环保降噪型玉米脱皮机

周孔生 陈江波 徐乐乐 郑泽军 王磊 汤先灿

摘要：针对我国玉米收获时，玉米进行手工剥皮工序生产劳动关系强度大，费工时和误农时，影响中国玉米的产量和质量;自动化剥皮所产生的噪音、苞叶粉碎物形成的污染设计了一种环保降噪型玉米脱皮机。剥皮机的大致形状为：电机安装在动力座上，驱动轴安装在轴承座上，传动轴通过皮带与电机连接，传动轴上设有螺条和橡胶钉，传动轴通过齿轮与传动轴相匹配。设计将选用一个永磁进行同步实现电机（Permanent Magnet Synchronous Motor， PMSM）为主管理控制研究中心，本实用新型降低了加工装配成本，省去了收集环和电刷，提高了电机运行的可靠性。它能够完全替代人力，具有功能全面，低成本，高可靠性等特点，并且它能够适应一些复杂工作区域，能够实现完整式作业。

关键词：环保;降噪;脱皮机;工作效率高;成本低

引言

我国玉米终年种植面积在2400万公顷左右，居世界第二位，单产每公顷大约在5000公斤，明显高于世界平均水平。据调查，脱皮机在中国农村依然广泛应用于玉米等农作物的去皮。中国约60%的玉米使用电力或人工剥皮机。从上世纪90年代开始，我国多家公司研制了60多种种玉米脱皮机，面向玉米脱皮机有关专利有64项。从结构形式来看，主要有以下几种机型：侧置披挂式玉米脱皮机，一般带有秸秆粉碎装置，可以同步完成玉米的摘穗、集箱和秸秆粉碎等作业。背负式玉米脱皮机：与两行机摘穗机构多为摘穗辊式，具有一定的脱皮功能。牵引式玉米去皮机：可与履带式或轮式拖拉机配套使用。近十年来，实现玉米机械化收获的呼声不断高涨。政府、科研机构和社会企业对玉米收获市场持乐观态度，但玉米去皮机的推广效果并不好。政策、种植模式等因素是影响种植业可持续发展的重要因素。然而，机床适应性差也是主要原因之一。国家正在大力发展中小型专用玉米剥皮机。近期玉米剥皮作业方式为：人工摘穗后，用专用玉米剥皮机完成田间剥皮作业。这种方法不仅可以大大提高工作效率，而且可以大大减少一次性购买机具的投资。农民不需要每户购买玉米剥皮机，但可以使用农机专户的玉米剥皮机进行集中剥皮作业，设备利用率大大提高。农民不用一次性购买机具，只花一部分加工费，农机专业户也可获得可观的经济收入。因此，开发适合中国国情的玉米脱皮机型成为国内玉米脱皮机械研究的一个新重点。环保降噪型玉米脱皮机主要运用于大型工厂集中性的工作，会降低所造成的环境污染等问题。

1硬件系统设计

1.1脱皮机辊结构

在该装置中我们采用鱼鳞辊结构，它具有强度大并且耐用的特点。在可使用的寿命内可以至少完成4000亩地玉米的拖皮工作，具有非常好的使用价值。在工作齿轮啮合的过程中精度系数高，在机器工作过程中可以在云台控制中精准的工作。

1.2脱皮机传送机构

在传送带方面我们决定采用网带传送带，网带，耐热强度高，抗腐性强，强硬耐用，不易变形，拉力均匀，且维护简单，抗拉强度大，容许张力大，抗压强。正好可以克服玉米对传送带的磨损。使玉米在脱皮前后的运输过程能更好的进行。其结构如图1所示。

1.3脱皮机防护结构

由于普通机器在工作时会产生大量的废料废屑和非常巨大的噪音，十分严重的影响了周围人们的健康和情绪。所以我们将采用玻璃棉、麻棉毛毡、有机纤维材料、岩棉、矿棉以及聚苯乙烯泡沫塑料这几种材料对机器进行全方位的包裹，我们将通过共振吸引结构的方式，达到隔绝声音和保护环境的功效。在安全方面，此防护机构可以防止外来异物的进入来影响机器的工作运行;还可以对周围的人员进行防护，机器外围有玻璃棉等进行保护。

1.4电动机系统

在电机方面，我们将选择永磁同步电机。该同步马达的工作原理与普通电励磁同步马达在功能方面基本相同，但永磁同步电机采用永磁励磁代替励磁绕组，使电机结构简单，从而降低了加工装配产生的成本，同时也省去了易出问题的集电环和电刷，提高了电机运行的可靠性。由于无需励磁电流，没有励磁损耗，提高了系統电动机的工作学习效率。永磁同步电机的主要部件有：转子、定子、端盖等部件。PMSM的定子结构主要指通过定子铁芯和定子绕组设计两部分。目前，定子绕组有两种类型： 分布式和集中式。分布式绕组与异步电动机的定子多相交流绕组相似，一般我们希望通过分布在定子槽中的定子绕组之间产生的理想磁通势为正弦波，然而中国实际工作绕组不会发展产生一个理想的正弦波。在整体的结构方面永磁同步机也起到了桥梁作用。连接了供电系统、粉碎系统与其子系统之间的整体联系。整体设计框图如图2所示。

2软件系统设计

该系统程序设计部分主要有基于SolidWorks软件三维模型的设计，基于Altium Designer软件的电路设计，基于Keil软件进行程序设计，系统控制技术路线等。

2.1基于SolidWorks软件三维模型的设计

为保证建模效果使用SolidWorks软件，绘制各部件的零件图。首先在solidwork中新建一个零件，根据二维图形和构思进行相应的特征处理，进而完成零件的绘制，将各个部分的零件绘制成功后进行装配工作，进而来检验模型的结构设计，确保实物能够顺利的组装起来，以实现实物的运行。装配体如图3所示。

2.2基于Altium Designer软件的电路设计

使用Altium Designer软件进行系统电路原理图的处理设计和有关PCB图绘制，进入软件后默认打开的界面为Home界面。在Home界面文件工具栏下新建按钮，在右侧的对话框中点击工程按钮，在右侧的对话框中选中PCB。进入PCB设计界面，开始进行设计电路的原理图。

电路原理图设计完成后单击工程按钮，对原理图进行编译，在弹出的下拉菜单中点击编译按钮。编译完成后若检验没有错误则可以将原理图更新到PCB中。点击设计工具栏，在弹出的下拉菜单中点击更新按钮，将原理图更新到PCB中，在确定完板子大小后，对PCB版面进行布局和布线。

2.3基于Keil软件的程序设计和C语言的编程

环保降噪型玉米脫皮机的程序设计使用C语言编程。C语言风险高，开发周期长，可移植性差。但是与其他语言的编译器相比，C编译器生成机器代码的速度非常快。C编译器可以在两秒钟内编译大约1000行代码。C编译器的另一个优点是它还优化了学生更快的代码进行执行发展速度。C是一种面向过程的语言，用户在其中创建过程或函数来执行任务。面向社会过程的语言很容易进行学习，因为它遵循相关算法来执行语句。要用面向过程的语言开发程序，您需要绘制/编写算法，然后开始将它们转换为程序或函数。C语言的语法很容易理解。它使用诸如if、else、goto、switch、goto、main等关键词。我们在日常生活中都使用这些关键词来传达意义或做出一些决定。

Keil 生成的目标代码非常高效，大多数语句生成的汇编代码紧凑，易于理解。在开发一个大型企业软件时更能体现高级管理语言的优势。Keil提供了一个完整的开发方案，包括c编译器、宏汇编、链接器、库管理和强大的模拟调试器，通过集成开发环境（μVision）将这些部分结合起来。使用keil5创建一个新的基于arm的项目并保存它，您可以编写和调试该程序。

3结论

环保降噪型玉米脱皮机能够完成自主进行玉米脱皮机一系列作业制造过程简便，生产成本比较低廉，有效节约了人力，物力，从而降低了对资本的投入，同时又在过程中做到了高效率、安全作业，从而是新时期自动化、智能化技术的大集合。我们所进行设计的机械必须能够适应世界上下任何种类的玉米，而且通过实地测试证明我们所设计的机械不论是在脱皮效率或是节能环保性等各个方面，均优胜于其他同一种类的机械产品。而近年来随着玉米生产的规模扩大，玉米穗蜕皮的劳动条件也提高了，这不但会增加人类对农业机械化生产的需求，更会提高了农业市场对玉米脱皮机的需求量。

本次设计实现的主要任务如下：

（1）简述了玉米脱皮机在国内外的现存研究现状，并对国内外的现状进行技术路线和拟解决问题进行模拟和解决。并且说明了本设计的研究意义和玉米脱皮机在国内外未来的发展趋势。

（2）设计环保降噪型玉米脱皮机结构，运用了新型的机辊结构，关键机构采用3D打印技术进行零件打造。并且运用了永磁同步电机进行控制，以CSI摄像头作为视觉传输的硬件设计。在设计和构建实物的过程中分析了环保降噪型玉米脱皮机所需要的各项需求功能，进而设计出了环保降噪型玉米脱皮机的各个硬件部分。

（3）利用KEIL5编程软件完成环保降噪型玉米脱皮机程序的设计编写，从部分到整体，从基本模块调试到最终系统稳定，完成环保降噪型玉米脱皮机的运行调试。

参考文献

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作者简介

周孔生（2002—），男，山东省济宁市人，学士，研究方向：控制工程。

该项目由省级创新创业训练项目《环保降噪型玉米脱皮机》（S20211332 0097）支持。