脫出物喂入量對多風道清選裝置內部氣流場的影響

李 洋，徐立章，周 鎣，司增永，李耀明

?

脫出物喂入量對多風道清選裝置內部氣流場的影響

李 洋，徐立章※，周 鎣，司增永，李耀明

（江蘇大學農業(yè)裝備工程學院，鎮(zhèn)江212013）

為研究聯(lián)合收獲機脫粒裝置脫出物喂入量對清選裝置內部氣流場的影響，研制了多風道清選試驗臺，在清選室內振動篩上、下方分別布置25個氣流速度測點，并在風機轉速1 350 r/min、魚鱗篩開度22 mm、分風板Ⅰ傾角24°、分風板Ⅱ傾角20°的額定工作參數(shù)下，采用VS110型熱線式風速儀對清選裝置內部無脫出物和1～4 kg/s脫出物喂入量工況分別進行氣流場測量試驗。試驗結果表明：各測點的氣流速度隨脫出物喂入量的增大而有著不同程度的減??；無脫出物時各測點的氣流速度最大，喂入量每增大1 kg/s，振動篩上方測點的氣流速度下降1.2%～16.4%，振動篩下方測點的氣流速度下降1.4%～9.3%；特別是在最大4 kg/s喂入量時，振動篩上方氣流速度衰減較多，比無脫出物時氣流速度下降12.6%～30.7%；相同喂入量條件下，振動篩橫向1/3、2/3處的氣流速度比1/2處大，振動篩縱向篩面上方前部氣流速度較小、中后部氣流速度較大、篩尾處氣流有所回升。研究結果為多風道清選裝置的設計和田間試驗時參數(shù)調整提供依據(jù)。

氣流場；試驗；聯(lián)合收獲機；清選裝置；喂入量

0 引 言

清選裝置是決定聯(lián)合收獲機作業(yè)性能和效率的核心工作部件之一，按工作原理大致可以分為2類：一類是按照谷物的空氣動力特性進行清選，如氣吸式清選裝置、氣吹式清選裝置等；另一類是利用氣流和篩子配合進行清選，與此相對應的風機類型有單風道離心式風機、多風道離心式風機、貫流式風機等，篩子類型有魚鱗篩、沖孔篩、編織篩、魚眼篩等[1]。目前，在國內外聯(lián)合收獲機中，第二類清選原理即風篩式清選裝置運用最為廣泛，因為這種清選裝置具有適應性較好、清選效率較高等優(yōu)點[2]。本文的研究對象是多風道風篩式清選裝置，采用多風道離心式風機加雙層振動篩（上層魚鱗篩、下層編織篩）[3]結構。

隨著聯(lián)合收獲機的廣泛應用，國內外專家學者對聯(lián)合收獲機清選裝置的研究越來越系統(tǒng)和深入。Kenney[4]對聯(lián)合收獲機清選室內部氣流場進行了2D數(shù)值模擬分析，并利用PIV（particle image velocimetry）系統(tǒng)對氣流場的分布進行了測定；Mekonnen等[5]采用FLUENT流體分析軟件對聯(lián)合收獲機中具有橫流進風口的離心式風機進行了數(shù)值模擬仿真，并用熱線風速儀對出口處的氣流速度進行了測量，得到的結果與數(shù)值模擬結果誤差在10%以內；Adewumi等[6]探討了離心式風機作為風源的清選裝置內谷物的分布情況；Yuko等[7]針對聯(lián)合收獲機清選裝置中氣流的湍流特性進行了描述，并通過氣流速度儀對其內部氣流場進行了測量；Craessaerts等[8]對聯(lián)合收獲機風篩清選過程中谷物損失檢測方面進行了研究；CLAAS公司[9]和John Deere公司[10]研發(fā)了雙風道渦輪式風機清選裝置，采用雙出風口離心風機、雙層往復式振動篩，其清選性能較好。國內學者對聯(lián)合收獲機清選裝置的研究也較為成熟[11-19]；杜小強等[20]對貫流式清選裝置內部的氣流場進行了氣固兩相流的數(shù)值模擬，并利用臺架試驗驗證了數(shù)值模擬的可行性；張建宗等[21]研究了單風道離心式風機出風口長度和左右側板傾斜角度對清選性能的影響；申德超[22]對一個由雙出風道的離心風機和一層篩子組成的雙風道清選裝置進行臺架試驗研究，用優(yōu)化設計的方法計算出清選損失率最小時的最優(yōu)參數(shù)組合；徐立章等[23]研制出4LYB1-2.0型油菜聯(lián)合收獲機，其清選部件釆用單風機與雙層振動篩組合式結構，通過田間試驗可以得到該機收獲油菜時總損失率為5.7%，破碎率為0.3%，含雜率為2.0%；唐忠等[24]采用數(shù)字風速儀測得清選室內多點氣流速度，利用繪制等速線的方法得出氣流流速為0的點（渦心），分析了不同的離心式風機轉速和出風口傾角對渦心位置的影響。

雖然有關專家學者分析了風機轉速、魚鱗篩開度、分風板傾角等參數(shù)對風篩式清選裝置內部氣流場的影響，但沒有開展脫粒裝置脫出物喂入量對清選裝置內部氣流場影響的研究，而實際工作環(huán)境中脫出物喂入量不是恒定值，其對清選裝置內部氣流場可能產(chǎn)生一定的影響，進而影響清選效率、清選質量等。為研究脫出物喂入量的變化對多風道清選裝置氣流場的影響，設計了多風道清選試驗臺，根據(jù)試驗臺可變喂入量的調節(jié)范圍，分別對無脫出物、脫出物喂入量1～4 kg/s等工況進行試驗研究和分析，為多風道清選裝置設計和田間作業(yè)時工作參數(shù)調整提供依據(jù)。

1 多風道清選試驗臺的研制

1.1 基本結構及參數(shù)

根據(jù)斜置切縱流聯(lián)合收獲機的實際結構，設計了多風道清選試驗臺[25]，如圖1所示，主要包括給料裝置、多風道清選裝置、傳動裝置、機架和控制柜等部分。

給料裝置位于試驗臺的前上方，是脫出物清選過程的開始端，采用可調開口料箱和三組電磁給料器組合結構，通過控制料箱出料口的開度和電磁給料器的頻率滿足脫出物喂入量（1～4 kg/s）的改變，其范圍與斜置切縱流聯(lián)合收獲機田間試驗測得數(shù)據(jù)相符；多風道清選裝置是試驗臺的核心工作部件，主要包括多風道離心式風機（如圖2所示）、分風板Ⅰ/Ⅱ調節(jié)機構、魚鱗篩開度調節(jié)機構、籽粒垂直/水平攪龍、雜余垂直/水平攪龍、振動篩（由魚鱗篩、編織篩和尾篩組成）、抖動板、回程板等；離心式風機葉輪直徑為402 mm，進風口直徑為370 mm，振動篩總長為1 311 mm，振動篩總寬度為930 mm，抖動板與振動篩垂直距離為100 mm，魚鱗篩位于編織篩上方150 mm處。傳動裝置是試驗臺的動力傳送部件，由四臺西門子公司生產(chǎn)的變頻電機（型號1LE0001-1BB2）和若干帶輪組成，電機分別驅動多風道離心式風機、籽粒/雜余攪龍、振動篩、回程板等部件，各部件的調速范圍分別是0～1 500 r/min、0～1 000 r/min、0～400 r/min、0～600 r/min；控制柜在試驗臺的最前方，其通過控制變頻電機和伺服電動缸來調節(jié)試驗臺的主要工作參數(shù)（風機轉速、攪龍轉速、分風板I傾角、分風板Ⅱ傾角、魚鱗篩開度等）。

1. 上出風口2. 下出風口 3. 左側進風口4. 中間進風口5. 右側進風口

1.2 試驗原理與方法

多風道清選試驗臺工作時，驅動電機帶動風機葉輪、籽粒攪龍、雜余攪龍、振動篩、抖動板、回程板運動。脫出物首先從給料裝置落到抖動板上，經(jīng)過抖動板的抖動均勻平鋪落入到魚鱗篩篩面上方[26]，其中一部分輕雜余和秸稈在落到魚鱗篩篩面之前就被離心式風機上出風口吹出的風帶離篩面，到達振動篩尾部，籽粒和質量較大的雜余、秸稈在振動篩的抖動下通過魚鱗篩篩面，并到達編織篩上方；編織篩的網(wǎng)口孔徑較小，大多數(shù)的雜余都不能通過，而籽粒則能通過編織篩進入到籽粒水平攪龍，在籽粒水平攪龍和籽粒垂直攪龍的輸送下進入糧箱[27]，雜余則被離心式風機下出風口吹出的風帶到篩尾，大部分被吹出機外，一小部分通過尾篩進入雜余水平攪龍，在雜余水平攪龍和雜余垂直攪龍的輸送下到達回程板，在回程板的抖動下再一次落到魚鱗篩上表面，完成二次清選。

按照4LZ-5.0T斜置切縱流聯(lián)合收獲機多風道清選裝置工作參數(shù)可調節(jié)范圍，隨機取每個范圍中的工作參數(shù)值，設定離心式風機轉速1 350 r/min、分風板Ⅰ傾角24°、分風板Ⅱ傾角20°、魚鱗篩開度22 mm為額定工況，在此工況下分別對無脫出物、脫出物喂入量為1、2、3、4 kg/s時試驗臺內部氣流場進行測量試驗。

1.3 試驗材料

聯(lián)合收獲機水稻脫出物包括籽粒、長莖稈、短莖稈及輕雜余等[28]。試驗采用經(jīng)過脫粒過程后的水稻進行不同喂入量清選試驗，水稻品種為“鎮(zhèn)稻18號”，脫出物各成分質量比例為：籽粒約占75%、長莖稈約占6%、短莖稈約占15%、輕雜余約占4%。其中籽粒的含水率為24.98%，籽粒平均長度約為7.21 mm、平均寬度約為 3.22 mm，莖稈的含水率為50.4%，長莖稈長度在100～300 mm，而短莖稈的長度在20～100 mm。

2 氣流速度測量方法及測點安排

2.1 氣流速度測量方法

常用的氣流速度測量儀器有風杯式風速儀、葉輪式風速儀、熱線式風速儀、激光多普勒風速儀等，其中熱線式風速儀因其測量準確度高、使用方便、測量范圍寬、靈敏度高而被廣泛應用[29]。本試驗臺采用南京能兆科技有限公司生產(chǎn)的VS110型熱線式風速儀（圖3）來測量清選裝置內部測點處的氣流速度，其輸出信號為4～ 20 mA，氣流速度測量范圍為0.5～50 m/s，測量精度為±0.1 m/s，帶RS485通訊接口，可直接讀出測量結果，其頭部探針為直徑3 mm的特種不銹鋼材料，。單次試驗采用10根熱線式風速儀同時對內部氣流場進行測量，每根熱線式風速儀的數(shù)據(jù)通過RS485通訊接口被控制臺的計算機實時顯示與保存，從而減少了人為讀數(shù)和操作誤差。

2.2 測點分布

為探尋多風道清選試驗臺內部的氣流場分布規(guī)律，考慮試驗臺清選室的實際結構和測量空間，選取振動篩上方、下方布置2個測量面，其中第一個測量面位于振動篩上篩（魚鱗篩）上方80 mm處，第二個測量面位于振動篩下篩（編織篩）下方50 mm處，兩個測量平面的大小及測點分布相同，如圖4a所示。

a. 測量面分布示意圖

a. Distribution diagram of measuring surfaces

b. 測點分布示意圖

b. Distribution diagram of measuring points

1. 抖動板2. 回程板3. 測點4. 尾篩 5. 魚鱗篩6.編織篩

1. Oscillating board 2. Return board 3. Measuring points 4. Tail sieve 5. Louver sieve 6. Woven sieve

圖4 測量面及測點分布示意圖

Fig.4 Distribution diagram of measuring surfaces and points

以振動篩前方最左側作為坐標原點，沿篩面左側橫向延長到篩面右側為軸正方向，沿篩面縱向延長到篩尾為軸正方向，在兩個測量平面內的向和向分別布置了25個測點，如圖4b所示。單組試驗時用熱線式風速儀在篩面橫向（向）移動5次即可全部測出50個測點的數(shù)據(jù)，各測點氣流速度取試驗臺清選時間10～15 s之間計算機儲存數(shù)據(jù)的平均值。為保證測量結果的準確性及消除偶然誤差，一組測量試驗重復3次。由于每組測量試驗中的3次重復試驗所得測量結果極為接近，誤差在0.2%～1.5%之間，故對重復試驗結果進行取平均值處理。

3 多風道清選裝置氣流場試驗與分析

3.1 篩面上、下方總體氣流場分布情況

根據(jù)多風道清選裝置試驗臺內部測點所得數(shù)據(jù)，使用Matlab軟件擬合出振動篩上方與下方的氣流場分布曲面，如圖5、6所示。

由圖5、6可以看出：無脫出物和不同喂入量工況下，振動篩上方、下方測量面內氣流場的分布基本一致；橫向方向上，振動篩上方氣流場呈現(xiàn)出較明顯的“M”形分布，振動篩下方呈現(xiàn)出較平緩的“M”形分布；縱向方向上，振動篩上方前部氣流速度較小、中后部氣流速度較大，振動篩下方的氣流速度呈現(xiàn)不斷減小的特點。

相同喂入量時：振動篩上方橫向1/3、2/3處的氣流速度較大，而1/2處的氣流速度最小。這一現(xiàn)象與多風道離心式風機的結構有關，由于試驗臺的多風道離心式風機采用兩段式葉輪，除了左右兩側的進風口外，還增加了中間進風口（圖2），由邊界效應可知，理論上在出風道橫向的1/3、2/3處的氣流速度最大，1/2處的氣流速度較小，這在試驗結果中得到了驗證；縱向方向上，振動篩上方的測點整體呈現(xiàn)出篩面前部氣流速度較小，中部氣流速度較大，而后部氣流速度逐漸衰減，到篩面尾部時氣流速度又有所回升的規(guī)律，這是由于振動篩上方前部位置只受到多風道離心式風機上風道吹出風的影響，逐漸衰減，而中部受到多風道離心式風機下風道吹出風的影響，故速度較大，篩面尾部接近機器出口，截面積突然變小造成氣流速度有所回升。

相同喂入量時：振動篩下方氣流場在橫向方向上同樣是受到多風道離心式風機結構的影響而呈現(xiàn)“M”形分布；振動篩下方各個測點的氣流速度隨著振動篩縱向距離的增大而減小，呈現(xiàn)出慢慢衰減的現(xiàn)象，這是由于離心風機下風道產(chǎn)生的氣流完全覆蓋到振動篩下方的測點，而上風道產(chǎn)生的氣流對這些測點影響很小，故測點的氣流速度會隨著振動篩縱向距離的增大逐漸衰減。

根據(jù)以上現(xiàn)象，在設計與該多風道清選裝置相匹配的脫粒裝置凹板、抖動板和回程板的導流條布置[30]時，需要考慮氣流場的分布特點，即通過合理布置抖動板和回程板上的導流條，使脫出物分布在橫向方向上也呈現(xiàn)兩側多、中間少的特點，可充分利用篩面氣流，提高清選質量和效率；在設計多風道離心式風機時可優(yōu)化出風口的傾角或截面積，從而使氣流在振動篩縱向方向上分布更加合理，例如當滾筒脫出物含雜率高時，可適當增大出風口的截面積，以增大振動篩上方氣流的覆蓋面積，使振動篩前部也能達到較大的氣流速度，防止清選后的籽粒含雜率過高。

圖5 振動篩上方氣流場分布圖

圖6 振動篩下方氣流場分布圖

3.2 橫截面氣流場分布規(guī)律

使用Origin軟件繪制出振動篩上方與下方縱向長度分別為310、630、950、1 270、1 590 mm的橫截面內各測點的氣流速度變化圖，如圖7所示。

圖7 振動篩橫向截面內測點氣流速度圖

由圖7可知：振動篩上方各橫截面內測點的氣流速度在無脫出物的工況下最大，最大速度5.2 m/s位于=950 mm截面處。隨著脫出物喂入量的不斷增大，各測點氣流速度有著不同程度的減小，尤其是在喂入量4 kg/s的工況下，氣流速度下降的比較明顯，各測點氣流速度比無脫出物工況下的氣流速度下降12.6%～30.7%，最小速度僅為1.65 m/s，位于=630 mm截面處。喂入量每增大1 kg/s，振動篩上方測點的氣流速度就下降1.2%～16.4%，其中=310 mm截面處測點氣流速度下降1.9%～8.8%，此截面處氣流速度受脫出物喂入量變化影響相對較小。

振動篩下方各橫截面內測點的氣流速度同樣是在無脫出物的工況下最大，最大速度11.0 m/s位于= 310 mm截面處。隨著脫出物喂入量的不斷增大，各個測點的氣流速度也有著不同程度的減小，在4 kg/s喂入量的工況下，截面=1 590 mm處測點氣流速度達到最小值5.5 m/s。喂入量每增大1 kg/s，振動篩下方測點的氣流速度就下降1.4%～9.3%，且各截面測點氣流速度下降幅度較相近。

因此，在實際收獲作業(yè)中，當作物單產(chǎn)提高、作業(yè)速度增加等造成喂入量增大時，需適當增加風機的轉速，提高篩面氣流速度[28]，增強氣流吹脫和分層能力，便于籽粒穿過篩面，保證清選質量和效率。

3.3 縱截面氣流場分布規(guī)律

同樣，用Origin軟件繪制出振動篩上方與下方橫向距離分別為160、330、500、670、840 mm的縱截面內各測點的氣流速度變化圖，如圖8所示。

由圖8可知：振動篩上方各縱向截面內測點的氣流速度在無脫出物的工況下最大，最大氣流速度5.2 m/s位于截面= 670 mm處。隨著喂入量的不斷增大，各個測點的氣流速度有著不同程度的下降，最小氣流速度位于=500 mm截面處，為1.5 m/s。喂入量每增大1 kg/s，振動篩上方測點的氣流速度就下降1.2%～16.4%，其中=500 mm處氣流速度下降1.2%～10.6%，此截面處氣流速度受脫出物喂入量變化影響相對較小。

振動篩下方各縱向截面內測點的氣流速度同樣是隨著喂入量的不斷增大而有著一定程度的減小，最大氣流速度11.0 m/s，位于=670 mm截面處，最小氣流速度位于=500 mm截面處，約為5.5 m/s。喂入量每增大1 kg/s，振動篩下方測點的氣流速度就下降1.4%～9.3%，且各截面測點氣流速度下降幅度較相近。

因此，在實際收獲作業(yè)中，當作物單產(chǎn)提高、作業(yè)速度增加等造成喂入量增大時，還需要適當減小上、下分風板的傾角，增強篩面中后段氣流速度[28]，增強中后段氣流吹脫和分層能力，解決由于喂入量增加造成中后段氣流衰減較大導致含雜率顯著增加的問題。

圖8 振動篩縱向截面內測點氣流速度圖

4 結 論

1）研制了多風道清選試驗臺，包括可變喂入量給料裝置、多風道清選裝置、傳動裝置、機架和控制柜等，通過控制料箱出料口的開度和電磁給料器的頻率滿足脫出物喂入量（1～4 kg/s）的變化要求，可實現(xiàn)多種參數(shù)的無級調節(jié)和數(shù)據(jù)的自動保存和顯示，為多種工況下清選室內氣流場的研究提供參考。采用的VS110型熱線式風速儀測量精度高（±0.1 m/s）、使用方便。

2）在離心式風機轉速1 350 r/min、分風板Ⅰ傾角24°、分風板Ⅱ傾角20°、魚鱗篩開度22 mm工作參數(shù)下，無脫出物和不同脫出物喂入量工況時，多風道清選裝置內橫向方向上，振動篩上方與下方的氣流場分布均呈現(xiàn)出“M”形特點，即中間氣流速度較小，1/3、2/3處氣流速度較大；縱向方向上，振動篩上方的氣流場分布特點為振動篩前段氣流速度較小，中后部氣流速度較大，篩尾處氣流有所回升，而振動篩下方的氣流場分布規(guī)律為氣流速度隨振動篩縱向距離增加而逐漸衰減變小。

3）振動篩上、下方各測點的氣流速度隨脫出物喂入量的增大而有著不同程度的減小，喂入量每增大1 kg/s，振動篩上方測點的氣流速度下降1.2%～16.4%、下方測點的氣流速度下降1.4%～9.3%，特別是在最大4 kg/s喂入量時，振動篩上方氣流速度衰減較多，比無脫出物時氣流速度下降12.6%～30.7%。因此，在實際收獲作業(yè)中，當作物單產(chǎn)提高、作業(yè)速度增加等造成喂入量增大時，需適當增加風機的轉速、適當減小上、下分風板的傾角，增強氣流吹脫和分層能力，保證清選質量和效率。

[1] 李寶筏. 農業(yè)機械學[M]. 北京：中國農業(yè)出版社，2003.

[2] 李銀海. 微型聯(lián)合收割機氣流式清選裝置的仿真研究[D]. 南京：南京農業(yè)大學，2008. Li Yinhai. On the Simulant Research of the Pneumatic Cleaning Mechanism of Mini-combine Harvester[D]. Nanjing: Nanjing Agricultural University, 2008. (in Chinese with English abstract)

[3] 唐倫，湯楚宙，吳明亮. 油菜脫粒清選試驗臺的研制與應用[C]//紀念中國農業(yè)工程學會成立三十周年暨中國農業(yè)工程學會學術年會(CASE2009)論文集，2009.

[4] Kenney K L. Virtual engineering approach to developing selective harvest technologies[J]. Office of Scientific & Technical Information Technical Reports, 2005.

[5] Mekonnen G G, Josse D B, Martine B. Effect of a cross－flow opening on the performance of a centrifugal fan in a combine harvester: Computational and experimental study[J]. Biosystems Engineering, 2010, 105(2): 247－256．

[6] Adewumi B, Ogunlowo A, Ademosun O. Preliminary investigation on the distribution and spread pattern of cowpea in a cross flow grain separator[J/OL]. Agricultural Engineering International Cigr Ejournal, 2006, FP06020.

[7] Yuko U, Masami M, Eiji I, et al. Turbulent flow characteristics of the cleaning wind in combine harvester [J]. Engineering in Agriculture, Environment and Food, 2012, 5(3): 102－106.

[8] Craessaerts G, Wouter S, Bart M, et al. A genetic input selection methodology for identification of the cleaning process on a combine harvester, Part I: Selection of relevant input variables for identification of the sieve losses[J]. Biosystems Engineering, 2007, 98(2): 166－175.

[9] 顏楊陽. 克拉斯LEXION-770型聯(lián)合收割機[J]. 農業(yè)機械. 2007(20)：55.

[10] 車艷. 約翰迪爾S660型聯(lián)合收割機[J]. 現(xiàn)代化農業(yè). 2014(10)：40.

[11] 任述光，謝方平，王修善，等. 4LZ-0.8型水稻聯(lián)合收割機清選裝置氣固兩相分離作業(yè)機理[J]. 農業(yè)工程學報，2015，31(12)：16－22. Ren Shuguang, Xie Fangping, Wang Xiushan, et al. Gas-solid two-phase separation operation mechanism for 4LZ-0.8 rice combine harvester cleaning device [J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2015, 31(12): 16－22. (in English with Chinese abstract)

[12] 宋來輝，劉俊，李煜，等. 一種縱軸流收割機及其清選裝置：CN104855056A[P]. 2015-08-26.

[13] 戴飛，張鋒偉，高愛民，等. 4GX-100型小區(qū)小麥種子聯(lián)合收獲機關鍵作業(yè)參數(shù)優(yōu)化(英文)[J]. 農業(yè)工程學報，2012，28(增刊2)：53－58. Dai Fei, Zhang Fengwei, Gao Aimin, et al. Optimization of key operating parameters in 4GX-100 type cropland plot wheat seed combine harvester[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2012, 28(Supp.2): 53－58. (in English with Chinese abstract)

[14] 江濤，吳崇友，伍德林. 基于Fluent的聯(lián)合收割機風篩選流場仿真分析[J]. 中國農機化學報，2015，36(3)：26－29. Jiang Tao, Wu Chongyou, Wu Delin. Simulation analysis of wind screen flow field for combine harvester based on Fluent[J]. Journal of Chinese Agricultural Mechanization, 2015, 36(3): 26－29.

[15] 蔣恩臣，王立軍，劉坤，等. 聯(lián)合收獲機慣性分離室內氣固兩相流數(shù)值模擬[J]. 江蘇大學學報：自然科學版，2006，27(3)：193－196. Jiang Enchen, Wang Lijun, Liu Kun, et al. Numerical simulation of gas particle flow in inertia separation chamber of stripper combine harvester[J]. Journal of Jiangsu University: Natural Science Edition, 2006, 27(3): 193－196. (in Chinese with English abstract)

[16] 李洪昌，李耀明，徐立章，等.風篩式清選裝置氣流場的數(shù)值模擬與分析[J].江蘇大學學報：自然科學版，2010，31(4)：378－382.Li Hongchang, Li Yaoming, Xu Lizhang, et al. Numerical simulation and analysis on flow field of air-and-screen cleaning mechanism[J]. Journal of Jiangsu University: Natural Science Edition, 2010, 31(4): 378－382. (in English with Chinese abstract)

[17] 李方. 切縱流聯(lián)合收割機清選性能試驗及參數(shù)與結構優(yōu)化[D]. 鎮(zhèn)江：江蘇大學，2014. Li Fang. Cleaning Device Structure Optimization and Experimental Research in Tangential Longitudinal Axial Combine Harvester[D]. Zhenjiang: Jiangsu University, 2014. (in Chinese with English abstract)

[18] 彭精武，申德超，李秉仁，等. 雙風道清選裝置在谷物聯(lián)合收獲機上應用[J]. 農業(yè)機械學報，1995，26(4)：151－155. Peng Jingwu, Shen Dechao, Li Bingren, et al. Application of double air-duct cleaning device for grain combine harvester[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 1995, 26(4): 151－155. (in Chinese with English abstract)

[19] 徐立章，于麗娟，李耀明，等. 雙出風口多風道離心風機內部流場數(shù)值模擬[J].農業(yè)機械學報，2014，45(10)： 78－86.Xu Lizhang, Yu Lijuan, Li Yaoming, et al. Numerical simulation of internal flow field on a centrifugal fan with double-outlets and multiple air-duct[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2014, 45(10): 78－86. (in Chinese with English abstract)

[20] 杜小強，肖夢華，胡小欽，等. 貫流式谷物清選裝置氣固兩相流數(shù)值模擬與試驗[J]. 農業(yè)工程學報，2014，30(3)：27－34. Du Xiaoqiang, Xiao Menghua, Hu Xiaoqin, et al. Numerical simulation and experiment of fas-solid two-phase flow in cross-flow grain cleaning device[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014, 30(3): 27－34. (in Chinese with English abstract)

[21] 張建宗，趙子龍，姚立民，等. 一種可延長出風口氣流速度衰減距離的離心風機：200920223363[P]. 2012-11-01. Zhang Jianzong, Zhao Zilong, Yao Limin, et al. An air winds extended distance attenuation centrifugal fan, 200920- 223363[P]. 2012-11-01.

[22] 申德超. 雙風道清選裝置試驗研究[J]. 農業(yè)機械學報，1991，22(4)：38－45. Shen Dechao. Experimental study in cleaning device with double-duct[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 1991, 22(4): 38－45. (in Chinese with English abstract)

[23] 徐立章，李耀明，馬朝興，等. 4LYB1-2.0型油菜聯(lián)合收獲機主要部件的設計[J]. 農業(yè)機械學報，2008，39(8)： 54－57. Xu Lizhang, Li Yaoming, Ma Chaoxing, et al. Design of main working parts of 4LYB1-2.0 rape combine harvester[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2008, 39(8): 54－57. (in Chinese with English abstract)

[24] 唐忠，李耀明，李洪昌，等. 聯(lián)合收獲機風篩式清選裝置清選室內渦流試驗[J]. 農業(yè)機械學報，2010，41(12)： 62－66.Tang Zhong, Li Yaoming, Li Hongchang, et al. Analysis on the eddy current of the air-and-screen cleaning device [J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2010, 41(12): 62－66. (in Chinese with English abstract)

[25] 于麗娟. 雙出風口多風道清選裝置的設計及試驗研究[D]. 鎮(zhèn)江：江蘇大學，2015. Yu Lijuan. Design and Experimental Study in Cleaning Device with Double Outlet and Multi-duct[D]. Zhenjiang: Jiangsu University, 2015. (in Chinese with English abstract)

[26] 夏利利. 風篩式清選裝置中氣流場的數(shù)值模擬及試驗研[D]. 鎮(zhèn)江：江蘇大學，2008. Xia Lili. Numerical Simulation and the Experimental Study of Air Flow Field of Air-and-screen Cleaning[D]. Zhenjiang: Jiangsu University, 2008. (in Chinese with English abstract)

[27] 石磊，李顯旺，張彬，等. 梳脫式稻麥聯(lián)合收割機的研究及試驗分析[C]//第十二屆全國聯(lián)合收獲機技術發(fā)展及市場動態(tài)研討會，2005.

[28] 馬培培. 單縱軸流聯(lián)合收獲機清選裝置結構優(yōu)化與試驗[D]. 鎮(zhèn)江：江蘇大學，2016. Ma Peipei. Experimental Study and Structure Optimizatio-n on Cleaning Device of Single Axial-airflow Combine[D]. Zhenjiang: Jiangsu University, 2016. (in Chinese with English abstract)

[29] 李敏毅，甘妙昌，馬思龍. 熱線風速儀測量原理簡介[C]// 壓力計量服務和測試技術研討會論文集，2003. Li Minyi, Gan Miaochang, Ma Silong. A Brief Introduction to the Principle of the Hot Wire Gauge[C]//Symposium on Pressure Measurement Services and Testing Technology, 2003. (in Chinese with English abstract)

[30] 徐立章，李耀明，唐忠，等. 切縱流脫粒分離清選裝置：CN102860182A[P]. 2013-01-09.

Effect of extractions feed-quantity on airflow field in multi-ducts cleaning device

Li Yang, Xu Lizhang※, Zhou Ying, Si Zengyong, Li Yaoming

(,,212013,)

To study the effect of threshed mixture feed quantity of combine harvester threshing device on the cleaning device’s airflow field, a multiple-duct cleaning test-bed was developed. This test-bed included variable feeding device, multiple-duct cleaning device, transmission device, frame and control cabinet. The test-bed could adjust threshed mixture’s feed quantity, fan rotation speed, vibration sieve opening, wind-board dip angle and other parameters. Also, through controlling discharge outlet opening and electromagnetic feeder frequency, the feed quantity could change (1-4 kg/s). Moreover, the test-bed could automatically save the data and display the data on the computer screen. The test-bed was used for further study on the internal airflow field under various working conditions. In this study, 25 airflow velocity measuring points were arranged above and below the vibration sieve in the cleaning room. The feed quantity of non-material and 1-4 kg/s was tested by VS110 type hot-wire anemometers under rated conditions in which the fan speed was 1350 r/min, the vibration sieve opening was 22 mm, the dip angle of Wind-board I was 24°, and the dip angle of Wind-board Ⅱ was 20°. The traditional hot-wire anemometer was easy to be damaged by material impact, but the anemometer in this study could avoid the problem, and furthermore, its measuring accuracy was higher. In single test, 10 hot-wire anemometers were used to measure the airflow velocity and save the data. Test experiment showed that the airflow velocity of each measuring point decreased with the increasing of feed quantity of threshed mixture; in the non-material case, the airflow speed arrived maximum. With every 1 kg/s feed quantity that was increased, the airflow velocity decreased by 1.2%-16.4% at the top of the vibration sieve. The airflow velocity decreased by 1.4%-9.3% at measuring point under the vibration sieve. Especially in 4 kg/s feed quantity that was the maximum quantity, the airflow velocity above the tail of the vibration sieve was more attenuated, which decreased by 12.6%-30.7% compared with non-material. Under the same feed quantity, the airflow velocity at the transverse 1/3 and 2/3 position of the vibration sieve was larger than that at the 1/2 position, which was caused by the multiple-duct centrifugal fan structure. The airflow velocity of the front above the vibration sieve at longitudinal direction was smaller and the airflow velocity in the middle and posterior was larger and the airflow velocity picked up in the end of vibration sieve; for the front position above the vibration sieve was only affected by the upper air-duct, while the middle part was influenced by the lower air-duct of multiple-duct centrifugal fan, and the sieve surface tail was close to the exit of the machine and the cut area suddenly changed small to cause the airflow velocity rising. The research provides the basis for the design of multiple cleaning devices and the adjustment of parameters in the field experiment. In the actual harvest operation, when the crop feeding quantity increases, appropriately increasing the fan speed or reducing wind-board dip angle is necessary in order to enhance the air stripping and stratification ability, and it also can guarantee the cleaning quality and efficiency.

airflow field; experiments; combines; cleaning device; feed-quantity

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.12.007

S225.4

A

1002-6819(2017)-12-0048-08

2016-11-09

2017-04-06

國家自然科學基金資助項目（51475217）；霍英東教育基金會青年教師基金資助項目（141051）

李 洋，男，河南信陽人，主要從事聯(lián)合收獲機清選裝置試驗與研究。鎮(zhèn)江 江蘇大學農業(yè)裝備工程學院，212013。Email：28908823@qq.com

徐立章，男，江蘇鎮(zhèn)江人，研究員，博士生導師，主要從事收獲機械基礎理論與關鍵技術研究。鎮(zhèn)江 江蘇大學農業(yè)裝備工程學院，212013。Email：justxlz@ujs.edu.cn

李 洋，徐立章，周 鎣，司增永，李耀明. 脫出物喂入量對多風道清選裝置內部氣流場的影響[J]. 農業(yè)工程學報，2017，33(12)：48－55. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.12.007 http://www.tcsae.org

Li Yang, Xu Lizhang, Zhou Ying, Si Zengyong, Li Yaoming. Effect of extractions feed-quantity on airflow field in multi-ducts cleaning device[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(12): 48－55. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.12.007 http://www.tcsae.org