马艳

摘要：针对目前传统粮食扦样机存在的问题，设计一款新型的智能粮食扦样机。以塔吊的结构为模型，在扦样臂上设有3个独立的扦样器，可以在三维坐标（θ，r，y）作空间运动，实现高效、快速、稳定的随机扦样，人为参与程度小，保证粮食收购系统的公正公平性。

关键词：粮食扦样机；塔吊式；高效；齿轮传动

中图分类号：S379 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2016）02-0020-03

随着国家农业经济体制的深化改革，一大批种粮大户及合作社逐步形成了集约化、产业化管理，从而提高了农民的种粮积极性。然而，卖粮难，卖出好价格更难，一些粮食收购主体仍然存在压质、压价甚至克扣等隐性的霸王条款。如何保护农民的应有权益，使粮食收购主体形成一个公开透明、公正公平的科学管理系统，使整个收购系统在阳光下操作，摆脱人为操控，提高农民收益，是目前亟需解决的问题。

粮食样品必须符合批次的平均品质及组成，扦样手段的公平对于保证粮食公平交易具有重要意义。传统的粮食扦样机主要有门字形和旋转型两种。门字形扦样机的优势在于控制简单、扦样速度快、机械稳定性好，但同时有占地面积大、价格高的劣势；单臂旋转式扦样机的优势在于结构简单、不受场地限制、生产成本低，但同时有扦样有死角、单点扦样、扦样速度慢的劣势。为此，本课题在吸收传统扦样机研究经验的基础上，开发一种新型的智能粮食扦样机。

1 新型扦样机的方案研究

1） 机械手方案。最初的设计是采用机械手的型式，旋转式多点取样。经过讨论，该方案在控制上不能有效地防止在重复旋转后产生的角度误差，也不便于后期的维护，所以暂时不采用该方案。

2） 钢丝绳方案。利用钢丝绳带动取样探头的移动，由于钢丝绳的材质具有一定的拉伸性，在使用过程中被拉长，导致打结和不能有效地控制探头的移动距离。如果改用齿条或螺母代替钢丝绳，则在使用过程中灰尘会对移动产生影响。

3） 垂直探头方案。多个探头在一个支架上垂直于摆臂，在摆臂上水平移动，取样时控制各个探头的运行距离实现快速取样。但是需要考虑到摆臂的受力问题，不如将多个探头沿着摆臂嵌入，以减少摆臂承受的质量。

4） 单摆臂多探头方案。通过优化垂直探头方案，将多个探头镶嵌在摆臂上，通过立柱的旋转带动摆臂，探头可以在限定范围内移动并控制探头的探入深度。该设计在控制探头移动时需要控制多个电机，在电气设计上比较复杂。

5） 小车控制摆臂移动方案。使用单臂在立柱上安装可移动小车，小车与摆臂相连，当小车移动时，带动摆臂上下移动，实现探头扦样。但是在小车的取样覆盖点上有一定的限制。

6） 塔吊式多点扦样方案。以塔吊的结构为模型，通过液压系统带动扦样臂升降，在扦样臂上有3个独立的扦样器，在三维坐标（θ，r，y）作空间运动，采用齿条式定位传动机构可以使扦样器的定位更加精确，当扦样器运动到预定位置后，开启真空泵进行样品采集，完成样品的收集。

2 新型扦样机的扦样范围

大型车的扦样范围如图1所示。一般大型运粮车的车箱尺寸为13.0 m×2.5 m，预设扦样臂的基点（立柱）在车箱正中间距离车箱壁1.0 m处。经计算，扦样臂长7.38 m，扦样臂的转角θ为±81.25°，就可以满足对整个车箱无死角的覆盖要求。

3 新型扦样机的立柱升降装置动作原理

电机带动油泵旋转，将低压液压油转换成高压液压油；机械能转化为液压油的压力能；通过阀组合与液压胶管实现方向、压力以及流量的调节；液压油经外接管路传输到液压缸中，将压力能转化为液压缸的机械能；通过流量调节阀控制液压缸力的大小及速度，推动扦样臂做功，完成扦样臂的上升及下降。

4 小车和扦样臂的结构设计

小车结构如图2所示。扦样臂结构如图3所示。

5 新型扦样机的工作过程

当运粮车到达指定位置（即扦样机扦样范围内）后，通过液压系统提升扦样臂，到达一定高度，然后通过旋转将扦样臂转至扦样点位置上方；之后同时启动3台扦样小车的行走电机，带动行走齿轮旋转，通过齿轮咬合带动小车精确定位；到达指定扦样点后，行走电机停止，小车静止；启动扦样电机，带动扦样齿轮转动，通过齿轮传动，扦样杆向下运动，插入粮食中，到达指定扦样点后，扦样电机停止，扦样杆停止运动；启动微型吸粮器，微型吸粮器使吸粮管与扦样杆形成一定的负压，这时粮食从扦样孔中通过吸粮管进入微型吸粮器内，完成扦样作业。3台小车能同时独立完成扦样作业，所以效率提高了3倍。

6 结论

本课题设计的新型粮食扦样机参考塔吊的结构，对传统的扦样机进行改造升级。该机结构稳定、工作可靠、扦样无死角、采用标准件、加工容易、维护方便、3点同时取样速度快，具有较高的性价比，投入使用对于保证农户与企业间的公平交易具有重要的意义。

参考文献

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