新型玉米剥皮辊之制作及实验概述

0 引言

剥皮辊是剥皮机构的主要部件，根据所用材料，主要分为铁辊与橡胶辊，国内外对剥皮辊及剥皮装置进行了大量的试验研究。
美国研发的玉米剥皮机构多采用多对橡胶剥皮辊轴的组合; 法国、东欧国家等的玉米剥皮装置大都沿用传统型铸铁螺旋钉齿和花瓣橡胶辊组成一对使用，其结构复杂、价格高，籽粒破碎率和落粒率均高; 只有意大利的玉米剥皮机采用了全橡胶花瓣辊，成对辊子均为花瓣型，无螺旋线，苞叶剥净率低，落粒率高，生产率低。
我国从20 世纪60 年代开始研制玉米剥皮辊，60－ 70 年代处于仿制阶段，80 年代进行了关键部件攻关，90 年代以后有了较大的发展。其采用的剥皮辊主要有橡胶辊、铸铁辊及橡胶铸铁组合辊，剥皮装置有铸铁辊—铸铁辊、铸铁辊—橡胶辊、铸铁辊—铸铁辊和橡胶辊、铸铁辊 － 橡胶辊和橡胶辊等不同组合。橡胶辊剥净率高，效率低，寿命短; 铸铁辊制造方便、造价低、耐磨性好、使用寿命长，又可安装划叶器，对苞叶紧、湿度大的果穗剥皮效果较好，但抓取能力小，并随磨损程度加剧而减小。若在铸铁辊表面加工1 条或几条螺旋凸棱，其上螺旋线能使果穗很好的移动，且相邻凸棱之间的凹槽利于抓取包叶，但同时会加大玉米穗的损伤率和落粒率。铸铁辊 － 橡胶辊组合辊采用胶辊与铸铁辊交错串联而成，在橡胶辊局部磨损后可拆卸辊段进行局部更换。与传统全橡胶辊或全铸铁辊相比，其虽能在最大程度上保证较高的剥净率，使破籽率明显下降，但并未从根本上解决胶辊磨损快、铁辊破损率高的缺陷; 且胶辊更换安装时需较大的压紧力，人力无法完成，需用专门的设备。因此，市场上迫切需要提高剥皮辊的性能，研发新型的玉米剥皮辊。

1 新型玉米剥皮辊的设计

1． 1 剥皮辊的材料及表面形状
玉米剥皮辊的可靠性和使用寿命与所选用材料、加工精度、装配精度关系很大。采用普通Ⅱ －3 号橡胶制成的橡胶辊，耐磨性不好，使用高苯橡塑材料较为耐磨，但价格昂贵。因此，选用铁材质的剥皮辊，以普通无缝钢管为原料，通过拉拔等加工方式压出铁棍外表面的平滑型螺旋线，并在螺旋凸棱上拉削出沿着管坯轴向的多个槽来提高摩擦力。同时，通过改变辊的螺旋槽型及表面形状来降低磨损率，并完善加工工艺、提高加工精度，来提高新剥皮辊的性能。

1． 2 剥皮辊直径及长度
剥皮辊长度是影响剥净率的主要参数。剥皮辊过短，则果穗剥净率低; 但过长会导致剥皮时间过长，增加籽粒损失和破碎。常用剥皮辊长度为 800 ～1 150mm。
剥皮辊直径大，同时与果穗苞叶摩擦的剥皮辊表面积大，摩擦力大，剥皮效果较好; 但过大，则导致籽粒损失和破碎增加。一般剥皮辊外圆直径为 60 ～80mm。
本剥皮辊长度 900mm、直径 70mm，与河北邱县骏马机械有限公司生产的5YB －900 玉米剥皮机使用的剥皮辊具有相同的尺寸。

1.3剥皮辊的整体结构
设计的玉米剥皮辊由端轴、辊体、耐磨剥皮块及剥皮快固定螺钉组成，如图 1 所示。传统的玉米剥皮铁辊外部的螺旋面与中心的芯轴由两种材料组成: 一种螺旋面用扁钢焊接轧成，另一种用铸铁铸成节段套在中心的芯轴上。新剥皮辊是在中心芯轴的外圆周上通过挤压拉拔直接加工出螺旋面，螺旋面与芯轴为一个整体。


2 新型玉米剥皮辊的制作

2． 1 辊体 2 的加工步骤
1: 选择 Φ70 的无缝管为加工原料。
步骤2: 为了保证工件的成品率，首先将管胚进行去应力热处理; 之后，利用轧头机先把管胚的一端约100mm 的一段缩径处理，使管胚在后面的工序中容易旋入进模具中，并且加工完成之后将多余的缩径端头切除。
步骤3: 利用链条拉拔机和配套的第一模具，对管胚进行第1 次冷拔，利用如图 2 所示的加装液压装置和电机的链条拉拔机，电机安装在链条拉拔机的主轴孔上部，液压装置安装在链条拉拔机主轴孔的进料一侧。在拉拔过程中，电机利用链条带动第一模具旋转，通过链条拉拔机的拉拔装置的动力拉拔管胚，在管胚的外表面上加工出 4 ～5 条连续的螺旋凸棱; 拉拔时管胚的缩径端头先进入拉拔机，并且利用液压装置顶着管胚进入第一模具中，实现了管胚的批量加工。链条拉拔机的配套动力为 40kW，冷拔过程中的线速度为 8m/min，第一模具转速为 20r/min。第 1 次冷拔结果如图3 所示。
图4 所示为本加工使用的第一模具的结构示意图及 B － B 向剖视图。图 4 中，第一模具内孔中设置的几个螺旋齿在管胚外表面上加工出的相应数量的螺旋凸棱，螺距均为0．4m。

步骤4: 利用链条拉拔机和第二模具，对已经冷拔出螺旋凸棱的管胚进行第 2 次冷拔。冷拔时，第二模具静止不转，链条拉拔机通过动力拉拔管胚，拉拔线速度为8 ～9m/min，在螺旋凸棱上沿着管胚轴向加工出40 ～50 个直槽。第2 次冷拔结果如图5 所示。

图6、图7 所示为第二模具的结构示意图。第二模具设有50 个肋齿，拉出上述螺旋凸棱上的槽，增加管胚的表面粗糙度，使剥皮辊在工作过程中剥皮容易，提高剥皮机的剥净率。
步骤5: 将冷拔好的无缝钢管去除锤头，切割成剥皮辊的长度，加工两端的定位内孔; 然后在外圆周凹槽内钻孔( 固定剥皮块) ，完成辊体的加工。辊体结构包括外表面上开有4 条连续的螺旋凸棱，每条螺旋凸棱上沿着辊体轴向均开有若干个直槽。


2． 2 其他部分的加工
剥皮辊两端的轴头由普通车床车削圆钢而成，剥皮块为耐磨橡胶或耐磨树脂材料，通过外协定做。
2． 3 整体制作
将两端的轴头通过轴肩与辊体的内圆周定位，然后点焊固定在一体，通过螺栓将耐磨剥皮块固定在辊体的外圆周的凹槽内，如图1 所示。

3 部件试验
新剥皮辊的试验在河北邱县骏马机械有限公司生产的5YB －900 玉米剥皮机上进行，新剥皮辊与该剥皮机上使用的带划叶器的铁辊、凸棱螺旋橡胶组合辊具有互换性，与全橡胶花瓣辊组成剥皮机构，如图 8所示。该机主要技术参数如下: 剥皮辊转速 370r/min，压送器转速 90r / min，剥皮辊倾角 14°，剥皮辊长度900mm，压送器叶片距剥皮辊距离30mm。


3． 1 试验方法
试验选取石家庄栾城当年自然成熟的夏玉米 －农大 108，籽粒平均含水率为 31． 5%，苞叶平均含水率为31．8%，果穗平均长度为 203mm，果穗大端平均直径为54mm。试验依据为 GB/T21961 －2008《玉米收获机械试验方法》等相关国家标准，测定指标为籽粒损失率、籽粒破损率及苞叶剥净率。
3． 2 试验结果
通过在5YB －900 玉米剥皮机上安装新旧剥皮辊，进行了玉米剥皮试验，试验数据如表1、表2 所示。



试验结果表明: 新剥皮辊剥净率 93%，籽粒损失率0．91%，籽粒破碎率 0． 69%，完全能够替代该剥皮机上使用的铁辊、凸棱螺旋橡胶组合辊; 其剥净率及生产效率均有所提高，籽粒损失及破碎率大大降低，更为主要的是其使用寿命增加 2 ～3 倍。据笔者与厂家随后进行的用户调查表明: 通常情况下，剥皮机 使用一季，其组合辊就需要更换，新剥皮辊使用两年后仍可继续使用。

4 新型玉米剥皮辊的使用性能

4． 1 提高了剥皮辊的工作可靠性和使用寿命
普通铁辊在中心铁辊轴上呈螺旋状缠绕固定( 焊接) 一条扁钢带，在螺距内焊接剥皮块，属手工作业，产品质量不稳定，剥皮辊加工精度、装配质量较低，加速了工作部件的磨损，一般使用一个季节后便需更换剥皮辊; 新剥皮辊采用模具加工，产品质量得到很大提高，剥皮辊寿命比市场上通用的凸棱铁辊、螺旋橡胶组合辊使用寿命提高2 倍以上。

4． 2 提高了剥净率，降低了破损率
剥皮辊的形状和材料决定抓取苞叶并从果穗上撕下苞叶的能力。通过试验得知: 剥皮辊用摩擦因数高的材料，可以增大剥净率，但也会增大破损率和损失率。新剥皮辊克服了橡胶辊易磨损的缺点，又改变了铁辊破损率高的难题，是对剥皮辊的一种技术革命。新剥皮辊螺旋线表面平滑、过渡圆滑，轴向剥皮直槽又密又浅，没有死角，玉米果穗磨损大大减少，既具有铁辊的剥净率，又具有橡胶辊的低破损率。

4． 3 易维护性
新剥皮辊芯轴、剥皮螺旋、剥皮槽是一个零件，是一个整体，均为铁质材料，易损件为小剥皮块，损坏后可方便地更换。传统玉米剥皮机剥皮辊上的橡胶段为易损件，磨损后必须将剥皮辊拆下更换。由于剥皮辊安装时需较大的压紧力，人力无法完成，没有专门的工具很难现场更换，且更换成本也较高，因此新辊具有较高的易维护性。

4． 4 提高了加工精度及标准化，便于大批量生产
本剥皮辊由圆钢管通过标准模具两次拉拔而成，全机械化加工作业，作业工序少，产品的标准化程度高，产品高度一致，产品的标准性、互换性大大提高，利于规模化大批量生产。与旧剥皮辊相比，节约了大量的工时，每根剥皮辊可节约成本20 ～30 元。

5 结论

新型剥皮辊采用机械拉拔的加工方式，创新了剥皮辊的加工方法，在剥皮辊的组织结构、组合方式上进行了技术创新。实践表明: 新玉米剥皮辊具有生产效率高、剥净率高、磨损率低、结构合理简单、维护和操作方便的优点，其剥净率 93%、籽粒损失率 0．91%、籽粒破碎率0．69%，增加使用寿命2 ～3 倍，能较好地满足玉米剥皮的技术要求，有效地解决了胶辊寿命低、铁辊破损率高的难题，增加了使用寿命，降低了维护成本，提高了剥皮辊的互换性、标准性及通用性。
参考文献（略）