全喂入胡麻脫粒清選機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

瞿江飛，趙武云，*，趙一鳴，戴 飛，史瑞杰，李亞軍，付秋鋒，李彥偉

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070； 2.酒泉奧凱種子機(jī)械股份有限公司，甘肅 酒泉 730010)

胡麻，俗稱亞麻，是我國(guó)五大油料作物之一，也是最早使用的天然纖維之一。我國(guó)胡麻產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平居于世界前列。甘肅省的生態(tài)條件非常適合胡麻的生長(zhǎng)。目前，甘肅的胡麻種植面積和總產(chǎn)量均居全國(guó)第一。但在當(dāng)?shù)睾楫a(chǎn)業(yè)的發(fā)展中，也存在著種植技術(shù)單一且落后、生產(chǎn)過程機(jī)械化程度低、病蟲害防控缺乏關(guān)鍵技術(shù)支持等問題。因此，急需研發(fā)一些先進(jìn)的機(jī)械設(shè)備和關(guān)鍵技術(shù)用于胡麻生產(chǎn)，在增加產(chǎn)量的同時(shí)，提高品質(zhì)。

當(dāng)前，我國(guó)胡麻收獲主要以分段式收獲為主。由于專門針對(duì)胡麻研制的脫粒清選機(jī)尚處于試驗(yàn)階段，大部分地區(qū)的胡麻收獲只得依托其他谷物收獲機(jī)械進(jìn)行，損失率較大，含雜率較高，且破碎率高。為此，特結(jié)合胡麻作物的特性，應(yīng)用模態(tài)與仿真對(duì)脫粒清選機(jī)的關(guān)鍵部件進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)一種容易操作、可防止纏繞、高效率、低成本的胡麻脫粒清選機(jī)，以期解決胡麻脫粒清選的難題，為胡麻的機(jī)械化生產(chǎn)提供借鑒與參考。

1 胡麻生物特性測(cè)定

1.1 試驗(yàn)材料

選擇甘肅省榆中縣某合作社生產(chǎn)田中種植的隴亞13號(hào)胡麻為試驗(yàn)對(duì)象，隨機(jī)在無(wú)蟲害、無(wú)明顯問題的胡麻中挑選12株，測(cè)量所選胡麻的莖稈整株長(zhǎng)度，計(jì)算莖稈整株平均長(zhǎng)度，人工去除葉片和分枝后，再次測(cè)量所選胡麻的莖稈(人工去葉、枝)長(zhǎng)度，計(jì)算莖稈(人工去葉、枝)平均長(zhǎng)度。從挑選的12株胡麻中隨機(jī)取2株作為一組，共分為6組，從每組胡麻莖稈的上、中、下部各取50 mm作為胡麻莖稈生物力學(xué)特性研究的試驗(yàn)樣品。隨機(jī)選擇成熟、完整的隴亞13號(hào)胡麻蒴果12個(gè)，作為胡麻蒴果生物力學(xué)特性研究的試驗(yàn)樣品。采用YGS-505型迎工觸摸屏快速水分儀(廈門市弗布斯檢測(cè)設(shè)備有限公司)測(cè)定胡麻莖稈含水率。

將測(cè)定的胡麻參數(shù)整理于表1。

1.2 莖稈的生物力學(xué)特性測(cè)定

在甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院力學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行胡麻莖稈的生物力學(xué)試驗(yàn)。試驗(yàn)設(shè)備為微機(jī)控制的電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)(以下簡(jiǎn)稱萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī))，精度是±0.01 N，加載速度是0.01～300 mm·min，最大載荷是5 kN。

通過萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)對(duì)胡麻莖稈上、中、下部樣品分別進(jìn)行拉伸、彎曲、剪切試驗(yàn)。調(diào)節(jié)夾具將樣品夾至最緊，設(shè)定試驗(yàn)機(jī)的工作速度為15 mm·min，測(cè)定胡麻莖稈上、中、下部樣品的拉伸彈性模量、抗拉強(qiáng)度、最大拉伸力、彎曲彈性模量、抗彎強(qiáng)度、最大彎曲力、剪切強(qiáng)度、剪切最大載荷等參數(shù)值(表2)。

在胡麻莖稈的上、中、下3個(gè)部位中，中部的拉伸彈性模量、抗拉強(qiáng)度和最大拉伸力最大，上部的彎曲彈性模量、抗彎強(qiáng)度、最大彎曲力、剪切強(qiáng)度、剪切最大載荷最小。

1.3 蒴果的生物力學(xué)特性測(cè)定

將所選的12個(gè)胡麻蒴果隨機(jī)分為4組，分別進(jìn)行橫向壓縮、剪切和縱向壓縮、剪切試驗(yàn)。試驗(yàn)設(shè)備選擇TA. XT plus質(zhì)構(gòu)儀(英國(guó)Stable Micro System公司)，其測(cè)試力度精度為0.01 N，距離范圍精度為0.001 mm，速度范圍為0.01～40.00 mm·s，數(shù)據(jù)取點(diǎn)率每秒0.1～2 000點(diǎn)。

表1 測(cè)定的胡麻參數(shù)

表2 胡麻莖稈各部位的生物力學(xué)特性

將試驗(yàn)材料按照測(cè)試的方向放置在質(zhì)構(gòu)儀相應(yīng)的測(cè)試位置上，設(shè)置試驗(yàn)速度為5 mm·s，測(cè)定胡麻蒴果的生物力學(xué)特性參數(shù)。經(jīng)測(cè)定，胡麻蒴果橫向受到的壓縮力均值為22.69 N、剪切力均值為73.54 N，縱向受到的壓縮力均值為38.13 N、剪切力均值為39.41 N。

1.4 脫粒物料漂浮速度測(cè)定

對(duì)脫粒物料漂浮速度的測(cè)定，有助于最佳作業(yè)參數(shù)的尋求。對(duì)胡麻脫粒物料——莖稈、蒴果、籽粒、輕質(zhì)雜物，以20 g為一組，每種物料都分成3組，確定好測(cè)點(diǎn)位置，于自制的谷物漂浮試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行漂浮試驗(yàn)。

將胡麻脫粒物料放在接料板上，依次于開始出現(xiàn)漂浮狀態(tài)、2/3的物料呈漂浮狀態(tài)、全部物料呈漂浮狀態(tài)時(shí)，測(cè)點(diǎn)風(fēng)速、流量、壓力，及對(duì)應(yīng)物料的漂浮高度。由式(1)計(jì)算胡麻莖稈、蒴果、籽粒、輕質(zhì)雜物的漂浮速度。

(1)

的漂浮高度(mm)；，觀察管傾角(4°)。

經(jīng)測(cè)算，胡麻籽粒、蒴果、莖稈、輕質(zhì)雜物的漂浮速度分別為6.5、8.5、5.0、2.5 m·s。

2 全喂入胡麻脫粒清選機(jī)的設(shè)計(jì)

2.1 樣機(jī)結(jié)構(gòu)與組成

本研究設(shè)計(jì)的全喂入胡麻脫粒清選機(jī)主要由脫粒分離系統(tǒng)、振動(dòng)篩選系統(tǒng)、氣流清選系統(tǒng)、排雜系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、變頻控制箱、機(jī)架、行走輪、固定支撐裝置等部件組成(圖1)。

考慮到胡麻作物性狀，脫粒分離系統(tǒng)由紋桿-刀齒組合型脫粒滾筒、柵格凹板(凹板篩)組成。脫粒滾筒由變頻控制箱進(jìn)行調(diào)節(jié)，其轉(zhuǎn)速可在0～1 040 r·min調(diào)節(jié)。振動(dòng)篩選系統(tǒng)主要由振動(dòng)篩、篩網(wǎng)、偏心輪等部件組成，其中，振動(dòng)篩的前后振幅可在0～30 mm調(diào)節(jié)，振動(dòng)頻率可在0～300 Hz調(diào)節(jié)。氣流清選系統(tǒng)主要由風(fēng)量調(diào)節(jié)裝置、吸雜風(fēng)機(jī)保護(hù)殼、吸雜風(fēng)機(jī)葉片等部件組成，由變頻控制箱進(jìn)行調(diào)節(jié)(變頻控制箱的頻率調(diào)節(jié)范圍為0～55 Hz)。排雜系統(tǒng)主要由長(zhǎng)莖稈排草口、吸雜風(fēng)機(jī)排雜口、振動(dòng)篩篩雜系統(tǒng)等組成。胡麻物料脫粒完成后，可經(jīng)由排雜系統(tǒng)排出長(zhǎng)莖稈、短莖稈和輕質(zhì)雜物。

將全喂入胡麻脫粒清選機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)整理于表3。

1，固定支撐；2，行走輪；3，支撐機(jī)架；4，出糧口；5，物料置放臺(tái)；6，吸雜風(fēng)機(jī)；7，滾筒保護(hù)殼；8，脫粒滾筒；9，喂料口；10，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)保護(hù)殼；11，發(fā)動(dòng)機(jī)；12，牽引機(jī)架；13，排雜口；14，長(zhǎng)莖稈排草口；15，柵格凹板。1， Fixed support; 2， Walking wheel; 3， Support frame; 4， Grain outlet; 5， Material placement table; 6， Impurity suction fan; 7， Roller protective shell; 8， Threshing drum; 9， Feeding port; 10， Protective shell of ransmission mechanism; 11， Engine; 12， Traction frame; 13， Trash outlet; 14， Long stalk outlet; 15， Grid concave.圖1 全喂入胡麻脫粒清選機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Structure diagram of full feed flax threshing and cleaning machine

表3 全喂入胡麻脫粒清選機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)

2.2 工作原理

全喂入胡麻脫粒清選機(jī)工作時(shí)，首先將變頻控制箱調(diào)至0，然后通過變頻控制箱調(diào)節(jié)滾筒轉(zhuǎn)速、吸雜風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、振動(dòng)篩振動(dòng)頻率。待機(jī)器穩(wěn)定后，將人工或者割曬機(jī)收獲的胡麻物料從喂料口喂入，在紋桿-刀齒組合型脫粒滾筒與柵格凹板的配合作用下，進(jìn)行脫粒分離。針對(duì)胡麻莖稈韌性強(qiáng)的特性，在脫粒滾筒上設(shè)置割刀，防止莖稈纏繞。經(jīng)脫粒分離后，長(zhǎng)莖稈在導(dǎo)草板和排草板的作用下，從長(zhǎng)莖稈排草口排出，而籽粒、短莖稈、蒴果殼、干癟破損籽粒、輕質(zhì)雜物，及尺寸較小的蒴果通過柵格凹板掉落在振動(dòng)篩上。振動(dòng)篩做直線型運(yùn)動(dòng)，物料在振動(dòng)篩上分層，輕質(zhì)雜物通過振動(dòng)篩網(wǎng)篩出，其他物料被運(yùn)送至吸雜風(fēng)機(jī)清選區(qū)域。物料通過吸雜風(fēng)機(jī)時(shí)，短莖稈、蒴果殼、干癟破損籽粒和部分輕質(zhì)雜物在吸雜風(fēng)機(jī)的作用下，從吸雜風(fēng)機(jī)排雜口排出。籽粒、尺寸較小的蒴果，及部分莖稈繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，籽粒通過振動(dòng)篩末端設(shè)置的籽粒篩網(wǎng)從出糧口排出，較小的蒴果一直運(yùn)動(dòng)到振動(dòng)板末端的擋板前，莖稈從振動(dòng)篩末端排出，由此實(shí)現(xiàn)胡麻的分離清選作業(yè)。

3 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

3.1 脫粒裝置

3.1.1 脫粒滾筒

本研究選擇設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便、造價(jià)較低的徑向喂入、徑向排出的結(jié)構(gòu)方式，設(shè)計(jì)一種紋桿+刀齒式組合型開式脫粒滾筒，從物料喂入方向到排出依次設(shè)計(jì)脫粒段、分離段和排草段，主要由刀齒、切刀、支撐圈、刀齒安裝板、排草板、紋桿支撐、紋桿、脫粒滾筒軸等組成(圖2)。在脫粒段，為提高脫粒滾筒對(duì)胡麻蒴果的搓擦能力，保證脫粒時(shí)蒴果的受力均勻性，采用抓取作物能力較強(qiáng)的D型脫粒紋桿。紋桿安裝在紋桿底座上，起到抓取作物的作用，并且可直接通過螺栓安裝在支撐圈上，便于安裝和拆卸。在分離段，要實(shí)現(xiàn)籽粒和胡麻莖稈的快速分離，但由于胡麻莖稈的纖維含量較高，在脫粒分離過程中易發(fā)生纏繞現(xiàn)象，故采用U型刀齒。在脫粒滾筒末端設(shè)置排草板，其作用是快速將脫粒完成后的莖稈排出機(jī)外，避免莖稈在作業(yè)機(jī)中堵塞。

胡麻莖稈較長(zhǎng)，且分枝較多，在脫粒時(shí)莖稈之間容易纏繞。如果選擇的脫粒滾筒直徑較小，容易發(fā)生莖稈纏繞滾筒的現(xiàn)象，同時(shí)與之配套的脫粒凹板的尺寸也較小，會(huì)減小分離段的分離面積；因此，本研究選擇較大直徑的脫粒滾筒。目前，脫粒機(jī)常用的脫粒滾筒直徑為400～600 mm。為了提高脫粒滾筒的防纏繞能力、脫粒分離能力和工作效率，本研究中脫粒滾筒的直徑取520 mm。

脫粒段紋桿間距可由式(2)計(jì)算：

(2)

式(2)中：，紋桿間距(mm)；，紋桿數(shù)量；，滾筒直徑(mm)。

脫粒速度增大，對(duì)物料的打擊力度也會(huì)增大，脫凈率和分離率亦會(huì)隨之增加，但超過臨界值則容易打碎秸稈，破碎率會(huì)提高，功率消耗也會(huì)增大；因此，在滿足脫凈率和分離率的條件下，應(yīng)選擇相對(duì)較小的脫粒速度。脫粒速度可由式(3)進(jìn)行計(jì)算：

1，刀齒；2，切刀；3，支撐圈；4，刀齒安裝板；5，排草板；6，紋桿支撐；7，紋桿；8脫粒滾筒軸。1， Cutter teeth; 2， Cutter; 3， Support ring; 4， Cutter tooth mounting plate; 5， Straw board; 6， Corrugated rod support; 7， Corrugated rod; 8， Threshing drum shaft.圖2 脫粒滾筒結(jié)構(gòu)的示意圖(左)與實(shí)物圖(右)Fig.2 Structure diagram (left) and photo (right) of threshing drum

(3)

式(3)中：，脫粒速度(m·s)；，滾筒轉(zhuǎn)速(r·min)。

脫粒滾筒的長(zhǎng)度和直徑與脫粒、分離裝置的通過能力有密切關(guān)系。紋桿式脫粒滾筒長(zhǎng)度主要根據(jù)生產(chǎn)率決定，按照紋桿單位長(zhǎng)度的脫粒能力計(jì)算生產(chǎn)率：

(4)

式(4)中：，滾筒長(zhǎng)度(m)；，作業(yè)機(jī)喂入量，即生產(chǎn)率(kg·s)；為紋桿單位長(zhǎng)度的脫粒能力(kg·s)，一般取0.018～0.024 kg·s，本研究取0.020 kg·s。

為了使得滾筒平衡，紋桿數(shù)量需取偶數(shù)，本研究取=6，=1 040 r·min，=355 mm。根據(jù)式(2)～(4)計(jì)算可得，=272.13 mm，=28.30 m·s，=0.74 kg·s。

3.1.2 凹板篩

為了解決脫粒分離過程中脫凈率不高、分離率低、蒴果未擠破等問題，在脫粒滾筒的基礎(chǔ)上加入擠搓效果好、分離率高、堅(jiān)固耐用的柵格凹板，其結(jié)構(gòu)包括橫格板、側(cè)弧板、鋼絲等(圖3)。篩孔率是柵格凹板上篩孔總面積與總凹板面積的比，在一定范圍內(nèi)，篩孔率越大，物料分離的效果越好；因此，找到合適的篩孔率是降低分離過程中籽粒破碎率、減輕分離時(shí)負(fù)擔(dān)、提高凹板篩通過率的關(guān)鍵。

凹板篩的弧長(zhǎng)越長(zhǎng)、橫格板越多，脫粒裝置的脫粒、分離能力就相對(duì)越強(qiáng)，生產(chǎn)率也相對(duì)較高。凹板面積對(duì)脫粒裝置的工作性能有較大影響，且與脫粒裝置的喂入量有關(guān)，可根據(jù)式(5)進(jìn)行計(jì)算。

=≥(-)06。

(5)

式(5)中：，凹板面積(m)；，凹板弧長(zhǎng)(m)；，凹板寬度(m)；，單位凹板面積可承受的喂入量(kg·s)，取2.5～3.0 kg·s。

(6)

式(6)中為喂入量中胡麻籽粒所占比重。

凹板包角與凹板弧長(zhǎng)有如下關(guān)系：

(7)

式(7)中：，凹板包角(°)；，凹板直徑(m)。

本研究取=875 mm，=03，=2.5 kg·s，由式(5)～(7)計(jì)算可得=879.2 mm。基于此，本研究中凹板弧長(zhǎng)取880 mm。相應(yīng)地，凹板面積為0.77 m。為了增大裝置的分離效果，本文的凹板包角取值180°。

1，側(cè)弧板；2，橫格板；3，鋼絲；4，安裝孔。1， Side arc plate;2， Transverse grid;3， Steel wire;4， Mounting hole.圖3 柵格凹板結(jié)構(gòu)的示意圖(左)與實(shí)物圖(右)Fig.3 Structure diagram (left) and photo (right) of grid concave

3.2 清選裝置

3.2.1 振動(dòng)篩

振動(dòng)篩的作用是使物料和振動(dòng)篩面之間、物料和物料之間有一個(gè)適宜的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，物料各組成成分得以分離，并盡可能使需要篩分的成分全部通過篩孔，而其他成分則在振動(dòng)篩的作用下運(yùn)送到振動(dòng)篩末端。振動(dòng)篩上物料的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)決定物料的透篩效率和能力。本研究選擇結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、清選能力較好的直線振動(dòng)篩，其運(yùn)動(dòng)軌跡是一條直線，物料在篩面上運(yùn)動(dòng)時(shí)動(dòng)力平衡。

本研究設(shè)計(jì)的振動(dòng)篩由輕質(zhì)雜物篩網(wǎng)、籽粒篩網(wǎng)、出糧口、出雜口等組成(圖4)。其主要作用如下：(1)將脫粒后的輕質(zhì)雜物通過輕質(zhì)雜物篩網(wǎng)篩選出機(jī)外；(2)通過振動(dòng)，使得脫粒后的物料盡量松散，運(yùn)送至吸雜風(fēng)機(jī)清選區(qū)域；(3)通過籽粒篩網(wǎng)清選出干凈的籽粒。相應(yīng)地，設(shè)計(jì)3個(gè)階段對(duì)籽粒進(jìn)行清選。第一階段，篩出輕質(zhì)雜物，為后續(xù)吸雜風(fēng)機(jī)降低清選壓力。同時(shí)，輕質(zhì)雜物中含有的灰塵較多，為避免在吸雜風(fēng)機(jī)的作用下產(chǎn)生大量的灰塵，需在脫粒物料進(jìn)入吸雜風(fēng)機(jī)區(qū)域前將物料中含有的灰塵和部分顆粒較小的雜物清除；第二階段，在振動(dòng)篩的作用下，脫粒物料中較輕的莖稈、穎殼和輕質(zhì)雜物等被分散于物料層的上部，蒴果、籽粒和部分質(zhì)量較大的莖稈分散于物料層的下部，且各部分物料盡可能地松散，為后續(xù)吸雜風(fēng)機(jī)的工作打好基礎(chǔ)；第三階段，經(jīng)過吸雜風(fēng)機(jī)清選后的物料，僅剩胡麻籽粒、蒴果和部分質(zhì)量較大的莖稈，這些物料在振動(dòng)篩的作用下，被運(yùn)送至籽粒篩網(wǎng)，籽粒通過篩網(wǎng)，而蒴果和質(zhì)量較大的莖稈則被運(yùn)送至振動(dòng)篩末端，未脫粒的蒴果再進(jìn)行二次脫粒清選。

1，輕質(zhì)雜物篩網(wǎng)；2，出糧口；3，出雜口；4，擋板；5，籽粒篩網(wǎng)；6，擺桿安裝座。1， Light debris screen; 2， Grain outlet; 3， Impurity outlet; 4， Baffle; 5， Grain screen; 6， Swing rod mounting seat.圖4 振動(dòng)篩結(jié)構(gòu)示意圖(左側(cè)為俯視圖，右側(cè)為正視圖)Fig.4 Structure diagram of vibrating screen (top view on the left， front view on the right)

振動(dòng)篩的長(zhǎng)度可由式(8)計(jì)算。

(8)

式(8)中：，振動(dòng)篩的長(zhǎng)度(m)；，胡麻脫粒物料混合物的質(zhì)量(kg)；，振動(dòng)篩的寬度(m)；，振動(dòng)清選篩單位面積可以承擔(dān)的胡麻脫粒物料混合物的喂入量(kg·s·m)，本研究取1.05 kg·s·m。

=(1-)。

(9)

式(9)中：，胡麻秸稈占喂入作業(yè)機(jī)胡麻作物總質(zhì)量的比值；，胡麻脫粒裝置的工作特性系數(shù)，本研究取0.6。

根據(jù)式(8)、(9)，可得

(10)

選定振動(dòng)篩的寬度為0.48 m，令=0.74 kg·s、=0.3、=0.6，計(jì)算得到振動(dòng)篩的長(zhǎng)度為1.204 m。為便于整機(jī)布局和振動(dòng)篩安裝，令=1.26 m。

振動(dòng)篩需要的功率可由式(11)計(jì)算。

(11)

式(11)中：，振動(dòng)清選篩所需的功率(kW)；，每單位生產(chǎn)率振動(dòng)清選篩所需功率(kW·kg)；，系數(shù)，一般取0.9。

根據(jù)式(9)計(jì)算可得=0.61 kg，取=0.5 kW·kg，根據(jù)式(11)計(jì)算可得振動(dòng)清選篩所需的功率為0.34 kW。

3.2.2 氣流清選裝置

氣流清選是清選裝置中常用的清選方式之一，主要根據(jù)物料各組成成分的空氣動(dòng)力學(xué)差異實(shí)現(xiàn)清選。本研究設(shè)計(jì)吸雜風(fēng)機(jī)(圖5)對(duì)經(jīng)過振動(dòng)篩初步篩選后的物料進(jìn)行二次氣流清選，其作用是將籽粒中混雜的短莖稈、穎殼、振動(dòng)篩未篩選的部分輕質(zhì)雜物等清除到作業(yè)機(jī)外。胡麻籽粒和蒴果的漂浮速度大于莖稈、穎殼和部分輕質(zhì)雜物，設(shè)計(jì)吸雜風(fēng)機(jī)進(jìn)口處的風(fēng)速略小于胡麻籽粒的臨界懸浮速度，利用氣流清選的方式可清選出漂浮速度小于胡麻籽粒的莖稈、穎殼和部分輕質(zhì)雜物，剩余的未能清選的較大的蒴果和部分莖稈在振動(dòng)篩的作用下，運(yùn)送至籽粒篩網(wǎng)，干凈的胡麻籽粒通過籽粒篩網(wǎng)，尺寸較大的蒴果和莖稈被運(yùn)送至振動(dòng)篩末端待進(jìn)行二次脫粒。

風(fēng)機(jī)清選中單位時(shí)間的氣流量基于胡麻脫粒物料中雜物的質(zhì)量確定。

1，進(jìn)風(fēng)口風(fēng)量調(diào)節(jié)；2，風(fēng)量調(diào)節(jié)固定螺母；3，風(fēng)機(jī)出風(fēng)口；4，風(fēng)機(jī)外殼；5，風(fēng)量調(diào)節(jié)插板。1， Air volume adjustment of air inlet; 2， Air volume adjustment fixing nut; 3， Fan outlet; 4， Fan housing; 5， Air volume regulating plug board.圖5 吸雜風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)的示意圖(左)與實(shí)物圖(右)Fig.5 Structure diagram (left) and photo (right) of suction fan

(12)

式(12)中：，單位時(shí)間的氣流量(m·s)；，胡麻脫粒物料中需清除的雜物占作業(yè)機(jī)喂入量的比例；，風(fēng)機(jī)中攜帶雜物的混合濃度比；，空氣密度(kg·m)。

由于本文研究的為全喂入機(jī)型，因此取值20%。設(shè)定=25%，=1.2 kg·m，計(jì)算可得，=0.49 m·s。

4 樣機(jī)性能試驗(yàn)與分析

4.1 試驗(yàn)條件與材料

為驗(yàn)證本研究設(shè)計(jì)的全喂入胡麻脫粒清選樣機(jī)的作業(yè)性能，在酒泉奧凱種子機(jī)械股份有限公司的國(guó)家種子加工裝備工程技術(shù)研究中心開展驗(yàn)證試驗(yàn)(圖6)。試驗(yàn)材料為隴亞13號(hào)胡麻，整株長(zhǎng)度在420～480 mm。

試驗(yàn)設(shè)備包括A4201型數(shù)字風(fēng)速測(cè)量?jī)x、SZG-441型手持?jǐn)?shù)字轉(zhuǎn)速儀等。

4.2 試驗(yàn)方案與方法

參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5262—2008《農(nóng)業(yè)機(jī)械試驗(yàn)條件 測(cè)定方法的一般規(guī)定》進(jìn)行樣機(jī)作業(yè)性能試驗(yàn)。作業(yè)樣機(jī)的功率為7.5 kW，待機(jī)器穩(wěn)定后，在喂料口喂入胡麻物料。經(jīng)驗(yàn)證，當(dāng)滾筒轉(zhuǎn)速為800 r·min，吸雜風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口風(fēng)速為6.5 m·s時(shí)，作業(yè)機(jī)具有較強(qiáng)的脫粒清選能力。在此條件下，檢測(cè)物料脫凈率、含雜率、破碎率、損失率，以及脫粒分離系統(tǒng)有無(wú)纏繞現(xiàn)象等指標(biāo)，以反映作業(yè)樣機(jī)的工作性能。試驗(yàn)結(jié)果取3次試驗(yàn)測(cè)定的平均值。同時(shí)，檢測(cè)振動(dòng)篩選系統(tǒng)、吸雜風(fēng)機(jī)氣流清選系統(tǒng)、排雜系統(tǒng)等的運(yùn)行情況。

主要指標(biāo)的測(cè)算方法如下：

(13)

(14)

(15)

(16)

式(13)～(16)中：，含雜率(%)；，脫凈率(%)；，破碎率(%)；，損失率(%)；，胡麻籽粒接糧箱中的籽粒總質(zhì)量(g)；，胡麻籽粒接糧箱中的雜余總質(zhì)量(g)；胡麻脫出物料中的蒴果總數(shù)(個(gè))；，胡麻喂入物料中的蒴果總數(shù)(個(gè))；，破碎籽粒的總質(zhì)量(g)；，夾帶損失總質(zhì)量(g)；，飛濺損失總質(zhì)量(g)；，清選損失總質(zhì)量(g)。

4.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

試驗(yàn)過程中，作業(yè)機(jī)工作穩(wěn)定，脫粒室中無(wú)堵塞、纏繞現(xiàn)象。經(jīng)測(cè)定，脫凈率為97.27%，含雜率為2.74%，破碎率為1.86%，損失率為3.25%。對(duì)照脫凈率應(yīng)達(dá)95%以上，破碎率低于3%，含雜率、損失率低于5%的要求，本研究所設(shè)計(jì)的全喂入胡麻脫粒清選機(jī)的作業(yè)性能均滿足上述要求。此外，觀察發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)過程中振動(dòng)篩選系統(tǒng)、吸雜風(fēng)機(jī)氣流清選系統(tǒng)、排雜系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，脫粒、分離、清選效果較好。綜上，本研究設(shè)計(jì)的全喂入胡麻脫粒清選機(jī)可以用于胡麻物料的脫粒清選作業(yè)。

圖6 樣機(jī)性能試驗(yàn)(左)與出料口物料采樣(右)照片F(xiàn)ig.6 Photos of prototype performance test (left) and material sampling at outlet (right)

5 結(jié)論

針對(duì)甘肅地區(qū)的胡麻種植和收獲方式，研制一種全喂入胡麻脫粒清選機(jī)。其特點(diǎn)是，脫粒裝置采用紋桿+刀齒組合型脫粒滾筒與柵格凹板，清選裝置采用振動(dòng)清選篩+吸雜風(fēng)機(jī)相結(jié)合的模式，通過篩選+風(fēng)選+篩選對(duì)組成復(fù)雜的胡麻脫粒物料進(jìn)行清選。

本研究對(duì)胡麻物料的生物特性進(jìn)行了檢測(cè)，并根據(jù)胡麻物料的生物特性與作業(yè)性狀，確定了全喂入胡麻脫粒清選機(jī)的關(guān)鍵部件參數(shù)。在樣機(jī)上開展的性能試驗(yàn)顯示：作業(yè)樣機(jī)的脫凈率為97.27%，含雜率為2.74%，破碎率為1.86%，損失率為3.25%，可滿足胡麻脫粒清選作業(yè)的性能指標(biāo)要求。