小麦育种收获机锥型滚筒脱粒装置的研究

小麦育种收获机锥型滚筒脱粒装置的研究

0小麦育种收获机脱粒装置研制社区小麦育种收获机是实现社区小麦育种机械化的重要机器。受脱粒装置内易滞种、易混种,难清机的限制,田间育种小区小麦机械化收获一直是一个难题。以德国黑格公司、奥地利温特斯泰格公司为代表的国外机构研究开发的小区种子收获机械技术成熟、可靠性较高、机械体积大,结构复杂、价格昂贵,难以适应中国育种试验小区面积小、隔离带窄的现状。我国小区小麦育种收获机研究起步晚、产品少、技术不成熟,主要以固定式小麦小区小麦种子脱粒机为主,尚无小区小麦种子联合收获机。小区小麦育种收获机脱粒装置要求脱净率高,破碎率低,无混种,便清机。为此,研制了纵轴流锥型滚筒脱粒装置。该装置体积小、结构紧凑,可加快育种小麦脱粒混合物的轴向输送,使脱粒装置内部无脱粒物料沉积,无需人工停机清机,便可进行另一品种小麦脱粒作业,避免混种,保证了育种试验数据的可靠性,符合小区小麦育种收获的要求。锥型滚筒是该脱粒装置的重要组成部件,其主要结构参数直接影响小区小麦育种收获机的作业效果。为此,本文对该锥型滚筒的结构参数进行了进一步优化试验研究,并依此研发一种性能良好的脱粒滚筒。1脱粒均匀段作业区如图1所示,锥型脱粒滚筒主体结构为圆台型,由前端喂入导板、滚筒主体、扬谷器三部分组成。作业时前端喂入导板叶片高速旋转,产生吸力将物料喂入滚筒,安装在滚筒主体上的脱粒元件抓取物料进行脱粒并向后输送,末端扬谷器叶片旋转产生的气流将脱粒混合物向后吸入并抛入清选装置。根据谷物脱粒作业机理,将滚筒主体划分为喂入段、脱粒段2个作业区。锥型脱粒滚筒喂入段应具有较强的物料抓取能力,以便物料及时喂入;脱粒段应保证脱粒损失小,同时避免因脱粒元件打击力过大而造成育种籽粒暗伤和破碎,且有利于脱粒混合物轴向输送。因此,脱粒滚筒两段作业区脱粒元件的选取尤为关键。此外,滚筒主体锥角α的大小影响物料向后输送的能力,也是影响锥型脱粒滚筒作业性能的一个重要因素。2研磨锥臂性能试验2.1单种脱粒元件的排列如图2所示,台架试验结合自行研制的纵轴流锥型滚筒脱粒装置,通过改变锥型滚筒主要结构参数进行,分别选取如图3所示的3类共9种带有不同脱粒元件、不同锥角的锥型脱粒滚筒。如图3a滚筒钉齿脱粒元件,共8组,钉齿高45mm,直径120mm,分别以每组2~3枚均匀分布在锥型滚筒上;图3b滚筒短纹杆-板齿脱粒元件,共6组,板齿高45mm,厚2mm;短纹杆长210mm,宽30mm,厚6mm,表面螺纹向后倾斜,在锥型脱粒滚筒上均匀排列;图3c滚筒螺纹杆齿脱粒元件,共8组,每组脱粒元件由2~3枚齿杆与短纹杆连接构成,齿杆高45mm,直径120mm,纹杆长210mm,宽30mm,厚6mm,表面螺纹向后倾斜,在锥型脱粒滚筒上均匀排列。锥型滚筒长度为210mm,滚筒小端面直径为220mm,大端面直径随锥角变化确定。通过对纵轴流脱粒装置中锥型滚筒置换,进行不同锥型滚筒工作性能对比试验,并选取锥型滚筒最优结构参数。2.2半喂入式小区的小麦种子收获机试验材料为甘肃省农科院育种小区小麦种子,品种为陇春23号,籽粒千粒质量41.2g,籽粒含水率37.4%。由于试验所应用的纵轴流锥型滚筒脱粒装置适合于半喂入式小区小麦种子收获机,因此,试验时喂入滚筒的物料均为小麦麦穗,穗头长度在12~15cm之间。根据喂入量的要求,试验时将小麦穗头均匀铺放在喂入输送带上,经输送槽输送进入锥型脱粒滚筒,物料脱粒分离后,脱出混合物随着锥型滚筒向后输送并在扬谷器高速气流的作用下进入旋风分离器进行气流清选,谷物喂入量为0.5kg/s,滚筒转速为1500r/min,吸杂风机转速1050r/min,试验重复3次。2.3脱粒损失的测定对半喂入式小区小麦育种收获机的脱粒滚筒而言,首先应便于脱粒装置内部无脱粒混合物料滞留,加快脱粒物料轴向输送,无需人工清机;且兼顾脱粒损失率、破碎率及清选籽粒含杂率低的作业要求。因此从脱粒总损失(包括夹带损失和未脱净损失)、种子破碎率、脱粒滚筒功耗、罩壳内部种子残留率以及清选籽粒含杂率等进行对比试验与分析,试验结果见表1与图4所示。分别测定3种类型脱粒滚筒的脱出物经旋风分离器清选后的籽粒含杂率,结果如图4所示。2.3.1确定小口径管脱粒装置内种子残留的含量锥型脱粒滚筒锥角的大小变化将会改变脱粒物料的后输能力,影响锥型脱粒滚筒工作性能。由表1及图4试验结果可以看出,当选取滚筒锥角值在10°~16°变化时,对其相应滚筒的脱粒作业效果及分离清选籽粒含杂率均有显著影响。锥角小则脱粒物料轴向后输能力弱,装置内种子残留量大,清机难,易混种。由于脱粒物料轴向输送能力弱,致使脱粒元件对脱粒物的作用时间加长,从而使脱粒损失率有所降低,但籽粒破碎率有所增加。试验发现,当滚筒锥角≥13°时,3类滚筒罩壳内种子残留量均减小,其中短纹杆-板齿类滚筒脱粒装置罩壳内部无种子残留,保证了育种试验数据的可靠性。由试验结果可以看出,锥角值选取过大或过小均影响锥型脱粒滚筒作业效果,在小区小麦育种收获装置无种子残留,兼顾脱粒损失率、破碎率低的作业要求下,通过表1及图3试验数据权衡锥型脱粒滚筒各作业性能参数,滚筒锥角以13°为宜。2.3.2螺钉脱粒装置脱粒元件在滚筒脱粒作业时与谷物穗头、茎秆直接接触,对谷物籽粒进行打击、搓擦,实现对喂入物料的脱粒分离效果,是脱粒滚筒的重要组成部件。因此,滚筒脱粒部件的合理选取将对滚筒作业性能的改良起着至关重要的作用。试验过程中发现,在同一锥角下各类型锥型滚筒作业性能相比,钉齿类滚筒在喂入物料时,抓取能力强,能满足及时喂入,不易产生堵塞。钉齿滚筒脱粒主要依靠钉齿较长时间对小麦茎秆的粉碎来实现;然而滚筒长度小,使得脱粒物料来不及脱粒就被排出脱粒装置,且钉齿脱粒元件打击谷物籽粒作用力大,致使表1中钉齿类滚筒种子破碎率、脱粒损失率及滚筒内部种子残留率较其他2类滚筒均有所升高,消耗功率最大。由图3可以看出,该类滚筒清选籽粒含杂率较低。短纹杆-板齿类滚筒在喂入物料时,抓取能力较弱。由于其脱粒部件结构特殊,采用板齿与谷物籽粒的撞击及短纹杆对物料的揉搓双重作用进行脱粒,而不足以大量粉碎茎秆,使得该类滚筒与钉齿类及螺纹杆齿类滚筒相比功耗低,脱粒损失率小。由于脱粒物料与滚筒脱粒元件接触面积大,该类滚筒的种子破碎率在3类滚筒中最低,仅为0.50%~0.56%;短纹杆-板齿脱粒元件较大,滚筒转动时装置罩壳内部产生大量气流,可加快脱粒物料轴向输送;由表1可以看出,该类滚筒作业时罩壳内种子残留量较小。由图4可以看出,由于短纹杆-板齿类滚筒脱粒作业时产生的强大气流致使旋风分离器内部清选气流场紊乱,以至于该类滚筒清选籽粒含杂率最大,可达18.21%~21.46%。由表1试验数据可以看出,螺纹杆齿类滚筒不论是从脱粒损失率、种子破碎率、脱粒滚筒功率消耗还是罩壳内部种子残留率,其作业效果均处在短纹杆-板齿类与钉齿类滚筒之间。螺纹杆齿类滚筒脱粒作业时,随滚筒旋转螺纹杆齿产生的较小气流即可以加快脱粒物料轴向输送又不破坏旋风分离器内部清选气流场;同时,该脱粒元件表面向后倾斜的螺纹也可加快物料向后轴向输送,由图4可以看出,螺纹杆齿类滚筒清选籽粒含杂率与钉齿类及螺纹杆齿类滚筒相比最低,仅为6.94%~8.56%。3齿锥滚性能试验3.1选择组合齿螺钉脱粒段由上述对比试验结果可以看出,影响锥型脱粒滚筒的重要结构参数主要有:滚筒锥角及脱粒元件2类。不同的锥角、脱粒元件在锥型滚筒作业时所表现出的工作性能也不同,因此,根据锥型滚筒不同作业段所需功能选取不同的脱粒元件。如图5所示,优化改进的锥型脱粒滚筒喂入段选用抓取物料能力较强的钉齿元件,满足脱粒物料的及时喂入,提高滚筒作业效率;锥型滚筒脱粒段选取可兼顾籽粒破损率与脱粒损失率同时降低的短纹杆-板齿元件,避免育种小麦的破碎、暗伤所带来的种子发芽率下降及脱粒损失率所带来的种子收获率降低的问题。依照螺纹杆齿类滚筒气流输送清选机理,组合齿滚筒脱粒段短纹杆-板齿元件选取长度较短纹杆-板齿类滚筒有所减小,滚筒旋转产生的气流即可以加快脱粒物料轴向输送又不破坏旋风分离器内部清选气流场,符合小区小麦育种收获要求;滚筒短纹杆-板齿脱粒元件,共6组,板齿高45mm,厚2mm,短纹杆长150mm,宽30mm,厚6mm,表面螺纹向后倾斜,在锥型脱粒滚筒上均匀排列;滚筒钉齿脱粒元件,共8组,钉齿高45mm,直径120mm,分别以每组1~2枚均匀分布在锥型滚筒上,组合齿锥型滚筒锥角选取13°。3.2种子脱粒能力应用2.2中锥型脱粒滚筒性能对比试验所采取的试验材料及方法,结合自行研制的纵轴流锥型滚筒脱粒装置进行组合齿锥型滚筒作业性能试验验证。试验结果表明,该组合齿锥型滚筒作业时较单一钉齿、短纹杆-板齿、螺纹杆齿滚筒性能良好,种子破碎率为0.52%,滚筒脱粒损失率及籽粒含杂率分别为0.43%及6.23%,装置内部种子残留率为0,功耗为2.48kW,各项试验指标均衡,符合小区小麦育种收获要求。脱粒物料喂入时该滚筒抓取能力强、脱粒过程中能够兼顾种子脱粒损失率及籽粒破碎率低的要求;脱粒装置内部无籽粒残留,无需人工停机清机,保证了育种试验数据的可靠性。该组合齿脱粒滚筒的脱出混合物清选籽粒含杂率低,滚筒功率消耗小,能够提高小区小麦育种收获机的工作效率和作业质量。4确定含量油气管的最佳脱粒结构参数确定1)结合自行研制的纵轴流锥型滚筒脱粒装置,在锥型滚筒长度及小端面直径确定的情况下,通过对锥型脱粒滚筒工作性能分析及改变锥型滚筒主要结构参数进行优化对比试验研究,得出影响锥型脱粒滚筒作业性能的结