風(fēng)篩式清選裝置參數(shù)的試驗(yàn)研究

田偉，衣淑娟，張麗

（1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院，大慶 163319；2.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)信息學(xué)院；3.哈爾濱泰華科技開發(fā)有限公司）

傳統(tǒng)式聯(lián)合收割機(jī)在收獲水稻方面因損失大、破碎率高等一些缺點(diǎn)已難以滿足生產(chǎn)需要，自20世紀(jì)80年代以來，軸流式水稻聯(lián)合收割機(jī)以其優(yōu)良的性能指標(biāo)受到廣大農(nóng)戶的青睞，并占據(jù)了市場(chǎng)主導(dǎo)地位[1]。近幾年，國(guó)內(nèi)外對(duì)縱軸流聯(lián)合收割機(jī)研制已經(jīng)取得了一定的成績(jī)，但對(duì)清選裝置的設(shè)計(jì)研究顯得匱乏，清選部分仍然采用老機(jī)型的裝置，造成脫粒性能強(qiáng)與清選負(fù)荷大之間的矛盾，清選效果不佳，影響了整機(jī)的性能。黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)在研究縱置式軸流脫粒與分離裝置的基礎(chǔ)上，研制了縱軸流風(fēng)篩式清選裝置試驗(yàn)臺(tái)[2]，通過試驗(yàn)研究，確定合理的結(jié)構(gòu)參數(shù)和工作參數(shù)，為縱軸流風(fēng)篩式清選裝置的進(jìn)一步研究提供理論依據(jù)。

試驗(yàn)臺(tái)采用離心式風(fēng)機(jī)加振動(dòng)篩結(jié)構(gòu)，利用氣流吹浮作用并輔以篩子的振動(dòng)作用，將混雜在谷粒中的各種雜質(zhì)清除出機(jī)外。由于篩子尾部風(fēng)力較弱，影響清選質(zhì)量，采用貫流風(fēng)機(jī)改善篩子尾部風(fēng)力，以獲得較好清選效果。影響清選效果的因素很多[3，4]，本文以篩面傾角、魚鱗篩開度、貫流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速三個(gè)因素為研究對(duì)象，對(duì)水稻進(jìn)行清選，探討這三個(gè)因素對(duì)清選效果的影響規(guī)律。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)條件

采用黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)工程學(xué)院研制的縱軸流風(fēng)篩式清選裝置。該試驗(yàn)臺(tái)由進(jìn)料模擬裝置、離心風(fēng)機(jī)、振動(dòng)篩、貫流風(fēng)機(jī)、接料箱、綜合操作柜、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、電機(jī)等組成。采用上、下兩層篩子，篩寬1000 mm，篩面傾角可通過吊桿調(diào)整，可調(diào)范圍為-15°～15°，魚鱗篩篩片的可調(diào)范圍為 5～30 mm，曲柄半徑可選擇 10、15、20、25、30、35、40 mm 七種規(guī)格，貫流風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)風(fēng)量Q=1.6 m3·s-1，全壓P＞240 Pa。出風(fēng)口寬度與振動(dòng)篩寬度相同，即L=1000 mm，出風(fēng)口高度H=200 mm，葉輪采用前向圓弧葉片，外徑D2=240 mm，葉輪內(nèi)徑D1=182 mm，葉片厚度t=1.2 mm，葉片數(shù)39片。

采用調(diào)速電機(jī)提供動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速可調(diào)來滿足試驗(yàn)需要，并通過計(jì)算機(jī)采集轉(zhuǎn)速、扭矩以及功耗等數(shù)據(jù)[5]。

1.2 試驗(yàn)材料與方法

當(dāng)?shù)刭徺I的粳稻，水分19%～21%。先用縱置式軸流脫粒與分離試驗(yàn)臺(tái)將水稻脫粒，得到脫出物（籽粒、碎莖稈、穎糠等），將脫出物裝入給料模擬裝置，啟動(dòng)清選試驗(yàn)臺(tái)，物料由給料裝置按照縱置軸流脫粒時(shí)的實(shí)際落料情況撒落到階狀抖動(dòng)板和振動(dòng)篩上進(jìn)行清選。通過電子天平稱量損失重和接料盒內(nèi)容物的總重、籽粒重和雜余重，功耗、轉(zhuǎn)速等由電氣控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行控制和記錄。

2 結(jié)果與分析

2.1 貫流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)清選性能的影響

在喂入量2 kg·s-1，曲柄半徑300 mm，曲柄轉(zhuǎn)速250 r·min-1，離心風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速 900 r·min-1，振動(dòng)篩的篩面傾角9°等條件下，貫流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速取700、800、900、100、1100 r·min-1進(jìn)行試驗(yàn)研究，得含雜率、損失率試驗(yàn)結(jié)果如圖1。

由圖1可知，隨著貫流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的提高，損失率和含雜率逐漸降低，所以貫流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速增大，有利于減少清選損失，提高清選質(zhì)量。但風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速超過1000 rpm時(shí)，機(jī)架振動(dòng)較大，且損失率迅速增大。分析認(rèn)為由于貫流風(fēng)機(jī)位于篩箱的后部，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速過高，將會(huì)使未及時(shí)漏入篩孔的籽粒被貫流風(fēng)機(jī)所吸出，從而使損失率增大。根據(jù)以上分析，綜合考慮貫流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)兩因素的影響，確定本試驗(yàn)的貫流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為900 r·min-1為宜。

2.2 振動(dòng)篩篩面傾角對(duì)清選性能的影響

在喂入量2 kg·s-1、離心風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速800 rpm、離心風(fēng)機(jī)出風(fēng)口傾角25°、振動(dòng)篩曲柄半徑30 mm、曲柄轉(zhuǎn)速 250 rpm 的條件下，篩面傾角取 3°、6°、9°、12 °、15°進(jìn)行試驗(yàn)研究，得含雜率、損失率的試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，篩面傾角增大時(shí)，含雜率將上升，損失率基本上也呈上升趨勢(shì)。篩面傾角增大，增加篩上物料的拋擲強(qiáng)度，從而物料在篩面上向前的運(yùn)動(dòng)速度加快，使振動(dòng)篩處理量提高，相應(yīng)的，物料在篩面停留時(shí)間縮短，減少了顆粒透篩機(jī)會(huì)，從而使篩分效率降低，含雜率提高。隨著篩面傾角的增大，物料被送到篩子后部的能力增強(qiáng)，導(dǎo)致籽粒被甩出機(jī)外的幾率升高，從而使損失率增加。在本試驗(yàn)條件下，篩面傾角以6°為宜。

2.3 魚鱗篩開度對(duì)清選性能的影響

在喂入量2 kg·s-1、離心風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速800 rpm、離心風(fēng)機(jī)出風(fēng)口傾角25°、振動(dòng)篩曲柄半徑30 mm、曲柄轉(zhuǎn)速250 rpm、篩面傾角9°的條件下，魚鱗篩開度取6、8、10、12、14 mm 進(jìn)行試驗(yàn)研究，得含雜率、損失率的試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，隨著魚鱗篩開度的增大，其清選含雜率迅速增加，清選損失率相應(yīng)下降。開度過小，籽粒無法及時(shí)通過篩孔下落，導(dǎo)致?lián)p失率較高，開度增加，籽粒過篩能力提高，相應(yīng)的含雜率也會(huì)明顯增加，清選效果變差。綜合考慮對(duì)兩因素的影響，魚鱗篩開度應(yīng)控制在10 mm以下為宜，具體可在6～10 mm區(qū)間選擇。

3 結(jié)論

3.1 貫流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速增大有助于提高清潔率，減少清選損失，本試驗(yàn)條件下最佳貫流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為900 r·min-1。

3.2 篩面傾角增大時(shí)，含雜率和損失率均升高，故篩面角不宜太大，本試驗(yàn)條件下篩面傾角以6°為最佳。

3.3 魚鱗篩開度的增大，其清選含雜率迅速增加，清選損失率相應(yīng)下降。綜合魚鱗篩開度對(duì)兩因素的影響，最佳魚鱗篩開度為8 mm。

上述結(jié)論是在室內(nèi)條件下，在特定試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行試驗(yàn)得出的，受物料特性、設(shè)備情況、試驗(yàn)環(huán)境等影響，與實(shí)際收獲過程中的清選會(huì)有一定的差距，有待于進(jìn)一步的試驗(yàn)研究。

［1］楊寶善，曹建敏，李雪穎.水稻收獲機(jī)械化的技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)［J］.農(nóng)機(jī)化研究.2007.7：227-228.

［2］張義峰，衣淑娟.單縱軸流風(fēng)篩式清選裝置試驗(yàn)臺(tái)的總體設(shè)計(jì)［J］.農(nóng)機(jī)化研究，2009.5：115-117

［3］邱先鈞.貫流風(fēng)機(jī)在聯(lián)合收割機(jī)中的應(yīng)用及其設(shè)計(jì)［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2003，1（19）：110-112.

［4］成芳，王俊.風(fēng)篩式清選裝置主要參數(shù)的試驗(yàn)研究［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，1998，12：217-221.

［5］張義峰.縱軸流風(fēng)篩式清選裝置參數(shù)的試驗(yàn)研究［D］.大慶：黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)，2009.