切流與縱軸流組合式脫粒分離清選試驗研究

脫粒分離裝置根據工作過程，縱軸流聯合收獲機的脫粒分離裝置可分為直式和組合式。直脫式縱軸流脫粒分離裝置物料經輸送槽直接進入縱軸流脫粒滾筒,該機結構簡單,但籽粒的夾帶損失率和功耗較高。組合式縱軸流脫粒分離裝置物料經輸送槽進入單或雙切流滾筒,然后通過強制喂入輪進入縱軸流復脫分離滾筒,該機結構合理,脫粒分離性能好。組合式縱軸流脫粒分離裝置不但能兼顧切流滾筒采用大間隙、較低轉速,脫粒作用柔和,滿足破碎率小的要求,而且還能兼顧直脫式縱軸流聯合收獲機的特點:滾筒長度可加長,作物在滾筒內受脫粒元件作用時間增加,籽粒脫凈率高,出草口莖稈夾帶籽粒明顯減少,有利于提高整機的工作效率和作業性能。為了研究組合式縱軸流聯合收獲機脫粒分離裝置的工作性能,通過自行研制的縱軸流脫粒分離清選試驗臺,對3種不同的縱軸流復脫分離滾筒進行臺架脫粒分離性能試驗和對比分析。1試驗安裝和方法1.1脫粒裝置的設計試驗裝置為自行研制的縱軸流脫粒分離清選試驗臺(圖1)。均勻鋪放在輸送帶上的試驗物料經喂入螺旋輸送器和輸送槽進入切流脫粒滾筒進行初脫,然后經強制喂入輪再進入縱軸流復脫分離滾筒,長莖稈從縱軸流復脫滾筒尾部的排草口排出,籽粒、短莖稈及雜余等脫出物經凹板篩落入接料盒。該裝置主要配套動力為:切流脫粒滾筒30kW,強制喂入輪11kW,縱軸流復脫滾筒90kW,輸送帶速度0~2m/s,脫粒形式為切流與縱軸流組合式。該裝置安裝了7個轉速傳感器,3個扭矩傳感器,分別用來檢測輸送帶速度、喂入螺旋輸送器轉速、切流脫粒滾筒轉速、強制喂入輪轉速、縱軸流復脫滾筒轉速、風機轉速、振動篩驅動轉速以及切流脫粒滾筒、強制喂入輪和縱軸流復脫滾筒的扭矩。切流滾筒直徑552mm,長1125mm,柵格凹板,凹板包角80°,采用刀形齒為脫粒元件。強制喂入輪直徑389mm,長1125mm,采用梯形板齒為喂入元件。縱軸流復脫滾筒(圖2)直徑556mm,總長3390mm,脫粒間隙25mm,柵格凹板,凹板包角180°,頂蓋導向板導角63.5°。喂入螺旋葉片(圖3)為四頭螺旋,導程1000mm,長260mm。縱軸流復脫滾筒形式:(1)釘齒滾筒如圖4所示,脫粒元件為釘齒,直徑12mm,高100mm。排列方式(圖5)為三頭螺旋,齒間距100mm。(2)矩形齒滾筒如圖6所示,脫粒元件為矩形齒,齒厚5mm,高100mm。排列方式(圖7)為三頭螺旋,齒間距250mm。(3)釘齒-短紋桿板齒組合式滾筒如圖8所示,脫粒元件為釘齒和短紋桿板齒組合式,釘齒直徑12mm,高65mm,板齒高100mm,厚5mm,安裝之后比短紋桿高10mm。排列方式(圖9)為三頭螺旋,釘齒間距100mm,短紋桿-板齒間距250mm。1.2粒度及含水率試驗物料為揚麥16,小麥平均莖稈長度為75.2cm,籽粒千粒重34.84g,草谷比1.1,籽粒含水率13.95%,莖稈含水率27.44%。1.3地面試驗的物料及性能試驗在其他工作參數一致的情況下,使用從田間剛割下的試驗物料進行不同滾筒形式和喂入量的性能試驗。試驗方案如表1所示,各組試驗重復3次,接料盒測區分布如圖2所示。2復脫造成顆粒脫凈縱軸流聯合收獲機的復脫分離裝置,首先要能把經切流滾筒初脫后的難脫籽粒脫凈,在其基礎上使脫出物中的雜余少,以便減輕清選負擔,其次復脫滾筒功耗要低。因此從籽粒夾帶損失率、未脫凈率、脫出物軸向分布規律、含雜率和復脫滾筒功耗等進行對比試驗與分析。2.1粒間隙條件下的夾層損失率不同喂入量3種復脫滾筒在相同轉速和脫粒間隙條件下的夾帶損失率對比如表2所示。從表2中可以看出:3種復脫滾筒的籽粒夾帶損失率均較低,而且差異較小。2.2復脫概念表現脫出物在接料盒中的軸向分布規律如圖10、11所示。從圖10、11中可以看出:①軸向脫粒段1~4區脫出物較多,釘齒滾筒和矩形齒滾筒的脫出物比釘齒-短紋桿板齒組合式滾筒多。②軸向分離段5~13區釘齒滾筒和矩形齒滾筒的脫出物比釘齒-短紋桿板齒組合式滾筒少。③釘齒-短紋桿板齒組合式滾筒比釘齒滾筒和矩形齒滾筒的脫出物軸向分布均勻。3種復脫滾筒在相同轉速和不同喂入量情況下脫出物中的含雜率如表3所示。從表3中可以看出,在相同工況下,釘齒-短紋桿板齒組合式滾筒的脫出物含雜率要比釘齒滾筒和矩形齒滾筒的脫出物含雜率低。其中喂入量為6.5kg/s時釘齒-短紋桿板齒組合式滾筒含雜率最低,為18.734%,比釘齒滾筒和矩形齒滾筒低16.1%和12.5%。從脫出物的軸向分布規律和脫出物含雜率可以看出,由于短紋桿板齒對莖稈打擊較弱,因此雜余較少;釘齒-短紋桿板齒組合式滾筒脫出物軸向分布均勻性好,且雜余少,有利于清選。2.3齒輪齒輪強度的確定相同轉速、不同喂入量情況下3種復脫粒滾筒的功耗如表4所示。從表4可以看出:①在相同工況下釘齒滾筒和矩形齒滾筒每千克喂入量的平均功耗比釘齒-短紋桿板齒組合式滾筒高11%~22%。②釘齒-短紋桿板齒組合式滾筒對喂入量不敏感,2種不同喂入量的功耗值接近,滾筒的適應性較強。3釘齒-短紋桿板齒組合的篩選(1)釘齒-短紋桿板齒組合式滾筒、釘齒滾筒和矩形齒滾筒3種縱軸流復脫滾筒對于小麥的復脫性能均較好,其籽粒夾帶損失率和未脫凈率均較低。(2)從脫出物分布的均勻性和脫出物的含雜率看,釘齒-短紋桿板齒組合式滾筒比釘齒滾筒和矩形齒滾筒好。相對釘齒滾筒和矩形齒滾筒,釘齒-短紋桿板齒組合式滾筒脫出物