一种脱粒间隙及凹板筛工作姿态可调的三段式谷物脱粒装置

本发明涉及一种农业机械，具体涉及一种脱粒间隙及凹板筛工作姿态可调的三段式谷物脱粒装置，属于农业机械。

背景技术：

1、在谷物脱粒加工领域，现有脱粒装置普遍存在脱净率与籽粒破损率难以协调的根本性矛盾，严重制约了规模化优质加工的发展需求。主流脱粒部件多采用刚性滚筒与固定凹板的配合结构，其脱粒机理主要依赖高速冲击、挤压与搓擦作用，为追求脱净率而提高转速或减小间隙时，籽粒承受的瞬时冲击急剧增大，极易导致裂纹、破瓣甚至胚部损伤，显著降低商品价值与储藏安全性；反之，为控制破损率而削弱脱粒强度时，又易造成脱净率不足，需依赖二次处理，作业成本与籽粒损失随之攀升。此外，刚性结构缺乏柔性缓冲机制，对喂入量波动及物料特性突变的自适应能力较差，在含水率偏高或茎秆韧性较大的条件下，籽粒机械损伤风险进一步放大。现有装置的脱粒间隙、凹板筛安装姿态及脱粒室内物料作用区域等关键参数多为固定式设计，或仅支持停机状态下的有限手动调节，无法根据不同谷物品种、含水率、茎秆强度及成熟度差异进行快速精准的适配，尤其对于茎秆韧性高、穗层致密的小麦品种，固定参数装置难以兼顾高效脱粒与低损收获的双重目标。同时，凹板筛工作姿态固定，筛面与脱粒滚筒之间的相对位置难以根据物料状态进行调整，大喂入量时前段负荷集中，易引发堵塞，后段利用率不足，分离能力受限，易引发堵塞，后段利用率不足，分离能力受限；筛孔尺寸多采用单一规格，未按物料粒度变化规律分区设计，透筛效率与分离质量难以同步提升。这种固化的调节模式在面对品种多样化及物料特性自然变异时，脱粒质量波动剧烈，作业一致性与稳定性难以保障。随着农业规模化与智能化收获技术的快速发展，现有装置在连续优质作业、参数在线自适应调控方面的能力短板日益凸显，已无法满足现代谷物加工产业对高效率、低损耗、高稳定性的迫切需求。因此，研发一种能够突破“脱净-破损”矛盾、具备脱粒间隙与凹板筛工作姿态双参数调节能力的新型谷物脱粒装置，已成为行业亟待解决的关键技术瓶颈。

技术实现思路

1、本发明目的在于研发一种脱粒间隙及凹板筛工作姿态可调的三段式谷物脱粒装置。该装置利用设置于脱粒滚筒上的电动推杆（10）调节脱粒元件的位置，实现脱粒元件与凹板筛之间脱粒间隙的无级调控；同时，通过凹板筛姿态调节机构（9）改变各段凹板筛相对于脱粒滚筒的工作姿态和局部间隙分布，以改善物料停留、籽粒分离和茎秆排出过程。为保证电动推杆（10）在脱粒滚筒旋转状态下正常工作，本发明在脱粒滚筒主轴端部设置旋转导电滑环（13），使外部电源能够向滚筒旋转侧的电动推杆（10）供电，从而避免供电线路因滚筒连续旋转而发生缠绕。所述脱粒滚筒沿物料运动方向分为前端脱粒段、中端脱粒段和尾端脱粒段，三段分别配置不同结构的脱粒元件，并对应匹配不同孔径的凹板筛，实现前端引导喂入与初步脱粒、中端主脱粒、尾端柔性回收与防堵排料的分段协同作业。

2、本发明的目的是这样实现的，一种脱粒间隙及凹板开合角度可调的三段式谷物脱粒装置，其特征在于：包括机架（11）、螺旋喂入头（1）、脱粒滚筒、三段式凹板筛组件、间隙调节系统、凹板筛姿态调节系统和动力系统；所述动力系统包括用于驱动脱粒滚筒旋转的脱粒滚筒驱动电机（12）、用于驱动电动推杆（10）伸缩的推杆驱动电机，以及用于向旋转状态下的电动推杆（10）供电的旋转导电滑环（13）。所述推杆驱动电机设置于电动推杆（10）内部，用于带动电动推杆（10）伸长或缩短；所述旋转导电滑环（13）设置于脱粒滚筒主轴端部，其固定端连接外部电源并保持静止，旋转端与脱粒滚筒同步转动并连接至电动推杆（10），用于避免电动推杆供电线路因脱粒滚筒旋转而发生缠绕。所述螺旋喂入头（1）设置在所述脱粒滚筒的前端，用于辅助谷物物料进入脱粒滚筒与凹板筛之间的脱粒间隙；所述脱粒滚筒沿物料运动方向依次分为前端脱粒段、中端脱粒段和尾端脱粒段，各段分别安装有不同结构的脱粒元件；前端脱粒段安装有前端脱粒元件a（2），其为凹形结构，在凹形结构内部分布有仿生鬼针草倒刺，用于对谷物穗部产生抓持与阻滞作用，使穗部易于通过倒刺而难以拔出，部分籽粒在挣脱过程中完成脱粒；中端脱粒段安装有中端脱粒元件b（3），其为钉齿式脱粒元件，钉齿头部做扁平化处理，用于减少籽粒损伤、提升抓取能力并发挥冲击与揉搓作用实现主脱粒；尾端脱粒段安装有尾端脱粒元件c（4），其为边长为25mm的脱粒摩擦辊，该脱粒摩擦辊的基体材料为碳纤维环氧树脂复合材料，表面设有二硫化钼纳米润滑涂层，用于对茎秆进行柔性归纳并回收残留籽粒，同时减少对已脱粒籽粒的二次损伤；所述三段式凹板筛组件对应设置于所述脱粒滚筒各段的下方，其包括前端凹板筛（6）、中端凹板筛（7）和尾端凹板筛（8），各段凹板筛分别由四段小凹板筛铰接而成，相邻小凹板筛的连接处设有扇形齿轮齿条连杆机构（9），各小凹板筛通过所述扇形齿轮齿条连杆机构（9）实现开合角度调节，进而改变各段凹板筛相对于脱粒滚筒的工作姿态和局部间隙分布；前端凹板筛(6)的开合角度可调节至80°~90°，其筛孔直径为8~13mm，用于分离已脱落的籽粒及细小杂质，避免籽粒在高密度物料中过度挤压；中端凹板筛(7)的开合角度可调节至130°~140°，其筛孔直径为13~15mm，用于使已脱落籽粒与碎茎秆快速分离；尾端凹板筛(8)的开合角度可调节至50°~60°，其筛孔直径为16~20mm，用于排出较大的茎秆段及未脱净的穗头；相邻两段凹板筛之间设有过渡区，用于保证物料流动顺畅；所述前端凹板筛(6)以17.5°的角度斜置于机架（11）上，该倾斜角度与脱粒滚筒的转动方向相配合，用于借助物料惯性将整株谷物由前端脱粒段向中端脱粒段输送；所述间隙调节系统包括分别设置于所述前端脱粒段、中端脱粒段和尾端脱粒段对应位置的若干电动推杆（10），各电动推杆（10）分别与对应段的脱粒元件连接，用于独立驱动各段脱粒元件相对于凹板筛移动，以实现各段脱粒间隙的独立无级调节。所述电动推杆（10）内部设有推杆驱动电机，推杆驱动电机通电后带动电动推杆（10）伸长或缩短，从而驱动对应脱粒元件沿滚筒径向移动；当电动推杆（10）伸长时，对应脱粒元件靠近凹板筛，脱粒间隙减小，脱粒作用增强；当电动推杆（10）缩短时，对应脱粒元件远离凹板筛，脱粒间隙增大，脱粒作用减弱。当谷物含水率升高或茎秆韧性增大时，电动推杆（10）驱动脱粒元件伸出长度增加以增强脱粒效果；当谷物籽粒成熟度高、易破碎时，电动推杆（10）驱动脱粒元件伸出长度缩短以采用柔和方式脱粒；所述凹板筛姿态调节系统包括所述扇形齿轮齿条连杆机构（9）及其驱动装置，各段凹板筛的四段小凹板筛通过所述驱动装置独立调节开合角度，使各段凹板筛相对于脱粒滚筒的工作姿态按需调整至适宜状态；所述动力系统包括用于驱动脱粒滚筒旋转的主电机驱动系统，以及用于驱动各段脱粒元件径向调节的电推杆驱动系统。主电机驱动系统由主电机、减速器、传动带、主轴带轮、联轴器和脱粒滚筒主轴组成，用于实现脱粒滚筒稳定旋转；所述动力系统包括用于驱动脱粒滚筒旋转的脱粒滚筒驱动电机（12）、设置于电动推杆（10）内部的推杆驱动电机，以及用于向旋转状态下电动推杆（10）供电的旋转导电滑环（13），用于实现旋转滚筒内部脱粒元件位置的主动调节。所述仿生鬼针草倒刺的工作过程为：谷物穗部在进入前端凹形脱粒元件a(2)时，倒刺刺入穗轴与籽粒间隙，对穗部产生单向抓持力，随着脱粒滚筒的旋转，籽粒在倒刺的阻滞作用下从穗轴上被拉拽脱离，未脱净的茎秆及穗头在17.5°斜置脱粒板与滚筒转动的协同作用下，依靠惯性沿脱粒间隙向中端脱粒段输送。所述钉齿式脱粒元件b(3)头部扁平化处理的结构为：钉齿顶端设有平面承压面，用于增加与籽粒的接触面积、降低峰值冲击力，同时提升对茎秆的抓取能力以实现均匀喂入。所述脱粒摩擦辊(4)的二硫化钼纳米润滑涂层的工作过程为：在摩擦辊与茎秆接触过程中，润滑涂层降低摩擦辊表面的粘附系数，使茎秆及湿泥无法粘附于辊面，同时碳纤维环氧树脂复合材料的低密度特性降低摩擦辊的转动惯量，实现对茎秆的柔性揉搓而非刚性打击。所述三段式凹板筛组件中各段凹板筛的开合角度调节方式为：各段凹板筛所包含的四段小凹板筛通过扇形齿轮齿条连杆机构（9）的驱动，各铰接点独立转动至设定角度，使各段凹板筛相对于脱粒滚筒的安装姿态、开合程度和局部间隙分布发生变化，从而独立调节前端、中端和尾端脱粒区域的物料停留状态、透筛效率和排料速度；所述脱粒元件位置调节系统包括分别设置于前端脱粒段、中端脱粒段和尾端脱粒段对应位置的电动推杆，各电动推杆安装于脱粒滚筒内部支撑结构或端部支承盘上，并分别与对应段的脱粒元件安装座连接。各脱粒元件安装座与滚筒内部径向导轨滑动配合，电动推杆伸长时推动脱粒元件安装座沿径向向外移动，使脱粒元件靠近凹板筛，脱粒间隙减小，脱粒作用增强；电动推杆缩短时带动脱粒元件安装座沿径向向内回收，使脱粒元件远离凹板筛，脱粒间隙增大，脱粒作用减弱。通过前端、中端和尾端电动推杆的独立动作，实现三段脱粒间隙的独立无级调节。当谷物含水率升高、茎秆韧性增大或脱净率不足时，plc控制器控制相应段电动推杆伸长，使该段脱粒元件外伸以增强脱粒作用；当谷物籽粒成熟度高、籽粒易破碎或破损率升高时，plc控制器控制相应段电动推杆缩短，使该段脱粒元件内收以降低冲击和揉搓强度，从而实现脱粒强度的主动适配。为保证电动推杆在脱粒滚筒旋转状态下稳定工作，本发明采用旋转导电滑环（13）实现固定端与旋转端之间的电能和控制信号传输。滑环（13）固定端连接外部24v直流电源、plc控制器及电推杆驱动模块，并通过防转支架固定于机架（11）上，不随脱粒滚筒旋转；滑环（13）旋转端与脱粒滚筒主轴或端部支承盘固定连接，随脱粒滚筒同步旋转。固定端线路保持静止，旋转端线路随滚筒同步转动，二者之间通过滑环（13）内部导电环与电刷组件实现连续导电，从而避免外部线路直接随滚筒旋转而产生缠绕。滑环（13）旋转端输出的电源线和控制信号线通过中空主轴进入脱粒滚筒内部，并沿滚筒内壁或内部支撑梁布置，线束通过线束固定卡扣、保护套管或线槽与滚筒内部骨架固定连接，使滚筒内部线束与滚筒整体同步旋转，不与固定机架（11）产生相对扭转，从而进一步避免线路甩动、缠绕和磨损。

3、本发明创造的有益效果是：第一，通过前端脱粒元件a（2）、中端脱粒元件b（3）和尾端脱粒元件c（4）的分段配置，使谷物物料依次经历抓持初脱、冲击揉搓主脱粒和柔性回收过程，实现渐进式低损脱粒，降低籽粒瞬时冲击损伤。

4、第二，通过电动推杆（10）独立驱动各段脱粒元件相对凹板筛移动，使各段脱粒间隙能够根据物料含水率、成熟度和茎秆韧性进行调节，提高装置对不同谷物状态的适应能力。第三，通过凹板筛姿态调节机构（9）调节各段凹板筛的工作姿态，并通过旋转导电滑环（13）实现旋转状态下电动推杆的供电，既改善了物料停留、透筛和排出过程，又避免了线路缠绕问题，从而提高脱净率、降低籽粒破损率并增强作业稳定性。