稻麦联合收获机分段式脱粒装置设计与优化

针对纵轴流联合收获机在收获稻麦时出现的脱粒不彻底、分离不完全等问题,该研究设计了一种分段式纵轴流脱粒分离装置。该装置主要由锥形脱粒滚筒、脱粒强度可调式凹板筛、360°分离式凹板筛、作业参数电控调节系统等构成。通过单因素试验,分别获得了脱粒强度可调式凹板筛的开关板针对小麦和水稻脱粒的最佳开关状态。为寻求装置作业参数对脱粒效果的影响规律及最优参数组合,进行了多目标优化试验。以滚筒转速、导流板角度、凹板筛脱粒间隙、凹板筛分离间隙及喂入量作为影响因素,以破碎率、损失率、脱出物含杂率为试验指标,建立了破碎率、损失率、脱出物含杂率的数学模型。试验结果表明:各因素对破碎率影响的显著性大小顺序为滚筒转速、凹板筛脱粒间隙、导流板角度、喂入量、凹板筛分离间隙;对脱出物含杂率影响的显著性大小顺序为滚筒转速、导流板角度、凹板筛脱粒间隙、喂入量、凹板筛分离间隙;对损失率影响的显著性大小顺序为滚筒转速、导流板角度、凹板筛脱粒间隙、喂入量、凹板筛分离间隙。通过多目标参数优化分析,确定装置进行小麦脱粒的最优作业参数组合为脱粒滚筒转速905 r/min、导流板角度69°、凹板筛脱粒间隙18 mm、凹板筛分离间隙19 mm、喂入量4 kg/s。在该参数组合条件下进行了田间验证试验,结果表明,与常规纵轴流脱粒装置相比,整机作业破碎率由1.46%降为1.00%,含杂率由1.85%降为1.43%,损失率由1.72%降为1.20%,各指标实测值与模型优化值的相对误差均小于5%,满足国家相关标准要求。该装置有效解决了破碎率高、脱粒不干净、分离不彻底的问题,研究结果可为纵轴流联合收获机脱粒装置的结构改进和作业参数优化提供参考和依据。     

油菜联合收获机种子籽粒脱粒装置结构及运行参数优化

为探究油菜联合收获机脱粒系统对油菜籽粒的收获效果,寻求较优的脱粒装置结构及运行参数,以喂入量、脱粒滚筒间隙、脱粒滚筒转速和脱粒元件型式种类为影响因素,油菜种子籽粒发芽率、脱粒损失为评价指标,开展油菜联合收获脱粒试验、发芽率试验及无损伤籽粒发芽率对比试验,探究了联合收获油菜籽粒的脱粒损伤机理。结果表明:影响油菜种子籽粒脱粒损伤的主次因素依次为脱粒元件型式、脱粒滚筒间隙、脱粒滚筒转速、喂入量;所选因素水平下,综合考虑脱粒损伤及损失,采用喂入量3.2 kg/s、脱粒滚筒间隙9 mm、脱粒滚筒转速856 r/min、全钉齿时为较优组合。分析表明:联合收获脱粒会对油菜种子籽粒造成损伤,影响脱粒损伤的直接因素为种子籽粒在滚筒内受打击次数及打击力大小;通过调整脱粒系统结构及运行参数,能够显著降低油菜的脱粒损伤及损失,本文为脱粒装置结构及运行参数的优化提供参考。     

切纵流联合收获机小麦脱粒分离性能评价与试验

针对国产切纵流联合收获机在脱粒分离中存在籽粒损失较大和功耗需求较高等问题,将切纵流联合收获机上的切流滚筒、辅助喂入轮和纵轴流滚筒在室内建成切纵流脱粒分离装置试验台,进行喂入量为7.5kg/s的小麦脱粒分离性能试验,获取脱粒分离的籽粒损失和功耗性能指标,借助复数幅值对切纵流脱粒分离装置的脱粒分离性能进行分析,计算出脱粒分离性能指标并进行比较。试验结果表明切纵流联合收获机收获小麦的最佳组合方式为,切流滚筒采用刀形齿、线速度为21.66m/s、入口脱粒间隙为30、出口脱粒间隙为20mm,纵轴流滚筒采用钉齿、线速度为19.63m/s、脱粒间隙为20mm时,所需总功耗为66.64kW,籽粒总损失率为0.56%,最优脱粒分离性能指标为0.8935。     

适应不同成熟度大豆的差速脱粒滚筒性能试验与分析

针对南方地区大豆草谷比和未成熟豆荚占比高，造成收获机脱粒清选分离质量差、功耗大等问题，设计了一种前后两段组合且两段转速差可调的脱粒滚筒，研究了脱粒滚筒参数变化对豆荚和籽粒的能量、等效形变量等的影响。以脱粒齿类型、前段滚筒转速、两段滚筒转速差为影响因素，以破碎率、未脱净率和夹带损失率为评价指标，得到了差速与非差速脱粒滚筒的最优参数组合，并通过综合性能试验对比了两种脱粒滚筒的脱粒质量、作业油耗和工作效率。结果表明，差速脱粒滚筒最优参数组合是脱粒齿类型为纹杆齿-杆齿组合式脱粒齿，前段滚筒转速为450 r/min，两段滚筒转速差为150 r/min。此时，相较于传统的杆齿式非差速脱粒滚筒，脱粒质量更高，油耗降低了2.7 L/hm²，最大作业效率增大了10.35%。该研究能够为解决南方地区大豆联合收获机脱粒装置适应性问题提供依据。     

切流-横轴流玉米脱粒系统改进设计及台架试验

对玉米脱粒过程的研究,理论分析与数学建模存在着理想假设的局限性,整机田间试验受制于系统结构、环境条件而不能深入测试分析。为便于室内研究玉米脱粒过程,以4YL-4/5型收获机脱粒系统为参照,设计了切流-横轴流脱粒试验系统,结构设计模块化,可根据需要更换脱粒滚筒等关键零部件或调整技术参数,以便兼顾开展多种谷物脱粒试验研究。工作参数标定表明,试验台架可满足最高37 k W的工作负载,满足滚筒线速度为0~29.06 m/s、喂入量为0~8.08kg/s的谷物脱粒试验。在入口脱粒间隙为36 mm,出口间隙为12 mm,喂入量为2.6 kg/s的条件下,切流滚筒采用螺旋柱齿结构、横轴流滚筒采用柱齿-板齿结构形式,以不同的横轴流滚筒线速度为测试速度,对含水率在22%~32%的玉米果穗进行脱粒试验,试验表明:切流滚筒的脱粒物质量占比随着含水率的增加而减弱,当含水率在28%以下,切流滚筒与横轴流滚筒脱粒筛分段的脱粒能力几乎相当,当含水率高于28%,切流滚筒的脱粒物质量占比下降明显。脱粒系统在线速度15.84~18.72 m/s和含水率为22%~26%的条件下,籽粒破碎率指标满足国标规定值≤5%。在滚筒线速度为17.28 m/s、含水率为24%~26%区间内,脱粒系统的籽粒破碎率最低,平均值为1.7%。通过脱粒试验台,将玉米脱粒过程的试验研究与田间测试有效结合,可为玉米籽粒收获机脱粒系统的设计提供科学依据。     

脱粒滚筒结构形式对大豆机收质量影响的试验研究

为研究不同脱粒滚筒结构形式对大豆机收质量的影响,探索不同含水率下较佳脱粒参数匹配,该研究以不同含水率的大豆为试验材料,提出元件可更换的脱粒滚筒设计思路,选取弓齿、纹杆和杆齿作为脱粒元件,分别组装成纹杆-杆齿组合式、开式杆齿和闭式弓齿脱粒滚筒。以前进速度、滚筒转速、脱粒间隙和导流板角度为试验因素,破碎率和未脱净率为评价指标,设计单因素试验,分析各因素对评价指标的影响规律;根据单因素试验结果,设计四因素三水平正交试验,分析各影响因素对评价指标的影响显著性,得到优化作业参数组合,并进行验证试验。试验结果表明:前进速度和滚筒转速对破碎率的影响程度较大,滚筒转速和脱粒间隙对未脱净率的影响程度较大;在低含水率收获条件下纹杆-杆齿组合式脱粒滚筒在前进速度4 km/h、滚筒转速600 r/min、脱粒间隙30 mm、导流板角度70°的情况下破碎率和未脱净率最低,分别为0.90%和0.18%;在高含水率收获条件下闭式弓齿脱粒滚筒在前进速度3 km/h、滚筒转速600 r/min、脱粒间隙25 mm、导流板角度75°的情况下破碎率和未脱净率最低,分别为1.20%和0.23%。试验结果可为谷物收获机脱粒滚筒的设计提供参考。     

水稻鼓形纵轴流脱粒滚筒杆齿优化与试验

与传统杆齿式圆柱形纵轴流脱粒滚筒相比,课题组前期研制的杆齿式鼓形纵轴流脱粒滚筒可有效改善轴向负荷,降低脱粒功耗。为进一步提升该滚筒性能,该研究对杆齿进行优化,设计了圆柱杆齿、弯头杆齿和闭式弓齿3种形状杆齿,建立水稻籽粒与杆齿碰撞冲击力学模型,分析了影响功耗的杆齿结构参数。以黄华占水稻为对象,基于EDEM软件构建水稻植株离散元柔性模型,利用仿真试验建立滚筒轴向负荷监测器,探究圆柱杆齿、弯头杆齿和闭式弓齿在不同杆齿直径和脱粒间隙下对滚筒轴向负荷均匀性的影响,得出最佳杆齿结构参数为杆齿直径10 mm,脱粒间隙25 mm。以喂入量、滚筒转速和杆齿形状为试验因素,以脱粒功耗为指标开展三因素三水平Box-Behnken响应面试验,结果表明,最优结构参数下,圆柱杆齿式鼓形滚筒最优工作参数为喂入量1.1 kg/s,滚筒转速900 r/min,功耗最低为4.61 kW;弯头杆齿式鼓形滚筒最优工作参数为喂入量0.95 kg/s,滚筒转速935 r/min,功耗最低为3.58 kW,确定将鼓形滚筒杆齿优化为弯头杆齿形状。分别开展仿真与台架对比试验,结果表明,优化后的弯头杆齿式鼓形滚筒较圆柱杆齿式鼓形滚筒的轴...     

纵轴流联合收割机切流脱粒分离装置的研制与试验

为了分析纵轴流联合收割机切流脱粒分离装置的脱粒分离性能,在自行研制的纵轴流脱粒分离清选试验台上,对钉齿和刀形齿切流脱粒分离装置进行了台架试验,测定了切流脱粒滚筒、强制喂入轮以及纵轴流复脱滚筒的功耗,分析切流脱粒分离装置的结构和运动参数对籽粒脱粒性能的影响。试验结果表明,切流脱粒分离装置的籽粒脱净率范围约为67.19%～82.37%,功耗约占脱粒总功耗的20%,刀形齿式切流脱粒滚筒消耗的功率较少,采用切流与纵轴流组合式脱粒分离装置的小麦脱净率均能达到99.90%以上,夹带损失率小于0.25%,配置刀形齿式切流脱粒滚筒的切流与纵轴流脱粒分离装置的总功耗较少,强制喂入轮和纵轴流复脱滚筒的功耗分别约占脱粒总功耗的14%和66%,研究结果对纵轴流联合收割机的研制具有指导意义。     

纵轴流脱粒装置水稻最佳脱粒分离参数预测与控制

在水稻脱粒过程中,脱粒滚筒的转速、凹板间隙、齿间距等是脱粒籽粒损失率和脱粒功耗的重要影响因素。为获得水稻联合收割机上纵轴流脱粒滚筒的最佳脱粒参数组合及可控范围,在自行研制的切纵流脱粒分离试验台上开展了水稻脱粒分离性能试验研究。对纵轴流滚筒在不同脱粒滚筒转速、凹板间隙、齿间距参数组合下进行水稻脱粒性能台架试验研究,并对试验结果进行回归分析和置信度分析。将获得的最佳操作参数置信区间用于控制纵轴流滚筒的水稻脱粒性能并预测其最优参数组合,同时进行了验证。结果表明,为将纵轴流脱粒滚筒的总损失率控制在0.33%以内且将脱粒功耗控制在46.36 kW以内,则具有95%置信度的纵轴流滚筒转速为772.61～905.74 r/min、脱粒间隙为22.18～37.93mm、齿间距为104.96～170.17 mm,其相应的纵轴流滚筒最佳转速为839 r/min、凹板间隙为30 mm、齿间距为138 mm。该研究对于降低纵轴流滚筒的脱粒功耗和籽粒损失具有重要意义,同时可为水稻联合收割机纵轴流脱粒滚筒最佳结构及参数设计提供参考。     

纵轴流脱粒装置水稻最佳脱粒分离参数预测与控制（英文）

在水稻脱粒过程中,脱粒滚筒的转速、凹板间隙、齿间距等是脱粒籽粒损失率和脱粒功耗的重要影响因素。为获得水稻联合收割机上纵轴流脱粒滚筒的最佳脱粒参数组合及可控范围,在自行研制的切纵流脱粒分离试验台上开展了水稻脱粒分离性能试验研究。对纵轴流滚筒在不同脱粒滚筒转速、凹板间隙、齿间距参数组合下进行水稻脱粒性能台架试验研究,并对试验结果进行回归分析和置信度分析。将获得的最佳操作参数置信区间用于控制纵轴流滚筒的水稻脱粒性能并预测其最优参数组合,同时进行了验证。结果表明,为将纵轴流脱粒滚筒的总损失率控制在0.33%以内且将脱粒功耗控制在46.36 k W以内,则具有95%置信度的纵轴流滚筒转速为772.61~905.74 r/min、脱粒间隙为22.18~37.93mm、齿间距为104.96~170.17 mm,其相应的纵轴流滚筒最佳转速为839r/min、凹板间隙为30 mm、齿间距为138 mm。该研究对于降低纵轴流滚筒的脱粒功耗和籽粒损失具有重要意义,同时可为水稻联合收割机纵轴流脱粒滚筒最佳结构及参数设计提供参考。     

不同脱粒元件对切流与纵轴流水稻脱粒分离性能的影响

为研究不同脱粒元件对切流与纵轴流脱粒分离性能的影响,该文在自行研制的纵轴流脱粒分离试验台上,利用自制的矩形齿板、短纹杆-板齿、钉齿、刀形齿、梯形板齿对喂入量为7及8 kg/s的水稻进行了脱粒分离性能试验,对比切流装置在不同脱粒元件下的功耗和初脱分离率及纵轴流复脱装置在不同脱粒元件下的总功耗、夹带损失率、脱净率、破碎率、脱出混合物轴向和径向分布等指标。结果表明,在7 kg/s水稻喂入量时,刀形齿切流装置初脱分离率最高为47.71%,钉齿纵轴流复脱装置夹带损失最低为0.25%;切流装置采用刀形齿且纵轴流复脱装置采用钉齿,在8 kg/s水稻喂入量时,单位功耗最低为8.51 kW/(kg·s),夹带损失最低为0.31%,脱净率达到99.96%。     

轴流式和切流式机械脱粒对稻谷损伤及加工品质的影响

为确定不同机械脱粒滚筒收获方式对收获后稻谷品质性状的影响,以手工收获方式稻谷为对照组,对轴流式和切流式脱粒滚筒收获方式收获稻谷的品质性状进行研究,检测不同收获方式稻谷的裂纹率、裂颖率、发芽率、幼苗生长、腹部与背部作为承压面糙米的三点弯曲破碎力、加工品质指标等。测试结果表明:机械脱粒方式收获稻谷与手工收获方式相比,裂颖率增加,发芽和幼苗生长、三点弯曲破碎力和加工品质降低,其中裂颖率最大增加约35.6%,发芽率降低最大达53%,茎秆长度最大降低15 mm,根数量最大降低2.4个,腹部和背部三点弯曲破碎力减小最大值为4.5和3.8 N,整精米率最大降低12.11%;而切流式脱粒滚筒收获方式收获稻谷与轴流式相比,裂颖率较大,发芽率降低达34%~51%,茎杆长度降低最大达12.6 mm,根数量降低最大达1.8个,腹部和背部三点弯曲破碎力差异较小,整精米率降低10.38%。总体来说不同机械脱粒收获方式对稻谷的品质性状影响具有差异性,轴流式脱粒收获方式对稻谷的机械损伤小于切流式脱粒收获方式,机械脱粒损伤稻谷品质性状的评价应该根据稻谷具体使用目的进行客观全面的评价。     

切纵流联合收割机纵轴流滚筒长度设计与优化(英文)

为优化设计切纵流联合收割机纵轴流滚筒的长度,该文通过设计脱粒分离长度可变的纵轴流滚筒并进行喂入量为7 kg/s的水稻脱粒分离性能和籽粒分布试验,分析纵轴流滚筒下脱出混合物的分布规律,建立纵轴流滚筒的籽粒分布方程,计算纵轴流滚筒长度;通过计算纵轴流滚筒顶盖导流板的最佳导角对纵轴流滚筒长度进行优化,确定纵轴流滚筒长度的最佳值并进行水稻脱粒分离性能试验。结果表明,在水稻喂入量为7 kg/s,纵轴流滚筒顶盖导流角为7.64°时,优化后的纵轴流滚筒长度最佳值为3 159.77 mm,经优化后的纵轴流滚筒脱粒分离的籽粒夹带损失率约为0.29%。该研究为纵轴流联合收割机的纵轴流滚筒设计提供了参考。     

纵轴流联合收获机关键部件改进设计与试验

针对当前履带式纵轴流联合收获机中存在的工作状态无法在收获不同作物间快速转换,割台损失率较高、脱粒分离能力较差以及功耗高等不足,对割台、脱粒、清选、行走等主要工作部件进行了改进设计与试验研究。将割台设计为无级调速可伸缩式结构,脱粒装置改为纵轴同径差速滚筒脱粒装置,采用单HST(hydro static transmission)原地转向行走装置及防粘附清选装置,并经室内试验和田间试验表明:可伸缩割台能实现稻麦收割状态与油菜收割状态的快速转换,扩大了割台的使用功能,收获油菜损失显著减少,与常规相比较,油菜损失率降低2.8个百分点;差速轴流滚筒提高了脱粒效果和分离能力,与等长度单转速轴流滚筒相比,夹带与脱不净损失率分别减少了0.02个百分点与0.09个百分点,破碎率减少了0.017个百分点;原地转向行走机构减少了地表土壤的破坏并降低了转向功耗,以原地转向替代单边制动转向时,节约功耗37.0%;清选机构抖动板和清选筛面经不沾水处理,改善了潮湿谷物的清选性能,清选损失率降低0.9个百分点,含杂率降低0.4个百分点;这些联合收获机主要工作部件的改进设计提高了整机工作性能,以期为联合收获机主要工作部件改进,提高联合收获机工作性能提供参考。     

大豆联合收获机对称可调式凹板筛设计与试验

针对传统大豆联合收获机脱粒间隙调整方法单一、田间作业时工作参数与作物适应性差,导致大豆破碎率、未脱净率和夹带损失率较高的问题,该研究设计了一种对称可调式凹板筛,实现双侧脱粒间隙可调,并对其间隙调整量进行了确定.以大豆联合收获机的前进速度、滚筒转速、脱粒段脱粒间隙、分离段脱粒间隙为影响因素,以大豆破碎率、未脱净率和夹带损...     

Effectiveness of Three Types of Grain Separator for Crop Matter harvested with a Stripping Header

The performance of three types of separator (axial flow, straw walker and multi-cylinder), designed to separate grain from material other than grain (MOG), were tested in the laboratory and field. The straw walkers were mounted in a conventional combine harvester and the multi-cylinder separator in an experimental trailed stripper harvester, and evaluated during in-field harvesting trials. An axial flow separator was built especially for laboratory evaluation. The crops used for the tests had all been harvested with stripper headers and passed through conventional threshing drums. The grain and MOG that passed through each stage of each separator under test was collected by trays along the machine so as to reveal how the individual stages of the separators performed, and hence inform developments in separator design. Although the data were gathered from independent evaluations of the three separators, useful comparisons were possible.MOG input to each separator close to 4 t h⁻¹ and grain input of 1 – 2.7 t h⁻¹ gave separation efficiencies of 95% with 3·1 to 4·2 m² of straw walker area, 1·7 m² of multi-cylinder grating and 1·0 m² of grating in the axial flow rotary separator.The axial flow separator allowed 29% of barley MOG through with the grain whilst the straw walker allowed 13%. In wheat, the straw walker allowed 37% MOG through, compared with 56% by the multi-cylinder separator. The MOG fraction entering a separator after stripping is predominantly leaf and light straws. This does not form the open structure seen when long straw is present but tends to ‘mat’, making grain separation more difficult. Rotary separators, both axial and tangential, appear better suited to handling this stripped material than do straw walkers because their more aggressive action teases out the material and allows easier release of the grain, but it also breaks up MOG resulting in worse MOG retention.     

组合式轴流脱分装置动力学仿真

为了从力学的角度对轴流脱粒空间的脱粒机理进行进一步探讨,根据动力学原理,建立螺旋叶片板齿组合式轴流脱粒装置的动力学模型,分析稻谷在装置中受力情况,并对脱粒过程进行仿真。研究结果表明在整个脱粒过程中,谷物沿着叶片边缘螺旋线方向受力分布不均匀,当稻谷沿着螺旋叶片运行到距喂入口5～9 m区间时,此时加速度达到整个脱粒过程中的最大区域。凹板、盖板与滚筒之间的谷物受力明显高于滚筒反力和叶片反力,证明凹板与盖板参数是影响稻谷轴流脱粒的主要因素。     

摘脱收获复脱分离装置的试验研究

在专用的复脱分离试验装置上,对SG800摘脱机脱穗后的混合物,进行了多因素的性能试验,得出了复脱转筒线速度、凹板栅板间距、脱粒间隙、喂入量等诸因素,与未脱净率、破碎率、夹带损失率、含杂率和功耗等性能指标的相关性及其显著程度,作了因素水平参数组合的初步优选;并测定分析了复脱分离后排出物组成和各性能指标的轴向分布状况;探讨了改善复脱分离性能的途径。