燕麥差速雙層圓筒篩清選裝置設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

摘要：針對燕麥聯(lián)合收獲機(jī)風(fēng)機(jī)-雙層平面振動(dòng)篩清選裝置因脫出物濕度大、含雜率高、易造成篩間堵塞等問題，根據(jù)燕麥的物理特性設(shè)計(jì)一種與離心風(fēng)機(jī)配合使用的差速雙層圓筒篩清選裝置。該裝置通過兩層圓筒篩網(wǎng)的差速反轉(zhuǎn)減輕兩篩間的堵塞現(xiàn)象，采用篩內(nèi)助流裝置提高作業(yè)效率。深入分析燕麥在圓筒篩中的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)特性，對雙層圓筒篩的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在對圓筒篩轉(zhuǎn)速、有效篩分面積、助流裝置參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)分析計(jì)算基礎(chǔ)上，以壩莜1號燕麥品種為研究對象，選取圓筒篩傾角、圓筒篩轉(zhuǎn)速和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為試驗(yàn)因素，籽粒含雜率和清選損失率為試驗(yàn)指標(biāo)，進(jìn)行三元二次正交旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)。結(jié)果表明：當(dāng)圓筒篩傾角為3°、圓筒篩轉(zhuǎn)速為51 r/min、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1 403 r/min時(shí)，籽粒含雜率和清選損失率分別為2.15%和1.54%。該研究優(yōu)化雙層圓筒篩的結(jié)構(gòu)，提高圓筒篩的清選性能，為燕麥聯(lián)合收獲機(jī)清選裝置設(shè)計(jì)提供理論參考。

關(guān)鍵詞：燕麥；差速；雙層圓筒篩；清選裝置；聯(lián)合收獲機(jī)

中圖分類號：S226.5" " " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A" " " 文章編號：2095?5553 （2024） 10?0106?08

Design and test on double cylinder screen with different rotational speed

in cleaning device for oats

Zhang Chunwei1， Lu Fuyun2， Geng Lingxin2

（1. College of Mechanical and Electrical Engineering， Luoyang Polytechnic， Luoyang， 471032， China;

2. College of Agricultural Equipment Engineering， Henan University of Science and Technology， Luoyang， 471003， China）

Abstract： To solve the easy blockage problem in the cleaning devices of the oat combine harvester fan double layer plane causing by high moisture and high impurity content， based on the physical characteristics of oat， a cooperate with centrifugal fan is designed using differential double cylinder screen cleaning device， by double cylinder screen sharing screening pressure， by double cylinder sieve differential inversion can reduce the blocking screen phenomenon， the flow aid device in the screen is used to improve operation efficiency. Conduct an in?depth analysis of the dynamic motion characteristics of oats within a cylindrical sieve， and based on this analysis， design the structure of a double cylinder sieve. Based on a detailed analysis and calculation of the rotational speed， effective screening area， and flow aid device parameters of the cylindrical sieve， the Bayou 1 oat variety was selected as the research object. The angle of cylinder screen， the rotating speed of cylinder screen and the rotating speed of fan are selected as test factors， grain impurity rate and loss rate of cleaning as test indexes， the ternary quadratic orthogonal rotation combined test was carried out， the results showed that when the angle of cylinder screen was 3°， the rotating speed of cylinder screen was 51 r/min and the rotating speed of fan was 1 403 r/min， the grain impurity content rate and cleaning loss rate were 2.15% and 1.54%， respectively. The study optimized the structure of the double cylinder screen and improved the cleaning performance of the cylinder screen， which provided theoretical reference for the design of the cleaning device of the oat combine harvester.

Keywords： oats; speed difference; double cylinder sieve; cleaning device; combine harvester

0 引言

燕麥?zhǔn)羌Z、飼、藥多用途作物，具有易栽培、抗逆性強(qiáng)及營養(yǎng)價(jià)值高等特點(diǎn)[1?3]，其種植面積居世界栽培作物的第六位[4]。清選裝置是谷物機(jī)械化收獲的核心[5?7]，谷物收獲機(jī)常用的是風(fēng)機(jī)振動(dòng)篩式清選裝置，因燕麥草谷比大及成熟期不一致造成脫出物成分復(fù)雜，使用平面振動(dòng)篩易出現(xiàn)堵塞，清選效果不佳[8， 9]。相對于平面振動(dòng)篩，圓筒篩具有工作平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)簡單及濕分性好等優(yōu)點(diǎn)，在農(nóng)業(yè)、工業(yè)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用[10， 11]。

Yuan等[12]采用CFD-DEM耦合方法研究了進(jìn)風(fēng)口氣流速度、圓筒篩的直徑和圓筒篩的轉(zhuǎn)速對稻谷脫出混合物的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和篩分特性的影響規(guī)律，得到了篩分效率最優(yōu)的因素組合。Bellocq等[13]研究了使用傾斜圓筒篩處理濕軟團(tuán)聚體時(shí)，圓筒篩各因素對其篩分效率和成型效果的影響規(guī)律，得到了最佳參數(shù)時(shí)篩分效率在89%～96%之間。宋守許等[14]對比了不同孔型圓筒篩的大豆透篩效果，通過理論分析得到方形篩孔圓筒篩透篩效果最好，并通過仿真計(jì)算進(jìn)行了驗(yàn)證。薛然等[15]以花生莢果為研究對象，對分級圓筒篩篩孔大小排布重新設(shè)計(jì)，通過DEM仿真，分析了不同篩筒轉(zhuǎn)速和導(dǎo)向螺旋螺距對花生莢果軸向速度的影響規(guī)律。尹健等[16]設(shè)計(jì)了一種適合微型水稻聯(lián)合收割機(jī)的新型圓筒篩，可配合風(fēng)機(jī)進(jìn)行使用，但僅僅只在理論上對其結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了分析計(jì)算。李心平等[17， 18]設(shè)計(jì)了多種物料外流式圓筒篩結(jié)構(gòu)，優(yōu)化相關(guān)參數(shù)分別能夠滿足對谷子、燕麥等作物脫出物的清選要求。彭強(qiáng)吉等[19]對氣力式圓筒篩膜雜分離機(jī)進(jìn)行了改進(jìn)，重置圓筒篩篩孔大小及排布，增加了運(yùn)移裝置，有效地提高了機(jī)器篩分性能的穩(wěn)定性。

傳統(tǒng)的圓筒篩具有機(jī)械傳動(dòng)方式復(fù)雜及作業(yè)效率較低等缺點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上，本文設(shè)計(jì)一種與離心風(fēng)機(jī)配合使用的差速雙層圓筒篩清選裝置。通過雙層圓筒篩網(wǎng)分擔(dān)篩分壓力，提高篩分質(zhì)量；通過雙層圓筒篩網(wǎng)的差速反轉(zhuǎn)減輕篩網(wǎng)的“堵篩”現(xiàn)象；通過篩內(nèi)助流裝置提高作業(yè)效率。通過臺架試驗(yàn)探究各因素對清選性能指標(biāo)的影響規(guī)律，得到最優(yōu)參數(shù)組合，為圓筒篩在燕麥聯(lián)合收獲機(jī)上的應(yīng)用優(yōu)化提供參考。

1 試驗(yàn)臺組成與工作原理

清選裝置試驗(yàn)臺工作原理如圖1所示，其三維模型如圖2所示。清選系統(tǒng)主要由風(fēng)機(jī)裝置和差速雙層圓筒篩組成，差速雙層圓筒篩主要包括內(nèi)筒篩網(wǎng)、外筒篩網(wǎng)、兩篩內(nèi)的助流裝置、齒輪過渡裝置、滑輪裝置等，風(fēng)機(jī)裝置主要包括離心風(fēng)機(jī)、風(fēng)機(jī)罩口和傳動(dòng)裝置等。

機(jī)器工作時(shí)，燕麥脫出物被輸送帶均勻地送入喂料斗中，依靠自身重力落入內(nèi)筒篩網(wǎng)中，內(nèi)筒篩網(wǎng)中的助流裝置將脫出物拋起散開，長莖稈等大雜質(zhì)被內(nèi)筒篩網(wǎng)篩分并向后輸送，在其末端排出；短莖稈、穎康和籽粒等穿過內(nèi)筒篩網(wǎng)進(jìn)入外筒篩網(wǎng)中，外筒篩網(wǎng)中的助流裝置將其拋起散開，短莖稈等小雜質(zhì)被外筒篩網(wǎng)篩分并向后輸送，在其末端排出；穎康等輕雜質(zhì)在被助流裝置拋揚(yáng)的過程中被氣流帶出機(jī)外，籽粒穿過外筒篩網(wǎng)落入籽粒箱中，完成清選作業(yè)。本清選裝置使用雙層圓筒篩網(wǎng)進(jìn)行清選作業(yè)，有效地降低單層圓筒篩網(wǎng)的篩分壓力，提高篩分質(zhì)量；使用差速反轉(zhuǎn)的雙層圓筒篩網(wǎng)，能有效地降低莖稈在兩篩間堵塞的可能性，增加清選裝置平穩(wěn)運(yùn)行的可靠性；增設(shè)篩內(nèi)助流裝置有效地提高了機(jī)器作業(yè)效率。

2 差速雙層圓筒篩設(shè)計(jì)

差速雙層圓筒篩是本清選裝置的核心，去掉外筒篩網(wǎng)后的結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要包括內(nèi)筒篩網(wǎng)、外筒篩網(wǎng)、兩篩內(nèi)的助流裝置、齒輪過渡裝置、滑輪裝置及傳動(dòng)裝置。其中內(nèi)筒篩網(wǎng)和外筒篩網(wǎng)分別由不同篩孔的平面編制篩彎曲定型而成；兩篩內(nèi)的助流裝置是兩條不同直徑且旋向相反的螺旋葉片，分別固定在兩圓筒篩架內(nèi)側(cè)；齒輪過渡裝置主要包括固定在內(nèi)圓筒篩上的外齒圈、軸線固定的直齒輪和固定在外圓筒篩上的內(nèi)齒圈；滑輪裝置主要包括固定在外圓筒篩上的尼龍滑輪和固定在內(nèi)圓筒篩上的滑輪軌道。

內(nèi)圓筒篩架通過肋條與中間軸固連，內(nèi)圓筒篩通過齒輪過渡裝置將動(dòng)力傳遞給外圓筒篩，在滑輪裝置的配合下，實(shí)現(xiàn)外圓筒篩的差速反轉(zhuǎn)。考慮清選裝置整體尺寸大小，設(shè)計(jì)外圓筒篩直徑[D1=500 mm]。參考谷物收獲機(jī)雙層振動(dòng)篩，設(shè)定兩篩間隙為80 mm，即內(nèi)圓筒篩直徑[D2=340 mm]。隨機(jī)選擇100顆燕麥籽粒，測量其長、寬、厚，取平均值后分別為7.5 mm、2.21 mm和2.02 mm，據(jù)此設(shè)計(jì)外圓筒篩篩孔和內(nèi)圓筒篩篩孔大小分別為方孔8 mm和方孔12 mm。

2.1 篩筒轉(zhuǎn)速

物料在圓筒篩網(wǎng)摩擦力的帶動(dòng)下緩慢上升到一定高度，由于自身重力作用落回篩網(wǎng)底部，呈周期性運(yùn)動(dòng)。其中篩筒轉(zhuǎn)速是影響圓筒篩篩分性能的主要參數(shù)之一，篩筒轉(zhuǎn)速過高，在離心力的作用下，脫出物會(huì)夾帶籽粒緊貼在圓筒篩網(wǎng)表面，隨著圓筒篩網(wǎng)一起做圓周運(yùn)動(dòng)，堵塞篩網(wǎng)且達(dá)不到篩分的目的；篩筒轉(zhuǎn)速過低，會(huì)導(dǎo)致篩分效率下降。

內(nèi)筒篩網(wǎng)篩孔較大，主要是篩分長莖稈等大雜物，透篩能力強(qiáng)；外筒篩網(wǎng)篩孔較小，主要是篩分短莖稈等小雜物，是篩分質(zhì)量的最后一道保障，其作用至關(guān)重要，又因圓筒篩網(wǎng)直徑越大對轉(zhuǎn)速要求越嚴(yán)格，所以以外筒篩網(wǎng)為研究對象，設(shè)計(jì)圓筒篩轉(zhuǎn)速。以燕麥籽粒為研究對象，分析籽粒在外筒篩網(wǎng)的運(yùn)動(dòng)過程。假設(shè)在篩面上籽粒之間的相互作用力、籽粒與雜質(zhì)間的相互作用力、助流裝置對籽粒的作用力及氣流影響均忽略不計(jì)，籽粒在篩面上滑動(dòng)和透篩狀態(tài)受力分析如圖4所示。其中，[m]為燕麥籽粒質(zhì)量，g；[α]為滑動(dòng)平衡點(diǎn)的燕麥籽粒與圓心的連線和垂直中心線之間的夾角，rad；[f1]為滑動(dòng)平衡點(diǎn)處的摩擦力，N；[a]為燕麥籽粒的離心加速度，m/s2；[ω]為圓筒篩角速度，rad/s；[N1]為滑動(dòng)平衡點(diǎn)處的支撐力，N；[μ]為燕麥籽粒與外筒篩網(wǎng)的摩擦系數(shù)，燕麥籽粒與篩網(wǎng)摩擦角[φ]為18°，故[μ=tanφ=0.32]；[β]為透篩平衡點(diǎn)的燕麥籽粒與圓心的連線和垂直中心線之間的夾角，rad；[f2]為透篩平衡點(diǎn)處的摩擦力，N；[N2]為透篩平衡點(diǎn)處的支撐力，N；[D1]為外圓筒篩直徑，mm。[A]為滑動(dòng)平衡點(diǎn)，B為透篩平衡點(diǎn)。

在圖4中籽粒的滑動(dòng)平衡點(diǎn)，由達(dá)朗貝爾原理可得

[N1-mgcosα-ma=0mgsinα-f1=0f1=μN(yùn)1a=ω2D1/2] （1）

化簡得

[ω=2gsinα-μcosαμD1] （2）

在圖4中籽粒的透篩平衡點(diǎn)，由達(dá)朗貝爾原理可得

[mgcosβ+ma-f2=0mgsinβ-N2=0f2=μN(yùn)2a=ω2D1/2] （3）

化簡得

[ω=2gμsinβ-cosβD1] （4）

由式（2）和式（4）可知

[α=arcsin（μD1ω22g1+μ2）+arctanμβ=arcsin（D1ω22g1+μ2）+arctan1μ] （5）

當(dāng)圓筒篩以某一速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，將[μ=0.32]代入式（5），可知

[arcsin（D1ω22g1+μ2）gt;arcsin（μD1ω22g1+μ2）arctan1μgt;arctanμ] （6）

聯(lián)立式（5）和式（6）可知[β-αgt;0]，說明燕麥籽粒透篩平衡角大于滑動(dòng)平衡角。當(dāng)籽粒在圓筒篩內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)的滑動(dòng)平衡角后開始向下滑動(dòng)，在下滑的過程中遇到篩孔就一定能透篩，故圓筒篩轉(zhuǎn)速最小值可由滑動(dòng)條件決定。為保證篩分效果，一般滑動(dòng)平衡角要比籽粒與篩網(wǎng)的摩擦角大5°～10°，取[α=24°]，將其代入式（2）得[ωgt;3.74rad/s]。

為防止籽粒在圓筒篩的頂部排出，需滿足籽粒在圓筒篩最高點(diǎn)時(shí)所受的離心力小于其重力。

[mg-mω2D1/2gt;0] （7）

計(jì)算可得[ωlt;6.26 rad/s]。因此[35.7 r/minlt;nlt;59.8 r/min]。

2.2 有效篩分面積

因燕麥脫出物首先進(jìn)入內(nèi)圓筒篩中，故內(nèi)圓筒篩承受的是清選裝置實(shí)際的脫出物喂入量，所以內(nèi)筒篩網(wǎng)為研究對象，內(nèi)圓筒篩與外圓筒篩的篩分原理一致。參考圖4可知，燕麥籽粒在內(nèi)圓筒篩網(wǎng)內(nèi)的滑動(dòng)平衡點(diǎn)至篩網(wǎng)的最高點(diǎn)之間都有透篩的可能，故內(nèi)圓筒篩有效篩分面積[S2]應(yīng)滿足式（8）。

[S2=l1?l2l1=（π-α）?D2/2S1?qs≥Qs] （8）

式中： [l1]——截面內(nèi)有效篩分弧長，mm；

[l2]——圓筒篩網(wǎng)長度，mm；

[qs]——篩網(wǎng)單位面積可承擔(dān)的脫出物喂入量，一般為1.5～2.5 kg/（s ? m2）[20]，本文取1.5 kg/（s ? m2）；

[Qs]——脫出物喂入量，取0.6 kg/s。

根據(jù)式（8）可得，[S1≥0.4] m2，[l2≥0.87] m，考慮到篩網(wǎng)支架會(huì)占用篩網(wǎng)的一部分面積，設(shè)計(jì)取整數(shù)[l2=1] m，則內(nèi)圓筒篩實(shí)際有效篩分面積[S2=0.46] m2。同理可計(jì)算出外圓筒篩實(shí)際有效篩分面積[S1=0.68] m2。

2.3 兩篩內(nèi)的助流裝置

兩篩內(nèi)的助流裝置為螺旋形結(jié)構(gòu)，分別安裝在兩圓筒篩架內(nèi)側(cè)，因內(nèi)外圓筒篩網(wǎng)轉(zhuǎn)向相反，所以選擇兩篩內(nèi)的助流裝置旋向相反，達(dá)到將兩篩內(nèi)的物料持續(xù)向后輸送的目的，其結(jié)構(gòu)簡圖如圖5所示，其中，[t]為助流裝置葉片螺距，mm；[D]為助流裝置葉片外徑，mm；[d]為助流裝置葉片內(nèi)徑，mm；[L]為助流裝置葉片長度，mm。結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示。

為保證該清選裝置在0.6 kg/s的脫出物喂入量下圓筒篩不造成阻塞，兩篩內(nèi)的助流裝置的輸送能力需大于脫出物喂入量，因燕麥脫出物首先進(jìn)去內(nèi)筒篩網(wǎng)中且內(nèi)筒篩網(wǎng)直徑較小，所以只需讓內(nèi)篩助流裝置的輸送能力大于脫出物喂入量即可，故

[Q2=π24D22-d22ΨtnγC×10-10≥0.6] （9）

式中： Q2——內(nèi)篩助流裝置螺旋葉片的輸送量，kg/s；

[Ψ]——充滿系數(shù)，一般取0.3～0.4[20]，本文取0.4；

n——助流裝置轉(zhuǎn)速，r/min；

[γ]——物料密度，取320 kg/m3[20]；

C——傾斜輸送系數(shù)，取0.97[20]。

計(jì)算可得[n≥38.5 r/min]。

3 清選性能試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)條件

燕麥品種選擇具有代表性的壩莜1號，測量統(tǒng)計(jì)了其與清選性能相關(guān)的主要物理特性參數(shù)，如表2所示。使用4LZ-1.5型燕麥聯(lián)合收獲機(jī)的脫粒裝置進(jìn)行脫粒后，放置1～3天，測定其籽粒含水率為22%～25%，莖稈含水率為30%～32%，將燕麥脫出物攪拌均勻，完成物料的準(zhǔn)備工作。

3.2 試驗(yàn)方法

差速雙層圓筒篩清選裝置試驗(yàn)臺（圖6）主要由輸送帶、風(fēng)機(jī)和雙層差速圓筒篩組成，每部分各有一個(gè)變頻電機(jī)提供動(dòng)力。2020年11月，根據(jù)GB/T 5262—2008《農(nóng)業(yè)機(jī)械試驗(yàn)條件測定方法的一般規(guī)定》試驗(yàn)方法，在河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)裝備工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對該裝置進(jìn)行作業(yè)性能試驗(yàn)[21， 22]。事先標(biāo)定變頻電機(jī)與輸送帶，風(fēng)機(jī)和差速雙層圓筒篩轉(zhuǎn)速的關(guān)系，計(jì)算出當(dāng)喂入量為0.6 kg/s時(shí)，固定某一輸送帶速度，單位長度內(nèi)應(yīng)鋪放脫出物的質(zhì)量。參考風(fēng)機(jī)振動(dòng)篩式清選裝置，設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)口傾角為14°。將準(zhǔn)備好的試驗(yàn)物料均勻地鋪放在輸送帶上，待各部分空轉(zhuǎn)穩(wěn)定后，啟動(dòng)輸送帶，調(diào)整到事先標(biāo)定的輸送帶轉(zhuǎn)速使清選裝置的喂入量穩(wěn)定為0.6 kg/s。

在前期單因素試驗(yàn)觀察和理論分析基礎(chǔ)上，選取與清洗裝置密切相關(guān)的圓筒篩傾角、圓筒篩轉(zhuǎn)速和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速作為試驗(yàn)因素。選取籽粒含雜率y1（簡稱含雜率）和清選損失率y2（簡稱損失率）為試驗(yàn)指標(biāo)，計(jì)算如式（10）、式（11）所示。

[y1=m2m1×100%] （10）

[y2=m3m1+m3×100%] （11）

式中： [m1]——出糧口總質(zhì)量，g；

[m2]——出糧口籽粒中雜質(zhì)質(zhì)量，g；

[m3]——排草口排出籽粒質(zhì)量，g。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.3.1 試驗(yàn)方案與結(jié)果

根據(jù)理論分析及單因素試驗(yàn)結(jié)果確定其因素水平編碼如表3所示。

每個(gè)因素組合方案進(jìn)行3次重復(fù)試驗(yàn)，分別測定含雜率和損失率，然后取平均值進(jìn)行記錄，其試驗(yàn)方案與結(jié)果如表4所示。[X1]、[X2]和[X3]為圓筒篩傾角[x1]、圓筒篩轉(zhuǎn)速[x2]和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速[x3]的編碼值。

利用Design-Expert10.0軟件對表5中試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析得到圓筒篩傾角、圓筒篩轉(zhuǎn)速和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速與試驗(yàn)指標(biāo)含雜率y1和損失率y2的函數(shù)關(guān)系為

[y1=2.16-0.29 X1+0.26 X2-0.51 X3+0.037 X1 X2-0.033 X1 X3+0.40 X2 X3+0.27 X12+0.13 X22+0.13 X32] （12）

[y2=1.58+0.44 X1-0.47 X2+0.51 X3-0.37 X1 X2-0.078 X1 X3+0.11 X2 X3+0.32 X12+0.17 X22 +0.21 X32] （13）

由表5可知，各因素對含雜率y1的影響主次關(guān)系為：風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、圓筒篩傾角和圓筒篩轉(zhuǎn)速；各因素對損失率y2的影響主次關(guān)系：風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、圓筒篩轉(zhuǎn)速和圓筒篩傾角；另外，含雜率y1和損失率y2的P值分別為0.002 5和0.001 4，均小于0.01，說明兩個(gè)模型影響極其顯著；其失擬項(xiàng)的P值分別為0.247 7和0.740 6，均大于0.05，說明兩個(gè)模型擬合程度很高；其決定系數(shù)R2分別為0.799 1和0.819 0，表明79%以上的響應(yīng)值均可以由這兩個(gè)模型解釋，因此，回歸方程能夠比較準(zhǔn)確地對該裝置的清選性能進(jìn)行預(yù)測。

3.3.2 含雜率影響因素分析

根據(jù)式（12），通過Design-Expert10.0軟件繪制出各試驗(yàn)因素與含雜率之間的響應(yīng)曲面，如圖7所示。

由圖7（a）可知，隨著圓筒篩轉(zhuǎn)速的升高，含雜率逐漸升高，原因是圓筒篩轉(zhuǎn)速增加，增大了脫出物在圓筒篩內(nèi)的拋揚(yáng)次數(shù)，增加了短莖稈、穎康等雜質(zhì)的透篩概率；隨著圓筒篩角度的增加含雜率逐漸降低，分析原因?yàn)閳A筒篩角度的增加，縮短了脫出物在篩內(nèi)的停留時(shí)間，減少了雜質(zhì)的透篩概率。兩因素對含雜率的交互作用不顯著，與方差分析一致。

由圖7（b）可知，隨著風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加，含雜率逐漸降低，分析原因?yàn)轱L(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加，增大了圓筒篩中的氣流速度，增大了穎康等雜質(zhì)被氣流帶走的概率，降低了含雜率。圓筒篩角度對含雜率的影響原因同上，兩因素對含雜率的交互作用不顯著，與方差分析一致。

由圖7（c）可知，當(dāng)圓筒篩轉(zhuǎn)速分別處于較高或較低水平時(shí)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的升高對含雜率的變化規(guī)律產(chǎn)生了改變，說明兩因素對含雜率的交互作用顯著，與方差分析結(jié)果一致。當(dāng)圓筒篩轉(zhuǎn)速處于較低水平時(shí)，風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的氣流起主導(dǎo)作用，隨著氣流增大，雜質(zhì)被氣流帶出機(jī)外的概率增大；當(dāng)圓筒篩轉(zhuǎn)速處于較高水平時(shí)，圓筒篩對氣流的阻擋作用增強(qiáng)，打亂了氣流方向，導(dǎo)致含雜率呈平穩(wěn)趨勢。

3.3.3 損失率影響因素分析

根據(jù)式（13），通過Design-Expert10.0軟件繪制出各試驗(yàn)因素與損失率之間的響應(yīng)曲面，如圖8所示。

由圖8（a）可知，當(dāng)圓筒篩轉(zhuǎn)速分別處于較高或較低水平時(shí)，圓筒篩傾角的升高對含雜率的變化規(guī)律產(chǎn)生了改變，說明兩因素對損失率的交互作用顯著，與方差分析結(jié)果一致。當(dāng)圓筒篩轉(zhuǎn)速處于較低水平時(shí)，圓筒篩傾角起主導(dǎo)作用，隨著其傾角增大，籽粒在篩內(nèi)的停留時(shí)間減小；當(dāng)圓筒篩轉(zhuǎn)速處于較高水平時(shí)，圓筒篩的拋揚(yáng)作用增強(qiáng)，增加了脫出物的拋揚(yáng)次數(shù)，增大了籽粒透篩概率，使損失率處于平穩(wěn)趨勢。

由圖8（b）可知，隨著風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加和圓筒篩傾角的增加，損失率逐漸升高。風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加導(dǎo)致圓筒篩內(nèi)氣流速度增大，加大了籽粒被氣流帶出圓筒篩的概率，導(dǎo)致?lián)p失率升高。圓筒篩傾角的增加，縮短了籽粒在篩內(nèi)的停留時(shí)間，減少了籽粒的透篩概率。兩因素對損失率的交互作用不顯著，與方差分析一致。

由圖8（c）可知，隨著風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加和圓筒篩轉(zhuǎn)速的降低，損失率逐漸升高，原因同上。兩因素對損失率的交互作用不顯著，與方差分析一致。

3.3.4 參數(shù)優(yōu)化與試驗(yàn)驗(yàn)證

根據(jù)含雜率y1和損失率y2的數(shù)學(xué)模型，可以在約束條件范圍內(nèi)對清選裝置的試驗(yàn)因素進(jìn)行優(yōu)化，得到最優(yōu)參數(shù)組合并對回歸模型進(jìn)行檢驗(yàn)。以最小含雜率y1和最小損失率y2為評價(jià)指標(biāo)，建立優(yōu)化數(shù)學(xué)模型為

[miny1（X1，X2，X3）miny2（X1，X2，X3）s.t.-1.682≤X1≤1.682-1.682≤X2≤1.682-1.682≤X3≤1.682] （14）

通過Design-Expert 10.0軟件對其優(yōu)化，其中含雜率y1和損失率y2的權(quán)重分別設(shè)置為0.5和0.5[8]，分析得到該裝置的最優(yōu)參數(shù)組合為：圓筒篩傾角3°、圓筒篩轉(zhuǎn)速51 r/min和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速1 403 r/min，此時(shí)預(yù)測含雜率為2.19%，損失率為1.52%。為了驗(yàn)證優(yōu)化結(jié)果的可行性，保持試驗(yàn)條件不變的情況下對最優(yōu)組合參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，重復(fù)3次取平均值，試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果如表6所示，含雜率和損失率平均值分別為2.15%和1.54%，與最優(yōu)參數(shù)組合預(yù)測值比較接近。

4 結(jié)論

1） 根據(jù)燕麥的物理特性，設(shè)計(jì)一種與離心風(fēng)機(jī)配合使用的差速雙層圓筒篩清選裝置，使用雙層圓筒篩網(wǎng)進(jìn)行篩選燕麥脫出物，有效地減輕每層篩網(wǎng)的篩分壓力，篩分質(zhì)量明顯提高；雙層圓筒篩差速反轉(zhuǎn)，有效地減輕莖稈在兩筒篩網(wǎng)間的堵塞現(xiàn)象，增加清選的可靠性；增加篩內(nèi)助流裝置，有效提高機(jī)器作業(yè)效率。

2） 通過理論分析，計(jì)算圓筒篩的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)及其轉(zhuǎn)速范圍：內(nèi)圓筒篩實(shí)際有效篩分面積為0.46 m2。同理可計(jì)算出外圓筒篩實(shí)際有效篩分面積為0.68 m2；滾筒轉(zhuǎn)速范圍為35.7～59.8 r/min。試驗(yàn)結(jié)果表明：各因素對含雜率的影響主次關(guān)系為風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、圓筒篩傾角和圓筒篩轉(zhuǎn)速；各因素對損失率的影響主次關(guān)系為風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、圓筒篩轉(zhuǎn)速和圓筒篩傾角。

3） 通過三元二次正交旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)得到最優(yōu)參數(shù)組合為圓筒篩傾角3°、圓筒篩轉(zhuǎn)速51 r/min及風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速1 403 r/min。驗(yàn)證試驗(yàn)可得，離心風(fēng)機(jī)與差速雙層圓筒篩清選系統(tǒng)的含雜率為2.15%，損失率為1.54%，清選指標(biāo)達(dá)到最佳。

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