本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域，具體的說(shuō)是一種浮動(dòng)定向喂入式玉米仿生脫粒機(jī)。

背景技術(shù)：

玉米是我國(guó)主要的農(nóng)作物之一，并可作為飼料和工業(yè)原料，是一種重要的經(jīng)濟(jì)作物，對(duì)我國(guó)的糧食生產(chǎn)和畜牧業(yè)的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。近年來(lái)，玉米的產(chǎn)量逐漸提高，人們?cè)絹?lái)越重視玉米收割中的摘穗、剝皮、脫粒等環(huán)節(jié)，當(dāng)前市場(chǎng)的玉米收獲機(jī)僅具有摘穗、剝皮、秸稈粉碎等功能，玉米脫粒工序還需單獨(dú)靠脫粒機(jī)完成。

目前我國(guó)大多采用打擊原理設(shè)計(jì)的玉米脫粒機(jī)來(lái)進(jìn)行玉米脫粒，存在以下為題：1.打擊式原理的玉米脫粒機(jī)具有籽粒破碎率偏高、脫粒不干凈、含雜率高等缺陷，破碎率偏高會(huì)導(dǎo)致原料的巨大浪費(fèi)，影響脫粒的效果同時(shí)會(huì)造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，玉米籽粒的破損也會(huì)影響玉米短期、長(zhǎng)期的儲(chǔ)藏，玉米脫粒過(guò)程中的機(jī)械損傷成為玉米脫粒的主要問(wèn)題。2.玉米脫粒過(guò)程中的脫粒間隙至關(guān)重要，由于玉米果穗的直徑、長(zhǎng)度都有不同的差別，脫粒間隙過(guò)大會(huì)導(dǎo)致脫凈率低，脫粒間隙過(guò)小會(huì)導(dǎo)致破損率增大，玉米脫粒機(jī)的脫粒間隙的不可自動(dòng)調(diào)節(jié)是導(dǎo)致玉米機(jī)械損傷的重要原因，也是影響脫粒效果的重要因素。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在提供一種能夠減小破碎率并根據(jù)玉米果穗自動(dòng)調(diào)整脫粒間隙的浮動(dòng)定向喂入式玉米仿生脫粒機(jī)。

為了解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種浮動(dòng)定向喂入式玉米仿生脫粒機(jī)，包括機(jī)架，在機(jī)架上水平間隔設(shè)有兩根差速輥，兩根差速輥之間具有供玉米籽粒落下的間隙，在兩根差速輥的上方垂直于差速輥水平間隔設(shè)有離散輥和脫粒輥，所述離散輥的輥面上間隔設(shè)有多個(gè)仿生禽類喙部的離散凸起，所述脫粒輥的輥面以及兩根差速輥位于脫粒輥下方部分的輥面上均設(shè)有仿生人類手部結(jié)構(gòu)的脫粒凸起，離散輥與兩根差速輥之間構(gòu)成破壞玉米果穗上果粒整體排布結(jié)構(gòu)的離散區(qū)，脫粒輥與兩根差速輥之間構(gòu)成將果粒從玉米果穗上徹底剝?nèi)サ拿摿^(qū)，在機(jī)架上位于所述離散區(qū)的一側(cè)設(shè)有將玉米果穗沿兩根差速輥的之間的軸向逐根輸送入離散區(qū)的喂料裝置，在離散輥和脫粒輥的輥軸與機(jī)架之間均設(shè)有間隙浮動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，間隙浮動(dòng)調(diào)節(jié)裝置根據(jù)進(jìn)入離散區(qū)和脫粒區(qū)的玉米果穗的直徑差異浮動(dòng)調(diào)節(jié)離散輥和脫粒輥的高度，所述的差速輥、離散輥以及脫粒輥分別由同一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)工作。

優(yōu)選的，所述驅(qū)動(dòng)裝置包括設(shè)置在機(jī)架底部的電機(jī)，電機(jī)通過(guò)帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)Ⅰ驅(qū)動(dòng)水平設(shè)在機(jī)架上的主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，主軸分別通過(guò)兩個(gè)具有不同傳動(dòng)比的錐齒輪組結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)兩根差速輥同向差速轉(zhuǎn)動(dòng)，主軸通過(guò)帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)Ⅱ驅(qū)動(dòng)離散輥轉(zhuǎn)動(dòng)，離散輥通過(guò)帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)Ⅲ驅(qū)動(dòng)脫粒輥轉(zhuǎn)動(dòng)。

優(yōu)選的，所述間隙浮動(dòng)調(diào)節(jié)裝置包括套設(shè)在離散輥和脫粒輥輥軸端部的軸承座，軸承座的兩端均垂直固定有直線軸承，直線軸承中均穿設(shè)有支撐軸，支撐軸的下端與所述機(jī)架固定，并在支撐軸上位于軸承座與機(jī)架之間的部分設(shè)有彈簧，所述離散輥和脫粒輥分別與相應(yīng)的帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)萬(wàn)向聯(lián)軸器撓性連接。

優(yōu)選的，所述離散輥及脫粒輥的輥面均為適應(yīng)玉米果穗形狀的內(nèi)圓弧形。

優(yōu)選的，所述離散凸起均為三棱錐形，其用于插入玉米果穗籽粒之間間隙的工作錐棱兩側(cè)的錐面均為圓弧面，在離散輥的輥面上的中部及兩端分別沿周向間隔設(shè)有三周離散凸起，且任意一個(gè)離散凸起上的工作錐棱均傾斜于離散輥的周向設(shè)置。

優(yōu)選的，所述離散凸起的工作錐棱與離散輥的周向之間的夾角均為17°。

優(yōu)選的，所述脫粒凸起包括仿生人類手指指節(jié)部位的多個(gè)斷續(xù)的楔形凸起以及仿生人類手指指紋的連續(xù)的波浪形凸起，通過(guò)楔形凸起和波浪形凸起配合模仿人類裸手脫粒，所述兩根差速輥上的脫粒凸起均垂直于其周向設(shè)置，所述脫粒輥上的脫粒凸起均傾斜于其周向設(shè)置。

優(yōu)選的，所述脫粒凸起與脫粒輥的周向之間的夾角均為17°。

優(yōu)選的，所述喂料裝置包括投料口以及設(shè)置在投料口下方的旋渦曲面，所述旋渦曲面傾斜固定在機(jī)架上，并通過(guò)模仿水流沖刷石壁形成的石壁曲面制成，旋渦曲面的兩端分別為大頭進(jìn)料口和小頭出料口，其中大頭進(jìn)料口與投料口固定連接并將由投料口投入的多個(gè)玉米果穗導(dǎo)流入旋渦曲面中，多個(gè)玉米果穗在重力作用下沿旋渦曲面滑落并逐步分離，逐個(gè)經(jīng)小頭出料口由離散輥遠(yuǎn)離脫粒輥的一側(cè)輸送至所述離散區(qū)。

優(yōu)選的，在所述機(jī)架上位于兩根差速輥的下方設(shè)有錐形的籽粒斗，在籽粒斗的底部開(kāi)設(shè)有排料口。

有益效果

本發(fā)明利用仿生學(xué)原理，首先將玉米果穗送入離散區(qū)進(jìn)行離散，通過(guò)離散輥上設(shè)置的類似于鳥(niǎo)類喙部的離散凸起間隔插入玉米果穗上的一排排籽粒之間的間隙，給兩側(cè)的籽粒以作用力，剝下一部分籽粒并使玉米果穗上的所有籽粒處于疏松的離散狀態(tài)。然后送至脫粒區(qū)，通過(guò)脫粒輥及兩根差速輥上設(shè)置的類似于人類手部的楔形凸起以及波浪形凸起，其中楔形凸起壓入玉米果穗的籽粒間隙，對(duì)籽粒產(chǎn)生擠推作用，波浪形凸起對(duì)玉米果穗整體起到摩擦作用，仿生裸手脫粒將籽粒與果柄之間的連接里破壞，從而將籽粒剝?nèi)?。在整個(gè)過(guò)程中，本發(fā)明的作用力只施加在籽粒的間隙，不會(huì)對(duì)籽粒本身造成損壞，因此本發(fā)明具有破損率極低、脫凈率高、不碎芯的優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明在離散區(qū)和脫粒區(qū)中均設(shè)有間隙浮動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，玉米果穗進(jìn)入離散輥或脫粒輥下方時(shí)，在彈簧的作用下能夠?qū)⑤佔(zhàn)禹斊?，不同直徑的玉米果穗頂起的間距不同，因此脫粒間隙也就不同，同時(shí)果穗兩頭的直徑較小，也能將兩頭的籽粒脫下，萬(wàn)向節(jié)聯(lián)軸器能夠傳遞扭矩，保證輥?zhàn)釉谏舷赂?dòng)的過(guò)程中繼續(xù)旋轉(zhuǎn)工作，能夠根據(jù)玉米果穗大小的不同自動(dòng)調(diào)節(jié)離散及脫粒間隙，能夠使不同大小的玉米果穗都達(dá)到良好脫粒效果。

本發(fā)明的喂料裝置中包括一段旋渦曲面，通過(guò)模仿水流沖刷石壁的到的石壁曲面制得，能夠在許多玉米果穗沿著曲面滑落的過(guò)程中逐漸分離，變成逐個(gè)有序的喂入，同時(shí)果穗的姿態(tài)能夠在滑落過(guò)程中制動(dòng)校正為豎直狀態(tài)，有利于脫粒。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1在去除喂料裝置時(shí)的俯視圖；

圖3為本發(fā)明的離散輥的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明的脫粒輥的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明的間隙浮動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明的喂料裝置的俯視圖；

圖7為本發(fā)明的喂料裝置中的旋渦曲面的三維函數(shù)圖；

圖8為玉米果穗在本發(fā)明的喂料裝置中的漩渦曲面中的滑落狀態(tài)示意圖；

圖9為兩根玉米果穗從不同的喂入點(diǎn)進(jìn)入本發(fā)明的喂料裝置后的滑落軌跡示意圖；

圖中標(biāo)記：1、機(jī)架，2、主軸，3、差速輥，4、離散輥，5、脫粒輥，6、離散凸起，7、脫粒凸起，8、喂料裝置，801、投料口，802、旋渦曲面，9、間隙浮動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，901、軸承座，902、直線軸承，903、支撐軸，904、彈簧，905、萬(wàn)向聯(lián)軸器，10、電機(jī)，11、籽粒斗。

具體實(shí)施方式

如圖1至圖6所示，本發(fā)明的一種浮動(dòng)定向喂入式玉米仿生脫粒機(jī)，包括一個(gè)用以支撐本發(fā)明其他部件的機(jī)架1框體，在機(jī)架1上水平設(shè)有可轉(zhuǎn)動(dòng)的主軸2和仿生輥組，仿生輥組包括垂直于主軸2且水平間隔設(shè)置的兩根差速輥3以及位于兩根差速輥3的上方并平行于主軸2間隔設(shè)置的離散輥4和脫粒輥5。本實(shí)施例中在機(jī)架1的底部設(shè)有電機(jī)10，該電機(jī)10通過(guò)帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)I驅(qū)動(dòng)主軸2轉(zhuǎn)動(dòng)，兩根差速輥3分別通過(guò)兩個(gè)具有不同傳動(dòng)比的錐齒輪組結(jié)構(gòu)由主軸2驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)同向差速轉(zhuǎn)動(dòng)，離散輥4通過(guò)帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)II由主軸2驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，而脫粒輥5通過(guò)帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)III由離散輥4驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)方式不唯一，可以通過(guò)本領(lǐng)域技術(shù)人員能想到的常規(guī)手段代替。本發(fā)明的仿生輥組數(shù)量不唯一，可設(shè)置為多組，并均通過(guò)同一根主軸2驅(qū)動(dòng)，每個(gè)仿生輥組中獨(dú)立處理玉米果穗。

離散輥4和脫粒輥5的輥面均為適應(yīng)玉米果穗形狀的內(nèi)圓弧形。離散輥4的輥面上間隔設(shè)有多個(gè)離散凸起6，離散凸起6均為通過(guò)仿生鳥(niǎo)類喙部制成的三棱錐形，其用于插入玉米果穗籽粒之間間隙的工作錐棱兩側(cè)的錐面均為圓弧面，在離散輥4的輥面上的中部及兩端分別沿周向間隔設(shè)有三周離散凸起6。脫粒輥5的輥面和兩根差速輥3位于脫粒輥5下方部分的輥面上均設(shè)有脫粒凸起7，脫粒凸起7包括仿生人類手指指節(jié)部位的多個(gè)斷續(xù)的楔形凸起以及仿生人類手指指紋的連續(xù)的波浪形凸起，通過(guò)楔形凸起和波浪形凸起配合模仿人類裸手脫粒。由于玉米果穗在兩根差速輥3的作用下產(chǎn)生自轉(zhuǎn)，而離散輥4和脫粒輥5均垂直于兩根差速輥3設(shè)置，所以離散輥4和脫粒輥5相對(duì)于玉米果穗來(lái)說(shuō)具有一定的縱向速度和橫向速度，為了起到更好的離散及脫粒效果，本發(fā)明的離散凸起6上用于插入玉米果穗的間隙的工作錐棱傾斜于離散輥4的周向設(shè)置，兩根差速輥3上的脫粒凸起7均垂直于其周向設(shè)置，脫粒輥5上的脫粒凸起7均傾斜于其周向設(shè)置，使離散凸起6以及脫粒凸起7正好設(shè)置于玉米果穗與離散輥4和脫粒輥5的相對(duì)速度的合速度方向上，從而起到更好的效果。

本實(shí)施例中的兩根差速輥3輥面的線速度的差值設(shè)置為0.42m/s，離散輥4和脫粒輥5輥面的線速度均為1.38m/s，由于玉米果穗隨著兩根差速輥3的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，因此果穗的自轉(zhuǎn)線速度和兩根差速輥3的線速度的差值是相等的，所以離散輥4和脫粒輥5相對(duì)玉米果穗的橫向速度為0.42m/s,離散輥4和脫粒輥5相對(duì)玉米果穗的縱向速度1.38m/s，橫向速度與徑向速度的合速度與豎直方向的夾角為arctan(0.42/1.38)=17°，由此得出離散輥4上的離散凸起6和脫粒輥5上的脫離凸起均沿與各自輥周向呈17°傾斜設(shè)置以達(dá)到最好的離散及脫粒效果。

離散輥4和脫粒輥5與兩根差速輥3之間分別構(gòu)成破壞玉米果穗上果粒整體排布結(jié)構(gòu)的離散區(qū)和將果粒從玉米果穗上徹底剝?nèi)サ拿摿^(qū)，在機(jī)架1上位于所述離散區(qū)的一側(cè)設(shè)有將玉米果穗沿兩根差速輥3的之間的軸向逐根輸送入離散區(qū)的喂料裝置8，該裝置包括投料口801以及設(shè)置在投料口801下方的旋渦曲面802，所述旋渦曲面802傾斜固定在機(jī)架1上，并通過(guò)模仿水流沖刷石壁形成的石壁曲面制成，旋渦曲面802的兩端分別為大頭進(jìn)料口和小頭出料口，其中大頭進(jìn)料口與投料口801固定連接并將由投料口801投入的多個(gè)玉米果穗導(dǎo)流入旋渦曲面802中，多個(gè)玉米果穗在重力作用下沿旋渦曲面802滑落并逐步分離，逐個(gè)經(jīng)小頭出料口由離散輥4遠(yuǎn)離脫粒輥5的一側(cè)輸送至所述離散區(qū)。

本實(shí)施例中的旋渦曲面802是受到水流沖刷石壁形成的石壁曲面啟發(fā)而制作，如圖7所示，選取合適的石壁曲線系數(shù)0.0064得到一條拋物線函數(shù)f(z)₁=0.00064*y²，由該拋物線繞z軸旋轉(zhuǎn)得到該拋物線旋轉(zhuǎn)曲面函數(shù)f(z)₂=0.00064*(x²+y²), 為了能選擇適合玉米果穗滑動(dòng)的曲面，根據(jù)玉米果穗沿曲面滑動(dòng)時(shí)的軌跡設(shè)計(jì)約束曲線，尺寸較大的玉米果穗如果能順利滑落，那么尺寸較小的玉米果穗也能順利滑落，因此選擇尺寸較大的玉米果穗進(jìn)行曲線設(shè)計(jì)，如圖8示，玉米果穗通過(guò)a點(diǎn)和b點(diǎn)接觸曲線，由此計(jì)算得到約束曲線方程為x²+y²=250²，即為約束曲線a的方程，相應(yīng)的約束曲線b的方程為：x²+y²=450²，選取曲線a、曲線b、yoz面以及與yoz面呈60°夾角的c面所圍成的區(qū)域得到實(shí)施例中的旋渦曲面802，即圖7中陰影部分所示。

如圖9所示，兩個(gè)玉米果穗分別從c、d兩點(diǎn)同時(shí)喂入，c、d兩點(diǎn)在同一高度，兩個(gè)玉米果穗分別沿兩條軌跡滑到排出口e處，喂入料斗由薄鐵皮制作，表面光滑，摩擦力較小，因此忽略摩擦力。兩個(gè)玉米果穗從喂入到排出，由于下落的高度是一樣的，所以從排出口e處的排出速度相同。而中圖中可知，從d點(diǎn)喂入的玉米果穗的滑落路程長(zhǎng)度大于c點(diǎn)喂入的玉米果穗的滑落路程，所以c、d兩點(diǎn)在同時(shí)喂入的玉米果穗時(shí)，c點(diǎn)喂入的玉米果穗的排出時(shí)間小于d點(diǎn)，因此同時(shí)喂入的玉米果穗會(huì)在滑落的過(guò)程中逐步分離，逐個(gè)排出，該喂料裝置8能夠?qū)崿F(xiàn)果穗自動(dòng)分離、逐個(gè)有序地定向喂入的目的。

在離散輥4和脫粒輥5的輥軸與機(jī)架1之間均設(shè)有間隙浮動(dòng)調(diào)節(jié)裝置9，間隙浮動(dòng)調(diào)節(jié)裝置9根據(jù)進(jìn)入離散區(qū)和脫粒區(qū)的玉米果穗的直徑差異浮動(dòng)調(diào)節(jié)離散輥4和脫粒輥5的高度。該裝置包括分別套設(shè)在離散輥4和脫粒輥5輥軸端部的軸承座901，軸承座901的兩端均垂直固定有直線軸承902，直線軸承902中均穿設(shè)有支撐軸903，支撐軸903的下端與所述機(jī)架1固定，并在支撐軸903上位于軸承座901與機(jī)架1之間的部分設(shè)有彈簧904，所述離散輥4和脫粒輥5位于機(jī)架1上設(shè)有電機(jī)10一側(cè)的輥軸分別通過(guò)萬(wàn)向聯(lián)軸器905連接在相應(yīng)的帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。玉米果穗進(jìn)入離散輥4或脫粒輥5下方時(shí)，在彈簧904的作用下能夠?qū)⑤佔(zhàn)禹斊?，不同直徑的玉米果穗頂起的間距不同，因此脫粒間隙也就不同，同時(shí)果穗兩頭的直徑較小，也能將兩頭的籽粒脫下，萬(wàn)向聯(lián)軸器905能夠傳遞扭矩，保證輥?zhàn)釉谏舷赂?dòng)的過(guò)程中繼續(xù)旋轉(zhuǎn)工作，能夠根據(jù)玉米果穗大小的不同自動(dòng)調(diào)節(jié)離散及脫粒間隙，能夠使不同大小的玉米果穗都達(dá)到良好脫粒效果。

在機(jī)架1上位于兩根差速輥3的下方設(shè)有錐形的籽粒斗11，在籽粒斗11的底部開(kāi)設(shè)有排料口，本發(fā)明在實(shí)施過(guò)程中，多個(gè)玉米果穗通過(guò)喂料裝置8逐步分級(jí)，逐根進(jìn)入離散區(qū)，籽粒經(jīng)離散輸送后在離散輥4和脫粒輥5的共同作用下進(jìn)入脫粒區(qū)，籽粒脫落后落入籽粒斗11中，并通過(guò)排料口排出，玉米果穗的果柄通過(guò)兩根差速輥3的末端排出，實(shí)現(xiàn)籽粒與果柄的分離。