（3）挤搓脱粒原理：挤搓式玉米脱粒机的主要构成元件有入料斗、出料斗、脱粒板齿、凹板、带轮、压板等，如图1-3所示。脱粒滚筒上有板尺、螺旋输送板等结构，使得玉米果穗在脱粒仓内做螺旋前进的运动。挤搓式玉米脱粒机运用了仿生技术，模仿人工用手挤搓玉米时的动作，极大的降低了玉米籽粒的破损率。在脱粒的过程中，果穗与板尺以及凹板充分接触，板尺与果穗以及果穗与果穗之间相互挤搓，使得果穗上的籽粒脱落，从而完成脱粒。挤搓脱粒原理的脱粒过程柔和，对果穗的冲击不大，因此对玉米籽粒造成的损伤比传统的脱粒方式低。

1脱粒滚筒 2入料区螺旋叶片 3V带轮 4入料斗

5脱粒区板齿 6栅格凹板 7排芯区直板齿 8排芯区压板机构

图1-3 挤搓原理玉米脱粒机

(4)差速脱粒原理：差速式玉米脱粒机如图1-4所示，两辊在皮带轮的带动下以不同的转速转动，两辊的转动方向相同。在脱粒区里，直滚筒与螺旋滚筒差速旋转组成脱粒部件。玉米果穗一边向着排芯口运动一边脱粒，被脱下的玉米籽粒以及一部分破碎的玉米芯等杂物通过两辊间的缝隙到排料区。杂物被排料区内的筛筛分出来排出出口，玉米籽粒则通过筛进入排料口。但是差速式玉米脱粒机的效率较低，仅适用于脱粒单穗玉米。

1.入料口 2.带轮 3.清选调节装置 4.出料斗 5.筛分装置

6.排杂装置 7.排芯斗 8.籽粒收集装置

图1-4 差速原理玉米脱粒机

（5）除了上面的这些常用的脱粒原理外，还有并列籽粒成对脱粒法。这种

脱粒方法是为了获得连体成对并列的种子的。通过脱粒元件从玉米果穗内部打碎玉米棒[9]，接着将玉米籽粒并列成对的取出。采用这种原理设计的脱粒机虽然破碎率较低，但是结构复杂且工作效率低，仅用于专用的双珠栽培制种。 1.2.3 综合比较各类玉米脱粒机

钉齿打击原理的玉米脱粒机虽然脱粒效率高，但是对籽粒损伤大，影响玉米收获质量。碾压原理玉米脱粒机的脱粒效率较低，并且容易造成籽粒擦伤。差速原理玉米脱粒机的效率较低，仅适用于脱粒单穗玉米。挤搓原理玉米脱粒机的脱粒过程柔和，对籽粒损伤小。因此本文设计挤搓原理的板齿式玉米脱粒机。

1.3 国外玉米脱粒机的发展

早在200多年以前国外的学者就开始研究玉米脱粒机理。1975年，英国人Wiilam Winlaw[10]发明出一台利用水力作为动力的立式轴流锥形滚筒玉米脱粒机。

美国的第一台手工操作的玉米脱粒机诞生于1815年，这台机器极大的改善了农民的工作，减轻农民的负担，但是这台机器结构比较简单，生产效率不高。

Zorer和Hall[11]于1960年，对玉米籽粒的温度、含水率、加载位置以及加载速度等因素对玉米籽粒所受的挤压强度的影响做了分析研究。

Bilanski 等学者[12]于1966年研究了玉米籽粒含水率对玉米籽粒脱粒时变形的影响。

Pau1sen等学者[13]于1978年，对约翰迪尔公司以及万国收获机械公司的联合收割机在收获时的机械损伤做了一系列测试研究。得出了含水率对机械损伤率以及综合损失之间的关系。

Huynh等学者[14]于1979年，研究并建立出凹板分离过程与脱落谷粒的数学模型。

Wrubleshi等学者[15]于1980年，对比分析了传统玉米脱粒机与双轴流式玉米脱粒机，研究出玉米果穗喂入量与轴流脱粒分离损失之间的关系。

Trollope[16]于1982年，分析研究了玉米脱粒过程中谷物的受力状况。 Pomeranz和Watson等学者[17]于1986年分析比较了玉米籽粒破碎敏感性与玉米籽粒硬度之间的关系。

Henrich等学者[18]于1999年，实验分析了谷物脱粒过程，研究分析了分离率与谷物含水率之间的关系。

Kumara[19]于2002年，研制出符合人体工程学的玉米脱粒装置。

Miu和Kutzbach[20]于2008年，研究了纹杆玉米脱粒装置，提出一系列数学模型。Petkevichius等学者[21]研究了玉米果穗的喂入方式与籽粒含水率以及玉米品种对籽粒损失率之间的关系。

1.4 国内玉米脱粒机的发展

虽然对于脱粒机的研究在国内较晚起步，但是其发展速度十分快。葛永久、王成芝等学者[22]于1969 年，研究了轴流滚筒式脱粒装置的工作原理后自主研制了大型轴流滚筒试验台。

邵维民等学者[23]于1992年，研究了小型板齿式轴流玉米脱粒机，将轴流式玉米脱粒装置与纹杆滚筒的脱粒装置进行对比，研究杂质和谷物在轴向的分布规律。李保国等学者[24]研究了轴流式玉米脱粒机的凹板脱落下的籽粒沿着滚筒长度方向上的分布规律。

陈树人等学者[25]于1999年分析研究了联合收割机，应用计算机仿真技术对摘脱滚桶梳刷作物的动作以及割台上板尺的运动进行了研究。

张认成[26]等学者于2000年，应用Matlab对钉齿式玉米脱粒装置进行研究，建立出一系列的力学模型。

何晓鹏等学者[27]于2003年，对玉米不同含水率下的破碎率进行研究，并发明出一台挤搓式玉米脱粒装置。

周旭等学者[28]于2005年，对比圆柱形滚筒与圆锥形滚筒，指出圆锥形滚筒的玉米脱粒机对玉米籽粒的损伤率低。李耀明等学者[29]研究了轴流式玉米脱粒装置内玉米芯以及籽粒在轴向的分布曲线。

吴多峰等学者[30]于2006年，对比了钉齿式玉米脱粒机，指出了板齿式玉米脱粒机的各项优点。

李心平等学者[31]于2007年，发明了一种差速式玉米脱粒装置，并对该脱粒装置的籽粒破碎率以及脱净率进行了性能测试。张伟等学者[32]应用Matlab软件对轴流玉米脱粒机进行模拟仿真。

衣淑娟等学者[33]于2008年发明了一台轴流式玉米脱粒装置，研究了稻谷脱出物在装置内的分布规律，得到了稻谷脱出物沿着轴向分布的曲线方程。

凤鸣农业机械制造有限公司唐昌兵等人[34]于2010年发明出一台组合式玉米脱粒装置。这台装置分为两个部分，第一部分为纵向脱粒，第二部分为横向脱粒。 张克新等人[35]发明了一种横式滚子玉米脱粒装置。

张飞等学者[36]于2011年发明了一种籽粒破税率低，脱净率高的脱粒机，这种脱粒机是一种软脱式玉米脱粒机，它的外部由橡皮套组成。杜红军等学者[37]研制出一台五滚筒双进穗的玉米脱粒装置。宋清亮等学者[38]研制出一台双筒脱粒装置。

长沙齐行机电科技有限公司的唐勇等人[39]于2012年，设计发明了一台玉米脱粒装置，采用切向力进行脱粒，通过旋转挤压的方式使得脱粒后的玉米籽粒以及玉米芯可以保持完整。

1.5 存在的问题

我国对于玉米的加工方式流程和外国存在一些差异。玉米脱粒装置主要使用于脱粒晾干后含水率较低的玉米果穗。在国外玉米果穗刚收获时其水分一般为35%左右，需要对果穗进行烘干使其水分达到12.5%左右再进行脱粒。然而在我国，玉米种子公司规模一般都不大，没有建立玉米果穗的烘干室的资金，因此基本上都不对玉米果穗进行烘干。在我国种子公司一般将玉米果穗在场上晾干，降低其水分到18%左右，然后运用烘干塔对籽粒进行烘干，最终使玉米籽粒的水分可以降至13%[40]。因此在我国对玉米果穗进行脱粒时，其水分比较高，导致玉米芯与玉米籽粒的连接强度较大，最终影响脱粒质量[41]。普通玉米脱粒机在工作时，平均籽粒破碎率在3%到5%之间，有时可能达到8%甚至更多[42]，这将严重影响玉米产量。因此，需要结合我国玉米脱粒现状，研制出适合我国市场需求并且破碎率低、脱净率高的玉米脱粒机。

虽然玉米脱粒机的研究已经取得了许多成果，但是仍旧存在一些不足。由于玉米脱粒过程的复杂性，迄今为止，国内外对玉米脱粒过程的研究大部分采用的是试验方法、高速摄像技术、经验方法以及统计分析方法或者连续介质力学的分析方法[43]。运用这些方法对脱粒的机理进行研究并研制出脱粒机，大量耗费人