插盤(pán)食葵原位脫粒收獲原理機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

韓長(zhǎng)杰 宋東良 朱雪峰 朱興亮 袁盼盼 刁宏偉

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院， 烏魯木齊 830052； 2.新疆智能農(nóng)業(yè)裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 烏魯木齊 830052)

0 引言

新疆是食葵主產(chǎn)區(qū)之一，新疆食葵的播種、植保、脫籽等作業(yè)均已實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，但收獲作業(yè)的機(jī)械化程度仍處于較低水平[1-3]。現(xiàn)階段新疆食葵收獲方式為：先將食葵盤(pán)割下插在葵稈上(插盤(pán))晾曬4～7 d，待食葵盤(pán)含水率降到宜收范圍后，人工進(jìn)行取盤(pán)脫粒。食葵盤(pán)經(jīng)晾曬后，葵盤(pán)出現(xiàn)拱起，籽粒干燥緊縮，籽間間隙增大，結(jié)構(gòu)趨于松散，人工取盤(pán)、拋盤(pán)過(guò)程中會(huì)造成一定籽粒損失，且取盤(pán)作業(yè)效率依賴(lài)于人工熟練度及參與作業(yè)人工數(shù)[4]，作業(yè)效率低、成本高。因此，設(shè)計(jì)適用于新疆食葵采收作業(yè)需求的插盤(pán)食葵收獲機(jī)械對(duì)于提高食葵采收效率、促進(jìn)食葵產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。

國(guó)外食葵機(jī)械化程度比較高，如美國(guó)Capello公司開(kāi)發(fā)了撥禾輪采用塑料柔性撥禾板的葵花收獲機(jī)，俄羅斯Rostselmash公司設(shè)計(jì)了利用鏈條撥齒進(jìn)行喂入的葵花收獲機(jī)，F(xiàn)antini公司生產(chǎn)了鏈條帶動(dòng)柔性輸送帶進(jìn)行喂入的葵花收獲機(jī)，Ziegler公司借鑒玉米割臺(tái)原理開(kāi)發(fā)了利用拉莖輥實(shí)現(xiàn)向日葵葵盤(pán)和葵稈分離的葵花收獲機(jī)[5]。國(guó)外及國(guó)內(nèi)部分地區(qū)的成熟食葵植株含水率較小，適宜機(jī)械化聯(lián)合采收[6-7]，而新疆晝夜溫差大、夜間露水多、無(wú)霜期短，難以滿(mǎn)足食葵整株晾曬時(shí)間需求[8-9]，采收期食葵植株含水率較大，此時(shí)直接脫粒破損率高，且收取后需及時(shí)干燥處理，成本較高，不適用機(jī)械化聯(lián)合收獲模式[10]。

針對(duì)新疆插盤(pán)食葵機(jī)械化收獲，新疆豐達(dá)機(jī)械制造有限公司[11]研制了5TK-1400型移動(dòng)式食葵取籽機(jī)，由人工將田間插稈晾曬后的食葵盤(pán)喂入撿拾臺(tái)，撿拾臺(tái)底部推運(yùn)螺旋將食葵盤(pán)送入脫粒裝置內(nèi)進(jìn)行脫粒。該機(jī)生產(chǎn)效率較高、工作性能較穩(wěn)定，但仍需要人工進(jìn)行食葵盤(pán)撿拾操作，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且食葵盤(pán)整體喂入的脫粒方式功率消耗大、清選復(fù)雜，收獲成本高。

在脫粒收獲領(lǐng)域，秦朝學(xué)等[12]設(shè)計(jì)的一種負(fù)壓抽吸式割前脫粒收獲機(jī)，采用風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的負(fù)壓抽吸作用及脫粒滾筒的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)作物穗頭的喂入和脫粒，脫下的籽粒隨氣流吸入集谷倉(cāng)內(nèi)完成收集，該收獲機(jī)無(wú)需先切割穗頭再進(jìn)行脫粒，簡(jiǎn)化了收獲作業(yè)步驟。這種在作物站稈下直接對(duì)作物結(jié)穗部分脫粒收獲的方式，為插盤(pán)食葵的機(jī)械化收獲提供了參考。

為實(shí)現(xiàn)插盤(pán)食葵的機(jī)械化收獲，解決人工取盤(pán)收獲勞動(dòng)強(qiáng)度大、成本高的問(wèn)題，本文在割前脫粒收獲方式基礎(chǔ)上，針對(duì)新疆插盤(pán)食葵收獲現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)一種插盤(pán)食葵原位脫粒收獲原理機(jī)，以期在不取盤(pán)條件下完成葵盤(pán)脫粒、籽粒收集工作，減少人工參與、降低收獲成本，為插盤(pán)食葵機(jī)械化收獲方式提供新的思路。

1 整體結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 整體結(jié)構(gòu)

插盤(pán)食葵原位脫粒收獲原理機(jī)主要由原位脫粒裝置和籽?；厥昭b置組成，如圖1所示。其中原位脫粒裝置主要包括分禾器、撥禾鏈組件、葵盤(pán)托板、擊打輥、脫粒刷；籽?；厥昭b置主要由集料斗、傳動(dòng)帶輪組、輸送風(fēng)管、密封收集箱、離心風(fēng)機(jī)組成。為提高脫凈率，原位脫粒裝置采用擊打-刷脫組合脫粒方式進(jìn)行作業(yè)，設(shè)計(jì)供葵稈和葵盤(pán)通過(guò)的通道，分禾器位于通道最前方，分禾器后布置撥禾鏈和葵盤(pán)托板，在通道頂部安裝擊打輥和脫粒刷，通道底部左右兩側(cè)對(duì)稱(chēng)布置集料斗，通道外側(cè)包有金屬罩殼，籽粒回收裝置與原位脫粒裝置并排布置，牽引架、地輪等部件安裝在機(jī)架上。

圖1 整機(jī)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Whole machine structure diagram1.脫粒刷 2.擊打輥 3.撥禾鏈 4.葵盤(pán)托板 5.分禾器 6.集料斗 7.機(jī)架 8.傳動(dòng)帶輪組 9.離心風(fēng)機(jī) 10.地輪 11.密封收集箱 12.輸送風(fēng)管

整機(jī)主要參數(shù)如表1所示?；谠幻摿Ｌ攸c(diǎn)，插盤(pán)食葵喂入機(jī)具后需要有良好的通過(guò)性，故定義左右葵盤(pán)托板間隙垂直距離為過(guò)稈間隙。

表1 主要參數(shù)Tab.1 Main parameters

1.2 工作原理

插盤(pán)食葵原位脫粒收獲原理機(jī)由拖拉機(jī)輸出軸為擊打輥、脫粒刷和離心風(fēng)機(jī)提供動(dòng)力，地輪驅(qū)動(dòng)撥禾鏈作業(yè)，且保證葵稈喂入速度與機(jī)具作業(yè)速度一致。食葵稈經(jīng)分禾器進(jìn)入原位脫粒裝置，撥禾鏈及葵盤(pán)托板引導(dǎo)葵稈到達(dá)擊打輥處，擊打輥將葵盤(pán)籽粒敲擊松動(dòng)，之后，脫粒刷旋轉(zhuǎn)進(jìn)行脫粒作業(yè)，籽粒脫落后進(jìn)入集料斗，然后由輸送風(fēng)管吸入密封收集箱，完成食葵脫粒收集作業(yè)。脫粒后的葵盤(pán)、葵稈從機(jī)器后方排出留在田間，整機(jī)繼續(xù)作業(yè)。

2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

2.1 擊打-刷脫組合式原位脫粒裝置

原位脫粒裝置主要包括擋籽軟簾、葵盤(pán)托板、撥禾鏈、集料斗、擋籽毛刷、擊打輥、脫粒刷、脫粒刷調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，如圖2所示，該裝置用于完成食葵盤(pán)的喂入、擊打、刷脫、落籽。經(jīng)前期調(diào)研可知人工插盤(pán)距地面高度為700～900 mm、食葵稈直徑為25～56 mm，因此設(shè)置葵盤(pán)托板高度為650 mm、設(shè)置過(guò)稈間隙為70 mm，確?？P(pán)、食葵稈能夠正常喂入。其中，葵盤(pán)托板還可以防止葵盤(pán)從葵稈脫落并確?？P(pán)保持在一定高度。撥禾鏈的作用是引導(dǎo)食葵稈喂入，此外，在擊打輥、脫粒刷作業(yè)環(huán)節(jié)還起到支撐扶正葵盤(pán)作用。擊打輥將葵盤(pán)籽粒擊打松動(dòng)，便于后續(xù)刷脫，提高葵盤(pán)脫凈率，同時(shí)擊打輥還有校正葵盤(pán)插盤(pán)不穩(wěn)、插盤(pán)不正作用。脫粒刷采用柔性材料作業(yè)，對(duì)籽粒損傷小，有助于保證籽粒品質(zhì)。兩側(cè)集料斗在上方縫隙交錯(cuò)排布擋籽毛刷，可以有效減少籽粒落地?fù)p失。飛濺的籽粒由機(jī)架外側(cè)罩殼阻擋并落入下方集料斗中，從而確保籽粒在脫粒后被有效收集。

圖2 葵盤(pán)原位脫粒原理圖Fig.2 Schematic of in-situ threshing of edible sunflower head1.擋籽軟簾 2.葵盤(pán)托板 3.撥禾鏈 4.集料斗 5.葵稈 6.擋籽毛刷 7.葵盤(pán) 8.擊打輥 9.脫粒刷 10.脫粒刷調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)

2.1.1擊打輥設(shè)計(jì)

擊打輥由圓輥體及多個(gè)有序安裝在圓輥體上的擊打元件組成。收獲期葵盤(pán)籽粒排布仍較為密實(shí)，純?nèi)嵝該舸蛟鳂I(yè)難以破壞其密實(shí)結(jié)構(gòu)，脫粒效果較差，而純剛性擊打元件作業(yè)易使籽粒破損。故本文擊打元件采用柔性撥片-剛性撥齒組合方式，利用柔性橡膠片變形吸收部分能量，降低對(duì)籽粒的沖擊作用力，利用剛性撥齒破壞籽間密實(shí)結(jié)構(gòu)，提高脫粒效果。另外，剛性撥齒端部采用圓弧倒角設(shè)計(jì)，可以有效避免撥齒尖銳沖擊籽粒，減少葵籽的破損。

葵盤(pán)擊打輥長(zhǎng)度和直徑是影響生產(chǎn)效率和后續(xù)脫粒效果的重要因素?？P(pán)采用徑向喂入方式，擊打輥長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致功耗增加，過(guò)短會(huì)影響脫粒效果；而擊打輥直徑太小，單排擊打元件擊打行程短，不利于后續(xù)脫粒刷脫粒，擊打輥直徑太大，裝置體積和質(zhì)量增大、整機(jī)尺寸增大，功耗增加。參考脫粒滾筒設(shè)計(jì)要求[13-15]，設(shè)計(jì)擊打輥直徑和長(zhǎng)度為

(1)

式中Dj——葵盤(pán)擊打輥直徑，mm

d——葵盤(pán)平均直徑，mm

Lr——葵盤(pán)擊打輥長(zhǎng)度，mm

dmax——葵盤(pán)最大直徑，mm

由前期調(diào)研可知，葵盤(pán)平均直徑約279.64 mm，葵盤(pán)最大直徑為345.8 mm，代入式(1)計(jì)算得葵盤(pán)擊打輥直徑應(yīng)大于133.51 mm，葵盤(pán)擊打輥長(zhǎng)度應(yīng)大于380.38 mm，結(jié)合機(jī)架尺寸設(shè)計(jì)要求及安裝位置，輥體圓盤(pán)直徑取220 mm，輥體長(zhǎng)度取390 mm。為避免葵盤(pán)擊打破碎嚴(yán)重及增加功耗，取擊打輥齒排數(shù)為6排；為提高葵盤(pán)擊打效果，相鄰齒排擊打元件采用交錯(cuò)排列布置方式，單排擊打元件數(shù)為4組。

作業(yè)時(shí)，剛性撥齒首先與葵盤(pán)接觸，擊打輥繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，柔性撥片彎曲變形，擊打元件受力方向與豎直方向夾角由θF1變?yōu)棣菷2，如圖3所示，葵盤(pán)所受水平方向分力減小，豎直方向分力增大，撥齒更易嵌入籽間，破壞籽間密實(shí)結(jié)構(gòu)，有助于籽粒脫落。當(dāng)撥齒接觸到葵盤(pán)與籽粒交界處后，柔性撥片彎曲程度減小，葵盤(pán)水平方向所受分力增大，豎直方向所受分力減小，葵盤(pán)、籽粒更易斷開(kāi)連接，同樣有利于籽粒脫落。

圖3 柔性擊打元件作業(yè)示意圖Fig.3 Schematic of flexible strike element operation1.擊打輥體 2.柔性撥片 3.剛性撥齒 4.葵盤(pán)

2.1.2脫粒刷設(shè)計(jì)

脫粒刷脫粒由脫粒刷刷絲與籽粒的碰撞實(shí)現(xiàn)，兩者的碰撞是復(fù)雜非線(xiàn)性接觸問(wèn)題。假設(shè)食葵籽粒具有規(guī)則對(duì)稱(chēng)的幾何形狀，葵盤(pán)為水平平面。建立如圖4所示的脫粒刷刷絲與籽粒受力示意圖，分析籽粒被剝離時(shí)的受力情況。

圖4 刷絲脫粒機(jī)理Fig.4 Brush wire threshing mechanism

圖4中水平方向?yàn)閤方向，豎直方向?yàn)閥方向。刷絲與葵盤(pán)籽粒接觸，籽粒受力繞點(diǎn)P翻轉(zhuǎn)一定角度，隨后在刷絲摩擦力作用下籽粒脫出。

籽粒在點(diǎn)P受力為

(2)

式中Fx——籽粒水平方向受力，N

Fy——籽粒豎直方向受力，N

MP——籽粒繞點(diǎn)P力矩，N·m

FN——刷絲對(duì)籽粒壓力，N

fT——刷絲對(duì)籽粒摩擦力，N

θ——接觸點(diǎn)切線(xiàn)方向與豎直方向夾角，(°)

fr1——籽粒與籽粒間水平作用力，N

fr2——籽粒與籽粒間豎直作用力，N

Nh——籽粒所受葵盤(pán)支持力，N

G——籽粒所受重力，N

a——單個(gè)籽粒寬度，mm

b——籽粒長(zhǎng)度，mm

籽粒所受主動(dòng)力在豎直方向上的分力均豎直向下，因此豎直方向分力不能使籽粒脫出，為了使刷絲具有脫粒能力，則葵盤(pán)籽粒需發(fā)生水平移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，即Fx>0或MP>0。

通過(guò)上述可得出，使籽粒脫出的因素主要為籽粒所受水平方向分力以及籽粒所受轉(zhuǎn)動(dòng)力矩。由于fT大小取決于FN，因此，籽粒所受水平方向分力以及籽粒所受轉(zhuǎn)動(dòng)力矩由FN決定，其值與刷絲的彈性、韌性、長(zhǎng)度有關(guān)。刷絲的彈性、韌性由材料決定，結(jié)合成本考慮，選擇刷絲材料為耐磨尼龍絲。刷絲長(zhǎng)度也是影響刷脫效果的重要因素，為保證刷脫效果，前期進(jìn)行了不同長(zhǎng)度的刷脫測(cè)試，根據(jù)測(cè)試結(jié)果，選定刷絲長(zhǎng)度為80 mm。

脫粒刷旋轉(zhuǎn)動(dòng)力由頂部錐齒輪輸入，隨著機(jī)具行進(jìn)脫粒刷作業(yè)，脫粒刷作業(yè)區(qū)域如圖5所示。結(jié)合葵盤(pán)最大直徑及作業(yè)幅寬，刷盤(pán)直徑取350 mm。脫粒刷在工作時(shí)，刷絲邊緣會(huì)產(chǎn)生較大切向力，為保證葵盤(pán)能夠順利喂入，脫粒刷應(yīng)具有一定傾斜角度，設(shè)計(jì)脫粒刷傾斜角為10°。為提高有效作業(yè)面積，設(shè)計(jì)脫粒刷與葵盤(pán)托板充分接觸形成觸板弧區(qū)，觸板弧區(qū)為脫粒刷主要作業(yè)區(qū)域，兩側(cè)邊由于高度較低，同樣具有一定的脫粒效果，屬于有效脫粒區(qū)域。為保證葵盤(pán)喂入側(cè)刷絲最高點(diǎn)與葵盤(pán)托板間隙大于葵盤(pán)平均厚度，設(shè)計(jì)觸板弧區(qū)角度為125°，葵盤(pán)喂入側(cè)刷絲最高點(diǎn)與葵盤(pán)托板間隙為60 mm。為使脫下的籽粒能夠順暢離開(kāi)脫粒區(qū)域，設(shè)計(jì)脫粒刷刷絲層厚度為50 mm。

圖5 脫粒刷作業(yè)平面示意圖Fig.5 Schematic of threshing brush operation

脫粒刷作業(yè)時(shí)刷絲運(yùn)動(dòng)軌跡為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的合成，如圖6所示，可知刷絲軌跡為余擺線(xiàn)[16]，圖中陰影部分為刷絲作業(yè)時(shí)與葵盤(pán)表面的接觸區(qū)域。因此，脫粒刷轉(zhuǎn)速與機(jī)具作業(yè)速度對(duì)脫粒作業(yè)影響較大。

圖6 刷絲作業(yè)軌跡圖Fig.6 Tract diagram of brush wire operation

對(duì)脫粒刷刷絲層外緣點(diǎn)B、內(nèi)緣點(diǎn)A進(jìn)行分析，確定不同轉(zhuǎn)速及機(jī)具作業(yè)速度下刷絲的作業(yè)曲線(xiàn)，經(jīng)過(guò)時(shí)間t后，兩點(diǎn)形成的軌跡方程為[17-19]

(3)

(4)

式中xA、yA——刷束內(nèi)緣點(diǎn)A在x、y軸上位移，mm

xB、yB——刷束外緣點(diǎn)B在x、y軸上位移，mm

n——脫粒刷轉(zhuǎn)速，r/min

v0——機(jī)具作業(yè)速度，m/s

RA——脫粒刷刷束內(nèi)緣半徑，mm

RB——脫粒刷刷束外緣半徑，mm

根據(jù)式(3)、(4)，運(yùn)用Matlab繪制不同作業(yè)參數(shù)下運(yùn)動(dòng)軌跡圖，由脫粒刷直徑350 mm，刷絲層厚度 50 mm，得到RB為175 mm，RA為125 mm。

當(dāng)機(jī)具作業(yè)速度一定，可得到刷絲與葵盤(pán)接觸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡如圖7所示。

圖7 刷絲與葵盤(pán)接觸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡Fig.7 Motion tracks of contact point between brush wire and edible sunflower head

由圖7可以看出，由于脫粒刷轉(zhuǎn)速不同，余擺線(xiàn)形成的接觸面積不等，當(dāng)機(jī)具作業(yè)速度不變時(shí)，脫粒刷轉(zhuǎn)速越快，脫粒刷與葵盤(pán)總體接觸面積越大，脫粒刷的有效工作區(qū)域越大，脫粒效果越好；而當(dāng)脫粒刷轉(zhuǎn)速較小時(shí)，脫粒刷與葵盤(pán)總體接觸面積小，脫粒效果差。因此在保證機(jī)具正常作業(yè)的前提下，應(yīng)適當(dāng)提高脫粒刷轉(zhuǎn)速，以提高脫凈率。

分析籽粒脫出后的運(yùn)動(dòng)情況。選擇脫粒刷下半部分觸板弧區(qū)內(nèi)一點(diǎn)Q進(jìn)行速度分析，如圖8所示，當(dāng)籽粒被脫出后，脫粒刷點(diǎn)Q絕對(duì)速度v決定了該點(diǎn)接觸籽粒速度，而點(diǎn)Q絕對(duì)速度方向與機(jī)具作業(yè)速度方向的夾角α決定了籽粒能否高效運(yùn)動(dòng)至集料斗收集區(qū)域。

由圖8可知，點(diǎn)Q絕對(duì)速度由點(diǎn)Q的脫粒刷旋轉(zhuǎn)的切線(xiàn)速度vr與機(jī)具作業(yè)速度v0共同決定。

圖8 脫粒刷下端工作點(diǎn)速度矢量圖Fig.8 Velocity vector diagrams of lower working point of threshing brush

由圖8a可得點(diǎn)Q運(yùn)動(dòng)關(guān)系為

(5)

式中R——脫粒刷工作半徑，mm

β——接觸點(diǎn)的切線(xiàn)速度方向與機(jī)具作業(yè)方向的夾角，(°)

整理得點(diǎn)Q其v與α關(guān)系為

(6)

(7)

設(shè)i為大于1的任意常數(shù)，當(dāng)脫粒刷轉(zhuǎn)速不變，機(jī)具作業(yè)速度為iv0時(shí)，v1>v，α1<α。分析可知，機(jī)具作業(yè)速度增加時(shí)，籽粒獲得的初速度增加，而其拋出方向與機(jī)具作業(yè)速度方向夾角減小，由于籽粒主要通過(guò)葵盤(pán)托板外側(cè)與機(jī)架罩殼之間間隙(落籽區(qū)域)落入集料斗，而夾角的減小使籽粒到達(dá)落籽區(qū)的位移變大，增大了籽粒留在葵盤(pán)托板上的概率，不利于實(shí)現(xiàn)籽粒的高效收集。

同理，當(dāng)機(jī)具作業(yè)速度不變，脫粒刷轉(zhuǎn)速為in時(shí)，v2>v，α2>α。分析可知，脫粒刷轉(zhuǎn)速越大，籽粒飛出的初速度越大，且籽粒飛出方向與作業(yè)速度方向夾角越大，有利于籽?？焖俚竭_(dá)落籽區(qū)域。

同樣在脫粒刷觸板弧區(qū)上半部分選取點(diǎn)S進(jìn)行速度分析，如圖9所示。

圖9 脫粒刷上端工作點(diǎn)速度矢量圖Fig.9 Velocity vector diagrams of upper working point of threshing brush

當(dāng)脫粒刷轉(zhuǎn)速不變，機(jī)具作業(yè)速度v0增加時(shí)，籽粒獲得的初速度增大，機(jī)具作業(yè)速度v0越快，籽粒偏移方向越不利于葵籽向落籽區(qū)域移動(dòng)。

當(dāng)機(jī)具作業(yè)速度不變，脫粒刷轉(zhuǎn)速n逐漸增加時(shí)，籽粒獲得的初速度先減小后增大，籽粒飛出方向小于點(diǎn)S切線(xiàn)速度方向與收獲機(jī)行進(jìn)方向的夾角β，且β越大，籽粒絕對(duì)速度越快，這一結(jié)果有利于籽粒運(yùn)動(dòng)到落籽區(qū)域。

由上述分析可以看出，在刷絲不同作業(yè)區(qū)域，脫粒刷轉(zhuǎn)速及機(jī)具作業(yè)速度對(duì)籽粒收集影響不一。當(dāng)脫粒刷轉(zhuǎn)速一定時(shí)，機(jī)具作業(yè)速度越快，越不利于籽粒收集；當(dāng)機(jī)具作業(yè)速度一定時(shí)，脫粒刷轉(zhuǎn)速越快，籽粒越容易進(jìn)入落籽區(qū)域，因此從籽粒收集角度考慮，適當(dāng)提高脫粒刷轉(zhuǎn)速，可以獲得更好的收集效果。

2.2 籽粒回收裝置

籽?；厥昭b置主要由集料斗和氣力輸送系統(tǒng)組成，其中集料斗設(shè)置在擊打輥和脫粒刷正下方，受裝置空間尺寸影響，其容積較小，所處位置較低，傳統(tǒng)的物料輸送機(jī)構(gòu)布置較為困難，本文結(jié)合食葵籽粒小，重量輕的特點(diǎn)，采用氣吸形式將葵籽輸送至容積更大的收集箱儲(chǔ)存。氣力輸送系統(tǒng)主要由風(fēng)機(jī)、密封收集箱、輸送風(fēng)管組成，通過(guò)風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的負(fù)壓氣流將集料斗集中的葵籽通過(guò)輸送風(fēng)管吸送至密封收集箱中完成收集作業(yè)。為使葵籽在輸送風(fēng)管內(nèi)不產(chǎn)生堵塞，風(fēng)管管徑至少應(yīng)3倍于葵籽長(zhǎng)徑[20]，由前期物料試驗(yàn)可知，葵籽長(zhǎng)徑最大值為28.7 mm，而輸送風(fēng)管進(jìn)料口又與集料斗尾端連通，綜合考慮確定輸送風(fēng)管內(nèi)徑為90 mm。結(jié)合前期試驗(yàn)測(cè)試及考慮密封收集箱與集料斗空間結(jié)構(gòu)尺寸，在兩集料斗后方分別布置物料輸送線(xiàn)，靠近密封收集箱一側(cè)輸送風(fēng)管長(zhǎng)度為1.4 m，遠(yuǎn)離一側(cè)為1.8 m。籽?；厥昭b置作業(yè)時(shí)葵籽流向如圖10所示。

圖10 籽粒流向示意圖Fig.10 Schematic of edible sunflower seeds flow direction1.密封收集箱 2.輸送風(fēng)管 3.擋籽軟簾 4.集料斗 5.葵盤(pán) 6.擊打輥 7.脫粒刷脫粒裝置 8.離心風(fēng)機(jī)

集料斗中籽粒主要來(lái)自3個(gè)區(qū)域，即擊打輥、脫粒刷脫粒作業(yè)區(qū)域，以及籽粒沿脫粒刷切向脫出后與擋籽軟簾碰撞區(qū)域。

為使籽粒完全被集料斗收集，并考慮擊打棍橫向尺寸及葵盤(pán)托板寬度，設(shè)計(jì)集料斗入口長(zhǎng)度為1 000 mm，寬度為120 mm。為保證集料斗中籽粒能夠滑落至底部順利被輸送風(fēng)管吸入，集料斗前后集籽斜面應(yīng)滿(mǎn)足

(8)

式中Nb——集料斗斜面對(duì)籽粒支持力，N

fN——葵籽所受摩擦力，N

γ——集料斗斜面與水平面夾角，(°)

μ——葵籽與集料斗表面靜摩擦因數(shù)

集料斗材料為Q235鋼，由前期試驗(yàn)測(cè)得μ為0.57，求得集料斗斜面與水平面夾角γ約為30°，因此當(dāng)集料斗的集籽斜面與水平面夾角大于30°時(shí)，籽?？梢皂樌渲良隙返撞俊Ｓ捎诩隙反怪狈较蚩臻g有限，綜合考慮設(shè)計(jì)余量，本文取集籽斜面角度為35°。

2.2.1風(fēng)機(jī)選型

氣力輸送中物料懸浮速度是計(jì)算系統(tǒng)參數(shù)的基礎(chǔ)依據(jù)，葵籽懸浮速度為[21]

(9)

其中

(10)

式中Ks——形狀系數(shù)，類(lèi)菱形體Ks1取1.76，類(lèi)方形板片Ks2取3.23[22]

vx——葵籽懸浮速度，m/s

ds——葵籽當(dāng)量直徑，m

M——葵籽平均質(zhì)量，取2.3×10-4kg

ρs——葵籽密度，取625.71 kg/m3[23]

ρ——空氣密度，取1.29 kg/m3

vf——葵籽自由沉降速度，m/s

D1——輸送風(fēng)管內(nèi)徑，取0.09 m

求得葵籽懸浮速度vx為7.38 m/s。

氣力輸送過(guò)程的主要損失來(lái)源為輸送管道的沿程損失及進(jìn)料口間斷供料產(chǎn)生的局部損失[24]，為保證集料斗中籽粒能夠由吸風(fēng)口吸入籽粒收集箱，風(fēng)機(jī)全壓應(yīng)滿(mǎn)足動(dòng)壓與各處壓力損失之和[25]，根據(jù)流體力學(xué)理論，應(yīng)滿(mǎn)足[26-28]

(11)

式中pf——離心風(fēng)機(jī)全壓，Pa

py——管道沿程損失壓力，Pa

pj——進(jìn)料口產(chǎn)生的局部損失，Pa

pd——風(fēng)機(jī)出風(fēng)口處動(dòng)壓，Pa

Qf——風(fēng)機(jī)提供風(fēng)量，m3/h

Nl——輸送風(fēng)管條數(shù)，取2

λg——沿程摩阻系數(shù)

Le——風(fēng)管當(dāng)量長(zhǎng)度，取4 m

k——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，取5

C——損失系數(shù)，吸口式取20

將葵籽懸浮速度代入式(11)可得所需風(fēng)機(jī)全壓為1 131.01 Pa。

為提高輸送效率，同時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)性，查詢(xún)風(fēng)機(jī)性能曲線(xiàn)和離心風(fēng)機(jī)性能表，選擇機(jī)號(hào)3.6A、功率3 kW的4-72型離心風(fēng)機(jī)，額定轉(zhuǎn)速為2 900 r/min，流量為2 664～5 268 m3/h，全壓為989～1 578 Pa。通過(guò)前期試驗(yàn)，本研究選定風(fēng)機(jī)工作轉(zhuǎn)速為2 500～2 900 r/min，測(cè)得全壓為1 285～1 578 Pa，工作余量充足，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

2.2.2籽粒回收裝置仿真分析

為測(cè)試籽?；厥昭b置的功能性，采用EDEM-Fluent耦合方式對(duì)葵籽在輸送過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行仿真分析，預(yù)測(cè)風(fēng)機(jī)在試驗(yàn)選定參數(shù)范圍下的籽粒輸送能力。

在SolidWorks軟件中建立籽粒三維模型(圖11a)，再將食葵籽粒三維模型導(dǎo)入EDEM軟件中(圖11b)，根據(jù)其模型特征進(jìn)行手動(dòng)顆粒填充，最終得到由33個(gè)不等徑顆粒組成的食葵籽粒離散元模型(圖11c)。參照文獻(xiàn)[29]并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，設(shè)置食葵籽粒離散元模型基本參數(shù)如表2所示。

圖11 食葵籽粒模型Fig.11 Edible sunflower seeds particle modelings

表2 離散元模型基本參數(shù)Tab.2 Basic parameters of discrete element model

在SolidWorks軟件中建立籽?；厥昭b置三維模型，導(dǎo)入ANSYS 19.2軟件中進(jìn)行流體域填充及網(wǎng)格模型構(gòu)建，將劃分的網(wǎng)格模型導(dǎo)入EDEM2018軟件中，設(shè)置仿真參數(shù)，再將劃分的網(wǎng)格模型導(dǎo)入Fluent軟件中進(jìn)行仿真模擬參數(shù)設(shè)置，湍流模型選k-ε模型，求解算法采用Phase Coupled Simple。仿真時(shí)間步長(zhǎng)設(shè)置為0.001 s、步數(shù)設(shè)置為1 000，最大迭代次數(shù)為20次。流體類(lèi)型為空氣，湍流強(qiáng)度設(shè)為5%，湍流粘度比設(shè)為10。然后導(dǎo)入耦合接口文件，連通Fluent-EDEM耦合接口，初始化后啟動(dòng)軟件進(jìn)行耦合模擬，接觸模型參數(shù)如表3所示。

表3 接觸模型參數(shù)Tab.3 Contact model parameters

籽?；厥昭b置可以分兩部分分析，一部分為集料斗，另一部分為氣力輸送系統(tǒng)。首先對(duì)集料斗集籽能力進(jìn)行仿真分析。仿真分析時(shí)顆粒流量設(shè)為0.8 kg/s，顆粒仿真步長(zhǎng)為4×10-6s，仿真時(shí)間大于1.5 s。入口速度設(shè)為0.1 m/s，出口壓力設(shè)為100～500 Pa。當(dāng)出口壓力設(shè)為300 Pa時(shí)，集料斗仿真結(jié)果如圖12所示。

圖12 集料斗籽粒運(yùn)動(dòng)仿真圖Fig.12 Simulation diagram of seeds motion in collecting hopper

由圖12可知，當(dāng)出口壓力為300 Pa時(shí)，籽?？梢皂樌麖募隙愤M(jìn)入氣力輸送系統(tǒng)。設(shè)置不同出口壓力進(jìn)行仿真，可以得到當(dāng)出口壓力大于等于250 Pa，此壓力遠(yuǎn)小于風(fēng)機(jī)工作轉(zhuǎn)速為2 500～2 900 r/min的集料斗出口壓力，集籽斜面上食葵籽?？梢皂樌淙爰隙返撞浚^大多數(shù)籽?？梢哉＿M(jìn)入氣力輸送系統(tǒng)，個(gè)別籽粒會(huì)在氣力輸送入口處發(fā)生碰撞，但之后也會(huì)進(jìn)入輸送風(fēng)管，不影響整機(jī)運(yùn)行，集料斗設(shè)計(jì)合理。

對(duì)氣力輸送系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，可明晰不同參數(shù)下食葵籽粒在氣力輸送空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)情況。顆粒流量、顆粒仿真步長(zhǎng)同上設(shè)置，仿真時(shí)間大于5 s，離心風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)為2 500～2 900 r/min。當(dāng)離心風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)為2 700 r/min時(shí)，氣力輸送系統(tǒng)仿真結(jié)果圖如圖13所示。

圖13 氣力輸送系統(tǒng)籽粒運(yùn)動(dòng)仿真圖 Fig13 Simulation diagram of seeds motion of pneumatic conveying system

由圖13可知，當(dāng)離心風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2 700 r/min時(shí)，籽粒可以順利進(jìn)入密封收集箱。設(shè)置不同離心風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行仿真，可以得到當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速不小于2 600 r/min時(shí)，籽粒在輸送風(fēng)管中不存在回落情況，可順利進(jìn)入密封收集箱中，在密封收集箱內(nèi)籽粒能夠順利沉降，滿(mǎn)足籽粒輸送轉(zhuǎn)移的功能。

3 試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)設(shè)備及材料

試驗(yàn)過(guò)程中主要使用的設(shè)備有插盤(pán)食葵原位脫粒收獲原理機(jī)、土壤-機(jī)器-植物系統(tǒng)技術(shù)平臺(tái)(TCC-3.0型)、接觸式轉(zhuǎn)速儀(DT-2235B型，量程：2.5～9 999 r/min)、精密電子天平(OHAUSCP3102型，量程：0～3 100 g，精度0.01 g)、鋼卷尺(量程3 m)、皮尺(量程50 m)、保鮮袋、標(biāo)簽紙等。

試驗(yàn)材料為采自新疆維吾爾自治區(qū)烏魯木齊縣公盛村四隊(duì)的食葵品種SH363，食葵種植時(shí)間為2021年5月11日，插盤(pán)時(shí)間為2021年9月23日，采樣時(shí)間為2021年9月27日，即晾曬時(shí)間為4 d，采樣葵籽平均含水率為19.87%，試驗(yàn)所用葵盤(pán)直徑180～330 mm，單個(gè)葵盤(pán)質(zhì)量400～1 100 g，共采集300個(gè)葵盤(pán)。試驗(yàn)地點(diǎn)位于新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)新疆智能農(nóng)業(yè)裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，試驗(yàn)時(shí)將原理機(jī)掛接在土壤-機(jī)器-植物系統(tǒng)技術(shù)平臺(tái)的懸掛點(diǎn)，對(duì)各功能進(jìn)行調(diào)試。原理機(jī)收獲試驗(yàn)如圖14所示。通過(guò)土壤-機(jī)器-植物系統(tǒng)技術(shù)平臺(tái)監(jiān)測(cè)并控制機(jī)具作業(yè)速度和脫粒刷轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)裝置中三相異步電機(jī)轉(zhuǎn)速控制擊打輥轉(zhuǎn)速。脫粒刷、擊打輥的實(shí)際轉(zhuǎn)速由接觸式轉(zhuǎn)速儀測(cè)量得到，試驗(yàn)轉(zhuǎn)速取脫粒刷、擊打輥轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后3次測(cè)量平均值。

圖14 原理機(jī)收獲試驗(yàn)Fig.14 Harvest test of principle machine

3.2 試驗(yàn)方案與指標(biāo)

本次試驗(yàn)參照文獻(xiàn)[30]，試驗(yàn)區(qū)域由穩(wěn)定區(qū)、測(cè)定區(qū)、停車(chē)區(qū)組成，穩(wěn)定區(qū)3 m、測(cè)定區(qū)5 m、停車(chē)區(qū)2 m。每次試驗(yàn)前稱(chēng)取脫粒前葵盤(pán)質(zhì)量，試驗(yàn)結(jié)束后人工摘除葵盤(pán)未脫下的籽粒，分別稱(chēng)取未脫下的籽粒及去除籽粒后的葵盤(pán)質(zhì)量，另外稱(chēng)取密封收集箱籽?？傎|(zhì)量，并挑出破損籽粒稱(chēng)取質(zhì)量(破損籽粒包含劃傷較為嚴(yán)重籽粒)，每組試驗(yàn)進(jìn)行3次，試驗(yàn)結(jié)果取平均值。

試驗(yàn)指標(biāo)計(jì)算方法為

(12)

(13)

(14)

式中Zw——未脫凈率，%

Sw——籽粒破損率，%

Lw——損失率，%

ma——未脫下籽粒質(zhì)量，g

mb——去除籽粒后葵盤(pán)質(zhì)量，g

m——脫粒前葵盤(pán)質(zhì)量，g

mc——破損籽粒質(zhì)量，g

md——密封收集箱中籽粒質(zhì)量，g

首先進(jìn)行了原理機(jī)預(yù)試驗(yàn)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)插盤(pán)食葵原位脫粒收獲原理機(jī)的籽粒損失率主要受機(jī)具自身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)影響，機(jī)具運(yùn)動(dòng)參數(shù)對(duì)其影響較小，因本研究喂入裝置加裝交錯(cuò)排布的毛刷，且脫粒裝置外側(cè)罩殼設(shè)計(jì)較為合理，故所設(shè)計(jì)機(jī)具籽粒損失率低，預(yù)試驗(yàn)測(cè)得損失率為2.3%～3.4%，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[31]，故后續(xù)試驗(yàn)的試驗(yàn)指標(biāo)不考慮損失率。

3.3 單因素試驗(yàn)

圖15 試驗(yàn)因素對(duì)未脫凈率和籽粒破損率的影響Fig.15 Influence of experiment factors on un-threshing and damage rate

脫粒收獲過(guò)程中，機(jī)具作業(yè)速度主要影響擊打輥和脫粒刷的有效作業(yè)時(shí)間，通過(guò)機(jī)具作業(yè)速度的單因素試驗(yàn)得到機(jī)具作業(yè)速度對(duì)食葵盤(pán)未脫凈率和籽粒破損率的影響趨勢(shì)，試驗(yàn)時(shí)取脫粒刷轉(zhuǎn)速為130 r/min，擊打輥轉(zhuǎn)速為60 r/min，試驗(yàn)結(jié)果如圖15a所示。當(dāng)機(jī)具作業(yè)速度較慢時(shí)，葵盤(pán)通過(guò)擊打輥和脫粒刷的時(shí)間較長(zhǎng)，籽粒破損主要來(lái)源于擊打輥的擊打作用，此時(shí)有效脫粒時(shí)間較長(zhǎng)，未脫凈率較低；機(jī)具作業(yè)速度增加時(shí)，有效脫粒時(shí)間減少，未脫凈率上升，籽粒破損率逐步下降，而機(jī)具作業(yè)速度超過(guò)0.4 m/s后，有效脫粒時(shí)間大大縮短，未脫凈率迅速上升，同時(shí)由于擊打輥擊打葵盤(pán)次數(shù)變化幅度減小，籽粒破損率下降趨勢(shì)減小，因此確定機(jī)具作業(yè)速度范圍為0.2～0.4 m/s，在此作業(yè)范圍內(nèi)，脫粒性能較好。

脫粒刷轉(zhuǎn)速對(duì)未脫凈率影響較大，對(duì)籽粒劃傷也有一定影響，以脫粒刷轉(zhuǎn)速為因素進(jìn)行單因素試驗(yàn)，得到脫粒刷轉(zhuǎn)速對(duì)食葵盤(pán)未脫凈率及籽粒破損率的影響趨勢(shì)，試驗(yàn)時(shí)取機(jī)具作業(yè)速度為0.3 m/s，擊打輥轉(zhuǎn)速為60 r/min，試驗(yàn)結(jié)果如圖15b所示。隨著脫粒刷轉(zhuǎn)速增加，未脫凈率先下降后上升，而籽粒破損率平緩上升。脫粒刷速度較小時(shí)，刷絲對(duì)葵盤(pán)作用力較小，單位時(shí)間內(nèi)刷絲刷過(guò)的距離短，脫粒效果較差。脫粒刷轉(zhuǎn)速增大時(shí)，脫粒效果提升，而轉(zhuǎn)速過(guò)大時(shí)，刷絲邊緣切向力會(huì)阻礙葵盤(pán)進(jìn)入，葵盤(pán)通過(guò)性變差，導(dǎo)致脫粒時(shí)間減少，未脫凈率上升。綜合考慮，選取脫粒刷作業(yè)轉(zhuǎn)速為100～160 r/min。

擊打輥轉(zhuǎn)速也是影響脫粒性能的關(guān)鍵因素，通過(guò)對(duì)不同擊打輥轉(zhuǎn)速進(jìn)行單因素試驗(yàn)，可得擊打輥轉(zhuǎn)速對(duì)未脫凈率及籽粒破損率的影響趨勢(shì)，試驗(yàn)時(shí)機(jī)具作業(yè)速度取0.3 m/s，脫粒刷轉(zhuǎn)速取130 r/min，試驗(yàn)結(jié)果如圖15c所示。隨著擊打輥轉(zhuǎn)速的提高，籽粒破損率呈上升趨勢(shì)，未脫凈率呈下降趨勢(shì)。當(dāng)擊打輥轉(zhuǎn)速增加時(shí)，擊打元件單位時(shí)間內(nèi)擊打葵盤(pán)次數(shù)提高，葵盤(pán)籽粒面出現(xiàn)的籽粒缺口面積增大，葵盤(pán)未脫凈率降低，但當(dāng)轉(zhuǎn)速較大時(shí)，擊打元件對(duì)葵盤(pán)籽粒面沖擊變大，籽粒破損率上升較為明顯，轉(zhuǎn)速大于80 r/min后，葵盤(pán)與擊打輥差速大，易導(dǎo)致葵盤(pán)掉落，影響脫粒效果。因此，取擊打輥轉(zhuǎn)速為40～80 r/min。

3.4 正交試驗(yàn)

3.4.1正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用正交試驗(yàn)方法，進(jìn)行食葵原位脫粒收獲試驗(yàn)，研究機(jī)具作業(yè)速度、脫粒刷轉(zhuǎn)速及擊打輥轉(zhuǎn)速對(duì)機(jī)具作業(yè)性能的影響。試驗(yàn)采用三因素三水平正交試驗(yàn)方案，依據(jù)前文單因素試驗(yàn)結(jié)果，選取試驗(yàn)因素和水平如表4所示。

表4 試驗(yàn)因素水平Tab.4 Test factors and levels

3.4.2試驗(yàn)結(jié)果分析

正交試驗(yàn)參照L9(34)正交試驗(yàn)表設(shè)計(jì)，對(duì)脫粒收獲原理機(jī)進(jìn)行9組正交試驗(yàn)，每組試驗(yàn)重復(fù)3次，取3次平均值作為最終試驗(yàn)結(jié)果，試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5 試驗(yàn)方案與結(jié)果Tab.5 Test plan and results

由表5可以看出，在設(shè)定條件下，葵盤(pán)未脫凈率為6.89%～23.61%，籽粒破損率為0.29%～2.19%。為了進(jìn)一步確定各因素對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)影響的顯著性，利用SPSS 22.0軟件在顯著性水平0.05條件下，對(duì)各因素進(jìn)行方差分析，確定顯著性影響，如表6所示。

由表6可知，在95%置信度下，機(jī)具作業(yè)速度對(duì)未脫凈率影響極顯著，脫粒刷轉(zhuǎn)速、擊打輥轉(zhuǎn)速對(duì)未脫凈率影響顯著；擊打輥轉(zhuǎn)速對(duì)籽粒破損率影響極顯著，機(jī)具作業(yè)速度、脫粒刷轉(zhuǎn)速對(duì)籽粒破損率影響顯著。各因素對(duì)未脫凈率影響由大到小為A、C、B，脫粒較優(yōu)組合為A1B2C3；對(duì)籽粒破損率影響由大到小為C、A、B，脫粒較優(yōu)組合為A3B1C1。

表6 方差分析Tab.6 Variance analysis

3.4.3綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)正交試驗(yàn)指標(biāo)分析結(jié)果可知，未脫凈率和籽粒破損率兩個(gè)指標(biāo)下得出了兩種不同較優(yōu)組合，因此采用加權(quán)綜合評(píng)價(jià)法對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)[32]，可求得未脫凈隸屬度為W1=X/(Xmax-Xmin)，破損隸屬度為W2=Y/(Ymax-Ymin)。

根據(jù)食葵收獲要求，需保證脫凈率的同時(shí)盡量降低籽粒破損率，參考前人研究[33]，取未脫凈率與籽粒破損率權(quán)重比P1∶P2為3∶2，則綜合評(píng)分S=0.6W1+0.4W2，S越小表明原理機(jī)綜合性能越好，計(jì)算結(jié)果如表7所示。

表7 綜合評(píng)價(jià)結(jié)果Tab.7 Comprehensive evaluation result

由表7可看出，影響兩指標(biāo)的因素主次為A、B、C，根據(jù)K確定較優(yōu)組合為A2B2C3，即作業(yè)速度0.3 m/s、脫粒刷轉(zhuǎn)速130 r/min、擊打輥轉(zhuǎn)速80 r/min。

3.5 試驗(yàn)驗(yàn)證

根據(jù)原位脫粒收獲原理機(jī)最優(yōu)參數(shù)組合，在新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)新疆智能農(nóng)業(yè)裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了原位脫粒收獲原理機(jī)驗(yàn)證試驗(yàn)，以作業(yè)速度0.3 m/s、脫粒刷轉(zhuǎn)速130 r/min、擊打輥轉(zhuǎn)速80 r/min為試驗(yàn)參數(shù)，進(jìn)行3次重復(fù)試驗(yàn)，取3次結(jié)果平均值為驗(yàn)證值，試驗(yàn)結(jié)果如表8所示。

表8 試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果Tab.8 Test verification result %

由表8可知，當(dāng)機(jī)具作業(yè)速度為0.3 m/s、脫粒刷轉(zhuǎn)速為130 r/min、擊打輥轉(zhuǎn)速為80 r/min時(shí)，未脫凈率平均值為7.11%，籽粒破損率平均值為1.13%。

原理機(jī)未脫凈率較高，通過(guò)分析脫粒作業(yè)過(guò)程及葵盤(pán)上未脫籽粒分布區(qū)域，可知：葵盤(pán)經(jīng)晾曬后存在一定程度的變形，中心區(qū)域向上拱起，邊緣部分向下彎曲，體現(xiàn)到脫粒作業(yè)過(guò)程中，表現(xiàn)為葵盤(pán)邊緣部分與刷絲接觸不充分，沖擊力度略有不足，導(dǎo)致此區(qū)域籽粒脫凈率不夠理想；另外，為避免葵盤(pán)翻落，人工插盤(pán)時(shí)大多會(huì)讓葵稈完全穿過(guò)葵盤(pán)，使葵稈頂端高過(guò)籽粒面一定距離，這導(dǎo)致葵盤(pán)在喂入后，高出盤(pán)面的葵稈會(huì)阻擋刷絲接觸其后方小塊區(qū)域的盤(pán)面，導(dǎo)致此區(qū)域籽粒脫凈率較低。

針對(duì)以上問(wèn)題，提出后續(xù)優(yōu)化方案如下：在脫粒刷作業(yè)區(qū)域可在葵盤(pán)周向設(shè)置撥動(dòng)機(jī)構(gòu)，使葵盤(pán)在脫粒作業(yè)時(shí)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，保證刷絲與籽粒面的充分接觸；設(shè)置多級(jí)脫粒結(jié)構(gòu)，如將脫粒刷、滾刷、對(duì)輥刷等不同形式的脫粒裝置相結(jié)合，對(duì)葵盤(pán)進(jìn)行不同方向、不同形式的脫粒，提高脫凈率。

4 結(jié)論

(1)針對(duì)新疆食葵分段收獲模式，設(shè)計(jì)了一種由原位脫粒裝置及籽?；厥昭b置組成的插盤(pán)食葵原位脫粒收獲原理機(jī)，該原理機(jī)可以實(shí)現(xiàn)插盤(pán)食葵在不取盤(pán)條件下葵盤(pán)脫粒及籽粒收集作業(yè)，可為插盤(pán)食葵機(jī)械化收獲方式提供新的思路

(2)進(jìn)行了機(jī)具作業(yè)速度、脫粒刷轉(zhuǎn)速，擊打輥轉(zhuǎn)速對(duì)脫粒性能影響的單因素試驗(yàn)，得到脫粒性能較好時(shí)各因素的合理取值范圍：機(jī)具作業(yè)速度為0.2～0.4 m/s、脫粒刷轉(zhuǎn)速為100～160 r/min、擊打輥轉(zhuǎn)速為40～80 r/min。機(jī)具作業(yè)速度和擊打輥轉(zhuǎn)速對(duì)食葵盤(pán)未脫凈率和籽粒破損率影響趨勢(shì)相反。

(3)通過(guò)三因素三水平正交試驗(yàn)確定影響食葵盤(pán)未脫凈率和籽粒破損率的主次因素由大到小分別為機(jī)具作業(yè)速度、脫粒刷轉(zhuǎn)速、擊打輥轉(zhuǎn)速；確定了原理機(jī)最優(yōu)工作參數(shù)，當(dāng)機(jī)具作業(yè)速度為0.3 m/s、脫粒刷轉(zhuǎn)速為130 r/min、擊打輥轉(zhuǎn)速為80 r/min時(shí)，脫粒性能最優(yōu)，在此條件下進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，得到食葵盤(pán)未脫凈率為7.11%，籽粒破損率為1.13%。