CN110972726B - 一种用于高水分玉米脱粒的芯膨粒散搓脱方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及脱粒方法领域，具体的说是一种用于高水分玉米脱粒的芯膨粒散搓脱方法。包括以下步骤：1）、对玉米果穗的两端沿轴向施加相对的外力，且外力逐渐增大，使玉米芯中部向籽粒方向膨胀，将芯髓内部间的连接破坏，通过外力的持续增大使芯髓中部开始出现裂纹，裂纹扩展接近木质环形体后，木质环形体与裂纹接触的地方破裂，裂纹从内部一直扩展到果穗外部，最终使籽粒之间间隙增大，籽粒变得松散；2）、对步骤1）得到的芯膨粒散的玉米果穗的籽粒上施加搓擦力，使籽粒由玉米果穗上脱下。本发明可适应对高水分玉米的脱粒，且脱粒效果好。

Description

一种用于高水分玉米脱粒的芯膨粒散搓脱方法

技术领域

本发明涉及脱粒方法领域，具体的说是一种用于高水分玉米脱粒的芯膨粒散搓脱方法。

背景技术

玉米是中国的主要农作物，重要的食粮。玉米具有较高的经济价值。玉米的总产量是农作物产量中最高的。美国、中国、巴西都是玉米的主产区。我国玉米主产区主要是东北、华北、和西南山区。近些年，玉米产量在不断提高，人们也希望能够实现玉米的机械化作业。而实现玉米机械化作业的重点在于对玉米收割过程中的摘穗，剥皮，脱粒等环节的不断改进和完善。

如图3所示，玉米芯主要由纤维素、淀粉、木质素和少量的灰分组成，木质环形体由纤维素链状分子形成单位晶胞，单位晶胞又形成纤维素基本纤丝，基本纤丝再聚集形成微纤丝后镶嵌在木质素和果胶所组成的基体中，然后形成片层结构，再由多个片层同心地形成木质环形体，结构密实，质地坚硬，因此木质环形体坚固而且强度大。芯髓是由纤维素形成的纤丝与淀粉颗粒相互嵌套组成基体，然后形成网状结构，再由多个网状体相互聚集形成芯髓，网状结构的特征导致其结构疏松，内部间的连接不紧密。颖壳是由淀粉颗粒包裹在纤维素周围组成基体，然后形成丝状结构，再由多条丝状体相互排列聚集形成颖壳，颖壳则比较松软，是一个一个地连接在木质环形体表面，相互之间独立没有连接，颖壳之间通过紧密地排列形成了玉米芯稳定的表面。

由于玉米果穗的以上结构，使得玉米籽粒之间排列紧密，形成的果穗具有坚固性与整体性，以适应大的应力、压力、撞击力和推力，因而才能在收获、运输、剥玉米苞叶时屹立不摇；只有在脱粒时强加很大冲击力，破坏果穗籽粒的这种排列规律，籽粒间的内部作用力得到衰败后，籽粒才能脱粒下来。又由于目前对玉米脱粒的方法主要是打击脱粒，这种方法通过玉米果穗的打击来实现脱粒，脱粒效率高、能够使玉米脱粒的同时又能保证玉米芯棒的完整性，原理简单。 但对高水分玉米脱粒的效果不是很好，籽粒破碎率、损失率偏高，因此，这种方法不能适应对高水分玉米的脱粒。

发明内容

本发明旨在提供一种用于高水分玉米脱粒的芯膨粒散搓脱方法，适应对高水分玉米的脱粒，且脱粒效果好。

为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案为：一种用于高水分玉米脱粒的芯膨粒散搓脱方法，包括以下步骤：

1）、对玉米果穗的两端沿轴向施加相对的外力，且外力逐渐增大，使玉米芯中部向籽粒方向膨胀，将芯髓内部间的连接破坏，通过外力的持续增大使芯髓中部开始出现裂纹，裂纹扩展接近木质环形体后，木质环形体与裂纹接触的地方破裂，裂纹从内部一直扩展到果穗外部，最终使籽粒之间间隙增大，籽粒变得松散；

2）、对步骤1）得到的芯膨粒散的玉米果穗的籽粒上施加搓擦力，使籽粒由玉米果穗上脱下。

优选的，步骤2）中，在芯膨粒散的玉米果穗的籽粒上施加大小相等、方向相反的一对搓擦力。

优选的，步骤1）中，首先将玉米果穗放入由定压板和动压板组成的挤压腔中，并使一米果穗的两端分别对应定压板和动压板放置，然后控制动压板朝向定压板方向运动，通过动压板对玉米果穗的一端产生的压力和定压板对玉米果穗另一端产生的反作用力将玉米果穗压碎为条状碎穗。

优选的，动压板沿朝向和相背于定压板的方向作往复运动。

优选的，步骤2）中，将芯膨粒散的玉米果穗放入由上搓板和下搓板组成的搓擦机构中，通过下搓板与上搓板之间的持续往复运动并配合上搓板和下搓板相对面上的圆形擦搓凸起将籽粒脱下。

有益效果

本发明通过对玉米果穗施加轴向外力，使玉米芯中部向籽粒方向膨胀，芯髓内部间的连接遭到破坏，芯髓中部出现裂纹，并随着力的增大，裂纹缝隙变宽，向籽粒方向扩展。最终使使裂纹从内部一直扩展到果穗外部，达到籽粒之间间隙增大，籽粒变得松散，即“芯膨粒散”的效果。然后通过搓擦的方式将松散的籽粒脱去。其脱粒效率高，破损率低，特别适合高水分玉米（25%—35%）的脱粒。

附图说明

图1为本发明步骤1）中的玉米受力分析图；

图2为本发明步骤2）中的搓擦力方向示意图；

图3为玉米果穗结构示意图；

图4为用于实施本发明的装置的主视图；

图5为图4的俯视结构示意图；

图6为图4中的压碎机构部分的左视图；

图7为图6中的A-A向剖视图；

图8为图6的俯视图；

图9为图4中的脱粒机构部分的结构放大示意图；

图10为图9中的下搓板部分的左视图；

图11为图10的俯视图；

图中标记：1、喂料斗，101、横向凸棱，2、输送机构，3、压碎机构，301、导向轴，302、定轴，303、动轴，304、第一复位弹簧，305、定压板，306、挤压腔，307、动压板，308、推块，309、滚轮，310、偏心轮，4、第一导流板，5、脱粒机构，501、上搓板，502、滑柱，503、第二复位弹簧，504、第一轴套，505、第一转轴，506、第二转轴，507、第二轴套，508、下搓板，509、搓擦凸起，510、筛孔，6、大杂排出口，7、收集箱，8、第二导流板，9、风机，10、机架。

具体实施方式

本发明的一种用于高水分玉米脱粒的芯膨粒散搓脱方法，包括以下步骤：

1）、如图1所示，首先对玉米果穗施加轴向外力，使玉米果穗轴向开始受力，外加压力F作用在籽粒上后分为指向玉米芯轴向的力F2和侧向力F1。F1顺着木质环形体传递到颖壳，并继续传递到籽粒。在初始阶段，压力一直由木质环形体承受，芯髓受到木质环形体的保护。随着压力的逐渐增加，木质环形体开始出现微弱变形，逐渐地由木质环形体传递的力环向作用于籽粒，木质环形体在环向分布的膨胀力合力F3作用下在玉米芯中部向籽粒方向膨胀，芯髓内部间的连接遭到破坏，芯髓中部开始出现裂纹，随着力的增大，裂纹缝隙变宽，向籽粒方向扩展。裂纹扩展接近木质环形体后，木质环形体与裂纹接触处最为脆弱，当压力超过木质环形体的破裂极限值时，木质环形体与裂纹接触的地方破裂，从而使裂纹从内部一直扩展到果穗外部，籽粒之间间隙增大，籽粒变得松散。

2）、如图2所示，在籽粒松散的玉米果穗上施加大小相等、方向相反的一对搓擦力F4和F5，使松散果穗受到搓擦而脱粒，完成玉米脱粒。

具体的，上述步骤1）和步骤2）可通过如图4及图5所示的脱粒设备实现。该设备包括机架10，在机架10上由左至右依次设有喂料斗1、输送机构2、压碎机构3、脱粒机构5以及大杂排料口。玉米果穗由喂料斗1喂入后，通过输送机构2输送至压碎机构3中，由压碎机构3对玉米果穗施加轴向上的压力，使玉米碎裂为一条条的条状碎穗。条状碎穗通过倾斜设置在压碎机构3和脱粒机构5之间的第一导流板4进入脱粒机构5中后，由脱粒机构5中的上搓板501和下搓板508对条状碎穗进行往复搓擦，通过搓擦作用使籽粒从条状碎穗上分离。分离后的籽粒和小杂由下搓板508上的筛孔510落下后进入第二导流板8，在第二导流板8下方位置设有风机9，并通过风机9进行籽粒的风选。小杂被风机9吹走，籽粒落入位于风机9下方的收集箱7内。条状碎穗产生的大杂由下搓板508的往复摆动产生的输送作用进入大杂排出口6，并由大杂排出口6排出。

结合图6至图8所示，脱粒设备的压碎机构3包括固定在机架10上的三块定压板305和设置在对应定压板305右侧的三块动压板307。动压板307可相对于对应的定压板305往复滑动，从而使定压板305和动压板307之间的间隙形成可容纳玉米果穗并可由动压板307的往复移动将玉米果穗挤压为条状碎穗的挤压腔306。

动压板307的运动设置如下：动压板307滑动穿设在动轴303和定轴302上，动轴303和定轴302均沿水平方向且平行分布。动轴303的右端设有滚轮309，滚轮309的轮缘与转动设置在机架10上的偏心轮310的轮沿相触，以使偏心轮310在如图6所示状态下转动时，可推动动轴303沿水平方向向左运动。在动轴303上位于动压板307的右侧位置固定设有推块308，从而可由推块308推动动压板307同步向左移动。此时挤压腔306的长度变窄，动压板307和定压板305合力将玉米果穗压碎。定轴302固定在机架10上，在定轴302上套设有用于将动压板307紧压在推块308上的第一复位弹簧304。当动轴303在偏心轮310作用下达到左侧极限位置后，随着偏心轮310的持续转动，偏心轮310对于动轴303的压力消失，动轴303即在第一复位弹簧304的弹性势能作用下与动压板307一同向右移动。挤压腔306的长度恢复，为下一次挤压玉米果穗做好准备。当动轴303右移至极限位置后，再次在偏心轮310的作用下左移，如此往复持续，持续对进入挤压腔306中的玉米果穗进行压碎处理。

如图7所示，在动压板307的中心位置开设有与动轴303滑动配合的第一穿孔，在动压板307上位于第一穿孔的上方位置开设有与定轴302滑动配合的第二穿孔。在第一穿孔和第二穿孔连线的两侧分别设有第三穿孔，第三穿孔与固定在机架10上的导向轴301滑动配合。通过两根导向轴301保持了压碎机构3的稳定性，使动压板307在随推板和第一复位弹簧304作用下沿水平方向运动的过程中始终保持竖直状态，利于对玉米果穗进行挤压。

结合图9所示，脱粒设备中的脱粒机构5包括上搓板501和位于上搓板501下方位置的下搓板508，上搓板501和下搓板508之间的间距为30mm，并可根据不同批次不同品种玉米进行适应性调整。第一导流板4倾斜分布，并用于将由输送机构2或压碎机构3中落下的条状碎穗导入下搓板508的上板面上。如图10和图11所示，在上搓板501和下搓板508的相对面上分别设有搓擦凸起509，搓擦凸起509采用橡胶等柔性材料制作，可随上搓板501和下搓板508的相对运动以将籽粒由条状碎穗上脱下，在下搓板508上还设有供脱除后的籽粒落入位于下搓板508下方位置的收集箱7中的筛孔510。搓擦凸起509和筛孔510在下搓板508上呈列并间隔分布，搓擦凸起509的直径为30mm，筛孔510的直径为10mm。上搓板501下沿位置的搓擦凸起509同样成列分布，并与下搓板508上的搓擦凸起509相互交错。

图9中的下搓板508的右端铰连在机架10上，左端固定设有第一轴套504，第一轴套504中配合暗转供油外径较大的第一转轴505。第一转轴505的两端的端面上均偏心设有外径较小的第二转轴506。两根第二转轴506分别转动配合安装在固定于机架10上的第二轴套507内，并通过设置在机架10上的驱动机构驱动转动。从而在第二转轴506转动过程驱动第一转轴505偏心转动，进而控制下搓板508的左端以其右端为圆心高速往复摆动。

一方面，在下搓板508相对于上搓板501的摆动过程中不断改变二者的间隙，通过上搓板501和下搓板508上的搓擦凸起509对条状碎穗上的籽粒产生擦搓作用，将籽粒顺利脱除。另一方面，还可利用下搓板508的往复摆动对下搓板508上的物料产生向右的输送力，使得条状碎穗持续向右运动，并因上搓板501和下搓板508之间的间隙逐渐减小，二者的搓擦凸起509对于籽粒产生的搓擦力越大，使条状碎穗上的籽粒以搓擦力度逐渐增大的方式剥除，利于减小籽粒损伤，并提高籽粒的剥净率。最后，剥除籽粒的条状碎穗还能够在下搓板508摆动输送的作用下由大杂排出口6排出。

上搓板501的顶部固定设有多个滑柱502，滑柱502的上端滑动穿设在机架10上，在滑柱502上位于上搓板501和机架10之间的位置套设有第二复位弹簧503。第二复位弹簧503不仅使得上搓板501可以复位，而且在搓擦脱粒过程中赋予了上搓板501一定的韧性，进一步降低了本发明的籽粒破损。

在下搓板508的下方位置倾斜设有供籽粒和轻杂滑落的第二导流板8，由筛孔510中落下的籽粒和轻杂朝向收集箱7方向滑落。在机架10上位于第二导流板8的下方设有风机9。风机9的出风口与第二导流板8的下端相对应，当籽粒和轻杂由第二导流板8的下端落下后，即可通过风力将轻杂吹出，仅籽粒落入收集箱7中，完成玉米籽粒的初选。

如图5所示，喂料斗1的底部间隔设有多道横向凸棱101。输送机构2包括转动中心沿水平方向平行分布的多根输送辊，多根输送辊道的辊面高度由喂料斗1向压碎机构3方向倾斜降低。横向凸棱101沿平行于挤压腔306的方向分布并用于将玉米果穗的姿态自动矫正为与挤压腔306平行。玉米果穗在由喂料斗1进入输送机构2后，自然落入相邻两根输送辊之间的上部凹陷间隙，并在输送辊持续转动过程中将玉米果穗保持横向姿态进入挤压腔306中进行挤压操作。

偏心轮310的轮轴上设有皮带轮，皮带轮由固定在机架10上的一个电机驱动转动。剩余的输送辊的转轴、风机9的转轴以及第二转轴506均由皮带进行串联并由设置在机架10上的另一个电机驱动。在实际应用过程中，也可根据需要对驱动电机的数量和设置位置进行调整。

Claims (4)

1.一种用于高水分玉米脱粒的芯膨粒散搓脱方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）、首先将玉米果穗放入由定压板和动压板组成的挤压腔中，并使一米果穗的两端分别对应定压板和动压板放置，然后控制动压板朝向定压板方向运动，通过动压板对玉米果穗的一端产生的压力和定压板对玉米果穗另一端产生的反作用力，对玉米果穗的两端沿轴向施加相对的外力，且外力逐渐增大，使玉米芯中部向籽粒方向膨胀，将芯髓内部间的连接破坏，通过外力的持续增大使芯髓中部开始出现裂纹，裂纹扩展接近木质环形体后，木质环形体与裂纹接触的地方破裂，裂纹从内部一直扩展到果穗外部，最终使籽粒之间间隙增大，籽粒变得松散，并将玉米果穗压碎为条状碎穗；

2）、对步骤1）得到的芯膨粒散的玉米果穗的籽粒上施加搓擦力，使籽粒由玉米果穗上脱下。

2.根据权利要求1所述的一种用于高水分玉米脱粒的芯膨粒散搓脱方法，其特征在于：步骤2）中，在芯膨粒散的玉米果穗的籽粒上施加大小相等、方向相反的一对搓擦力。

3.根据权利要求1所述的一种用于高水分玉米脱粒的芯膨粒散搓脱方法，其特征在于：动压板沿朝向和相背于定压板的方向作往复运动。

4.根据权利要求1所述的一种用于高水分玉米脱粒的芯膨粒散搓脱方法，其特征在于：步骤2）中，将芯膨粒散的玉米果穗放入由上搓板和下搓板组成的搓擦机构中，通过下搓板与上搓板之间的持续往复运动并配合上搓板和下搓板相对面上的圆形擦搓凸起将籽粒脱下。

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