切流与纵轴流组合式脱粒分离清选试验研究

切流与纵轴流组合式脱粒分离清选试验研究

脱粒分离装置根据工作过程，纵轴流联合收获机的脱粒分离装置可分为直式和组合式。直脱式纵轴流脱粒分离装置物料经输送槽直接进入纵轴流脱粒滚筒,该机结构简单,但籽粒的夹带损失率和功耗较高。组合式纵轴流脱粒分离装置物料经输送槽进入单或双切流滚筒,然后通过强制喂入轮进入纵轴流复脱分离滚筒,该机结构合理,脱粒分离性能好。组合式纵轴流脱粒分离装置不但能兼顾切流滚筒采用大间隙、较低转速,脱粒作用柔和,满足破碎率小的要求,而且还能兼顾直脱式纵轴流联合收获机的特点:滚筒长度可加长,作物在滚筒内受脱粒元件作用时间增加,籽粒脱净率高,出草口茎秆夹带籽粒明显减少,有利于提高整机的工作效率和作业性能。为了研究组合式纵轴流联合收获机脱粒分离装置的工作性能,通过自行研制的纵轴流脱粒分离清选试验台,对3种不同的纵轴流复脱分离滚筒进行台架脱粒分离性能试验和对比分析。1试验安装和方法1.1脱粒装置的设计试验装置为自行研制的纵轴流脱粒分离清选试验台(图1)。均匀铺放在输送带上的试验物料经喂入螺旋输送器和输送槽进入切流脱粒滚筒进行初脱,然后经强制喂入轮再进入纵轴流复脱分离滚筒,长茎秆从纵轴流复脱滚筒尾部的排草口排出,籽粒、短茎秆及杂余等脱出物经凹板筛落入接料盒。该装置主要配套动力为:切流脱粒滚筒30kW,强制喂入轮11kW,纵轴流复脱滚筒90kW,输送带速度0~2m/s,脱粒形式为切流与纵轴流组合式。该装置安装了7个转速传感器,3个扭矩传感器,分别用来检测输送带速度、喂入螺旋输送器转速、切流脱粒滚筒转速、强制喂入轮转速、纵轴流复脱滚筒转速、风机转速、振动筛驱动转速以及切流脱粒滚筒、强制喂入轮和纵轴流复脱滚筒的扭矩。切流滚筒直径552mm,长1125mm,栅格凹板,凹板包角80°,采用刀形齿为脱粒元件。强制喂入轮直径389mm,长1125mm,采用梯形板齿为喂入元件。纵轴流复脱滚筒(图2)直径556mm,总长3390mm,脱粒间隙25mm,栅格凹板,凹板包角180°,顶盖导向板导角63.5°。喂入螺旋叶片(图3)为四头螺旋,导程1000mm,长260mm。纵轴流复脱滚筒形式:(1)钉齿滚筒如图4所示,脱粒元件为钉齿,直径12mm,高100mm。排列方式(图5)为三头螺旋,齿间距100mm。(2)矩形齿滚筒如图6所示,脱粒元件为矩形齿,齿厚5mm,高100mm。排列方式(图7)为三头螺旋,齿间距250mm。(3)钉齿-短纹杆板齿组合式滚筒如图8所示,脱粒元件为钉齿和短纹杆板齿组合式,钉齿直径12mm,高65mm,板齿高100mm,厚5mm,安装之后比短纹杆高10mm。排列方式(图9)为三头螺旋,钉齿间距100mm,短纹杆-板齿间距250mm。1.2粒度及含水率试验物料为扬麦16,小麦平均茎秆长度为75.2cm,籽粒千粒重34.84g,草谷比1.1,籽粒含水率13.95%,茎秆含水率27.44%。1.3地面试验的物料及性能试验在其他工作参数一致的情况下,使用从田间刚割下的试验物料进行不同滚筒形式和喂入量的性能试验。试验方案如表1所示,各组试验重复3次,接料盒测区分布如图2所示。2复脱造成颗粒脱净纵轴流联合收获机的复脱分离装置,首先要能把经切流滚筒初脱后的难脱籽粒脱净,在其基础上使脱出物中的杂余少,以便减轻清选负担,其次复脱滚筒功耗要低。因此从籽粒夹带损失率、未脱净率、脱出物轴向分布规律、含杂率和复脱滚筒功耗等进行对比试验与分析。2.1粒间隙条件下的夹层损失率不同喂入量3种复脱滚筒在相同转速和脱粒间隙条件下的夹带损失率对比如表2所示。从表2中可以看出:3种复脱滚筒的籽粒夹带损失率均较低,而且差异较小。2.2复脱概念表现脱出物在接料盒中的轴向分布规律如图10、11所示。从图10、11中可以看出:①轴向脱粒段1~4区脱出物较多,钉齿滚筒和矩形齿滚筒的脱出物比钉齿-短纹杆板齿组合式滚筒多。②轴向分离段5~13区钉齿滚筒和矩形齿滚筒的脱出物比钉齿-短纹杆板齿组合式滚筒少。③钉齿-短纹杆板齿组合式滚筒比钉齿滚筒和矩形齿滚筒的脱出物轴向分布均匀。3种复脱滚筒在相同转速和不同喂入量情况下脱出物中的含杂率如表3所示。从表3中可以看出,在相同工况下,钉齿-短纹杆板齿组合式滚筒的脱出物含杂率要比钉齿滚筒和矩形齿滚筒的脱出物含杂率低。其中喂入量为6.5kg/s时钉齿-短纹杆板齿组合式滚筒含杂率最低,为18.734%,比钉齿滚筒和矩形齿滚筒低16.1%和12.5%。从脱出物的轴向分布规律和脱出物含杂率可以看出,由于短纹杆板齿对茎秆打击较弱,因此杂余较少;钉齿-短纹杆板齿组合式滚筒脱出物轴向分布均匀性好,且杂余少,有利于清选。2.3齿轮齿轮强度的确定相同转速、不同喂入量情况下3种复脱粒滚筒的功耗如表4所示。从表4可以看出:①在相同工况下钉齿滚筒和矩形齿滚筒每千克喂入量的平均功耗比钉齿-短纹杆板齿组合式滚筒高11%~22%。②钉齿-短纹杆板齿组合式滚筒对喂入量不敏感,2种不同喂入量的功耗值接近,滚筒的适应性较强。3钉齿-短纹杆板齿组合的筛选(1)钉齿-短纹杆板齿组合式滚筒、钉齿滚筒和矩形齿滚筒3种纵轴流复脱滚筒对于小麦的复脱性能均较好,其籽粒夹带损失率和未脱净率均较低。(2)从脱出物分布的均匀性和脱出物的含杂率看,钉齿-短纹杆板齿组合式滚筒比钉齿滚筒和矩形齿滚筒好。相对钉齿滚筒和矩形齿滚筒,钉齿-短纹杆板齿组合式滚筒脱出物