李岩舟，黄恩文，王 凯，彭安校，李启锋，吴再英

(广西大学 机械工程学院，南宁 530000)

0 引言

玉米是一种营养丰富的食粮，营养学家称玉米为“谷物黄金”，称鲜食玉米为“绿色蔬菜”“新型营养保健食品”“长寿食品”等。玉米鲜食还有多种医疗保健功效，所以玉米已然成为一种重要的蔬菜[1]。中国的玉米产量从2014年的2.156 7亿t[2]增长至2015年的2.245 8亿t[3],增幅约4.1%，可见我国是玉米生产大国。而收获的玉米鲜穗在脱离母体后，籽粒养分含量会发生变化：一是呼吸作用消耗籽粒中可溶性糖类；二是可溶性糖类迅速转化为淀粉，使籽粒中可溶性物质迅速下降，失去商品性质。因此，对玉米进行分拣和包装利于鲜食玉米的保鲜，从而便于运输和销售。由于目前市场主要根据玉米长度划分价格，且部分消费者因为自己需求和喜好的不同对玉米的长度也有不同要求，因此对鲜玉米按长度分拣很有必要。所以，鲜食玉米分拣机器能顺应市场的发展。

通过查阅国内外鲜玉米分拣的相关文献，可以得到以下分拣方式：人工分拣、光电门分拣和气吹式分拣。其中，人工分拣效率低，劳动强度大，分拣不准确；用光电门检测鲜玉米长度，由于分拣时鲜玉米会带有粉尘，粉尘影响会降低测量的精确度和设备使用寿命；气吹式分拣鲜玉米要及时充气保持气压，耗能大。且光电门分拣和气吹式分拣机器都存在体积偏大、价格高的特点，不适合以广西农户和从事鲜玉米经销的个体经销商为主的小规模用户的需求。

为此，在现有的鲜玉米分拣方法的基础上，利用自由落体原理，设计了一种鲜玉米分拣机。该设计能够实现鲜玉米的分拣，且结构简单、操作方便、实用性强，分拣成功率达到70%以上。

1 设计原理及机构

鲜玉米自动分拣机主要由电机、动力传动部分、自动送料斗、玉米滑槽及自动分拣装置组成，如图1所示。

鲜玉米自动分拣机包括机架、分拣装置和驱动装置。分拣装置安装在机架上，包括传送部、主动轮和从动轮，传送部套在主动轮和所述从动轮上，并随主动轮转动；传送部的顶面能够放置并运输鲜玉米，在运输过程中，传送部顶面与鲜玉米的接触面积逐渐减小，以使鲜玉米的重心位置逐渐偏离传送部，当鲜玉米的重心移除传送部顶面后，由于重力作用，鲜玉米从传送部顶面掉落；驱动装置与所述主动轮连接，以提供所述主动轮旋转所需的动力。

鲜玉米自动分拣机的工作流程，如图2所示。传动时，经末级链条、中级链条、初级链条带动末级从动链轮组、次级从动链轮组和末级传动链轮转动，初级传动轴、次级传动轴和中级传分由电机提供动力，二级传动链轮经短链条带动初级传动链轮转动，经末级传动轴带动主动链轮组转动轴转动。

1.拨齿 2.末级传动链轮 3.挡板 4.初级传动轴 5.末级从动链轮组 6.次级传动轴 7.中级传动轴 8.次级从动链轮组 9.弹簧支撑 10.送料斗 11.玉米滑槽 12.主动链轮组 13.末级传动轴 14.一级轴承座 15.电机 16.大号集物箱 17.中号集物箱 18.小号集物箱 19.特小号集物箱 20.二级轴承座 21.末级链条 22.三级轴承座 23.中级链条 24.四级轴承座 25.初级链条 26.短链条 27.中级传动链轮 28.末级传动轴 29.初级传动链轮 30.五级轴承座 31.六级轴承座 32.七级轴承座

图2 鲜玉米自动分拣机工作流程图

2 关键部件的设计

2.1 喂料装置设计

喂料装置主要由喂料斗、振动电机和支撑弹簧组成，如图3所示。鲜玉米从喂料斗倒入，通过参阅资料及实际测量，得到鲜玉米的直径在40～60mm之间[4]，所以喂料斗下端口直径设计为80mm，可实现鲜玉米逐一进入玉米滑槽的目的。振动电机的振动使得鲜玉米在喂料斗中不易造成阻塞，能顺利地进入玉米滑槽。

1.喂料斗 2.支撑弹簧

2.2 玉米滑槽设计

鲜玉米进入自动分拣装置前，其姿态需与挡板垂直，若鲜玉米以倾斜的姿态进入自动分拣装置，重心的位置离挡板的距离就会变短，则分离的鲜玉米的实际长度与分拣长度不符合。玉米滑槽(见图4、图5)为曲面结构，滑槽上底部向内侧倾斜，使鲜玉米在进入滑槽上部滑动时向内侧滚动，滑槽上下部分曲面是等曲率连接；滑槽下部分曲面向外侧倾斜，当鲜玉米滑入下部时，滑动的同时鲜玉米向滑槽外侧滚动，保证了玉米在滑槽下落的同时在下部底板处；导向挡板的作用使得玉米保持与链条垂直的姿态下滚动进入拨齿的V型间隙。底槽开口是为了使滑槽与拨齿配合，且防止拨齿因滑槽的阻挡而不能正常工作；滑槽底端弧形开口是为了减少鲜玉米在滑槽滑落至下部时因为滑槽斜度减小而增加的摩擦阻力。玉米滑槽能在鲜玉米进入自动分拣装置前就把鲜玉米的姿态矫正好，形成与挡板近似垂直的姿态进入分拣装置。

2.3 分拣装置的设计

分拣部分如图6所示。鲜玉米从玉米滑槽滚落进入拨齿的V型间隙，与挡板成垂直姿态；随着链条向后运动，拨齿起到架住鲜玉米的作用，使其始终与链条保持垂直姿态。

1.底槽开口 2.导向挡板 3.滑槽下部底板 4.滑槽中部开口 5.滑槽上部底板

1.挡板 2.拨齿 3.底槽开口 4.导向挡板 图5 玉米滑槽与链条连接部分局部放大图

1.挡板 2.拨齿 3.末级链条 4.中级链条 5.初级链条 6.大号集物箱 7.中号集物箱 8.小号集物箱 9.特小号集物箱

鲜玉米从玉米滑槽滑落进入拨齿间的V型间隙时，有一端是始终抵住挡板的。3条链条的长度不同，间距也不同，每一条链条对应一个长度级别的鲜玉米，通过3条链条，一共分成4个长度级别；第一级别的鲜玉米长度最长，从三级链条上掉落进入大号集物箱，依次往后逐级递减，最短一级从末级链条末尾处掉落进入特小号集物箱。分拣装置简单地利用鲜玉米的重心，把鲜玉米按鲜玉米的长度进行了分拣。

3 性能试验与结果分析

选用长度大小不一的鲜玉米作为鲜玉米自动分拣机的性能试验材料。试验方案：玉米30个一次试验数量级放落。试验分5批次，每一批次进行5次实验，共150个玉米。其中，长度180mm以上玉米25个，长度140～180mm之间的玉米50个，长度100～140mm之间的玉米50个，长度100mm以下的玉米25个。每一批次实验中玉米的长度等级分配按1∶2∶2∶1进行分配，共进行25次试验。试验测试结果如表1所示。

表1 玉米分批次实验成功率

试验测试的结果表明：

1)将30个待分拣的鲜玉米倒入送料斗中，在送料斗振动与弹簧支撑相配合下，把鲜玉米震落进入玉米滑槽，实现单个鲜玉米分离。

2)鲜玉米通过玉米滑槽矫正玉米下滑姿态，在拨齿的配合下顺利地使鲜玉米保持垂直在链条上随链条无相对移动滑动。

3)当鲜玉米重心在链条外面时，鲜玉米实现掉落，进入相应的集物箱实现对鲜玉米的分拣。

4)结果表明：在鲜玉米自动分拣机实现玉米分拣的过程中，无因设备原因出现损伤玉米的现象，根据在分拣30个玉米时所消耗的时间可计算出每分钟可实现90个玉米的分拣，且分拣成功率可达83.3%以上。试验中部分鲜玉米靠近挡板的一端与挡板间存在一定距离，导致分拣失败，所以增加链条所在平面的倾斜度可以提高分拣成功率。

4 结论

该鲜玉米自动化分拣机结构紧凑、造价低、性能良好、能较好地实现对鲜玉米自动分拣，填补了目前市场上鲜玉米器械的空缺，可在鲜玉米经销和种植基地广泛地推广应用。