油菜聯(lián)合收獲脫粒損失試驗(yàn)研究

湯 慶，吳崇友，王 剛，伍德林，金 梅，江 濤

(1.農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，南京 210014；2.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)，合肥 230036)

0 引言

我國是油菜生產(chǎn)大國，常年種植面積在700萬hm2左右[1]，種植區(qū)域分布廣泛，各地自然條件差別大,種植制度多樣，多種作物輪作，收獲時(shí)高溫高濕等特殊條件給機(jī)械化收獲帶來復(fù)雜性和艱巨性?，F(xiàn)有的油菜聯(lián)合收獲機(jī)大多是以全喂入式稻麥聯(lián)合收割機(jī)為基礎(chǔ)改裝而成，收獲損失率偏高，嚴(yán)重影響油菜機(jī)械化收獲的推廣。

脫粒損失在整機(jī)收獲損失中占很大比重，而且脫粒裝置是油菜聯(lián)合收割機(jī)的核心部件，不僅在很大程度上決定了機(jī)器的脫粒質(zhì)量和生產(chǎn)率，而且對分離清選等也有很大的影響。目前，全喂入油菜聯(lián)合收獲機(jī)多采用軸流滾筒式脫粒裝置，對作物的脫粒時(shí)間比較長更有利于脫粒，但脫粒損失往往由于脫粒裝置各項(xiàng)參數(shù)沒有良好的配合使得脫粒損失偏高。國內(nèi)外針對脫粒裝置進(jìn)行了大量的研究[2-12]，取得了很多研究成果。

本文在研發(fā)的移動(dòng)式脫粒清選試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行了田間試驗(yàn)，以喂入量、脫粒間隙、滾筒轉(zhuǎn)速和脫粒元件形式4個(gè)因子為影響因素，以脫粒損失率為評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行正交試驗(yàn)。以確定油菜聯(lián)合收獲機(jī)脫粒分離裝置的最佳工作參數(shù)。

1 脫粒原理與試驗(yàn)裝置

1.1 脫粒原理

脫粒裝置是油菜聯(lián)合收割機(jī)的核心部分，由高速旋轉(zhuǎn)的滾筒和固定的凹板組成。本試驗(yàn)用的移動(dòng)式脫粒清選試驗(yàn)臺(tái)采用的脫粒滾筒為切向喂入橫軸流雙滾筒結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 切向喂入橫軸流雙滾筒結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 The Structure of transverse axial flow threshing cylinder for tangential feeding

兩個(gè)滾筒橫向前后布置，物料從前滾筒一端切向喂入軸向流動(dòng)，到另一端物料進(jìn)入后滾筒后在軸向朝另一端流動(dòng)；在此過程中，物料與布置在底部的凹板和滾筒上的脫粒元件擊打、揉搓相互作用，使籽?；旌现s物從凹板漏到清選系統(tǒng)進(jìn)行清選，而雜余秸稈從端部切向排出通過粉碎拋灑裝置進(jìn)行還田。

這種脫粒裝置優(yōu)點(diǎn)是采用軸流滾筒形式脫粒行程長，物料打擊作用時(shí)間長，脫粒徹底；而通過橫軸流布置可以節(jié)省空間，使整機(jī)配置合理，收獲靈活性更好，可有效提高作業(yè)效率和減少損失率。

1.2 試驗(yàn)裝置

移動(dòng)式脫粒清選試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。該試驗(yàn)臺(tái)本體包括機(jī)架、前端割臺(tái)、位于機(jī)架下方的行走底盤，以及設(shè)置在機(jī)架上方的脫粒滾筒、撥草輪、碎草裝置、清選機(jī)構(gòu)、控制柜、監(jiān)測系統(tǒng)和無線通信設(shè)備。該試驗(yàn)臺(tái)通過履帶式油菜收割機(jī)改造而來，可實(shí)現(xiàn)田間移動(dòng)試驗(yàn)，還可作為實(shí)驗(yàn)室的固定試驗(yàn)臺(tái)；在關(guān)鍵轉(zhuǎn)動(dòng)部件上加裝有轉(zhuǎn)速扭矩傳感器，清選室設(shè)有風(fēng)速傳感器可實(shí)現(xiàn)三維風(fēng)場測量；為便于田間的數(shù)據(jù)監(jiān)測顯示采用無線傳輸方式，實(shí)時(shí)監(jiān)測的數(shù)據(jù)可以無線傳輸?shù)接?jì)算機(jī)終端進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示、記錄，同時(shí)可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

1.割臺(tái) 2.行走底盤 3.前脫粒滾筒 4.風(fēng)機(jī) 5.振動(dòng)篩 6.風(fēng)速傳感器 7.后脫粒滾筒 8.撥草輪 9.無線發(fā)射器 10.信號線 11.控制柜 12.碎草裝置 13.無線接收器 14.三角架 15.信號線 16.計(jì)算機(jī)終端

2 試驗(yàn)條件與方法

2.1 試驗(yàn)條件

試驗(yàn)在弶港油菜試驗(yàn)田進(jìn)行，油菜成熟一致性較好，成熟期為蠟熟期，經(jīng)檢測其油菜籽粒含水率25.45%，產(chǎn)量186kg/667m2。選取喂入量、脫粒間隙、滾筒轉(zhuǎn)速和脫粒元件形式4個(gè)因子為試驗(yàn)因素，因素水平表如表1所示。試驗(yàn)通過調(diào)整前進(jìn)速度來調(diào)整喂入量，通過調(diào)整脫粒分離裝置的參數(shù)、更換不同的脫粒分離部件可以模擬各種工況，檢驗(yàn)其脫粒分離性能。

表1 因素水平表Table 1 The factors and levels graph

2.2 試驗(yàn)方法

采用正交試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)指標(biāo)為脫粒損失率。試驗(yàn)參照《農(nóng)業(yè)機(jī)械試驗(yàn)條件 測定方法的一般規(guī)定》(GB/T5262-2008)和《收獲機(jī)械 聯(lián)合收割機(jī) 試驗(yàn)方法》(GB/T8097-2008)的要求進(jìn)行。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 試驗(yàn)結(jié)果

四因素三水平正交試驗(yàn)安排與結(jié)果如表2所示。由表2可知：脫粒滾筒脫粒損失的平均值為0.29%；但無論哪種組合形式，滾筒脫粒裝置的損失率都在0.51%之下，完全符合國家標(biāo)準(zhǔn)。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果表Table 2 Orthogonal experiment table

3.2 極差分析

采用Design-Expert數(shù)據(jù)處理軟件對脫粒滾筒的脫粒損失進(jìn)行極差分析，結(jié)果如表3所示。從表3中可以得到：在該試驗(yàn)范圍內(nèi)，脫粒間隙和喂入量對油菜脫粒滾筒的脫粒損失有顯著影響。影響脫粒損失的因素主次順序?yàn)椋好摿ｉg隙>喂入量>脫粒元件型式>滾筒轉(zhuǎn)速(B> A> D> C)。由K值可知：最優(yōu)組合為B3A3D2C3。即最優(yōu)參數(shù)組合形式如下：脫粒間隙9mm，喂入量3.2kg/s，脫粒元件型式為半釘齒半紋桿，滾筒轉(zhuǎn)速1 010r/min。

表3 極差計(jì)算表Table 3 Range calculation table

3.3 方差分析

對脫粒滾筒的脫粒損失進(jìn)行方差分析，結(jié)果如表4所示。通過顯著性檢驗(yàn)可知：因素B(脫粒間隙)高度顯著，因素A(喂入量)顯著，因素C(滾筒轉(zhuǎn)速)、D(脫粒元件型式)一般顯著，因素主次因素為B> A> D> C。

表4 方差分析表Table 4 Variance analysis table

續(xù)表

4 結(jié)論

1)脫粒滾筒脫粒損失的平均值為0.29%；但無論哪種組合形式，滾筒脫粒裝置的損失率都在0.51%之下，完全符合國家標(biāo)準(zhǔn)。

2)在該試驗(yàn)范圍內(nèi)，脫粒間隙和喂入量對油菜脫粒滾筒的脫粒損失有顯著影響。影響脫粒損失的因素主次順序?yàn)椋好摿ｉg隙>喂入量>脫粒元件型式 > 滾筒轉(zhuǎn)速。

3)最優(yōu)組合為：喂入量3.2 kg/s，脫粒間隙9mm，滾筒轉(zhuǎn)速1 010r/min，脫粒元件為半釘齒半紋桿。