微型联合收割机用热风分离器型清选系统的研究

微型联合收割机用热风分离器型清选系统的研究

0研制适合微型联合无排液设备的清选系统现有的小麦联合收获机主要是适合平原地区的大型专用机械，但小型和微型机目前在山区的应用越来越广泛。许多部门正在研究和开发小型联合收割机。该机型清选系统有振动筛型和简易风选型两种,因空间位置所限,振动筛均为单层,长度不够,可靠性差,籽粒清洁率低,清选损失大;简易风选型的清选质量更差。因此研制适合微型联合收割机的清选系统具有重要的实用价值。本文研制的微型联合收割机用旋风分离器型清选系统具有结构简单,体积小,工作可靠等优点,为弄清其结构和运动参数对清选性能的影响规律,本文以籽粒清洁率和清选损失率为性能指标,进行了室内试验以确定其最佳结构和运动参数,为微型联合收割机的设计提供依据。1扬谷轮、吸杂风机转速试验装置如图1所示,D为旋风分离器直径;d1为出粮口直径;d2为吸杂风管直径;h1为筒深;h2为吸杂管深入长度;n1为扬谷轮转速;n2为吸杂风机转速。其工作过程是:待清选的物料由输送带7按设计的喂入量输送落下,沿滑板6滑入物料搅龙8,再由搅龙送入扬谷轮5,然后被扬谷轮抛扔入旋风分离器3进行分离,杂余被吸杂风机1抽走,经网管11落入杂余箱10中,而籽粒则由分离筒下口落下,沿集粮盘4滑入粮箱9中。2回归试验与参数优化2.1试验参数选取用于表征清选机构工作性能的主要指标是籽粒清洁率Yq和清选损失率Ys,本试验中称出出籽口样品总量W1、出籽口籽粒量W2及出糠口籽粒量W3,则Yq=W2W1×100％Yq=W2W1×100％;Ys=W3(W2+W3)×100％Ys=W3(W2+W3)×100％影响清选机构清选性能的因素很多,据实际试验条件和经验分析,取旋风分离器直径D=380mm,并以出粮口直径d1、吸杂风管直径d2、筒深h1、吸杂管长度h2、扬谷轮转速n1、吸杂风机转速n2作为试验参数,h1、h2、n1、n2的取值分别为h1=240mm,h2=0mm,n1=900r/min,n2=2200r/min。先取d2=150mm,做d1的单因素试验,结果见表1。由表1可见,d1=155mm组试验虽其清洁率较高,但因其损失率太大,故舍弃。比较其余两组试验数据,取d1=205mm,做d2的单因素试验,结果见表2。本试验中因d2=120mm过小,使出杂不利,造成了堵塞,故不采用。比较其余两组试验数据,取d2=135mm。2.2因素编码空间内各性能指标的回归分析在确定d1=205mm,d2=135mm后,进行其它四因素的二次通用旋转回归试验,确定其最佳参数组合。其试验因素水平编码见表3,试验次数N=2p+N0+m0,其中p=4,r=2,N0=16,m0=7。求得因素编码空间内各性能指标的回归方程。籽粒清洁率:清选损失率:以上方程的F检验说明,回归方程与实际情况拟合较好,可以在因素编码空间内对以上性能指标进行预报。若将X1=h1−24050‚X2=h2−7035‚X3=n1−1100150‚X4=n2−2300150X1=h1-24050‚X2=h2-7035‚X3=n1-1100150‚X4=n2-2300150代入以上方程,整理后即可得性能指标对各试验参数的回归方程。2.3最佳组合及预测性能指标清选系统的两个主要性能指标清洁率和损失率是一对矛盾,因此,本研究采用多目标优化法,以清洁率为主目标,以损失率为约束条件,在因子编码空间内进行优化计算,其约束条件为:Ys<=0.3%,-2<Xj<2,j=1,2,3,4;所得的最佳组合为X1=-1.1212,X2=-2,X3=-0.82893,X4=2,即h1=184mm,h2=0mm,n1=976r/min,n2=2600r/min;预测性能指标为Yq=99.99%,Ys=0.19%。两次试验验证值Yq为99.04%,99.90%,Ys均为0.19%,说明回归方程可靠,可用于该装置的性能预测。3清选性能指标系统优化为了更直观了解结构参数或运动参数对清选性能的影响规律,将回归方程(1)和(2)中4个自变量中的3个固定在最优点,在因子编码空间内进行降维处理,则清选性能指标依另一参数变化的趋势如图2、3所示。可以看出,吸杂风机和扬谷轮转速对籽粒清洁率影响较大,而对清选损失率影响较小,且吸杂风机转速高时,籽粒清洁率提高,扬谷轮转速的影响则相反;筒深和吸杂管长度对清选损失率有较大影响,而对籽粒清洁率影响较小,且筒深增大时,损失率减小,吸杂管长度的影响则相反。4饲料量和含杂质量对选择性能的影响4.1喂入量对清洁率和损失率的影响在最佳参数点,清选装置对喂入量的适应性试验结果见图4。由图可见总体趋势是随着喂入量的增大,清洁率减小,而损失率则增长,原因在于随着待清选的物料的增多,籽、糠不易分离,使下降的籽粒夹带颖糠和上升的颖糠携带籽粒的机会增多。4.2含杂率对粒粒损失率的影响清选装置在最佳参数点,对含杂率的适应性试验结果见图5。由图可见总体趋势是随着待清选的物料含杂增多,分离变的困难,使籽粒下降过程中夹带的颖糠和颖糠上升过程中携带的籽粒增多,因此随着含杂率的增大,清洁率减小,损失率增大。5吸杂装置及筒壁长度对清选损失率的影响(1)微型小麦联合收割机的旋风分离清选系统以如下结构运动参数为宜:D=380mm、d1=205mm、d2=135mm、h1=184mm、h2=0mm、n1=976r/min、n2=2600r/min。(2)该清选系统具有一定的适应性,在最佳参数下,当清选喂入量不超过0.32kg/s,含杂率不超过35%时,籽粒清洁率可达97%以上,清选损失率可控制在0.3%以下。(3)吸杂风机和扬谷轮转速对籽粒清洁率影响较大,而对清选损失率影响较小,且吸杂风机转速高时,籽粒清洁率提高,扬谷轮转速的影响则相反;筒深和吸杂管长度对清选损失率有较大影响,而对籽粒清洁率影响较小,且筒深大时,损失率减小,吸杂管长度的影响则相反。该试验装置可实现对结构参数d1、d2、h1、h2和运动参数n1、n2的调整。清选筒侧壁设一有机玻璃窗,便于对筒内物料运动状态进行观察。吸杂风机、扬谷轮、输送带均由调速电机驱动,可实现转速的无级调节。微型机适合山区小地块作业,小麦1/15hm2约产400kg,按每小时收割1/5hm2,物料含杂率为30%计算,清