一种高效低损玉米脱粒联合作业机
技术领域
本发明涉及一种玉米脱粒装置,尤其是一种含剥皮碎芯功能的高效低损玉米脱粒联合作业机,属于农业机械技术领域。
背景技术
玉米有食用、饲用、工业加工用及食用油用等多种用途,种植广泛,但目前由于茬口紧张,玉米收获期果穗含水率高,导致国内绝大多数玉米采用摘穗、剥皮、集箱、运输、晾晒、脱粒的分段式收获模式,作业环节多,成本高,且玉米果穗和籽粒的脱水过程受天气和场地的局限大,如不能及时晾晒脱粒,易发生霉变、腐烂、发芽等现象,降低了产量和品质。玉米收获机械技术条件GB/T 21962-2008中规定玉,适于果穗收获的籽粒含水率为25%到35%,总损失率≤4%,籽粒破碎率≤1%;适用于直接脱粒收获的玉米籽粒含水率为15%到25%,籽粒破碎率≤5%,总损失率≤5%,含杂率≤3%。
目前,高湿玉米籽粒脱粒直收成为玉米机械化收获的发展趋势,然而而籽粒直收的关键环节在于脱粒,脱粒装置作为实现籽粒直收的核心部件,在籽粒直收过程中,脱粒装置对籽粒破碎率、脱净率等作业性能有重要的影响。由于玉米果穗上籽粒之间有相互支撑作用,因此使玉米籽粒较难从芯轴上脱离下来,且随着玉米果穗含水率升高玉米籽粒更加饱满,相互之间的挤压及支撑更甚,导致脱粒更加困难,损伤更大,脱净率更低。
较为先进的玉米田间收获过程包括剥皮、碎芯、脱粒三个主要环节。检索可知,申请号为CN201710314781 .5的中国专利文献公开了《一种玉米碎芯脱粒方法》。该方法包括以下步骤:前方输送装置将玉米棒喂入入料斗中;夹持输送辊对玉米棒进行夹持输送,弹性定位器将玉米棒定位到预定位置,使之被夹紧并向下强制输送;碎芯钻将玉米芯部钻碎成条状、块状的籽粒-芯部结合物;揉搓初脱机构对碎芯后的籽粒-芯部结合物进行低速揉搓;柔性脱粒分离机构对物料进行高速柔性打击,使绝大部分玉米脱粒;清选总成对脱粒后的物料进行振动和风力的清选;输送总成将脱净后的玉米籽粒输送到收集装置、未脱净的籽粒输送到所述柔性脱粒分离机构。此外,申请号为CN201710219372的中国专利文献公开了《一种具有夹持输送机构的玉米碎芯装置》,该该装置包括机架、入料斗、碎芯机构、传动机构、设置在机架内中部的夹持输送机构和弹性定位机构;所述夹持输送机构安装在机架上,由一级夹持输送辊和二级夹持输送辊构成,一、二级夹持输送辊各由两根弹性辊组成,所述弹性辊为中部半径渐变的回转结构,所述弹性定位机构包括上弹性定位机构和下弹性定位机构,上弹性定位机构由同一平面的3个弹簧伸缩器相错约120°安装构成,下弹性定位机构空间上低于与上弹性定位机构并与之相错约60°安装,所述弹簧伸缩器由滚轮,弹簧、固定缸和伸缩轴装配组成。上述现有技术方案只能对剥皮后的玉米果穗进行碎芯、脱粒,因此需要预先进行剥皮处理。虽然玉米分段联合收获机自带剥皮机构,但其仍然无法解决高湿玉米直接脱粒损伤高的困境,需要后续的场地晾晒、烘干等措施后再进行脱粒作业,增加的后续作业流程不仅浪费人力物力,而且受天气影响大。此外,上述现有技术还存在有效碎芯率不高的不足之处,因而需要采取多道脱粒处理,玉米籽粒损伤仍较多。
发明内容
本发明的首要目的在于:针对以上现技术存在的局限性,提出一种可以一次自动完成剥皮、碎芯、脱粒的高效低损玉米脱粒联合作业机,从而显著提高工效。
本发明进一步的目的在于:提出一种可以显著减小玉米籽粒损伤的高效低损玉米脱粒联合作业机,从而为保证玉米脱粒质量提供保障。
为了达到以上首要目的,本发明高效低损玉米脱粒联合作业机的基本技术方案为:包括剥皮机构、碎芯机构以及脱粒机构;
所述剥皮机构包括安装在机架上一端具有喂料口的上盖组件,所述上盖组件形成门形截面通道的上盖板下表面间隔铰装斜压板的一端,所述斜压板与上盖板之间装有压簧;所述上盖组件下方装有剥皮辊组件,所述剥皮辊组件含有一对旋转时朝输送方向推进玉米果穗的螺旋辊,两螺旋辊的外侧上部分别装有紧邻的剥皮辊,相邻的螺旋辊和剥皮辊相向旋转,所述剥皮辊具有旋转时牵扯苞叶的表面凹凸结构;所述剥皮辊组件下方装有通往除皮风机进风口的苞叶通道;
所述剥皮机构的输出端通过输送槽与碎芯机构衔接,所述碎芯机构与位于其下方的脱粒机构衔接。
工作时,玉米果穗由喂料口喂入上盖组件,落在剥皮组件上,由于螺旋辊和剥皮辊的相向旋转,玉米果穗长轴会在螺旋辊和橡胶辊之间向前输送,落在其他地方的玉米果穗和横向落入的玉米果穗也会螺旋辊和橡胶辊的旋转作用下,使果穗长轴在螺旋辊和橡胶辊之间向前输送。在被螺旋辊的旋转送进过程中,果穗在两侧的剥皮辊和螺旋辊的牵扯摩擦作用下苞叶被逐一扒下并进入苞叶通道,由除皮风机抽走排除。去皮后的玉米果穗则继续向前推进,由重力作用进入输送槽,通过输送槽进入碎芯机构,碎芯后再进入脱粒机构完成脱粒。由此可见,采用本发明的基本技术方案后,可以一次自动完成带苞叶玉米果穗,尤其是高湿玉米果穗的剥皮、碎芯、脱粒,从而大大提高玉米摘穗后的作业效率,降低脱粒损伤。
为了达到进一步目的,申请人对现有技术存在的玉米脱粒损伤进行了研究。分析可知,上述现有技术存在玉米脱粒后损伤较多的原因一是碎芯过程的夹持机构仅靠弹性辊的弹性变形来适应不同直径的玉米果穗以及同一果穗上不同部位直径的大小差异,无法保持稳定连续的夹持力,难以保证玉米碎芯时稳定,影响碎芯效果;并且周圈划钻与中心麻花钻结合而成的碎芯钻难以适应粗细大小不一的玉米碎芯,尤其是玉米果穗直径较小的端部,会伤损伤玉米籽粒。二是由于碎芯效果欠佳,因此脱粒过程采用揉搓初脱、柔性脱粒分离等多道机构,增加了玉米籽粒的受损概率。
为了达到以上进一步目的,本发明高效低损玉米脱粒联合作业机的所述碎芯机构含有铰支在机架上的前伸左、右铰装板和后伸左、右铰装板,所述前伸左、右铰装板和后伸左、右铰装板的铰接处分别与相应的同步啮合齿轮固连,所述前伸左、右铰装板和后伸左、右铰装板的悬臂端分别与相应的拉簧连接;各铰装板分别支撑主动轴通过浮动轴传动的鞍形辊,从而构成左右成对的前、后两处鞍形辊浮动夹持输送机构;所述浮动夹持输送机构的输出端装有旋转轴线与输送中心线对齐的分裂锥,所述分裂锥的锥体上制有锥螺纹;
所述脱粒机构含有承接在碎芯机构分裂锥下方的导料通道,所述导料通道下方是圆弧凹板筛及两端板构成的脱粒腔,所述脱粒腔内装有可旋转的脱粒滚筒,所述凹板筛下装有透风斜导料板,所述导料板下装有风机吹风通道。
当玉米剥皮收获后,玉米果穗由输送槽进入浮动夹持输送机构后,左、右鞍形辊具有自定心作用可以当其直径较小时,拉簧将使左、右鞍形辊间距变小;当其直径较大时,将克服拉簧力撑开左、右鞍形辊使其间距适当变大;在此过程中,同步啮合齿轮可以保证左、右鞍形辊对称开合,并且前后成对的鞍形辊具有稳定的自定心作用,因此无论玉米果穗直径如何变化均可得到前后连续的夹持力,且能保证玉米果穗轴线与分裂锥旋转轴线共线,始终保持平稳送进;之后,分裂锥可以像自攻螺钉那样,相对逆送进方向钻进玉米果穗芯部中央,无论大小均由内朝外撑裂开来;碎芯后的块状玉米果穗由于重力作用下经过导料通道落至脱粒机构,经脱粒滚筒击打、揉搓,实现籽粒果穗分离,分离的籽粒及果穗由重力作用从凹板筛上的通孔掉落至透风斜导料板,在沿斜面继续滑落过程中,密度小的玉米芯果穗及杂余被吹走,而密度大的籽粒则沿着斜导料板滑落后收集,即可完成脱粒并分别收集。因此,剥皮后彼此衔接的碎芯机构可以在玉米脱粒前进行高效碎芯处理,减少籽粒之间的相互支撑作用,使籽粒更容易从玉米棒上脱粒下来,与碎芯之后的脱粒机构共同有效降低玉米籽粒脱粒损伤,保证玉米的脱粒质量。
进一步:所述压簧为上小下大的圆锥压簧,所述圆锥压簧的上端借助旋钮螺柱和吊紧螺母吊起固定在上盖板下表面、下端与斜压板远离销轴的上表面衔接。
进一步:所述剥皮辊支撑在中部铰装于辊组支架的垂向摆杆上端,两垂向摆杆的下端松装在套有压缩弹簧的水平支撑轴两端。
进一步:所述脱粒滚筒通过轴向间隔的辐板支撑周向间隔分布的副轴,所述副轴上套有间断的脱粒簧,相邻脱粒簧之间装有活套在副轴上的脱粒钉齿。
进一步:所述浮动轴为万向节,所述万向节由下端具有花键的花键轴和上端具有相应花键孔的花键套轴组成;所述万向节的上、下端分别与插装上定位轴下端的上连接套和插装下浮动轴上端的下连接套铰接。
进一步:所述前、后支柱的上部之间支撑驱动电机带动的水平主动轴,所述前、后支柱的中部之间固连水平的上、下支撑板,所述上、下支撑板支撑通过伞齿轮副以及过桥传动齿轮副与主动轴传动连接的四根垂向上定位轴,各上定位轴分别通过相应的万向节与支撑在各铰装板上对应的下浮动轴传动连接,各下浮动轴下端分别装有鞍形辊;所述鞍形辊具有中部凹陷的鞍形母线,母线方向间隔分布环形槽且周向间隔分布沿母线方向延伸的间断槽。
进一步:所述导料通道内设有倾斜的导料滑板。
进一步:所述脱粒机构的导料通道一端底部安置风机,所述风机的出风口通过风道通往位于透风斜导料板下出料后侧板的风口。
进一步:所述前支柱与管柱固连,所述驱动电机同时还通过传动带与支撑于管柱的分裂锥传动连接。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明实施例的立体结构示意图。
图2是图1实施例的剥皮机构立体结构示意图。
图3是图2中的剥皮辊组件立体结构示意图。
图4是图3的侧向投影视图。
图5是图2中的上盖组件立体结构示意图。
图6是图2中的苞叶通道立体结构示意图。
图7是图2中的上盖组件剖视结构示意图。
图8是图1实施例的碎芯机构立体结构示意图。
图9是图1实施例的碎芯机构平面投影结构示意图。
图10是图8碎芯机构的浮动夹持输送机构立体结构示意图。
图11是图1实施例的脱粒机构立体结构示意图。
图12是图11拆去脱粒滚筒筒和凹板筛后的立体结构示意图。
图13是图11中脱粒滚筒的立体结构示意图。
具体实施方式
实施例一
本实施例的高效低损玉米脱粒联合作业机基本构成如图1所示,包括剥皮机构F,以及剥皮机构F输出端通过输送槽20与其输入端衔接的碎芯机构U,位于碎芯机构U下方的脱粒机构D。
剥皮机构F如图2所示,包括安装在机架上一端具有喂料口F1-2的上盖组件F1。喂料口F1-2上装有喂料斗F1-9。该上盖组件F1如图5和图7所示,其形成门形截面通道的上盖板F1-1的表面间隔分布观察孔F1-5,其下表面通过销轴F1-3间隔铰装斜压板F1-6的一端,(销轴F1-3支撑于上盖组件F1的左右侧板上),斜压板F1-6与上盖板F1-1之间装有上小下大的圆锥压簧F1-7,具体装配结构为借助旋钮螺柱F1-8和吊紧螺母将圆锥压簧F1-7的上端吊起固定在上盖板F1-1下表面,圆锥压簧F1-7的下端与斜压板F1-6远离销轴F1-3的上表面衔接,从而形成对玉米果穗的下压趋势。
上盖组件F1下方装有剥皮辊组件F2,剥皮辊组件F2如图3和图4所示,辊组支架F2-5上一对通过剥皮驱动电机F4皮带及齿轮组传动装置F2-8驱动的可旋转螺旋辊F2-7,两螺旋辊F2-7的外侧上部分别通过中部铰装在辊组支架F2-5上的垂向摆杆F2-3安装与之紧邻的橡胶材质的剥皮辊F2-6。更具体而言,垂向摆杆F2-3的中部通过铰销F2-1铰装在辊组支架F2-5端部,其上端通过带轴承的轴承座支撑可以铰销F2-1为中心摆转的剥皮辊F2-6,两垂向摆杆F2-3的下端松动装在套有压缩弹簧F2-2的水平支撑轴F2-4上,因此剥皮辊F2-6具有靠向邻近螺旋辊F2-7的趋势。
螺旋辊F2-7具有旋转时朝输送方向推进玉米果穗的螺旋筋F2-7.1,螺旋筋F2-7.1的间隔中含具有周向间隔分布的轴向延伸筋F2-7.2。剥皮辊F2-6的截面形同齿轮,从而构成其外表面旋转时牵扯苞叶的凹凸结构。相邻的螺旋辊F2-7和剥皮辊F2-6相向旋转,因此,剥皮辊组件工作时,在朝输送方向推进玉米果穗的同时,还因螺旋辊和剥皮辊相向旋转,剥去玉米果穗的苞叶。
剥皮辊组件F2下方装有通往除皮风机F5进风口的苞叶通道F3。苞叶通道F3的具体结构如图6所示,由承接在剥皮辊组件下的落叶口F3-1、落叶口F3-1下的下倾通道F3-2,以及下倾通道F3-2低端与除皮风机F5进风口连通的出叶口F3-3构成。玉米苞叶被剥去后,进入苞叶通道,在重力及抽风作用沿着斜面滑落,至除皮风机排出。
剥皮机构F中剥皮辊组件F2的输出端通过输送槽20与碎芯机构U的输入端衔接,碎芯机构U与位于其下方的脱粒机构D衔接。
碎芯机构U的结构如图8至图10所示,包括与机架固连的前、后支柱15、8,前、后支柱15、8的下部分别通过垂向销轴7铰支前伸左、右铰装板6和后伸左、右铰装板3,前伸左、右铰装板6和后伸左、右铰装板3的铰接处分别与相应的同步啮合齿轮2固连,前伸左、右铰装板6和后伸左、右铰装板3的悬臂端分别与相应的拉簧17连接,因此具有相互靠拢的趋势。各铰装板3、6分别支撑主动轴14通过万向节10传动的鞍形辊4。具体而言,前、后支柱15、8的上部之间支撑驱动电机16带动的水平主动轴14,前、后支柱15、8的中部之间固连水平的上、下支撑板9,上、下支撑板9支撑通过伞齿轮副13以及过桥传动齿轮副与主动轴14传动连接的四根垂向的上定位轴12。具体而言,四根上定位轴12中,右边的两个上端通过伞齿轮副13与主动轴14直接传动连接,左边的两个则通过上下支撑板9之间的两对过桥传动齿轮传动;即驱动电机16通过两个伞齿轮副将动力一分为二,再通过两对啮合过桥传动副二分为四,从而将驱动电机的运动分别传到四个万向节。各上定位轴12分别通过相应的万向节10与支撑在各铰装板3、6上对应的下浮动轴11传动连接,各下浮动轴11下端分别装有鞍形辊4;构成左、右成对的前后两处鞍形辊浮动夹持输送机构。图中20为输送槽。
前支柱15与管柱18固连,驱动电机16同时还通过传动带19与支撑于管柱18的分裂锥1传动连接,分裂锥1的旋转轴线与输送中心线对齐,左右成对的前后两处鞍形辊浮动夹持输送机构能保证玉米果穗长轴轴线与输送中心线对齐,这样就能保证分裂锥的旋转轴线与玉米果穗长轴轴线对齐,即可以保证自动对芯功能。由于本实施例的分裂锥具有良好的自攻性能,因此无需像现有技术那样,必须保证夹持机构具有强有力的输送力才能完成碎芯作业。结果,本实施例要求的夹持输送力更加稳定连续,输送更加顺畅,效率更高,不会损伤玉米籽粒。
鞍形辊4具有中部凹陷的鞍形母线,母线方向间隔分布环形槽4-2且周向间隔分布沿母线方向延伸的间断槽4-1,因此可以更好地与玉米果穗5贴合夹持,旋转输送更为稳定可靠。具有左、右鞍形辊的浮动夹持输送机构在进行玉米果穗夹持输送时,不仅由于左、右鞍形辊的间距可适应性地浮动变化从而适应玉米果穗直径的改变,因此相对于现有技术,该浮动夹持机构集输送和定位于一体、结构更加简单、紧凑、有效,而且由于同步啮合齿轮的作用,使左右成对的鞍形辊从分裂锥轴线处平均的向两侧分开,从而保证分裂锥轴线与玉米果穗轴线一直处于重合状态,有效提高作业效率,极大减少分裂锥分裂果穗时因钻偏而损伤籽粒,彻底避免偏钻导致的无法有效破芯。玉米果穗的上下位置由鞍形辊的圆凹定位,左右位置则由外啮合齿轮使左右鞍形辊从分裂锥轴线同步对称向两侧位移保证,向分裂锥方向的前后位移主要取决于鞍形辊的匀速旋转送进以及分裂锥的自攻性,玉米果穗的旋转由环形槽保证,分裂锥对玉米果穗碎芯的时候,环形槽能提供分裂锥反转的平衡力,使玉米不会随着分裂锥旋转,间断槽提供玉米果穗沿输送中心线方向稳定连续输送玉米果穗的推力。此外,前后浮动可以在分裂锥起钻时,形成与玉米果穗自身形状吻合的“<>”形夹持,加之鞍形辊本身的贴合夹持结构,从而使玉米果穗十分稳定可靠地被夹持,稳定连续向分裂锥方向输送,并与分裂锥本身的自攻性结合,确保了分裂锥对玉米果穗的分裂性能。
万向联轴结构参见图9,由万向节10的上、下端分别与插装上定位轴12下端的上连接套12-1和插装下浮动轴11上端的下连接套11-1铰接而成,为了增加浮动调节范围,从而对大小差异较大的玉米果穗具有更好的适应性,万向节10由下端具有花键的花键轴10-1和上端具有相应花键孔的花键套轴10-2组成,因此万向节10的长度可以根据鞍形辊的浮动按需改变。
脱粒机构D的结构如图11至图13所示,含有承接在碎芯机构分裂锥下方的导料通道D-1,在导料通道D-1内设有倾斜的导料滑板,其作用一是引导碎芯后的块状玉米果穗沿脱粒滚筒切向进入脱粒腔,提高脱粒效率;二是避免脱粒腔内的玉米果穗被脱粒滚筒的旋转抛向分裂锥以及夹持输送机构。
导料通道D-1下方是半圆弧形的凹板筛D-2及两端板构成的脱粒腔D-3,脱粒腔D-3的上方盖有护板D-6,内部装有电机D-4通过皮带传动驱动的可旋转脱粒滚筒D-5。凹板筛D-2下装有透风斜导料板D-7,导料板D-7下装有风机D-9的吹风通道D-8。
更具体而言,脱粒滚筒D-5通过轴向间隔的三角形辐板D-5.3支撑周向间隔分布的三根副轴D-5.1,每根副轴D-5.1上套有间断的脱粒簧D-5.4,相邻脱粒簧D-5.4之间装有活套在副轴D-5.1上的脱粒钉齿D-5.2。脱粒作业时,脱粒滚筒的旋转使脱粒钉齿在离心力作用下径向向外甩出;在击打揉搓玉米果穗时,脱粒钉齿不仅以副轴为中心旋转,还可以压缩脱粒弹簧沿着副轴轴向振动位移,增加与玉米果穗的接触时间,使玉米果穗与脱粒钉齿的“硬碰撞”变为“软碰撞”,从而有效减少籽粒的脱粒损伤。安置在脱粒机构导料通道D-1一端底部的风机D-9也由电机D-4通过皮带传动驱动,其出风口通过风道通往位于透风斜导料板D-11下出料后侧板D-10的风口D-11。
当脱粒滚筒旋转时,脱粒钉齿将在离心作用下击打碎芯后在重力落下的玉米,并因轴向具有一定的浮动自由度,将与凹板筛配合,对玉米产生揉搓作用,高效实现籽粒果穗的脱粒分离。由于凹板筛的筛孔孔径大于玉米粒径,因此脱粒后的玉米籽粒及较小玉米芯杂余将落到凹板筛下的透风斜导料板上,较大的块状玉米果穗继续在脱粒腔内进行脱粒作业,直至籽粒完全脱粒。风机吹出的风经风道由下出料后侧板的风口吹向透风斜导料板,使沿斜导料板下滑的玉米芯及杂余因密度小而被吹走,玉米籽粒则因密度大而滑落后被收集,从而完成玉米的脱粒作业。
在此过程中,由于可以将玉米果穗、尤其是高湿玉米果穗,由分裂锥将果穗从内而外破裂开,使果穗变成若干块状,从而降低、减少玉米籽粒之间的支撑和挤压作用,使籽粒更容易从果穗上脱粒下来,在后续的脱粒作业中大大减少脱粒损伤。之后的脱粒击打与揉搓结合,并合理借助了风选原理,因此高效实现了籽粒果穗的脱粒分离。
试验表明,采用本实施例后,先由螺旋辊和剥皮辊有机结合,自动高效完成玉米果穗的苞叶去除;接着,浮动夹持输送与自攻式分裂锥钻芯有机结合,可以连续、高效、稳定将玉米果穗从内部强力分裂开若干块状,同时避免籽粒损伤;由于分裂后的干块状玉米果穗在边缘部位玉米籽粒之间会失去部分支撑,玉米籽粒之间的支撑作用和支撑力会减小,玉米籽粒更容易从芯轴上脱落,因此之后借助脱粒钉齿的“软碰撞”,可以高效低损完成玉米摘穗后的一次作业自动脱粒。
除上述实施例外,本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案,均落在本发明要求的保护范围。