脱粒装置

脱粒装置（通用8篇）

脱粒装置 篇1

摘要：为了提高水稻联合收获机的工作效率,降低功耗,减轻清选负荷,自行研制了板齿和杆齿作为水稻脱粒的主要元件,分别与栅格凹板组成不同的脱粒分离装置,并对这两种脱粒分离装置进行了脱粒对比台架试验。试验结果表明,杆齿—栅格凹板脱粒分离装置在脱粒水稻时对茎秆的破碎程度轻、功耗低、脱出混合物中轻杂物含量少,能够有效地减轻清选负荷。

关键词：板齿—栅格凹板脱粒分离装置,杆齿—栅格凹板脱粒分离装置,脱粒滚筒,脱粒性能

0 引言

我国水稻联合收割机的脱粒形式主要是全喂入式和半喂入式,其中全喂入式占绝大多数。目前,全喂入式水稻联合收割机上的脱粒分离装置,大都使用的是轴流式滚筒脱粒分离装置[1,2,3]。轴流滚筒采用大间隙、较低转速,脱粒作用柔和、脱粒时间过程长,反复作用多次,能兼顾脱净和减少破碎的要求。同时,利用离心力分离谷粒,因而可由一个轴流滚筒与凹板实现脱粒与分离两个功能,使结构简化。国内使用的轴流式钉齿滚筒脱粒分离装置在脱净率、破碎率、分离率等指标方面都优于以前的切流装置,但是轴流式钉齿滚筒脱粒分离装置功耗和籽粒的破碎率较高,脱出的茎秆较碎,因而造成脱出混合物中杂物较多,给后续的清选装置增加了负荷。针对轴流式滚筒脱粒分离装置存在的问题,本文提出并试制了板齿—栅格凹板脱粒分离装置和杆齿—栅格凹板脱粒分离装置,并对其进行了脱粒对比台架试验[4,5]。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验对象为黑龙江省大庆地产水稻丰原2号,脱粒时测得平均茎秆长度77.2cm,谷草比为1∶1.18, 籽粒含水率17%~19%,茎秆含水率20%~22%。

试验在黑龙江八一农垦大学收获实验室进行。

1.2 试验设备

试验设备为自行研制的纵置式轴流脱粒与分离装置试验台,如图1所示。其主要由平皮带输送机、喂入辊、脱粒与分离装置、动力台、接料车、电气控制柜和计算机数据采集与监控系统等组成。计算机数据采集与监控系统可以完成主轴转速、主轴转矩、主轴功率、喂入速度、喂入滚转速、脱粒滚筒线速度等参数的实时数据采集、处理,可完成对环境温度以及环境湿度等环境参数的实时数据采集,可对动力台变频器电源、动力台变频器离合器、输送过桥变频器电源、输送过桥变频离合器等电气设备的开关量实施控制,并将试验过程的结果储存在计算机内[6,7]。该装置的配套动力 38.5kW,滚筒转速 0~1100r/min,输送带线速度 0~2m/s,喂入量 0~4kg/s,脱粒形式为纵轴流。脱粒部件分别为杆齿和板齿,与栅格凹板组成杆齿—栅格凹板脱粒分离装置和板齿—栅格凹板脱粒分离装置,杆齿和板齿的形状与结构,如图2所示。

1.3 试验方法

本试验主要研究的是利用不同的脱粒部件,与栅格凹板组成的脱粒分离装置,对当地水稻进行脱粒。脱粒分离时,杆齿—栅格凹板脱粒分离装置和板齿—栅格凹板脱粒分离装置在同等条件下,其滚筒转速和喂入量对脱粒损失、脱出物中含杂率、断穗率、糙米率、脱粒功耗以及茎秆破碎程度的影响,对比分析杆齿-栅格凹板脱粒分离装置和板齿—栅格凹板脱粒分离装置的脱粒分离性能。为此,在试验时均采用1.0~3.0kg/s的喂入量,脱粒滚筒500~800r/min的转速。

试验前,通过电控柜的调整旋钮将各工作装置的参数调整到试验要求状态,由人工将水稻按要求均匀摆放在平皮带输送机的输送带上。工作时输送带以1m/s的速度运动,谷物经输送过桥进入滚筒,经脱粒与分离后,茎秆经排草口排出,脱出物经凹板筛落入接料车。

试验时采用中间取样,模拟正常机器的工作状态,以尽量符合生产实际情况。谷物输送带长15m,将其分为预备区、测试区和停止工作段,即测试前有5s的喂入行程为“预备区”,待工作正常后再进行测量和取样(脱出物和茎草),测试时间为8~10s,测试区和预备区以及停止工作段之间采用将标记谷物喷漆涂色的办法区分。试验时一次连续通过,测试完后机器仍继续工作一段时间,以保持脱粒工作的连续稳定。试验结束后对各项指标进行测定。

试验过程中各部件的运动参数由电控柜上的旋钮进行调整,脱粒滚筒的功耗等参数由计算机采集储存。用秒表测定谷物在脱粒装置中的停留时间,脱出物的质量用电子天平进行称量。为了减少误差,脱出物进行人工清选,每组试验重复3次,取平均值。

1.输送皮带 2.喂入台电机 3.过桥电机 4.过桥 5.滚筒 6.凹板 7.接料车 8.动力台 9.电控柜

2 试验结果与分析

对联合收割机的脱粒装置而言,首先要能把谷物脱净,在此基础上使脱出物的分布均匀且杂余少,减轻清选负担,同时尽量减少功耗,节约能源。因此,从脱粒总损失(包括夹带损失和未脱净损失)、脱出物的分布及其杂余含量、脱粒滚筒功耗、排草口排出茎秆的破碎情况等进行对比试验与分析。

2.1 脱粒损失

不同喂入量和滚筒转速条件下杆齿-栅格凹板脱粒分离装置和板齿—栅格凹板脱粒分离装置脱粒损失试验结果,如表1所示。

谷物喂入量为 2kg/s,3kg/s,滚筒转速为 650,800r/min,进行对比试验,试验重复3次。脱粒滚筒所消耗的功率为物料进入脱粒滚筒开始,至物料全部排出脱粒滚筒这一采样时间内的平均值。为了保证测量结果的准确性,所有接料盒中的脱出混合物以及脱粒损失全部采用人工处理。这里的脱粒损失为夹带损失和未脱净损失的总和。

从表1中可以看出:①相同转速和喂入量的条件下,杆齿滚筒脱粒分离装置的脱粒损失较板齿多,最多要增加0.16个百分点。究其原因:一是杆齿脱粒元件相对板齿较大,谷物不宜膨胀,使其分离比板齿滚筒困难;二是板齿横截面较杆齿小,对滚筒中谷物的梳刷能力强,使得籽粒容易从茎秆中分离。②从图1中可看出,杆齿滚筒的脱粒损失受转速的影响较大,最少在0.2个百分点以上,而板齿滚筒受转速的影响较小,最多不超过0.21个百分点。而对于喂入量的影响,板齿最多不超过0.29个百分点,杆齿也达到了0.23个百分点。

2.2 断穗率和糙米率

脱出物中,断穗率和糙米率的大小直接影响到脱粒质量。分别采用板齿—栅格凹板脱粒分离装置和杆齿—栅格凹板脱粒分离装置,在喂入量为2kg/s时,对比滚筒转速的变化对糙米率和断穗率的影响曲线,如图3所示。

从图3中可以看出:①当滚筒转速超过600r/min时,板齿滚筒的断穗率要比杆齿的断穗率略高,但最高不超过0.3个百分点。究其原因,主要是板齿相对杆齿打击面小,使稻穗上的籽粒还未从颖壳中脱离出来就被打断,形成断穗。而低转速时,板齿对谷物的揉搓和梳刷作用较强,打击作用较弱,故断穗较杆齿低。②随着滚筒转速的升高,板齿脱粒时的糙米率增加较快,增加了1.26个百分点,而杆齿的只增加了0.42个百分点,也就是说板齿滚筒对籽粒的损伤较大。板齿脱粒的断穗和糙米受滚筒转速的影响变化较小。

2.3 脱出物杂余含量

不同转速、不同喂入量情况下,杆齿—栅格凹板脱粒分离装置和板齿—栅格凹板脱粒分离装置的脱出物中杂余含量如表2所示。

从表2中可以看出,在相同工况下,板齿滚筒的脱出物杂余含量要比杆齿滚筒的脱出物杂余含量高2%~5%。板齿滚筒杂余含量受喂入量的影响最大,800r/min喂入量为3kg/s时,比喂入量2kg/s时的杂余含量增加了10%。

从脱出物的杂余含量可以看出,杆齿滚筒脱出混合物的杂余含量低,这就为后面的清选打好了基础,能够减轻清选装置的负荷,从整机来看能够提高整机的工作效率和作业质量。

2.4 脱出物茎秆

谷物脱粒时,茎秆受到变形,它所消耗的能量比从颖壳中分离谷物所需的能量还要大,即茎秆变形越小其消耗的能量也就越少。茎秆的变形包括撕裂、打断等。板齿—栅格凹板脱粒分离装置和杆齿—栅格凹板脱粒分离装置在排草口排出的不同茎秆长度曲线如图4所示。

A—板齿脱粒滚筒脱出茎秆长度 B—杆齿脱粒滚筒脱出茎秆长度

从图4中可以看出,板齿滚筒排出草比杆齿滚筒排出草要碎。杆齿排出草80%以上都大于150mm,而板齿排出草基本都在100mm以下。这说明板齿对茎秆撕裂的严重,而杆齿滚筒排出草茎秆撕裂较轻,从而杆齿滚筒比板齿滚筒所消耗的能量要少。

2.5 脱粒滚筒功率消耗

谷物脱粒时,功率消耗的多少直接影响工作效率。杆齿—栅格凹板脱粒分离装置和板齿—栅格凹板脱粒分离装置在脱粒过程中的功率消耗柱状图,如图5所示。

从图5中可以看出,板齿滚筒比杆齿滚筒所消耗的能量要多,在相同工况下板齿滚筒比杆齿滚筒消耗的功率多1~5kW。

3 结论

1)从脱粒损失指标上看,杆齿滚筒的脱粒损失相对较大,且主要是夹带损失。试验数据表明,作物在相同含水率的情况下,两种脱粒齿对未脱净损失率的影响差别不大。

2)从分析脱出混合物成分看,杆齿滚筒对谷物的打击作用较强,脱出物中的断穗、糙米和杂余比板齿滚筒要少,特别是杂余和糙米比板齿滚筒低得多。杆齿滚筒能够减轻清选装置的负荷,从整机来看能够提高整机的工作效率和作业质量。杆齿滚筒能够减轻对籽粒的损伤,提高种子的发芽率。

3)从茎草的破碎程度上看,杆齿滚筒所消耗的功率要比板齿滚筒有所减少。

4)通过试验分析,杆齿滚筒总体上性能要比板齿滚筒要好。

参考文献

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脱粒装置 篇2

一、茎秆中夹带籽粒过多

1.故障现象

半喂入式联合收割机作业时，从振动筛尾部抛扬的茎秆中夹带籽粒过多。

2.故障原因与排除方法

（1）主风扇风力调节不当。脱粒清选器主风扇风力调节不当，使夹带在茎秆中的籽粒不能被清选出来而随茎秆排出机外。排除方法：根据作物状态调节主风扇风力的大小。主风扇风力调节的基本原则是：作物潮湿时，风力调大；作物干燥时，风力调小。

（2）振动筛的清选手柄位置调节不当。振动筛的清选调节手柄一般有5个位置，若位置调节不当，则振动筛的开度可能过小或过大，造成部分籽粒不能落入振动筛，造成籽粒被带出机外。排除方法：熟悉振动筛手柄的正确操作方法。清选手柄上的5个位置，对应不同的作物状态，应根据作物状态，及时调节清选手柄位置。

（3）送尘手柄的位置选择不当。若送尘手柄的位置选择不当，使草屑在主滚筒内流动速度过快，部分籽粒就会被茎秆夹带离开脱粒室带出机外。排除方法：熟悉送尘调节手柄的调节方法。调节时，先将送尘调节手柄置于“2”的位置进行作业，再根据作业状态进行调节。

（4）发动机转速偏高。若发动机转速高于3000转/分，则清选风扇的风力过大，容易将籽粒与茎秆一起排出机外。排除方法：调节油门，降低发动机转速，使发动机转速处于2800转/分。

（5）作物密度过大。若水稻密度过大，如产量在600公斤/亩以上时，脱粒负荷增加，使脱粒后的茎秆在振动筛上来不及完全清选部分籽粒就被带出机外。排除方法：降低收割机速度或减小割幅。

（6）谷物的水分过高。若谷物的水分过高，如谷物含水率在26%以上，作物经过滚筒处理时，未通过凹板筛筛网而是从凹板筛后部直接落到振动筛上，堆积后颠出，造成损失。

（7）清选皮带松动。清选皮带主要驱动清选主风扇，若清选皮带松动，则主风扇的风力不足，部分籽粒不能完全从茎秆中清选出来而被带出机外。排除方法：调节清选皮带的张紧度。

（8）振动筛传动皮带松动。若振动筛传动皮带松动，皮带可能打滑造成振动筛振动频率与强度均下降，以致籽粒不能完全清选出来而被排出机外。排除方法：调节振动筛皮带的张紧度。

（9）脱粒离合器皮带松动。若脱粒离合器皮带松动就容易导致脱粒强度不足而使部分籽粒被茎秆夹带排出机外。排除方法：调节脱粒离合器皮带的张紧度。

二、谷物含杂多

1.故障现象

清选后谷粒中有小枝梗、草屑、穗头等杂物。

2.故障原因与排除方法

（1）发动机的转速达不到标准转速。当发动机工作状态不良，转速低于2500转/分时，谷物中含杂就会增多。这是因为传递到清选主风机的风力不足，不能将谷粒中的茎秆等杂物吹出机外。排除方法：适当加大油门，提高发动机转速。通过加大油门，若发动机转速仍达不到标准转速，则需要对发动机进行检修。

（2）主风扇传动皮带的张紧度过松。若清选主风扇的传动皮带过松，会引起皮带打滑，则风扇转速下降，风力降低，造成清选能力下降。排除方法：调节主风扇传动皮带的张紧度。主风扇风量的大小决定了籽粒清选的程度。风量大易清选干净，但籽粒抛撒严重，风量小则不易于清选干净，要将主风扇传动皮带的张紧度调整合适，才能既降低损失又能保证清选效果。出谷口输出籽粒中夹杂的颖壳及短秆较多时，可放大风门，增大风量；当发现籽粒吹出机体过多时，应缩小风门，减小风量，也有的机型是根据作物的种类等条件通过改变风扇的转速调节风力，以达到最佳的清选效果的。

（3）振动筛叶片磨损或脱落。若振动筛叶片有磨损、脱落等现象，茎秆就会从破损处漏到振动筛下方，进入谷物输送搅龙，造成谷物含杂过多。排除方法：更换破损的振动筛。

（4）清选手柄位置调节不当。若清选手柄位置调节不当，使振动筛的开度过大，大量的茎秆就会随谷粒一起落到谷仓搅龙中，造成谷物含杂过多。排除方法：根据谷粒中含杂情况，调节清选手柄的位置。

（5）脱粒深度过深。若脱粒深度过深，进入脱粒室的作物茎秆过多，脱粒负荷增大，谷物中茎秆增多，增加了清选负荷，就会使部分茎秆不能被清选出去，造成谷物含杂增多。排除方法：调浅脱粒深度。

（黑龙江省林口县农机化技术推广站 姜波 邮编：157699）

脱粒装置 篇3

近年来,由于水稻种植面积的不断扩大和对机械化水平日益提高的要求,解决水稻收获的难题已迫在眉睫。而水稻脱粒是水稻收获过程的关键,脱粒装置是脱粒机的核心部件,脱粒装置的性能决定着脱粒质量和生产率,并对以后的分离和清选产生巨大影响[1,2,3,4,5,6,7]。因此,对水稻脱粒装置的性能进行深入研究具有重要的现实意义。

1 材料与方案

1.1 试验材料

从农户田地买来带秆的水稻;为得到比较整齐的稻穗,去除太长或太短的水稻;将水稻捆扎成小束(大概相当于田地里一窝水稻),以备试验用。

1.2 试验装置

1)测量装置。

吸入口风速测量:泰仕AVM-01风速仪,精度为0.1m/s;滚筒及风机转速测量:机械式转速仪,光电转速仪;水稻质量称量:采用JA5002电子天平称重。此外,还有记录时间的秒表等常用测量装置。

2)脱粒装置。

试验用的装置由西南大学工程技术学院金工实习工厂制造,如图1所示。它由三相异步电机带动。为了获得不同的风速,通过更换皮带轮改变滚筒及风机的转速来达到改变风速的目的。风机安放在滚筒的后上方,左右各一部。

1.电机 2.V带 3.风机4.外罩壳 5.脱粒滚筒 6.导风板 7.导禾板

试验装置的主要结构参数:

总体外型尺寸(a×b×h)/mm:650×950×1 010

电动机标定功率/kW:2.2

电动机转速/r·min-1:1 400

脱粒齿类型:弓齿;K=4,直线型

滚筒类型通用型:直径×长度/mm:250×500

风机尺寸(B×Φ)/mm:150×420

主要性能参数:

滚筒转速[8](ω)/r·min-1:678～848

工作速度V,根据资料介绍割前脱粒联合收割机的工作速度可以为比较高的范围[9],可以高达6～8km/h;而在低速情况下损失率反而大。本装置是针对西南丘陵地区的,工作速度不可能太大,所以本试验装置的前进速度为1.0m/s左右。

脱粒量M,脱粒量是指单位时间内喂入谷物的质量(kg/s),由试验确定。

功率P,装置的总功率包括脱粒滚筒的功率及风机消耗的功率。

脱粒滚筒的功率N为0.8kW

风机消耗功率与很多因素有关。在满载情况下,使用2.2kW的电机足够带动风机和滚筒。

1.3 试验方案

1.3.1 试验指标

脱粒机的主要性能参数有喂入量、脱净率、清洁率、破碎率、总损失率、额定生产率、单位功率生产率等[10,11,12]。这些参数反映了脱粒机的脱粒质量以及整机性能。由于受条件等限制,为了更好的量化,本试验的指标主要由损失率来衡量。其中,损失率主要包括:未脱损失、飞溅损失以及跑风损失。则

损失率η(%)=(损失的籽粒质量m1÷总的水稻籽粒质量m)×100%

其中,未脱损失的质量为从脱粒后未被脱落的籽粒质量。飞溅损失质量由铺放在滚筒前面的薄膜上的籽粒收集而来得来的。跑风损失质量是由铺放在风机后面的薄膜上的籽粒收集而来的质量得来的。

1.3.2 试验方案

本次试验是考察装置脱粒性能的影响因素,以确定其脱粒参数,为优化试验做准备。本次试验中,将装置脱粒性能影响因素定为脱粒方式、风速、脱粒口水平开度以及脱粒量等因素,故进行一下试验安排,来分析损失率与各个参数之间的关系,如表1所示。

2 结果与分析

2.1 脱粒方式对脱粒性能的影响

水稻割前脱粒,由于只有水稻的稻穗部分进入脱粒区,从水稻进入脱粒装置的情况上可以看作是半“喂入”脱粒。本次试验采用水稻切流式方法。

在这种脱粒方式下,导风板只能向上(如图1导风板虚线表示),这样气流运动就是从各个方向进入脱粒滚筒。试验条件:脱粒滚筒转速为618r/min,前进速度为1m/s,脱粒量为1.0kg/s。

在上述条件下进行了5次重复试验。结果显示:籽粒损失率较大,有15%～25%之多;未脱损失最高达到了15%,最少的也有8.3%;水稻飞溅现象严重,水稻四处飞溅,经过不完全收集,称量,籽粒损失最高达到了8.6%,最少的也有5.6%;跑风损失较小,在0.2%以下。以上结果说明水稻切向运动脱粒方式对于本装置不合适。

2.2 风速对脱粒性能的影响

2.2.1 脱粒装置吸入口以及出风口风速

风速检测主要是检测脱粒区以及出口的风速,检测设备用的是泰仕AVM-01风速计,精度为0.1m/s。入口面积分别为600mm×150mm,500mm×150mm,400mm×150mm,用挡风板调节。风机直径为420mm,分别检测风机中心及边缘的风速。转速测量用机械式转速仪。

建立吸入区坐标系,如图2所示。1,4,7,10等4点是入口面左下角的风速检测点,2,5,8,11等4点是中心点的风速,其余的是右侧的风速。1～6点测量的方向:水平向里;7～12点测量的方向:竖直向上。

风速的大小主要由皮带轮调节转速来间接调节,另外辅助以挡板风板间接调节。风机转速分别为1 067,1 428,1 786r/min。考察9种情况下的水稻损失率。入口风速如表2所示。

从表2中可以得出以下一些结论:

1)平均风速随着风扇转速以及挡风板数目的增加而增加;

2)检测点1,2,3是在入口的下部,其风速在5.6～6.8m/s之间,检测点方向水平向里,这说明此装置可能不会产生回带损失;

3)7～12检测点的风速在4～8m/s之间,说明了导风板对气流起到了导向作用,使下垂水稻能够吸进脱粒区。

出口处风速的检测情况是,左侧出风口的风速明显小于右侧。当风机转速为1 076r/min时,左侧出风口边沿的风速在3～5m/s,右侧的风速为4～6m/s,靠近滚筒一侧风速大,远离滚筒一侧风速小。随着转速的升高,出口风速逐渐变大,当风机转速在1 428r/min时,左侧出风口边缘风速为5.5～7.5m/s,右侧风速为6.5～9m/s。当转速在1 786r/min时,左侧出风口边缘风速为6.5～9.5m/s,而右侧风速为9～11m/s,超过了水稻的飘浮速度6.27m/s。挡板的数目对风机出口风速影响不大。

2.2.2 风速及挡风板数目对装置脱粒性能的试验

选用1,4,7号试验,考察不同风速(风机转速分别为1 076,1 428,1 786r/min)对水稻脱粒损失率的影响;选用4,5,6号试验,考察不同开口开度对脱粒损失率的影响。其他试验条件都一样,为:前进速度为中速,在1.0m/s左右;脱粒滚筒转速为618r/min;离地高度都为中部,即55cm。经过试验整理得到如表3所示。

从表3中可以看出,水稻损失率均受风速以及入口开度影响。损失率在1 428r/min时损失率最小,其中飞溅损失以及未脱损失是随着风速增大而减小;而跑风损失则是随着风速增大而增大,当风机转速到1 786r/min时,跑风损失大大增加,因而总损失率是先减小后增大的。入口开度的减小导致了3种损失率的同时增加,因而总损失率随着入口开度减小而增大。

水稻损失率受风速影响比较大,风速不能太大也不能太小。挡板数目越多损失率越大。另外,挡板的存在影响了脱粒时间。

2.3 脱离量对脱粒性能的影响

脱粒量指的是单位时间内进入滚筒作物的质量,脱粒量分别为:0.6,1.0,1.5kg/s。

其它试验条件如下:

前进速度为中速,在1.0m/s左右;脱粒滚筒转速为618r/min;风机转速为1 428 r/min。

不同脱粒量下水稻损失率表如表4所示。由表4可知,脱粒量主要影响了未脱损失,在脱粒量为0.6kg/s以及1.0kg/s的条件下两者总损失率差不多,当脱粒量达到了1.5kg/s的时候损失率就大大增加了。

因此,本试验装置采用1.0 kg/s的脱粒量是比较合适的。

3 结束语

1)由于切流脱粒方式,损失率较大,所以本脱粒装置适合采用轴流脱粒。

2)从风速及入口开度对水稻损失率来看,风速的选择要适当,既不能太大也不能太小;入口开度越大越好。

3)从生产率和脱粒损失两个方面考虑,本试验装置采用1.0kg/s的脱粒量是比较合适的。

参考文献

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玉米种子脱粒装置的结构技术剖析 篇4

降低玉米种子脱粒损伤是机械脱粒的主要问题。长期以来,我国没有生产专用的玉米种子脱粒机,玉米种子脱粒只能采用打击原理设计的普通脱粒机,对玉米种子伤害较大。

根据我国玉米种植面积大、用种量大和机械化精量与半精量播种技术大面积应用的实际情况,有必要对玉米种子脱粒理论与脱粒装置的结构进行剖析,进而为新型低损伤玉米种子脱粒机的研制提供参考,并为精量播种及精准栽培等现代农业技术创造条件。

1 脱粒装置剖析

现有的玉米种子脱粒机按脱粒原理主要分为打击式、碾压式、挤搓式、差速式和搓擦式等5类。

1.1 打击式

采用打击原理设计的玉米种子脱粒装置,由工作部件(如钉齿或纹杆)打击玉米果穗,或由果穗碰击后使玉米籽粒产生振动和惯性力而破坏它与穗轴的连接。在钉齿滚筒的转动下,齿侧面和钉齿顶部与凹板弧面上产生搓擦作用,使玉米穗与穗间凹板间产生搓擦,从而实现脱粒。脱粒效率主要取决于打击速度和打击机会。这样的脱粒机对玉米籽粒伤害较大,但脱净率和效率较高。

采用打击原理设计的玉米种子脱粒机与普通脱粒机差别不大,按照滚筒上的脱粒元件,可主要分为纹杆式脱粒机和钉齿式脱粒机(如图1和图2所示)。国内外大企业一般采用纹杆式脱粒机脱粒种子玉米。因为相对来说,纹杆式脱粒机较钉齿式脱粒机对玉米种子损伤小。

1.2 碾压式

采用碾压原理设计的种子玉米脱粒机,其脱粒原件对玉米穗的挤压造成脱粒,在碾压过程中会使籽粒和穗柄之间产生横向相对位移。通常籽粒与穗轴的抗剪力是较弱的,上述相对位移就形成了剪切,破坏了其连结力。该原理的脱粒机对含水率20%以下的种子玉米籽粒伤害不大,但效率不高,喂入量过大,滚筒易堵塞,籽粒易擦伤。

为了解决传统打击原理设计的滚筒凹板式玉米种子脱粒机所产生的严重机械磨损,1970年美国农业机械工程师Brass设计了碾压原理的玉米种子脱粒机,它是由气胎主辊、气胎定位辊和橡胶条凹板组成。其工作原理为:玉米穗随机放在气胎主辊和气胎定位辊的上面,当获得了一个与气胎主辊和气胎定位辊的轴线相平行的位置时,两辊中有一辊变形,让玉米穗进入气胎主辊与凹板围成的间隙,玉米穗在气胎主辊膨胀力与橡胶条凹板的结合力作用下,旋转着沿凹板间隙楔形运动,玉米籽粒不断被脱下,通过凹板落入回收箱,玉米芯排出机外[1,2]。通过试验可知,玉米籽粒含水率在20%以下时,该机与传统滚筒凹板式脱粒机相比,籽粒损伤可减少50%,但该机与传统打击式滚筒凹板脱粒机相比,脱粒效率低。其示意图如图3所示。

1.气胎主辊 2.气胎定位辊 3.凹板调节辅助装置 4.凹板

1.3 挤搓式

采用挤搓式原理设计的脱粒装置,是模仿人工用手搓玉米的动作。由于板齿与滚筒轴之间有一定的夹角,利用板齿拨动果穗,使果穗在受到推挤的情况下,既做向前的运动,又做向上或向下的运动。在运动过程中,与两侧和底部的栅格进行揉搓,并且与栅格凹板做相对运动,既滚动又滑动,以达到挤搓脱粒的效果。果穗相互之间也同样是在受到一定压力的作用下进行充分的挤搓,并且机内所有果穗的任何部位都有充分的挤搓机会,从而脱掉全部籽粒[3]。

与打击式种子玉米脱粒机相比,挤搓式种子玉米脱粒机脱粒性能更好,对不同类型种子玉米的适应性强、效率高、脱净率高、种子破碎率低。其结构如图4所示。

1.滚筒 2.进料区螺旋片 3.皮带轮 4.进料箱 5.脱粒区板齿 6.栅格凹板 7.排芯区拨轮 8.排芯口压板机构

1.4 差速式

采用差速式原理设计的脱粒装置,是利用同方向不同旋转速度的脱粒元件间所形成的差速旋转来实现玉米穗脱粒(如图5所示)。它还可以带皮脱粒,玉米籽粒仿手工搓落,不伤胚芽。当含水率在25%以下时,不受水分影响,具有玉米穗完整、破碎率低、脱净率高及适应性强等特点。但采用该原理设计的脱粒机一般生产效率低。

1.种子玉米穗 2.脱粒元件

在差速式原理的基础上,加拿大Agriculex公司开发研制了用于单穗玉米种子脱粒的SCS-2玉米种子脱粒机。该机结构新颖,设计合理,不伤胚芽,不断玉米芯,具有破碎率低、未脱净率低及适应性强等特点。但其生产效率低,仅适用于单穗玉米种子的脱粒[4]。单穗玉米种子脱粒机结构如图6所示。

1.5 搓擦式

采用搓擦式原理设计的脱粒机,是利用玉米穗与脱粒元件之间的摩擦以及果穗之间的相互摩擦进行脱粒的,果穗的脱粒干净程度与摩擦力的大小有直接关系。增大摩擦作用,可以提高生产率,使脱粒干净,但超过一定限度时,会使籽粒脱皮或脱壳。摩擦力的大小只取决于脱粒元件的表面状况和脱粒间隙。采用该原理设计的脱粒机工作可靠,脱净率高,断玉米芯少,清洁度高;与打击式脱粒机种子相比,破碎率小,但排杂口玉米籽粒多。

1.喂入口 2.支撑辊 3.脱粒辊 4.排玉米芯螺旋 5.吹出的杂物 6.种子清洁器 7.玉米穗 8.力辊

重庆市农机研究所开发的5TY-0.2型玉米脱粒机就是采用搓擦式原理,其结构如图7所示。该机具有结构新颖、设计合理、操作方便、工作可靠、结构紧凑和未脱净率低等特点[5]。

1.料箱 2.下料筒 3.弹性元件 4.分离筛 5.V带轮 6.滚筒 7.脱粒条 8.机架

2 结束语

为了适应农业生产对玉米种子脱粒机的需求,国内外农业科技人员研制了多种原理、多种型式的玉米种子脱粒机,但由于这些玉米种子脱粒机采用的原理不同,各有其优缺点,还不能完全满足玉米种子脱粒的要求。因此,研制一种机械损伤轻、破碎率低、脱净率高、清洁度高、夹带损失率低且可兼用普通玉米脱粒的新型玉米种子脱粒机,以适应现代农业生产的玉米脱粒种子工艺要求,显得十分必要。

摘要：玉米种子脱粒装置的结构技术一直是农机工作者关心的问题。玉米种子脱粒比普通玉米脱粒要求破碎率更严格,籽粒内部不能有暗伤,否则影响种子的发芽率,而且要求生产率和功率适中,并可脱多种水分的玉米种子。为此,对国内外玉米种子脱粒装置的主要类型进行了结构技术剖析,进而为新型低损伤玉米种子脱粒机的研制提供了参考。

关键词：玉米种子,脱粒装置,结构技术

参考文献

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[4]Mid F Al-Jalil,Stephen J Marley,MofazzalH Chowdhury.Laboratory studies of a low-damage corn-shelling Machine[J].TRANSACTION of the ASAE,1980,9(3):278-283.

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[6]李漫江,何军,冯欣.脱粒机械与脱粒装置[J].农机化研究.2004(2):124-125.

[7]苏炳宗.玉米脱粒过程中籽粒的机械损伤分析[J].四川农机,1991(2):32-34.

差速式玉米脱粒装置结构技术剖析 篇5

除籽粒含水率、玉米芯含水率、玉米品种等因素外,脱粒方式也是影响玉米脱粒损伤的一种重要因素。传统玉米脱粒机依靠冲击方式进行脱粒,脱粒滚筒转速高(线速度大于8m/s),而且工作部件为钉齿,玉米籽粒破损严重[1,2,3]。

差速式脱粒机具有不伤胚芽、不断玉米芯、破碎率低、未脱净率低及适应性强等特点。目前在美国、加拿大等国家,已经在玉米种子加工领域使用差速原理的脱粒机脱玉米种子。我国还处在理论研究阶段,为了能够早日使用这项新型技术,有必要对玉米差速脱粒理论与脱粒装置的结构技术进行剖析,进而为新型低损伤玉米脱粒机的研制提供参考。

1 差速脱粒装置剖析

差速脱粒是利用同方向(或不同方向)不同旋转速度的脱粒元件间所形成的差速旋转来脱粒玉米穗,根据脱粒元件的不同,可分为多辊差速脱粒、三辊差速脱粒、双辊差速脱粒和单辊差速脱粒4类。

1.1 多辊差速脱粒

多辊差速脱粒是利用多对脱粒单元,先差速松动籽粒,再逐次差速脱粒掉全部籽粒的方式。利用该脱粒方式可以直接脱粒高水分玉米穗,或者短时间烘干玉米穗即可,这样即节约了能源,又提高了效率。

多辊差速脱粒装置结构示意图如图1所示。

1.玉米穗 2.喂入口 3.机壳 4.脱粒辊 5.玉米芯输送螺旋6.玉米芯排出口 7.筛网 8.籽粒输送带 9.籽粒 10.籽粒排出口

美国农机专家Robbert H.Spry发明的玉米种子多辊差速脱粒机,该机由机箱、垂直等齐排列的两列脱粒辊、筛网、入料斗、玉米芯输送螺旋和籽粒输送带等组成。垂直等齐排列的两列脱粒辊在水平面上每两辊成一对彼此水平配置,两辊间距从上到下逐次减小,最上面两辊(顶辊)间距大于玉米芯直径,很容易让玉米穗通过,仅起松动玉米籽粒的作用;最下面两辊(底辊)间距基本上等于玉米芯直径,以保证籽粒全部脱下。脱粒辊由可压缩的、有弹性的材料构成,如橡胶,且有一个不规则的、粗糙的外表面,以低损伤离散玉米籽粒,如图2所示。两排辊以相反方向不同速度旋转,以促使玉米穗进入两辊间隙,同时形成差速脱粒。

脱粒时,果穗由喂入口进入,直接送到两辊中间,由顶辊开始差速松动,经过中间辊一直到底辊逐次差速脱粒;脱粒完后,玉米芯由输送螺旋送到排出口排除,杂质经过筛网筛选清除,籽粒由筛网漏下,落到输送带上,送到籽粒排出口回收。

影响脱粒质量的主要因素有:果穗含水率(大于35%)、两辊速度差、工作单元的结构以及材料等。该机在工作过程中,籽粒刚脱下时损伤很低,由于在下落过程中会受到脱粒辊多次撞击,因而破损率相对开始脱粒有所上升,但脱得净、效率高、玉米芯完整、耗能低。

1.2 三辊差速脱粒

三辊差速脱粒是利用3个以相同方向不同速度旋转的脱粒单元组成脱粒部件,形成锥形脱粒空间,对玉米穗进行脱粒的方式。三辊差速脱粒可以带皮脱粒,具有玉米穗完整、破碎率低、脱净率高及适应性强等特点,但该种原理的脱粒机一般生产效率低[6]。

加拿大Agriculex公司开发研制的SCS-2三辊玉米差速脱粒机由压力辊、支撑辊、脱粒辊组成。压力辊的一端传递动力,另一端为可调节的活动端,即随着不同品种和规格的单穗玉米的进入,可调节活动端来适应玉米穗的进入,它的橡胶表面有几条竖直花纹,用来增强对玉米的摩擦力;支撑辊的作用是支撑玉米穗通过三辊围成的圆锥形空间,并协助压力辊、脱粒辊脱粒玉米穗,它的橡胶表面与压力辊一样,也有几条竖直花纹,用来增强对玉米的摩擦力;脱粒辊的橡胶表面与压力辊、支撑辊不一样,它的橡胶表面有几条由浅入深的圆台型花纹,用来增强对玉米的剥粒力,为了确保玉米穗与脱粒辊线性接触,三辊互成一定的角度,围成圆锥形的空间,如图3所示。

工作时,玉米穗喂入三辊互成一定角度围成圆锥形的空间里,在3个差速旋转的辊子所产生的摩擦力作用下,玉米芯绕自身轴线旋转,同时靠自重不断向下运动,靠脱粒辊对玉米所产生的切向力,玉米籽粒不断被脱下,籽粒落入回收箱,玉米芯排出机外,如图3和图4所示。

该机结构新颖、设计合理、不伤胚芽、不断玉米芯,具有破碎率低、未脱净率低及适应性强等特点;但它的生产效率低,仅适用于单穗玉米种子的脱粒。

1.喂入口 2.支撑辊 3.脱粒辊 4.排玉米芯螺旋5.吹出的杂物 6.种子清洁器 7.玉米穗 8.力辊

1.3 双辊差速脱粒

双辊差速脱粒是利用两个以不同方向及不同速度旋转的脱粒单元组成脱粒部件,对玉米穗进行脱粒的方式。双辊差速脱粒可以实现低冲击、高效脱粒,其主要技术特点是破碎率低、未脱净率低以及玉米芯完好[4,5]。

双辊差速脱粒装置由进料区、脱粒区、排料区、排芯区等部分构成。其中,脱粒区由螺旋辊、直辊、机盖、进料斗、排芯口和压板等组成,如图5所示。

1.直辊 2.小胶带轮 3.主动大皮带轮 4.从动大胶带轮5.进料斗 6.机盖 7.排芯口压板 8.螺旋辊

工作时,果穗从喂入口喂入,沿平行于两辊轴线方向运动。由于两辊以相同方向、不同速度旋转,因而两辊对果穗形成差速脱粒,籽粒被脱下来。由于果穗的上部直径大,先接触脱粒部件,因而上部籽粒较先脱下来,其作用就如同人工用铁锥子先将果穗上的部分籽粒挤掉,以便后面脱粒顺利。在排芯口安装有一套压板机构,根据不同品种、不同含水率的果穗,可适当调整压板的压力,从而调节排芯口大小,以保证果穗的脱净率,待籽粒完全脱粒后,脱净的玉米芯从压板下排出。

1.4 单辊差速脱粒

单辊差速脱粒是利用单个旋转的脱粒单元与静止的单个或多个脱粒单元组成脱粒部件,形成楔形脱粒空间,对玉米穗进行脱粒的方式。单辊差速脱粒可以带皮脱粒,具有玉米穗完整、破碎率低和脱净率适中等特点[7]。

国内一些企业生产的单辊差速脱粒机主要由进料槽、脱粒辊、凹板、机盖和排芯口等组成。其中,凹板由多条圆钢在框架上按一定间距焊接而成,脱粒辊与每一根圆钢组成一对脱粒单元,由上而下形成多层多对脱粒单元,且多对脱粒单元由上而下形成弧形楔形差速脱粒空间,脱粒辊为旋转辊(动辊),凹板上每根圆钢为静止辊(静辊),静辊的旋转线速度为0m/s,如图6和图7所示。

工作时,果穗由进料槽喂入,沿弧形楔形空间运动,同时在静辊与动辊的作用下差速脱粒,由上而下差速脱粒逐次加强,脱下的籽粒从圆钢间隙漏下,从籽粒排出口排除,玉米芯从楔形空间下部排出。

该机结构简单新颖,设计新颖,不断玉米芯,具有破碎率低、未脱净率低等特点,但它的生产效率低。

1.进料槽 2.玉米穗 3.脱粒辊4.排芯口 5.籽粒排出口 6.凹板

2 结束语

玉米种子的破损影响玉米籽粒短期、长期的储藏。遭受破损的玉米种子发芽率低、易生霉菌、生虫、易破碎,对于一个年加工玉米种子万吨的加工厂来说,1%的破损就意味着有100t玉米种子报废。所以,降低玉米种子脱粒损伤成为机械脱粒的主要问题[8]。

差速式玉米脱粒机具有破碎率低、脱得净、效率高、玉米芯完整、耗能低等优点。

根据我国玉米种植面积大、用种量大和机械化精量、半精量播种技术大面积应用的情况,有必要深入研究推广使用这项新型技术,提高我国玉米制种企业的加工质量。

摘要：为了使我国能够早日推广使用玉米差速脱粒这项新型技术,降低玉米在脱粒过程中的机械损伤,通过对国内外玉米差速脱粒机械的调研与资料检索,对国内外玉米脱粒装置的主要类型进行了结构技术剖析;主要分析了各种玉米差速脱粒机械的工作原理、结构特点、工作性能等多个方面。该研究将为进一步研究玉米差速脱粒机理、脱粒方法和设计新型低损伤玉米脱粒机提供参考。

关键词：玉米,差速脱粒,结构,剖析

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[6] Mid F Al-Jalil, Stephen J Marley,Mofazzal H.Chowdhury. Laboratory Studies of a Low-Damage Corn-Shelling Machine[J].Transaction of the ASAE,1980,9(3):278-283.

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联合收获机脱粒与分离装置的调整 篇6

一、脱粒装置

1. 结构特点

脱粒装置主要由喂入机构、滚筒、凹板等组成。脱粒装置性能好坏, 直接影响机器的脱粒质量、生产率和分离清选效果。

(1) 纹杆式单滚筒脱粒装置。以揉搓脱粒为主, 打击、挤压、梳刷为辅, 大中型自走式谷物联合收获机广泛采用纹杆式单滚筒脱粒装置, 主要由纹杆滚筒和栅格式凹板组成, 其结构简单, 脱粒、分离、清选效果好, 茎秆破碎少, 是一种最为常见的脱粒装置。

(2) 钉齿式滚筒脱粒装置。以打击脱粒为主、梳刷为辅, 多用于水稻的脱粒。由钉齿、齿杆、中间固定圆环、辐盘和滚筒轴等部件组成。钉齿有楔形齿、刀形齿、板齿和圆柱形齿。为保证滚筒在脱粒作业时负荷均匀, 滚筒钉齿采取多头螺旋线的形式排列。

(3) 全喂入双滚筒脱粒装置。第一滚筒一般为钉齿式 (或板齿式) 切流滚筒, 既起脱粒作用也起向第二滚筒喂入的喂入轮作用, 作业转速比单滚筒收获机的滚筒转速低一些 (以免茎秆过碎影响清选效果) 。第二滚筒为横向轴流滚筒, 主要起补充脱粒和分离谷粒的作用。新疆-2型、福田谷神4LZ-2型、JL3060型等都采用这种结构。

当作物经第一滚筒脱粒后, 抛向分离滚筒, 分离滚筒带动脱出物由右向左运动。在分离滚筒与分离壳体的导向板和冲孔筛板的作用下, 部分没脱净的谷物继续被脱粒, 并在离心力的作用下, 将籽粒从筛孔分离出去, 落到分布搅龙上, 茎秆在运动至分离滚筒末端后, 被排出机外。

2. 调整

(1) 滚筒转速调整。两滚筒采用二级变速传动, 一级是将中间轴带轮和轴流滚筒带轮互换, 二级是更换板齿滚筒和轴流滚筒传动轴上不同齿数的链轮, 达到4种板齿滚筒转速, 通过二级变速实现8种转速, 以满足不同产量、长势不同小麦脱粒分离要求。

(2) 凹板间隙调整。轴流滚筒凹板间隙指滚筒纹杆齿面与栅格凹板出口处径向间隙。该间隙分4档, 分别由栅格凹板调整手柄固定板上4个螺孔定位。调整时, 松开调节手柄固定螺栓, 将该手柄长孔对准所需间隙相对应螺孔, 并紧固螺栓。要注意左右间隙应保持一致, 其偏差值不得大于1.5 mm。必要时可通过左右调节螺杆进行调整。调节手柄往前转调小, 往后转调大。

调整原则:作业中确保脱粒质量, 即有高的脱净率和茎草中有较少籽粒夹带为前提, 优先采用较低的齿板滚筒转速、较大凹板间隙工作。

(3) 筛箱调整。筛片开度:筛片开度是指鱼鳞筛片尖端至相邻一排鱼鳞筛片上表面的垂直距离。上筛前段:直接落籽粒, 开度过大影响清洁率, 过小影响气流吹散脱出物和筛落籽粒能力, 在清洁度允许的情况下, 开度越大越好。下筛前段:直接落籽粒, 开度过大影响清洁率, 过小籽粒落不完, 造成复脱器籽粒多, 要求籽粒在此段全部落下。上筛后段:它与下筛前段重合, 主要用于分离籽粒和杂余。让籽粒在此段全部落下, 让杂余流向尾部, 开度应比前段大些。下筛后段:也称杂余筛, 主要用于筛落杂余, 进行复脱, 开度可较大。如杂余少, 开度可减小, 以免过多地断碎茎秆等杂物进入复脱器。调整推荐开度:上筛前段8~12 mm、后段12~14 mm, 下筛前段10~14 mm、后段16 mm。

二、分离装置

1. 结构特点

分离部分主要是接收在凹板上面的小麦秸秆和长茎秆, 它们通过一定装置被抛送到分离部分进行分离, 凹板上的小麦秸秆和长茎秆被送走后也可以防止凹板上的小麦秸秆将滚筒堵塞。分离部分主要是由逐稿器组成。逐稿器是一个由几个并排的带有大型锯齿的部件组成。其功用是一方面将脱粒部分脱出的小麦进行分离, 把麦粒、短茎秆、麦壳送给清选部分清选;一方面把长茎秆排出机外。

2. 调整

(1) 挡帘高度与位置调整。作业中, 如发现键面上脱出物层很厚时, 可将键上方的挡帘提高, 以免阻塞。如果脱出物在键面上输送较快, 出现分离不良、夹带损失籽粒时, 应将挡帘放低些, 有的挡帘还可前后移动。脱出物潮湿难分离时, 可适当前移挡帘, 否则应后移。

(2) 驱动皮带紧度的调整。作业中, 经常检查调整驱动皮带的张紧度, 发现有松弛打滑时, 应立即调紧, 确保逐稿器的正常转速。

(3) 木轴承的间隙调整。逐稿器的木轴承是由两半组成, 两半之间有垫片, 通过增减垫片数来调整轴承的径向游动间隙, 加入垫片时间隙增大, 抽掉垫片时间隙减小。

脱粒装置 篇7

关键词：脱粒装置,脱出物,分布,三维,仿真

0 引言

为了进一步改善稻麦联合收割机脱粒装置脱出物在清选筛上的分布状态, 从而提高清选质量, 开展了对脱出物分布的试验研究。在试验过程中, 由于多方面原因, 能实测的数据是有限的, 如何从这些有限的数据中找出规律性来, 是需要研究解决的重要问题。为了解决这个问题, 前人开展了许多相关研究。邵维民等根据优化试验方案测定了脱出物中子粒和杂余沿脱粒滚筒轴向的分布曲线[1];李耀明等根据正交试验对复脱混合物的子粒和杂余的分布进行了轴向分布测定, 测定了它们的质量分数和累计质量分数[2];衣淑娟等在两种脱粒分离装置的对比试验中, 用DPS数据处理系统对采集的数据进行拟合, 得出了脱出物沿脱粒滚筒轴向和周向分布规律的回归方程[3]。以上研究均在二维平台上进行, 其轴向 (或径向) 某位置的数据只能代表该位置脱粒滚筒宽度方向 (或轴向) 的总和, 而宽度方向 (或轴向) 某位置脱出物的数值就不得而知。因此, 有必要开展三维分布模型的研究, 以了解脱出物在整个分布平面上任一点的数值。

1 三维分布模型创建

1.1 扩大数据方阵

以某水稻联合收割机脱粒试验所测数据为例, 在脱粒滚筒轴向长700mm (Y方向) 、径向宽560mm (X方向) 的脱出物分布面积上, 测得5×8=40个脱出物量值数据 (Z方向) , 要作三维空间曲面分析, 即Z值随X、Y变化的关系式则数据不足, 因此必须补充相近数据。为此, 采用了MATLAB数字信号处理系统中的“样条插值”法, 将5×8数据扩充为21×21的数据方阵 (即X和Y方向各有21个数据) 。

1.2 数值的傅利叶变换

分析5×8个原始数据方阵, 找出有代表性的X-Z和Y-Z典型截面, 并在这两个截面内, 对采用样条插值扩充后数据方阵的X-Z和Y-Z截面的数据分别作离散余弦傅利叶变换。离散余弦傅利叶变换收敛性好、系数集中, 通常只要选用3～5个变换系数即可表达该数列的特征。变换系数确定之后, 再对采用样条插值后的X-Z和Y-Z截面的数据分别作傅利叶逆变换, 即可确立Z值同时随X和Y变化的关系式。

1.3 三维分布模型建立

如何求得曲面的数学描述, 即Z值随X、Y值同时变化的相关关系, 先求2个数值在0～1之间的纯数值21×21方阵。一个是以Z值随Y值变化的离散余弦傅利叶反变换关系式为基础求得的nY, 用来和Z值随X值变化的离散余弦傅利叶反变换关系式相乘, 把X值对Z值的影响扩充至全曲面。另一个数值方阵nX以Z值随X值变化的离散余弦傅利叶反变换关系式为基础求得, 用来和Z值随Y值变化的离散余弦傅利叶反变换关系式相乘, 把Y值对Z值的影响扩充至全曲面。再把这2个已经扩充至全曲面的离散余弦傅利叶反变换关系式相乘后再开方, 即求得Z值随X、Y值同时变化的相关关系。三维分布模型的建立, 即是求解Z值同时随X、Y变化的规律。其实质是Z值随X变化的关系式后和随Y变化的关系式相乘后开方。本文处理的数据量是21×21的方阵, 故n=21。

2 脱出物各成分的分布模型

脱出物及其中的子粒分布物理模型如图1、图2所示;脱出物及其中的子粒分布数学模型如式 (1) 、式 (2) 、式 (3) 所示。

式中:n为样条插值后数据方阵单边值, n=21;ZX0、ZY0为常数项, 表示机构理想状态均匀分布值 (参见表1) ;P、Q为X方向和Y方向空间圆频率, P=5.343×10-3, Q=4.274×10-3;αX、αY为X方向和Y方向空间初相位, αX=αY=7.480×10-2;Ai、Bi为系数 (参见表1) 。

将X、Y值及其它各数值和系数代入式 (1) 和式 (2) , 即可求得不同脱粒滚筒的Z (X) 和Z (Y) , 进而可以用式 (3) 求得各测点的Z值。

3 结论

a.利用有限的测定数据, 通过MATLAB数字信号处理系统的“样条插值”扩大建立数据方阵, 经傅利叶正、反变换后, 可建立脱出物及其中的子粒三维分布数学模型。将代表筛面位置的X值和Y值的数据代入后, 可分别求得脱出物及子粒的分布数据Z值。

b.经联合收割机脱粒装置脱粒后, 分离到振动筛上的脱出物及其中各成分的分布优劣, 将影响清选质量。脱出物及其中的子粒三维仿真分布模型的建立, 为改善脱出物各成分的分布提供了理论依据, 从而有利于提高联合收割机的作业性能。

参考文献

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[6]罗军辉.MATLAB7.0在数字信号处理中的应用[M].北京:机械工业出版社, 2005.

脱粒装置 篇8

水稻和小麦是我国主要粮食作物, 在粮食生产中占有举足轻重的地位[1]。目前, 我国小麦的机械化收获率已在82%以上, 而水稻机收率仅为40%左右, 机械化水平在主要粮食作物生产中处于中下等地位[2]。纵轴流式联合收割机, 自20世纪80年代在北美发展起来后, 目前已在许多国家得到应用。我国在21世纪初开展了这方面的研究, 并成功开发了单纵轴流联合收割机, 已形成小批量生产。目前, 国内水稻联合收割机大都采用横向布置的轴流滚筒脱粒分离装置, 这种布置方式结构紧凑, 在喂入量较小时作业性能也不错。但由于脱粒滚筒横向布置, 受到空间位置的限制, 脱粒滚筒不能太长, 脱粒和分离能力受到限制, 在喂入量稍大时夹带损失会增大, 对潮湿作物和一些难脱作物适应性较差。此外, 清选筛面上物料分布不均匀, 在喂入量较大时清选效果较差, 速度稍快时还会出现跑粮现象。因此, 这种结构形式一般只适合喂入量较小的中小型联合收割机。随着水稻、小麦等粮食作物的高产化, 产量相应提高[3], 对联合收割机的动力、工作性能、作业效率和可靠性等要求也越来越高[4]。在此背景下, 中国农业机械化科学研究院开展了双纵轴流脱粒装置的研究, 研制了适合我国国情的4LS-4.0型双纵轴流联合收割机的脱粒分离装置, 具有高效率、高清洁度、高可靠性和高经济性的特点, 可促进我国联合收割机的多元化发展、种植结构调整和农业可持续发展。

1 工作原理

4LS-4.0型双纵轴流联合收割机的脱粒分离装置, 由滚筒喂入头、脱粒滚筒、凹板筛和顶盖等组成, 见图1。

工作时, 作物进入脱粒室, 前端喂入头起抓取导向作用。被脱粒滚筒脱下的谷粒、颖壳、碎秸及碎叶等混合物在脱粒滚筒、盖板上导向条的导向作用下, 随着滚筒旋转, 沿着凹板与盖板组成的圆筒内弧面作螺旋运动, 并在离心力的作用下通过凹板筛孔进入清选装置, 秸草则从滚筒的末端排出[5]。

1.喂入头2.凹板筛3.顶盖4.盖板导向条5.杆齿滚筒

2 试验方案与结果分析

2.1 试验指标

脱粒装置主要有4个性能指标, 即夹带损失率Sj、未脱净损失率SW、破碎率ZP和总损失率S[6]。另外, 籽粒分布曲线也是衡量脱粒装置性能优劣的重要手段。

2.2 试验因素与水平

根据对4LS-4.0型纵向双轴流联合收割机脱粒分离装置的研究分析, 滚筒喂入头结构形式A和凹板喂入段结构形式B两个结构参数, 以及运动参数滚筒转速C对脱粒作业性能指标影响显著。上述3个参数作为试验因素, 各因素取3个水平, 试验因素与水平见表1。

滚筒喂入头主要作用是抓取和推送物料。a为螺旋叶片型, b为齿板型, c为杆齿型, 见图2。

a.螺旋式b.锯齿板式c.杆齿式

凹板喂入段由锥形导向器和凹板前段底板组成, 为纵轴流脱粒装置的特有部件, 主要作用是保证物料喂入的通畅。a型导向器和底板均无孔, b型底板有孔, 导向器无孔, c型导向器和底板均有孔, 见图3。

2.3 试验方案与试验结果

2008年11月, 在江苏大学农机实验室进行了室内台架试验, 试验用水稻的基本特性见表2。

本试验以L9 (34) 标准正交表安排试验[7], 将试验因素A、B、C分别确定在L9 (34) 正交表的前3列上构成试验方案, 喂入量为4 kg/s时的试验结果见表3。

试验中, 基本没有未脱净籽粒, 所以表3中未列未脱净损失率SW和总损失率S。

2.4 试验结果分析

(1) 正交分析。对试验结果进行极差分析[8], 见表4。

通过因素效应曲线 (图4、5) 分析各因素对性能指标的影响, 确定每个因素的最佳水平, 得出最优方案。

(1) 因素A (滚筒喂入头单元结构形式) 。试验结果显示, b型与a型相比, 夹带籽粒损失率较低, 籽粒破碎率较高;b型与c型相比, 夹带籽粒损失率及籽粒破碎率都较低。性能指标的重要性依次为籽粒损失率、籽粒破碎率, 综合分析得出b型滚筒喂入头性能好于其他2种, 故取A2为最佳水平。

(2) 因素B (凹板喂入段单元结构形式) 。由图4可看出, a型与b型相比, 夹带籽粒损失率较高, 籽粒破碎率较低;a型与c型相比, 夹带籽粒损失率及籽粒破碎率都较低。性能指标的重要性依次为籽粒损失率、籽粒破碎率, 而a型比b型高出的籽粒损失率绝对值很小, 仅为1‰左右, 所以, 综合制造成本分析得出, a型凹板喂入段结构的综合性能好于其他2种, 故取B1为最佳水平。

(3) 因素C (滚筒转速) 。由图4可以看出, 滚筒转速在C2时, 夹带籽粒损失率和籽粒破碎率都是最低的, 所以考虑取C2为最佳水平。

通过上述综合分析得出最优方案为A2B1C2。

(2) 籽粒轴向分布曲线对比分析。对轴流滚筒脱出籽粒分布的研究, 可以确定滚筒的有效尺寸, 为滚筒的长度设计提供依据。图6~8, 分别为3个因素下各水平的籽粒轴向平均分布曲线。A1、A2和A3分别表示螺旋式、锯齿板式和杆齿式滚筒头。B1、B2和B3分别表示a型凹板、b型凹板和c型凹板喂入段结构。C1、C2和C3分别表示滚筒转速为900、700和1 100 r/min。由图6~8对比分析可知, 在滚筒长度为1 410 mm处, 采用锯齿板式滚筒喂入头时, 平均脱粒分离率在98%以上, 为因素A的最佳水平;采用b型凹板喂入段时, 平均脱粒分离率达99%以上, 为因素B的最佳水平;采用滚筒转速为700 r/min时, 平均脱粒分离率达98.5%以上, 为因素C的最佳水平。所以, 籽粒轴向分布较好的方案为A2B2C2。

(3) 综合分析。通过作业性能分析得到, 综合指标最优方案为A2B1C2, 籽粒轴向分布较好的方案为A2B2C2, 两方案的区别在于凹板前段结构不同。由图7可知, 两种凹板前段结构B1和B2的轴向分布曲线基本趋于一致, 相差很小。而B2结构的制造加工成本要高于B1。所以, 综合分析, B1结构要优于B2。

综上所述, 最优方案为A2B1C2。

3 结论

(1) 脱粒滚筒头的结构形式影响脱粒装置工作性能。采用杆齿式和锯齿板式滚筒头时, 夹带籽粒损失率较低, 而采用螺旋式滚筒头时, 夹带籽粒损失率相对大一些。杆齿式滚筒头导送性能较差, 不适用于轴流脱粒。采用锯齿板式滚筒头时, 滚筒前端籽粒分离量较大, 脱粒曲线较好, 在滚筒长度为1 410 mm处, 脱粒分离率在98%以上。因此, 可适当缩短滚筒长度, 提高滚筒有效利用率。

(2) 凹板喂入段。带孔与否对作业性能影响不太显著, 无孔结构的制造工艺性要优于有孔结构。

(3) 滚筒转速为700 r/min时, 籽粒破碎率较低, 随着转速提高, 破碎率随之升高。

(4) 试验用纵向双轴流脱粒分离装置的最优方案为A2B1C2, 即脱粒滚筒头为锯齿板式、凹板前段为无孔底板和无孔导向器组合式以及滚筒转速为700 r/min。

摘要：阐述了纵向双轴流脱粒分离装置的结构及工作原理。通过3因素3水平正交试验, 分析滚筒喂入头、凹板喂入段结构形式及滚筒转速对纵向双轴流脱粒分离装置性能指标的影响, 并通过籽粒轴向分布曲线对比分析, 优化出最佳工作参数组合。试验结果表明, 滚筒喂入头结构形式对纵向双轴流脱粒装置性能指标影响显著。通过试验结果及制造成本分析, 确定出最佳优方案:滚筒喂入头结构为b型, 凹板喂入段结构为a型, 滚筒转速为700r/min。

关键词：纵向轴流联合收割机,脱粒,喂入头,凹板,正交试验

参考文献

[1]孙仕明, 韩宏宇, 姜明海.我国水稻生产机械化现状及发展趋势[J].农机化研究, 2004 (3) :21-22.

[2]陆为农.水稻生产机械化发展现状及展望[J].农机科技推广, 2006 (2) :13-15.

[3]李显旺.我国水稻联合收获机械的发展现状及前景[J].中国农机化, 2006 (1) :38-40.

[4]朱世贤, 刘江龙, 王旭.轴流式联合收割机配置分析[J].现代化农业, 2003 (11) 30-31.

[5]镇江农业机械学院.农业机械学 (下册) [M].北京:中国农业机械出版社, 1881.

[6]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局, 中国国家标准化管理委员会.GB/T5982-2005.《稻麦脱粒机试验方法》.北京:中国标准出版社, 2005-08-29.

[7]庄楚强, 吴亚森.应用数理统计基础[M].广州:华南理工大学出版社, 2005.