZL201010241606.6.虽然该系统自动化程度较高，但是由于其整个系统都是碾压脱粒，因此在脱粒过程中会有比较大的破壳率，而且体积太大、成本太高、且脱粒完成后后续工作较多。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是解决现有技术中脱粒破壳率高、精度不够高，自动化程度不够高等缺陷，因此本发明提供一种基于刮擦式和碾压式结合的单株高精度全自动脱粒系统，将刮擦式和碾压式脱粒相结合实现水稻的高精度脱粒。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明由刮擦式脱粒组件、碾压脱粒组件、振动筛分组件、PLC控制器四个部分组成：

(1)刮擦式脱粒组件：由光电开关、电动门和刀口组成。刮擦式脱粒组件是借鉴人工脱粒的方式，即用器具从穗的基部沿着穗的顶端刮擦脱粒。这种脱粒方式是人工在长时间的手工脱粒考种中总结摸索得到的，具有脱粒精度高、破损率低、效率高的特点，从刀口处刮落下来的谷粒会经过斜坡轨道落入谷粒收集装置中；

(2)碾压脱粒组件：碾压脱粒组件由齿状滚筒和齿状皮带式输送线所组成，上方为固定的齿状滚筒，下方为与齿轮相啮合的齿状皮带输送线，齿状滚筒通过上下可调节的轴承固定，调节螺母可以使轴承中心上下移动从而调节齿状滚筒和输送线皮带间的压力。稻穗经过刮擦式脱粒组件后，大部分实粒都能被刀口刮下来，只有少部分空瘪粒未被脱下，碾压脱粒组件的作用就是用来对未被脱下的空瘪粒进行碾压脱粒；

(3)振动筛分组件：振动筛分组件由振动筛板、圆孔筛、瘪粒传送带、伺服电机、振动器组成，其中圆孔筛的尺寸是经过仔细研究后设计的，能保证谷粒掉落且保证枝干不会掉落到瘪粒传送带上。稻穗经过碾压脱粒组件后，少部分实粒和难脱的空瘪粒会被脱下来，此时脱下的谷粒和枝干全部夹杂在一起没有筛分。谷粒和枝干经过振动筛板时，电机和振动器带动振动筛板振动，空瘪粒会通过圆孔筛落入到瘪粒传送带上最后流入至瘪粒回收装置，而枝干则流入枝干回收装置；

(4)PLC控制器：PLC控制器的输入端与光电开关信号线相连，用于控制电动门的启停。PLC控制器的输出端与所述齿状皮带式输送线的伺服电机相连接，用于分别控制它的启动停止和速度变化。

本发明的工作流程如下：光电开关感应到人手后电动门和齿状皮带输送线会立即自动开启，振动筛板5秒后自动开启。电动门开启1秒后会自动关闭，工人在电动门关闭前将水稻送入电动门中，齿状输送线和齿状滚筒会沿着其运动方向拖动稻穗，此时电动门已经自动关闭了，刀口会将大部分实粒刮下来，但是仍然有少部分实粒和难脱的空瘪粒没有脱落下来。未脱完的稻穗经过碾压脱粒组件时其谷粒和枝干会被分离开来，分离开来的谷粒和枝干经过齿状皮带输送线末端流入到振动筛板中，谷粒通过振动筛板上的圆孔筛落入到瘪粒传送带上最后流入瘪粒收集装置中。

本发明的有益效果是：本发明采用刮擦式和碾压式结合的脱粒方式，几乎将所有的实粒和瘪粒脱下来，且破壳率很低，解决了现有技术中脱粒破壳率高、精度不够高的缺陷。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步具体说明：

图1是本发明的主视结构图；

图2是本发明刮擦脱粒结构图；

图3是本发明振动筛板俯视图；

图4是本发明工作流程图；

图5是本发明测试的结果图。

图中，1-光电开关，2-电动门，3-齿状滚筒，4-伺服电机及控制器，5-齿状皮带输送线， 6-振动筛板，7-瘪粒传送带，8-电动机，9-振动器，10-谷粒收集装置，11-导轨，12-刀口，13-PLC 控制器，14-瘪粒收集装置，15-枝干回收装置；16-圆孔筛。

具体实施方式

系统的具体硬件结构如图1，本发明主要包括刮擦式脱粒组件、碾压脱粒组件、振动筛分组件、PLC控制器。各功能如下：首先启动电源系统，工人将稻穗送入电动门2处开始脱粒，光电开关1感应到人手后，电动门2和齿状皮带输送线5会立即自动启动，电动门2开启1秒后会自动关闭，振动筛板6会在5秒后自动启动。在电动门关闭前，工人将稻穗送入到电动门2中并保证稻穗基部嵌入齿状皮带输送线5和齿状滚筒3之间。电动门2关闭后，齿状式输送线5会沿其运动方向给稻穗一个牵引力，刀口12会将大部分谷粒刮落下来通过导轨流入到谷粒收集装置10中，少部分实粒和难脱的空瘪粒在齿状式滚筒3和齿状式输送线5 的碾压下从枝干上脱落下来。脱下的谷粒和枝干经齿状皮带输送线5末端到达振动筛板6后，谷粒通过振动筛板6上的圆孔筛16落入到瘪粒传送带7上最后流入瘪粒收集装置14中，而枝干则流入至枝干回收装置15中。如果接近开关60秒内未检测到人手，整个系统会自动停止起到保护和省电作用。

实施例

随机选取135株稻穗，将穗子剪下晒干，然后将稻穗依次放入本脱粒系统进行脱粒，分别收集谷粒收集装置、瘪粒收集装置和枝干回收装置的谷粒，计算分析得到所有的谷粒总数 (TN)，未脱下的谷粒数(LN)，谷粒破损数(BN)，说明书附图5是本发明测试的结果。对系统的平均脱粒误差(ATLP)和平均脱粒破损率(ABTP)进行统计分析，脱粒系统的平均脱粒误差约为0.87％，脱粒破损率约为0.05％。由此可见本脱粒系统满足了自动化、高精度、高效率的脱粒要求。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种基于刮擦式和碾压式结合的单株高精度全自动脱粒系统，包括光电开关(1)、电动门(2)、刀口(12)、齿状式滚筒(3)、齿状式皮带输送线(5)、振动筛板(6)、圆孔筛(16)、瘪粒传送装置(7)，其特征在于：电动门(2)入口处设有光电开关(1)用来感应人手信号，电动门(2)处于齿状式皮带输送线(5)前面用来将大部分实粒刮落下来，齿状式滚筒(3)和齿状式皮带输送线(5)采用的是碾压脱粒原理用来将少部分实粒和难脱下的空瘪粒从枝干脱落下来，振动筛板(6)处于齿状式皮带输送线(5)末端用来筛分谷粒和枝干。

2.根据权利要求1所述的全自动脱粒系统，其特征在于：所述光电开关(1)检测是否有人手信号，若有信号，则将信号传输给PLC控制器(12)，所述PLC控制器(12)启动电动门(2)、齿状式输送线(5)进行脱粒。

3.根据权利要求1或2所述的全自动脱粒系统，其特征在于：脱粒部分由刮擦式脱粒组件和碾压式脱粒组件两部分构成，所述带刀口(12)能将大部分实粒刮落下来且不会切断枝干，碾压脱粒组件则将少部分实粒和难脱下的空瘪粒从枝干上脱落下来，两种脱粒方式结合能保证脱粒结果高精度、高效率、低破解率，空瘪粒和枝干部分会流入振动筛板(6)上进行分离。

4.根据权利要求3所述的全自动脱粒系统，其特征在于：所述振动筛板(6)上开有圆孔筛(16)，圆孔筛(16)的尺寸是经过详细调查研究后设计的，能保证谷粒顺利下落至瘪粒传送带(7)上并让枝干流入枝干回收装置(15)中。