張 亮 趙德榮 王興鵬 賈 峻 李彥偉

（酒泉奧凱種子機械股份有限公司，甘肅酒泉 735000）

國以民為本，民以食為天。玉米是世界上第一大糧食作物，也是我國三大糧食作物之一[1]。種子是糧食的“芯片”，種子安全關(guān)系到國家糧食安全。在我國雜交玉米制種行業(yè)，玉米種子加工成套生產(chǎn)線包括收（撿）穗工段、果穗干燥工段、脫粒工段、籽粒干燥工段、精選加工工段、包衣工段以及包裝工段，全流程基本實現(xiàn)機械化，但是果穗剝皮多采用人工剝皮作業(yè)。研發(fā)適用于我國玉米種子加工工藝和鮮玉米加工的多通道玉米剝皮設(shè)備，可以替代人工剝皮作業(yè)，減輕勞動強度，提高作業(yè)效率，縮短加工周期，降低企業(yè)成本，減少損失，從而打通我國玉米種子加工全程機械化進程“最后一公里”，為我國玉米種子加工企業(yè)帶來一定的經(jīng)濟效益，促進我國玉米制種、生產(chǎn)加工全程機械化進程，推進種業(yè)快速發(fā)展。

1 國內(nèi)外玉米剝皮裝備研究現(xiàn)狀

1.1 國外玉米剝皮機研究現(xiàn)狀國外玉米收獲機械化程度較高，機械化生產(chǎn)率在90%以上，尤其是西方歐美國家，玉米剝皮裝備與技術(shù)研究起步較早，相關(guān)研究趨于成熟。例如以美國、加拿大、巴西為代表的美洲國家和以德國、俄羅斯為代表的歐洲國家基本實現(xiàn)了機械化玉米剝皮，機械化生產(chǎn)率在92%以上。

美國對玉米剝皮機的研究最早，20 世紀(jì)初美國相關(guān)研究機構(gòu)陸續(xù)研制出玉米剝皮設(shè)備并首次公布試驗結(jié)果。1908 年世界上首臺玉米剝皮裝置在美國誕生，隨著研究的不斷深入，美國研究機構(gòu)將研究重點逐漸從實驗室轉(zhuǎn)向了田間試驗，1931 年世界上首個玉米剝皮試驗田間試驗結(jié)果在美國南達科他州工學(xué)院公布，剝凈率是48%～75%，損失率是2.8%～10.2%，破碎率是1.8%～4.5%，雖然剝皮性能遠遠低于生產(chǎn)要求，但開辟了玉米剝皮機械化作業(yè)新途徑，減輕了人們勞動強度[2]。20 世紀(jì)90 年代末期，為了提高玉米剝皮裝置的性能，美國開始對玉米剝皮裝置進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，特別是剝皮輥的材質(zhì)、組合形式及表面槽型等方面。玉米剝皮機的剝皮輥主要有3 種材質(zhì)，分別是橡膠輥、鑄鐵輥、鋁輥，組合形式眾多，大部分選擇鑄鐵輥和橡膠輥組合的形式，也有全部采用橡膠輥的形式[3-5]。例如，美國AK 公司生產(chǎn)的CKY-10 型玉米剝皮機，其剝皮輥采用全橡膠輥，剝凈率在92%以上，破損率小于2%，適合于甜玉米、爆裂玉米、制種玉米等收獲期高含水量（含水量在30%以上）的玉米果穗剝皮。

歐洲大部分國家玉米收獲均使用多功能聯(lián)合玉米收獲機，這種收獲機具備玉米切莖、摘穗、剝皮、收集等多種功能，某些聯(lián)合收獲機還具備玉米脫粒功能，玉米收獲機械化程度較高，技術(shù)先進。如法國布光公司生產(chǎn)的JLD610 型多功能玉米收獲機、德國的道依茨公司研制的CF-30 聯(lián)合玉米收獲機等都能實現(xiàn)切莖、摘穗、剝皮、收集、脫粒等多功能作業(yè)。

目前，世界上大型的農(nóng)業(yè)裝備制造商均生產(chǎn)玉米剝皮機，如美國的Case 公司、John Deere 公司，德國的道依茨公司、Mengle 公司等，這些公司生產(chǎn)的玉米剝皮機多數(shù)是安裝在自走式玉米收獲機上的剝皮裝置，實現(xiàn)果穗收割、摘穗、剝皮聯(lián)合作業(yè)。

1.2 國內(nèi)玉米剝皮機研究現(xiàn)狀國內(nèi)玉米剝皮機的研究起步較晚，主要分為3 個階段：20 世紀(jì)70年代以前為起步階段，主要研究形式為技術(shù)引進、消化、仿制；20 世紀(jì)80-90 年代末是關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)階段，理論結(jié)合實踐，主要進行剝皮機理、機械結(jié)構(gòu)的研究；進入21 世紀(jì)，玉米剝皮機的研究在我國有了較快的發(fā)展，各研究機構(gòu)、專業(yè)院校開始對剝皮機進行更加深入的理論研究。在我國玉米剝皮機主要分為兩種類型：一類是適用于農(nóng)戶家庭進行玉米剝皮作業(yè)的固定式場上玉米剝皮機，多為小型玉米剝皮裝置，生產(chǎn)廠家較多，但生產(chǎn)率較低，結(jié)構(gòu)較簡單，性能不穩(wěn)定；另一類是安裝在玉米收獲機上，用來實現(xiàn)摘穗、剝皮一體化作業(yè)的玉米剝皮裝置[6-8]，多為綜合農(nóng)機生產(chǎn)商生產(chǎn)，剝凈率較高，性能較穩(wěn)定。

2 玉米剝皮機主要結(jié)構(gòu)及工作原理

2.1 主要結(jié)構(gòu)該設(shè)備主要由專用喂料系統(tǒng)和玉米剝皮系統(tǒng)兩大系統(tǒng)組成（圖1）。其中專用喂料系統(tǒng)由計量輸送器和振動給料器組成，玉米剝皮系統(tǒng)由剝皮器、干油潤滑系統(tǒng)和傾角調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成。

圖1 低破碎多通道玉米剝皮機機構(gòu)示意圖

結(jié)構(gòu)特征：外觀采用組合結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)合理、便于安裝；剝皮系統(tǒng)設(shè)置安全防護欄及接近開關(guān)，只要安全防護欄處于未閉合狀態(tài)，剝皮輥將無法正常開啟，保證設(shè)備安全性；出料端支腿內(nèi)設(shè)置的液壓千斤頂，以便及時進行控制調(diào)整，使其達到理想的剝凈率、生產(chǎn)率。

2.2 工作原理該設(shè)備工作原理主要利用以下幾種特性實現(xiàn)：（1）專用喂料系統(tǒng)中計量輸送器應(yīng)用了變頻調(diào)速，可將物料均勻地送入振動給料器，可根據(jù)剝皮系統(tǒng)的產(chǎn)量任意匹配合適的喂入量；振動給料器是帶一定傾角和分料槽的振動篩，通過低振幅、高頻率振動將玉米果穗平穩(wěn)有序地送入剝皮系統(tǒng)完成整個給料過程，同時將混雜在果穗內(nèi)的散籽經(jīng)振動輸送槽內(nèi)的漏籽孔進行了有效的分離，大大降低了破碎率和損失率。（2）玉米剝皮系統(tǒng)的剝皮器采用32 根剝皮輥，形成16 個槽型剝皮通道，每個剝皮通道的2 組剝皮輥相對轉(zhuǎn)動，通過剝皮輥表面螺旋狀凸起部分將玉米果穗的苞葉碾住撕開，使之與果穗分離。在每相鄰2 個剝皮通道的中央正上方安裝有自動擺動的擺桿撥料機構(gòu)，可將橫置于剝皮輥上的果穗撥順，使物料不阻塞、不聚集；剝皮器采用滑動軸承支撐，干油潤滑系統(tǒng)可定時定量給每個潤滑點提供潤滑脂，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行；剝皮器傾角調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用液壓千斤頂結(jié)構(gòu)，可根據(jù)玉米果穗品種和水分不同，調(diào)節(jié)剝皮器的傾角，保證剝凈率的同時，達到最大產(chǎn)量。

3 關(guān)鍵技術(shù)研究

剝皮系統(tǒng)是玉米剝皮機的主要系統(tǒng)之一，主要由剝皮器、剝皮系統(tǒng)支架、傾角調(diào)節(jié)機構(gòu)、擺動桿撥料機構(gòu)、安全防護裝置、潤滑系統(tǒng)、動力傳動系統(tǒng)及附件組成。剝皮器是該部分關(guān)鍵機構(gòu)，在剝皮過程中，剝皮輥的主要功能是抓取苞葉、撕開苞葉，將苞葉從剝皮輥間隙中排除，它的材料、表面結(jié)構(gòu)形式、配置方式、有效長度等決定其功能的優(yōu)劣，直接影響剝皮機剝凈率、破碎率、損失率等性能。因此，剝皮輥的設(shè)計尤為重要。

3.1 剝皮器的確定剝皮器主要由剝皮輥組合、擺動撥料裝置、傳動齒輪、滑動軸承、集中潤滑組合、剝皮器框架組合等部分組成。剝皮輥組合采用32 根剝皮輥，每2 根剝皮輥高低布置，構(gòu)成一個剝皮通道，共有16 個剝皮通道。

3.2 剝皮輥的形狀設(shè)計由于玉米種子相對糧食玉米價格較高，因此，對加工過程的破碎率提出了更高的要求，要求破碎率≤1%。鑒于此，經(jīng)過多次試驗，該設(shè)備剝皮輥選用橡膠輥，橡膠輥材質(zhì)采用特殊橡膠，并且采用槽型配置。每組橡膠輥表面設(shè)計有反向螺旋狀的凸起，有助于將玉米果穗的苞葉碾住撕開，達到剝離的目的，保證剝凈率的同時，大大降低了破碎率，且特定的螺旋升程有利于物料在剝皮通道上順利流通。

由于剝皮過程中會有落粒產(chǎn)生，為防止落粒被剝皮輥擠碎損傷玉米胚芽，在橡膠輥及鋁輥表面開有凹槽，便于落粒順利排出，混合在苞葉中的落粒由下道工序籽皮分離機分離重新利用。

3.3 剝皮輥有效長度設(shè)計根據(jù)經(jīng)驗，剝皮輥的長度越長，剝凈率越高，但是會增加破碎率和損失率，剝皮輥太短，剝凈率達不到要求，設(shè)計前，選取不同有效長度的剝皮輥做剝皮試驗，剝凈率結(jié)果如表1所示。試驗結(jié)果顯示：剝皮輥有效長度在600mm 內(nèi)剝凈率為85.56%，在1000mm 內(nèi)剝凈率為91.19%，在1400mm 內(nèi)剝凈率為95.42%，在1600mm 內(nèi)剝凈率為96.79%。

表1 剝皮輥有效長度試驗結(jié)果

根據(jù)試驗結(jié)果得出剝皮輥有效長度在1400mm內(nèi)剝凈率為95.42%，滿足設(shè)計中剝凈率≥95%的要求，考慮到全橡膠輥組合相較傳統(tǒng)鑄鐵輥與橡膠輥組合剝皮效率有所下降，故將剝皮輥有效長度定為1500mm。

3.4 剝皮輥的組合形式剝皮輥由橡膠輥段和鋁輥段串聯(lián)組合而成，且橡膠輥分為3 種形式。這種排列方式的優(yōu)點在于每2 組剝皮輥軸向相對位置的膠輥段材質(zhì)不同，摩擦力不同，果穗在沿剝皮輥軸向方向運動時，還繞自身軸向旋轉(zhuǎn)（向摩擦力大的一側(cè)旋轉(zhuǎn)），由于相鄰兩段膠輥的摩擦力不同，果穗繞自身軸向旋轉(zhuǎn)的方向不斷變換，剝皮效果更好。橡膠輥相鄰兩段有一段表面有排籽槽，有助于剝皮過程中脫落的籽粒及時排出，有效降低了籽粒破碎率。分段的橡膠輥磨損后，可拆卸磨損段進行更換，與傳統(tǒng)剝皮輥磨損后需要整根更換相比，維護方便，節(jié)約成本。

4 結(jié)論

大量試驗與生產(chǎn)實踐表明，該16 通道玉米果穗剝皮機可實現(xiàn)剝凈率≥95%，破碎率≤1%，損失率≤1%，生產(chǎn)率可達15000kg/h，相比于傳統(tǒng)剝皮機提高了剝凈率，降低了破損率，適用于我國制種玉米種子加工工藝和鮮玉米加工要求，達到了預(yù)期的目的。