水稻收獲機械抖動板加熱脫附試驗研究

程 超 付 君 唐心龍 陳 志 任露泉

(1.吉林大學(xué)工程仿生教育部重點實驗室， 長春 130022； 2.吉林大學(xué)生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院， 長春 130022；3.吉林大學(xué)農(nóng)業(yè)實驗基地， 長春 130062； 4.中國機械工業(yè)集團有限公司， 北京 100080)

0 引言

抖動板是水稻等谷物收獲機械的重要作業(yè)部件，其主要作用是通過往復(fù)振動將來自脫粒裝置的脫出物喂入清選篩。然而，水稻收獲時含水率較高，其脫出物中的細小濕黏物料與抖動板接觸時，極易產(chǎn)生粘附和堵塞現(xiàn)象，造成抖動板拋送效率下降、作業(yè)功耗增大、清選喂入量不均勻等問題，嚴重影響水稻收獲質(zhì)量和收獲機械作業(yè)可靠性。因此，提高水稻收獲機械物料抖動板表面的抗粘附特性、減少粘附物很有必要。

在農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域，學(xué)者們針對農(nóng)業(yè)機械觸土部件減粘脫附問題進行了大量研究，研究主要包括土壤粘附特性[1-4]、機械式土壤脫附[5-6]、觸土部件表面改形及改性[7-9]等方面，此外，仿生學(xué)的發(fā)展為農(nóng)業(yè)機械觸土部件減粘脫附提供了新思路，陳秉聰院士、任露泉院士等通過對土壤動物研究發(fā)現(xiàn)，土壤動物的器官構(gòu)型和非光滑體表形貌具有減粘降阻和脫附效應(yīng)[10-12]，這種仿生減粘脫附技術(shù)在鏵式犁犁壁[13-15]、播種機開溝器[16-17]等農(nóng)機零部件上得到廣泛的應(yīng)用。然而，目前國內(nèi)外學(xué)者對收獲機械零部件與農(nóng)業(yè)物料的減粘脫附研究較少。其中，李耀明等[18]將仿生非光滑表面應(yīng)用到油菜收獲機的振動篩上，試驗證明仿生非光滑篩面減粘脫附效果顯著，穩(wěn)定性、適用性較強，但非光滑篩面加工工藝復(fù)雜、生產(chǎn)成本高。傅美貞等[19]通過對振動篩表面噴涂聚四氟乙烯，使其表面不沾水、不沾污，但涂層耐磨性能和耐久性差，未得到推廣應(yīng)用。

加熱是調(diào)控粘附界面力學(xué)屬性的重要方法，能夠減弱界面法向或切向粘附性能[20]，表面分布著粘性液體的濕黏水稻物料，與金屬抖動板構(gòu)成了物料-金屬接觸界面，對該界面加熱可減小水膜的表面張力，降低接觸粘附力。本文構(gòu)建水稻濕黏物料表面與金屬板表面的加熱脫附界面理論模型，分別進行加載加熱脫附試驗、振動加熱脫附試驗和熱氣流加熱脫附試驗，揭示金屬抖動板的脫附規(guī)律及機理，為提高水稻收獲機械的綜合作業(yè)性能提供理論依據(jù)。

1 試驗材料

水稻物料在脫粒裝置中受到反復(fù)擊打、揉搓，會產(chǎn)生大量的細小碎屑，碎屑表面殘留傷流液，極易粘附在收獲機械的金屬抖動板上，形成粘附物。為提高加熱脫附顯著性，試驗以粘附性強的細小濕黏水稻物料為試驗對象，水稻取自吉林省東遼縣安恕鎮(zhèn)，品種為科裕47，濕黏物料制備方法參考文獻[18]，根據(jù)篩面粘附物成分及尺寸分布情況，利用粉碎機處理新鮮水稻秸稈和稻葉，配制各種尺寸梯度的細小濕黏物料混合物，如圖1所示，其含水率為76.54%[21]，濕黏物料尺寸范圍比例如圖2所示，物料中尺寸不超過1 mm的成分約占50%，物料中尺寸超過5 mm的成分約占10%，最大尺寸不超過10 mm，為保證試驗結(jié)果的準確性，每組試驗需要重新配制濕黏物料，且保存時間不宜過長。

圖1 濕黏水稻物料實物圖Fig.1 Picture of wet and sticky rice materials

圖2 濕黏水稻物料尺寸范圍比例Fig.2 Size range ratio of wet and sticky rice materials

圖3 金屬抖動板加熱方案Fig.3 Heating scheme of metal plate1.塑料板 2.硅橡膠加熱片 3.金屬抖動板 4.溫度控制器

水稻收獲機械中抖動板的材質(zhì)多為鍍鋅板和不銹鋼板，為了減少物料粘附，目前部分抖動板表面設(shè)計有條紋，但這種表面改形的脫附方式只能有助于大尺寸物料流動，對于細小的濕黏物料會形成阻礙，導(dǎo)致粘附加劇，根據(jù)本文試驗?zāi)康?，同時排除其他脫附因素的干擾，本文試驗選用平面鍍鋅板和不銹鋼板兩種基材作為加熱脫附試驗部件。兩種金屬抖動板厚度均為1 mm，試驗前對金屬抖動板表面油漬、毛刺加以處理，確保金屬抖動板表面光潔。為了能夠精確、穩(wěn)定地控制金屬抖動板溫度，試驗選用硅橡膠加熱片對其進行加熱保溫，如圖3所示。

硅橡膠加熱片嵌套在金屬抖動板和塑料板之間，金屬抖動板和塑料板固定在一起，試驗時通過溫度控制器調(diào)節(jié)硅橡膠加熱片的溫度，溫度控制精度為1℃，硅橡膠加熱片尺寸為300 mm×200 mm×2 mm，故金屬抖動板的有效加熱面積為0.06 m2，塑料板厚度為2 mm，加熱過程中起到絕熱、減少熱量損失的作用。

2 加熱脫附界面理論

在水稻機械化收獲過程中，金屬部件對水稻物料的擊打、揉搓是不可避免的。利用體視顯微鏡觀察受損的傷濕黏水稻物料的表面形貌發(fā)現(xiàn)，其表面附著大量水膜，如圖4所示，水膜的毛細作用是造成界面粘附的重要原因。

圖4 濕黏水稻物料表面附著水膜Fig.4 Water film attached to surface of wet sticky rice material

根據(jù)界面科學(xué)理論[22]，構(gòu)建濕黏水稻物料表面與金屬抖動板表面的粘附界面幾何模型。當濕黏水稻物料與金屬抖動板接觸時，如圖5a所示，水膜介于二者之間形成毛細橋梁，此時，毛細力遠大于范德華力，粘附力主要表現(xiàn)為毛細橋梁的毛細力。當金屬抖動板被加熱時，金屬抖動板表面和濕黏物料表面產(chǎn)生溫度差，根據(jù)熱量平衡原理，水膜不斷吸收金屬抖動板表面的熱量，并隨著熱量的不斷積累而產(chǎn)生汽化現(xiàn)象；因毛細橋梁處于粘附界面的最外部，最先揮發(fā)；因金屬抖動板表面的溫度高于水稻濕黏物料表面的溫度，故與金屬抖動板表面接觸的水膜揮發(fā)速度較快，濕黏界面被破壞的過程如圖5b所示。當水膜汽化消失后，濕黏的水稻物料與金屬抖動板的粘附界面模型被完全破壞，如圖5c所示，毛細力徹底消失，金屬抖動板實現(xiàn)脫附。

圖5 濕黏水稻物料與金屬抖動板的粘附界面Fig.5 Adhesion interface between wet sticky rice material and metal jitter plate1.水稻物料 2.毛細橋梁 3. 金屬抖動板 4.水稻物料表面殘留水膜 5.金屬抖動板表面

圖6 粘附秸稈滑落試驗方案Fig.6 Adhesive straw slip test scheme1.水稻秸稈 2.毛細橋梁 3.金屬抖動板

因此，溫度是影響金屬抖動板抗粘特性的重要因素；在安全工況溫度條件下，金屬抖動板的溫度越高，其表面的水膜吸熱速率越快，汽化越高效，抗粘特性越優(yōu)良；本節(jié)構(gòu)建的加熱脫附界面理論，為揭示水稻收獲機械抖動板加熱脫附規(guī)律奠定了理論依據(jù)。

為驗證上述加熱脫附界面理論，如圖6所示，依據(jù)清選裝置常用的振動方向角度，將金屬抖動板傾斜45°放置并對其加熱，測試熱脫附條件下水稻秸稈在金屬抖動板上的滑落運動過程。

為保證對比試驗的合理性及有效性，設(shè)計試驗方案如下：首先進行對照組試驗，金屬抖動板不加熱，如圖7a所示，利用滴定管在金屬抖動板上滴0.05 mL蒸餾水，如圖7b所示，將長10 mm、直徑4 mm的水稻秸稈置于水滴上，水稻秸稈由于水膜的作用，粘附在傾斜的抖動板上；然后進行驗證組試驗，金屬抖動板加熱到35℃，水膜及秸稈的處理方式與上組試驗相同，水稻秸稈粘附在加熱的金屬抖動板上。利用攝像機記錄兩組粘附秸稈的運動狀態(tài)。

圖7 對照組中粘附秸稈滑動情況Fig.7 Adhesive straw slippage in control group

根據(jù)攝像機記錄結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對照組中粘附在金屬抖動板上的秸稈在5 min內(nèi)保持不動，未發(fā)生滑動，表明水稻秸稈處于穩(wěn)定的粘附模型中。而驗證組中粘附在加熱金屬抖動板上的秸稈的運動過程如圖8所示，在10 s時，發(fā)生初次滑動，在15 s時，秸稈滑動距離超過10 mm，在17 s時，秸稈滑動距離超過20 mm，隨著加熱時間的延長，秸稈不斷向下滑動，在金屬抖動板表面秸稈滑落的路徑上無水膜痕跡，當秸稈從金屬抖動板完全滑落時，觀察秸稈表面形貌發(fā)現(xiàn)，水膜完全消失。

圖8 驗證組中粘附秸稈滑動情況Fig.8 Adhesive straw slippage in validation group

在圖6所示的粘附秸稈滑落試驗方案中，秸稈的受力平衡是由粘附力和重力共同作用形成的，重力沿金屬抖動板向下的分力是造成秸稈滑落的誘因。對比試驗結(jié)果表明，加熱破壞了粘附模型中的水膜，使得毛細力消失，粘附力大幅減小，打破了秸稈的平衡狀態(tài)，從而造成秸稈向下滑落。

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 加載加熱脫附試驗

參考油菜混合物與仿生篩面基體間粘附特性研究方法[18]，本文設(shè)計的加載加熱脫附試驗系統(tǒng)如圖9所示，金屬抖動板整體固定到微機控制電子萬能試驗機上，濕黏水稻物料均勻鋪放在金屬抖動板正下方，利用電子萬能試驗機帶動金屬抖動板對濕黏水稻物料進行定量加載，試驗以常溫下金屬抖動板加載脫附試驗作為對照，試驗變量為金屬抖動板的表面溫度。

圖9 加載加熱脫附試驗系統(tǒng)Fig.9 Loading and heating anti-adhesion test system

試驗前測得室內(nèi)溫度為26.3℃，在不加熱情況下，利用紅外線測溫儀測得鍍鋅抖動板和不銹鋼抖動板表面溫度分別為25.0℃和25.1℃，因此對照組試驗溫度選定為25℃，各加熱溫度分別為30、35、40、45、50℃，利用硅橡膠加熱片對金屬抖動板加熱時，要保證其加熱均勻、穩(wěn)定，利用紅外線測溫儀確認無誤后，啟動電子萬能試驗機，設(shè)定電子萬能試驗機加載速度為1 mm/min，載荷達到預(yù)設(shè)值5 N時進入恒壓加載模式，30 s后將金屬抖動板取下，收集粘附物，并統(tǒng)計其質(zhì)量，每組試驗重復(fù)5次，取平均值。不同溫度下，鍍鋅抖動板和不銹鋼抖動板上粘附物質(zhì)量變化情況如圖10所示，粘附物分布情況分別如圖11、12所示。

圖10 不同溫度下2種金屬抖動板上粘附物質(zhì)量分布Fig.10 Mass distribution of adhesion on two metal jitter plates at different temperatures

圖11 不同溫度下鍍鋅抖動板上粘附物分布Fig.11 Adhesion distribution on galvanized jitter plate at different temperatures

圖12 不同溫度下不銹鋼抖動板上粘附物分布Fig.12 Adhesion distribution on stainless steel jitter plate at different temperatures

由圖10分析可知，隨著溫度升高，鍍鋅板和不銹鋼板兩種金屬抖動板上粘附物質(zhì)量變化規(guī)律較為相似，均呈現(xiàn)逐漸減少的趨勢。由圖11和圖12可以看出，隨著溫度升高兩種金屬抖動板上粘附物明顯減少，在不加熱的情況下，即溫度為25℃時，金屬抖動板上粘附物分布面積最大。隨著加熱溫度提高，粘附物分布面積逐漸減小，特別是溫度超過40℃時，脫附現(xiàn)象尤為明顯，粘附面積大幅減少。根據(jù)以上分析表明，通過加熱可以改善金屬抖動板和濕黏水稻物料粘附界面脫附條件，有效抑制界面粘附，減少濕黏水稻物料粘附質(zhì)量和分布面積，加熱脫附適用于不同材質(zhì)的金屬抖動板，溫度是影響濕黏水稻物料和金屬抖動板界面加熱脫附特性的重要因素。

為量化溫度對濕黏水稻物料和金屬抖動板粘附界面脫附的影響程度，以對照試驗組(25℃)粘附物質(zhì)量為基數(shù)，定義脫附率為

(1)

式中ηT——溫度為T時金屬抖動板的脫附率，%

m——對照試驗組金屬抖動板上粘附物質(zhì)量，g

mT——溫度為T時金屬抖動板上粘附物質(zhì)量，g

根據(jù)圖10的試驗結(jié)果，結(jié)合式(1)求得不同加熱溫度下兩種金屬抖動板脫附率，如圖13所示，利用Origin軟件對脫附率變化規(guī)律進行擬合，得到兩種金屬抖動板脫附率曲線模型

ηT1=-0.054 8T2+6.556 1T-128.95

(R2=0.995 5)

(2)

ηT2=-0.037 4T2+5.141 1T-103.61

(R2=0.993 7)

(3)

式中ηT1——溫度為T時鍍鋅板的脫附率，%

ηT2——溫度為T時不銹鋼板的脫附率，%

T——溫度，℃

圖13 不同溫度下兩種金屬板脫附率變化曲線Fig.13 Anti-adhesion rate changing curves of two test parts at different temperatures

由圖13分析可知，隨著溫度升高，兩種金屬抖動板的脫附率變化規(guī)律較為相似，金屬抖動板溫度越高，其抗粘特性越強，脫附率越高，溫度為50℃時，鍍鋅板與不銹鋼板的脫附率分別為61.81%和61.33%，但根據(jù)曲線模型可知，隨著溫度升高，脫附率增長速率逐漸減小。

3.2 振動加熱脫附試驗

根據(jù)上述試驗結(jié)果可知，在接近靜態(tài)的條件下金屬抖動板通過加熱可以提高其減粘脫附特性，然而，在水稻收獲機械作業(yè)時，抖動板的粘附問題多是在振動條件下造成的，當抖動板上濕黏水稻物料受到的粘附力大于慣性力時，濕黏物料與抖動板的表面會形成穩(wěn)定的界面粘附系統(tǒng)，加熱可以破壞界面粘附系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此，進一步探究在振動條件下金屬抖動板加熱減粘脫附特性及其規(guī)律。

振動加熱脫附試驗裝置如圖14所示，試驗在直線振動試驗臺上進行，將塑料板、硅橡膠加熱片和金屬抖動板由下至上依次固定到振動架上，溫度控制器固定在機架上，電機通過曲柄連桿機構(gòu)帶動振動架及金屬抖動板往復(fù)振動，金屬抖動板的振動頻率通過控制電機轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)，振動幅度通過更換曲柄調(diào)節(jié)。

比較不同振動強度下金屬抖動板加熱脫附特性，試驗選定較低、中等和較高3種振動強度作業(yè)工況，分別為振頻2 Hz、振幅10 mm，振頻4 Hz、振幅20 mm，振頻6 Hz、振幅40 mm，對照試驗溫度選定為25℃，各加熱溫度分別為30、35、40、45、50℃，每組試驗前調(diào)整振動參數(shù)，利用硅橡膠加熱片調(diào)節(jié)金屬抖動板溫度，經(jīng)充分預(yù)熱后，利用紅外線測溫儀取多點進行測溫確認，稱取100 g濕黏水稻物料，均勻鋪放在金屬抖動板上，然后啟動電機，30 s后關(guān)閉電機，將金屬抖動板取下，收集金屬抖動板上的粘附物，統(tǒng)計粘附物質(zhì)量，3種作業(yè)工況下每組試驗重復(fù)5次，取平均值，并根據(jù)式(1)計算脫附率，每次試驗結(jié)束后清理金屬抖動板表面雜物和水漬，確保不影響下組試驗。較低、中等和較高3種振動強度作業(yè)工況下，隨著溫度升高，鍍鋅板和不銹鋼板兩種金屬抖動板上粘附物質(zhì)量及脫附率變化情況如圖15～17所示。

圖15 振頻為2 Hz、振幅為10 mm時，隨著溫度升高兩種金屬抖動板上粘附物質(zhì)量及脫附率變化情況Fig.15 Change of adhesion weight and anti-adhesion rate on two metal jitter plates with increase of temperature when vibration frequency was 2 Hz and amplitude was 10 mm

圖16 振頻為4 Hz、振幅為20 mm時，隨著溫度升高兩種金屬抖動板上粘附物質(zhì)量及脫附率變化情況Fig.16 Change of adhesion weight and anti-adhesion rate on two metal jitter plates with increase of temperature when vibration frequency was 4 Hz and amplitude was 20 mm

圖17 振頻為6 Hz、振幅為40 mm時，隨著溫度升高兩種金屬抖動板上粘附物質(zhì)量及脫附率變化情況Fig.17 Change of adhesion weight and anti-adhesion rate on two metal jitter plates with increase of temperature when vibration frequency was 6 Hz and amplitude was 40 mm

由圖15a分析可知，隨著溫度升高，鍍鋅板和不銹鋼板上粘附物質(zhì)量整體呈現(xiàn)減少趨勢，二者差別不明顯，在25～35℃區(qū)間內(nèi)，隨著溫度升高，粘附物質(zhì)量變化不大，減少趨勢緩慢，在35～50℃區(qū)間內(nèi)，隨著溫度升高，粘附物質(zhì)量快速減少。結(jié)合圖15b可知，在25～35℃區(qū)間內(nèi)，隨著溫度升高，金屬抖動板加熱脫附率升高緩慢，溫度為35℃時，脫附率不超過10%，金屬抖動板加熱減粘脫附效果不顯著，在35～50℃區(qū)間內(nèi)，隨著溫度升高，金屬抖動板加熱脫附率提高明顯，溫度為40℃時，脫附率超過25%，溫度為50℃時，脫附率約為50%。

根據(jù)以上分析表明，當振頻為2 Hz、振幅為10 mm時，鍍鋅抖動板和不銹鋼抖動板通過較低溫加熱對濕黏水稻物料的減粘脫附作用不大，只有加熱溫度超過35℃時，隨著溫度升高，金屬板減粘特性增強，脫附效果非常顯著，造成這種現(xiàn)象的原因是，金屬抖動板振動強度較低時，無法為濕黏水稻物料提供足夠大的慣性力使其克服粘附力，但如果加熱溫度較低，即便界面粘附力降低，也不足以幫助濕黏水稻物料脫附。

由圖16a分析可知，隨著溫度升高，鍍鋅板和不銹鋼板兩種金屬板上粘附物質(zhì)量逐漸減少，二者指標變化較為相似，在25～30℃區(qū)間內(nèi)，隨著溫度升高，粘附物質(zhì)量變化較小，在30～50℃區(qū)間內(nèi)，隨著溫度升高，粘附物質(zhì)量快速減少，變化明顯。由圖16b分析可知，隨溫度升高，金屬抖動板脫附率逐漸升高，在25～30℃區(qū)間內(nèi)，金屬抖動板脫附率升高緩慢，溫度為30℃時，脫附率不超過10%，當溫度大于30℃時，脫附率快速升高，溫度為40℃時，脫附率已超過40%，溫度為50℃時，脫附率超過60%。

根據(jù)以上分析表明，在中等振動強度下，鍍鋅板和不銹鋼板兩種材質(zhì)抖動板溫度低于30℃時，加熱減粘脫附作用不顯著，溫度超過30℃時，金屬抖動板溫度越高，減粘脫附特性越強，脫附效果顯著，與較低振動強度下脫附效果相比，中等振動強度下，試驗部件脫附速率更快，相同溫度下脫附率更高。

由圖17a分析可知，在較高振動強度工況下，隨著溫度升高，鍍鋅板和不銹鋼板上粘附物質(zhì)量整體呈現(xiàn)減少趨勢，二者沒有明顯區(qū)別，在25～40℃區(qū)間內(nèi)，隨著溫度升高，粘附物質(zhì)量快速降低，在40～50℃區(qū)間內(nèi)，隨著溫度升高，粘附物質(zhì)量變化較小，減速緩慢。由圖17b可知，隨著溫度升高，脫附率整體呈現(xiàn)升高趨勢，在25～40℃區(qū)間內(nèi)，隨著溫度升高，金屬抖動板加熱脫附率快速升高，溫度為30℃時，脫附率超過了20%，溫度為40℃時，脫附率達到了65%，金屬抖動板加熱減粘脫附效果顯著，在40～50℃區(qū)間內(nèi)，隨著溫度升高，金屬抖動板加熱脫附率增長緩慢，溫度為50℃時，脫附率接近70%。

根據(jù)以上分析表明，在較高振動強度條件下，金屬抖動板通過低溫加熱可以實現(xiàn)快速減粘脫附，在25～40℃區(qū)間內(nèi)，脫附率快速增長，加熱溫度超過40℃時，脫附率已經(jīng)接近峰值，脫附率超過65%，金屬抖動板減粘特性保持穩(wěn)定。由于振動強度高，慣性力大，即便加熱溫度不高，在一定程度上也能降低金屬抖動板與濕黏水稻物料的界面粘附力，相比于較低、中等強度振動加熱脫附效果，較高振動強度脫附速度更快，脫附率更高，實際清選作業(yè)過程中，抖動板加熱受到能耗等因素限制，采用較低溫加熱、較高強度振動的方案的可行性更高，因此，抖動板采用40℃加熱，設(shè)定振頻6 Hz、振幅40 mm的作業(yè)參數(shù)，能夠很好地實現(xiàn)減粘脫附。

3.3 驗證試驗

加載和振動加熱脫附試驗結(jié)果充分表明，金屬抖動板通過加熱可以有效抑制濕黏水稻物料粘附在其表面，加熱減粘脫附效果顯著，水稻抖動拋送過程中脫出物易在抖動板上產(chǎn)生粘附，本質(zhì)上就是濕黏物料與金屬部件的粘附問題，因此，加熱為實現(xiàn)水稻收獲機械抖動板減粘脫附提供了新方案。

考慮到利用硅橡膠加熱片對抖動板進行加熱在實際生產(chǎn)中可行性不大，選擇合適的加熱方式非常重要，為保證加熱效果，同時根據(jù)抖動板的位置及結(jié)構(gòu)特點，利用熱氣流對金屬抖動板進行加熱在實際生產(chǎn)中可行性較高，由于水稻聯(lián)合收獲機作業(yè)時，柴油發(fā)動機會產(chǎn)生大量的余熱，發(fā)動機余熱回收利用技術(shù)較為成熟，在糧食干燥等方面應(yīng)用較多，發(fā)動機余熱利用為抖動板加熱提供了技術(shù)保障[23-24]。在前文試驗的基礎(chǔ)上，以熱氣流為熱源，開展驗證試驗，試驗方案如圖18所示，以直線振動試驗臺架為基礎(chǔ)，將小型熱風泵的管道出風口固定在振動架的前端，氣流出口在振動架后端，振動架內(nèi)形成相對密閉的環(huán)境，將熱敏風速儀的探頭固定在振動架內(nèi)，用來測試管道出風口處的風速和溫度。

圖18 熱氣流加熱試驗方案Fig.18 Hot gas flow heating test scheme1.金屬抖動板 2.振動架 3.管道 4.電機 5.熱風泵 6.熱敏風速儀

驗證試驗按照下述方案進行：振動架作業(yè)參數(shù)設(shè)定為振頻4 Hz、振幅20 mm，試驗共包括3組，常溫下抖動金屬板粘附情況作為對照組，另外兩組為抖動金屬板加熱脫附試驗，加熱溫度為30、35℃，加熱時，開啟小型熱風泵，利用熱敏風速儀測定風溫，由于存在熱量散失，設(shè)定風溫比抖動金屬板的預(yù)加熱溫度高一些，經(jīng)過充分預(yù)熱之后，在金屬板上選取多個測量點，利用紅外線測溫儀測定金屬板加熱均勻，確認滿足試驗條件后，稱取100 g濕黏水稻物料，均勻鋪放在抖動金屬板上，開啟電機，振動持續(xù)30 s，結(jié)束后統(tǒng)計試驗指標，每組試驗重復(fù)5次，取平均值，驗證試驗結(jié)果如表1所示。

表1 驗證試驗結(jié)果Tab.1 Verification test results

由表1分析可知，驗證試驗結(jié)果與圖16中結(jié)果基本吻合，隨著溫度升高，抖動金屬板減粘脫附性能逐漸增強，利用熱氣流加熱抖動金屬板同樣可以有效地抑制濕黏水稻物料粘附在其表面，因此，熱氣流加熱是實現(xiàn)水稻收獲機械抖動板與濕黏物料減粘脫附的有效方式。

4 結(jié)論

(1)構(gòu)建了濕黏水稻物料與金屬抖動板表面的粘附界面模型，分析得出水膜的毛細作用是形成粘附界面的重要原因，揭示了金屬抖動板表面加熱對粘附界面的脫附作用機理。

(2)通過加載加熱脫附試驗，得到兩種金屬抖動板脫附率曲線模型，粘附界面加熱可以有效抑制濕黏水稻物料粘附在金屬抖動板表面，金屬抖動板溫度越高，抗粘特性越強，當溫度為50℃時，鍍鋅板和不銹鋼板的脫附率分別為61.81%和61.33%。

(3)金屬抖動板的振動強度影響加熱脫附效果，較高振動強度脫附速度更快，脫附率更高，綜合考慮加熱能耗等因素，采用較低溫加熱、較高強度振動的脫附方案。試驗表明，抖動板采用40℃加熱，設(shè)定振頻6 Hz、振幅40 mm的作業(yè)參數(shù)，脫附率超過65%，滿足實際作業(yè)要求。

(4)利用熱氣流加熱兩種金屬抖動板，同樣可以有效地抑制濕黏水稻物料的粘附，熱氣流加熱是實現(xiàn)水稻收獲機械抖動板與濕黏物料減粘脫附的有效方式。