小型钉齿玉米脱粒机的设计【原创含9张CAD图带开题报告+外文翻译】
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小型钉齿玉米脱粒机的设计【含9张CAD图带外文翻译】
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轴流式玉米脱粒装置运行因素对损耗和能耗的影响Waree Srison,Somchai,Chuan-Udom,Khwantri,Saengprachatanarak孔敬大学工程学院农业工程系，泰国孔敬 40002 孔敬大学东北重点作物应用工程研究所，泰国孔敬 40002 摘 要研 究 了 影 响 轴 流 式 玉 米 脱 粒 装 置 损 耗 和 能 耗 的 的 运 行 因 素 。 脱 壳 装 置 长 0.90 米 ， 钉齿末端 直 径 0.30 米。 这些因素 包括三个级别的水分含 量 （ MC） ， 三个层次的进料速率 （FR） ， 以及三级转子速度 （RS） 。 实验基于响应面方法和 23 因 子设计进行。研究结果表明，MC 显著影响颗粒破碎和功率消耗，但不影响脱壳 装 置 的 损 耗 。 增 加 MC 可 提 高 晶 粒 破 碎 率 和 耗 电 量 。 FR 影 响 了 电 耗 ， 但 不 影 响 脱 粒 装 置 的 损 耗 和 谷 物 的 破 碎 。 增 加 FR 增 加 了 能 耗 。 RS 对 脱 粒 单 元 损 失 、 粮 食 破 碎和耗电量均无明显影响，增加 RS 值增加了晶粒破碎率和耗电量，但降低了脱 粒单位损失。在多元线性模型的基础上建立了经验模型。 关 键 词 玉 米 脱 粒 装 置 ；水分含量；进给速率；转子转速 引 言玉米是对畜牧业来说很重要的饲料原料 （Farjam 等人， 2014） 。 玉米 生产是 基于其多样性 ， 另外， 收获机制是玉米生产过程中最重要的组成部分之一 （参考 文献） （ (Chuan-Udom，2013 年)。 Kunjara 等人(1998 年)讨论了泰国的玉米脱壳问题， 从中获得以下信息。 玉 米 脱 粒 机 自 从 1929 起就被使用和改良。玉米脱粒机的开发主要是由当地的制造 商来进行 ， 大部分玉米脱粒机采用的是纹杆脱粒机和钉齿脱粒机 。 这些脱粒机已 经过测试和评估， 以确定其最佳操作性能， 直到累计损 失 （谷物损失和颗粒破碎） 低于 1.5 。 然 而 ， 用 纹 杆 式 脱 粒 机 时 发 现 ， 残 留 在 凹 形 表 面 上 的 破 碎 作 物 部 件 降低了谷物 分离的有效性， 而钉齿脱粒机的能耗和剥落滚筒速度是 纹杆式脱粒机 的 两 倍 (Kunjara 等人，1998 年)。 玉米脱粒装置最初是以小麦脱粒装置为基础研制而成的， 但粮食破碎率较高（农业 部，1996 ） 。Chu an Udom（201 3）对 泰 国脱粒 机影响 玉米脱 壳 损失的 操作 因素进行了研究， 发现轴流式脱粒机具有高效、 易清洗、 粮食破碎少等特点， 对 调整脱粒 玉米是经济的， 并且只需要简单的修改。 此外， 轴流脱壳装置的原理适 用于泰国和亚洲国家的情况 （Singhal 和 Thierstein， 1987; Chuan-Udom， 2011） 。 Chuan-Udom 和 Chinsuwan（2009） 对泰国轴流 式水稻联合收割机的运行和调整进行的研究表明， 转子速度， 导叶倾斜度， 谷物含水率， 进料速度和颗粒物质 对 脱 粒 装 置 损 失 都 有 明 显 的 影 响 。 Chinsuwan 等 人 （ 2003） 研 究 了 转 子 切 向 速 度 和进给速度对脱粒装置损失和稻谷破损的影响。 结果表明， 当转子切 向速度增大 时 ， 脱 粒 单 元 损 失 减 小 ， 损 伤 增 大 。 安 德 鲁 斯 等 人 （ 1993） 研 究 了 联 合 收 割 机 操 作参数对水稻收获损失的影响， 并介绍了喂入率、 料谷比、 颗粒含水量、 旋翼转 速 、 凹 间 隙 等 因 素 对 脱 粒 装 置 损 失 的 影 响 。 Gummert 等 人 （ 1992） 报 道 了 转 子 转 速、 进给速度和百叶窗倾角对脱粒单元损失的影响， 以及转子转速对颗粒损伤的 影 响 。 合适的玉米脱粒机需要研究影响损耗和能耗的重要因素， 即转子转速， 进料 速率和谷物含水率。 因此 ， 本研究的目的是研究轴流式玉米脱壳装置的运行因素 对损失和能耗的影响。 材料与方法玉 米 脱 粒 装 置 本研究利用泰国农业研究开发机构 （公共组织） 提供的轴流玉米脱壳装置进 行，如图 1 所示，脱粒装置长为 0.90 米，直径端面距钉齿末端 0.3 米，具有可控的转子速度。 功率测量装置如图 2 所示， 轴流式玉米脱粒装置由圆柱钉齿构成， 圆筒下面的凹 板由弯曲钢筋制成， 导叶的倾角是可调的。 脱粒装置下的谷物溜槽 分为九个槽 ， 进给速度可通过控制物料输送带速度进入脱 粒装置来调节。 实验是 在 实 验 室 内 成 规 模 进 行 的 。 本 试 验 采 用 先 锋 B-80 玉米品种进行。 影 响 因 素 和 实 验 设 计 如表 1 所示， 影响轴流式玉米脱壳装置损失和功耗的操作因素范围 包括水分 含量 （ MC） ， 进料速率 （FR ） 和转子速度 （RS ） 。 在进行了因素实验设计之后， 需 要大量因素和程度来确定材料和实验单元的数量。 因此 ， 应用 2 3 析因实验设计， 如图所示表 2，减少材料的使用和测试时间（伯杰和 Maurer，2002). 测 试 方法 每次测试使用 10 公斤玉米，通过输送带将玉米送入脱粒装置的入口，从玉米 籽 粒 和 玉 米 棒 出 口 取 样 ， 直 到 只 剩 下 玉 米 颗 粒 ， 称 重 并 从 原 来 的 10 千克玉米 中减去 籽粒， 结果被认为是脱粒单位损失 （TL） 。 为获得颗粒破碎率， 随机从斜 槽中取出两个 1 公斤的样品， 用手工分离破碎籽粒并记录破碎籽粒的重量。 在该 实验中， 使用具有应变计的扭矩传感器 （KFG-2-350-D2-11L1M3R; Sokki Kenyujo Co.Ltd。 ; Tokyo， Japan） 。 扭矩计安装在气缸轴上以测量扭矩并计算功 耗 （P） 。 数 据 分 析 从所获得的参数中， 使用术语 TL， GB 和 P 构建多个线模型。 然后， 模型是 表 1 自变量及其因子水平 变量 范 围 和 级 别 （ 编 码 ）- 0 +X1; 含 水 量 （ 湿 基 ） 14 21 28X2; 进 给 率 （ t / hr） 0.5 1.5 2.5X3; 转 子 转 速 （ m / s） 8 10 12表 2 实验装置基于一个 2 3 因子设计， 用于变量水分含量 （X1） ， 进料速率 （ X2）和 转 子 速 度 （ X3） 的 轴 流 式 玉 米 脱 粒 装 置 的 损 失 和 功 耗 。 实 验 编 号 X1 X2 X31 - - -2 + - -3 - + -4 + + -5 - - +6 + - +7 - + +8 + + +9 0 0 010 0 0 011 0 0 012 0 0 0表 3 水分含量（MC） ， 进料速率（FR）和转子速度（RS）对脱粒单元损失， 籽 粒 破 碎 和 功 耗 的 影 响 。 实 验 编 号 MC（ 湿基） FR(t/hr) RS(m/s) 脱 壳 单 位损 失 (%) 谷 物 破 损率 ( %) 功 耗 (W)1 14(-) 0.5(-) 8(-) 2.32 0.61 1529.732 14(-) 0.5(-) 8(-) 2.93 0.37 1439.823 14(-) 0.5(-) 8(-) 3.24 0.18 1417.354 28(+) 0.5(-) 8(-) 2.43 2.26 1979.245 28(+) 0.5(-) 8(-) 2.89 2.22 2046.666 28(+) 0.5(-) 8(-) 3.33 2.47 2024.197 14(-) 2.5(+) 8(-) 2.60 0.18 2271.428 14(-) 2.5(+) 8(-) 2.88 0.19 2316.379 14(-) 2.5(+) 8(-) 3.06 0.25 2316.3710 28(+) 2.5(+) 8(-) 2.90 2.20 3058.0611 28(+) 2.5(+) 8(-) 2.89 2.13 2990.6312 28(+) 2.5(+) 8(-) 2.65 2.68 3058.0613 14(-) 0.5(-) 12(+) 1.60 0.94 2069.1414 14(-) 0.5(-) 12(+) 1.57 0.71 2046.6615 14(-) 0.5(-) 12(+) 1.52 1.30 2091.6116 28(+) 0.5(-) 12(+) 1.11 2.20 2361.3217 28(+) 0.5(-) 12(+) 1.90 2.36 2338.8418 28(+) 0.5(-) 12(+) 1.60 2.47 2428.7419 14(-) 2.5(+) 12(+) 1.54 0.49 2653.5020 14(-) 2.5(+) 12(+) 1.53 1.06 2541.1221 14(-) 2.5(+) 12(+) 1.57 0.79 2631.0222 28(+) 2.5(+) 12(+) 1.58 2.22 3215.3923 28(+) 2.5(+) 12(+) 1.54 2.68 3215.3924 28(+) 2.5(+) 12(+) 1.47 2.20 3215.3925 21(0) 1.5(0) 10(0) 2.36 1.06 2586.0726 21(0) 1.5(0) 10(0) 2.22 1.26 2653.5027 21(0) 1.5(0) 10(0) 2.03 1.52 2563.6028 21(0) 1.5(0) 10(0) 2.56 1.61 2586.07括号中的数字表示范围和级别的代码; -低，0 中等，+高。 应 用 响 应 面 法和 2 3 析 因 设 计 分 析 参 数 对 损 耗 和 功 耗 的 影 响 ， 使 用 设 计 专 家软 件 确 定 每 个 参 数 对 测 定 系 数 （ R2） 的 影 响 （ 版 本 7; Stat-Ease 公司;明尼苏达 州明尼阿波利斯， 明尼苏达州， 美国） 。 采用方差分析法对影响 TL 的设计因素进 行回归分析，在 P0.05 时进行籽粒破碎和功耗检验。 指 标 值 指标值 TL，GB 和 P 是 根 据 评 估 玉 米 脱 粒 机 的 程 序 计 算 出 来 的 （ 亚 洲 经 济 社 会委员会和太平洋农业机械地区网络 1995） 。 结 果 与 讨 论 MC，FR 和 RS 对 TL，GB 和 P 的影响如表 3 所示。 影 响 脱 粒 装 置 损 失 的 操 作 参 数 影响脱壳装置损失的操作参数的方差分析结果如表 4 所示。结果表明，RS 对脱壳单元损失有显著影响，而 MC、FR、MCxFR、MCxRS 、FRxRS 和 MCxFRxRS 对 脱壳单元损失的影响不显著。 确定操作参数对脱壳装置损失的影响的回归方程如公式（ 1） ： TL 5.44 - 0.32RS （1） 其中 TL 是脱粒损失 （百分比） ， RS（米每秒） 是转子转速， 方程 （ 1） 中 R2和 R2 的调整值分别为 0.87 和 0.87。 基于公式 （1）中，表示 MC 和 RS 对 TL 的影响的响应曲线图如图 3。 从图 3 中可以看出，增加转子转速（RS）减少了与 Simonyan（2009）的研究有关的脱 粒单位损失 （TL） ， 其增加跳动导致 脱粒能力增加减少脱粒单位损失。 影 响 籽 粒 破 碎 的 操 作 参 数 表 5 显示影响籽粒破碎的操作参数的方差分析结果。结果表明，MC、RS 和MC X RS 对 籽 粒 破 损 有 显 著 影 响 ， 而 FR，MC X FR，FR X RS 和 MC X FR X RS 对 籽粒破碎 没有统计学影响。 用于确定操作参数对 籽粒破碎的影响的回归方程如方 程 (2): GB =-3.40 + 0.22MC + 0.28RS - 9.85 X 10-3MC X RS (2) 其中 GB 是籽粒破碎率 （百分比） ， MC 是含水量 （百分比） ， Rs 是转子速度 （米每秒） ， R2 和调整后的 R2 值分别为 0.96 和 0.94。 基于公式 (2)，开发了响应面图以显示 MC 和 RS 的影响（图 4）以及 MC 和 FR（ 图 5）在 GB 上。 如图 4 和图 5 所 示 ， 增 加 RS 倾向于增加 GB， 这 与 Rostami 等人的研究有关（ 2009 年） ，在这种情况下，跳动加剧导致损失加剧 。 MC 的增加导致 GB 的增加趋势（Chuan-Udom,2013,Mahmoud 和 Buchele， 1975） ，因为谷物的高含水量更加灵活，使得谷物在被 击打时更容易破碎。 表 4 影响脱壳装置损耗的变异操作参数分析 资源 平方和 DF 均方根 F 值 p 值 Prob F模型 10.15 7 1.45 18.77 F模型 19.54 7 1.45 51.62 F模型 6.59x100.006 7 9.42x100.005 580.58 0.0001 模型重要MC 1.53x100.006 1 1.53x100.006 944.00 0.0001FR 3.93x100.006 1 3.93x100.006 2422.03 0.0001RS 8.74x100.005 1 8.74x100.005 535.67 0.0001MCxFR 86,211.76 1 86,211.76 53.16 0.0001MCxRS 57,765.05 1 57,765.05 35.62 0.0001FRxRS 86,211.76 1 86,211.76 53.16 0.0001MCxFRxRS 1.54x100.005 1 5388.24 3.32 0.0841纯粹的错误 36,202.20 19 1621.79相关总数 6.95x100.006 27MC 为含水量，FR 为进给速率，RS 为转子速度（RS） ，DF 为自由度。 图 6.当 转 子 速 度 （ RS） 为 10 m / s 时 ， 功 率 消 耗 （ P） 的 响 应 曲 线 图 显 示 进 料 速 率 （ FR） 和 含 水 量 （ MC， 以 重 量 为 基 准 测 量 百 分 比 ） 的 影 响 。图 7.当 进 料 速 度 为 1.5 t / hr 时 ， 功 率 消 耗 （ P） 的 响 应 曲 线 图 显 示 了 含 水 量 （ MC， 以 重 量 基 准 测 量 百 分 比 ） 和 转 子 速 度 （ RS） 的 影 响 。图 8.功 率消 耗 （ P） 的响 应 曲线 图 ， 显示 当潮 湿含 量 为 14 时 进料 速率 （ FR） 和转子 速度 （ RS） 的 影 响 。致 谢 作 者 感 谢 ： 泰 国 农 业 研 究 开 发 机 构 （ 公 共 组 织 ） ; 东 北 重 要 作 物 应 用 工 程 系 ， 泰 国 孔 敬孔 敬 大 学 ; 以 及 泰 国 曼 谷 高 等 教 育 委 员 会 采 后 技 术 创 新 中 心 提 供 研 究 支 持 。参 考 文 献 1Andrews, S.B., Siebenmorgen, T.J., Vories, E.D., Loewer, D.H., Mauromoustakos, A., 1993. 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