钉齿间距对脱粒与分离装置脱粒性能的影响

钉齿间距对脱粒与分离装置脱粒性能的影响

水稻是我国最大、产量最高、产量最高的粮食。种植面积约3000万公顷，占全国粮食种植面积的27%，种植面积占全国粮食总面积的37%。水稻生产在我国的粮食生产中发挥着极其重要的作用。黑龙江省作为我国重要的商品粮生产基地之一,水稻种植面积呈逐年增长趋势,受无霜期短、生产农时紧、季节性强,生产率低,水稻易发霉变质等诸多客观现实因素的影响和制约,粮食产量要想得到进一步提高,就必须加快发展水稻收获机械化。因此,研制一种生产效率高、功耗消耗低、脱粒性能好的联合收获机械,将为推进水稻生产标准化、规范化和规模化,加快水稻全程机械化生产进程起到至关重要的作用。脱粒分离装置是联合收获机械的核心部件之一,它直接影响到整机的性能和其它部件的正常工作。脱粒分离装置根据作物沿脱粒滚筒的流向可分为切流式和轴流式两种。传统切流脱粒装置脱麦类作物较为适合,对其他谷物却不太适合;而轴流脱粒装置因其将脱粒与分离装置合二为一,脱粒时谷物流在脱粒空间内作螺旋运动,脱粒柔和且时间较长,脱粒和分离比较充分,在脱净率、分离率、破碎率等各项指标方面均优于切流装置,所以在实际生产中应用越来越广泛。因此,对轴流脱粒分离装置进行深入研究十分必要。目前,国内对轴流钉齿式脱粒分离装置的研究多集中在喂入量、滚筒线速度、导向板导角等参数相互作用对脱粒性能指标的影响、脱出物沿轴向分布规律、影响脱粒装置作业质量因素等方面,而对钉齿间距变化对脱分装置性能影响方面的研究较为少见,本试验以纵置单轴流钉齿式脱粒与分离装置为研究对象,针对寒地水稻特点,在前人研究的基础上,采用理论分析与试验研究相结合的方法,重点研究钉齿间距变化对脱分装置性能的影响,为确定钉齿间距的合理取值,研究和改进适应寒地水稻大面积种植条件的新型轴流收获装置奠定基础,同时也为国外机型国产化和传统机型改造提供可靠的理论依据。1计算机监控系统试验采用的装置是自行研制的纵置单轴流钉齿式脱粒与分离试验台,结构示意如图1。试验台由输送带、过桥、轴流脱粒与分离装置、接料车、动力台、电控柜,计算机数据采集与监控系统7个部分组成。配套动力40kW,喂入量0~4kg·s-1,滚筒转速0~800r·min-1,输送带线速度0~4m·s-1。本试验以目前轴流联合收割机脱粒滚筒上钉齿结构尺寸为参考依据,试验过程中将试验台脱粒滚筒上的钉齿间距依次调整为8、12和16cm,分别进行脱粒试验,得出不同钉齿间距下脱分装置的各项性能指标,并对其进行对比分析。钉齿滚筒结构示意如图2。2试验条件和方法2.1试验时间和地点试验于2009年3月在黑龙江八一农垦大学工程学院收获实验室进行。2.2子丰原2号试验时所用水稻为当地购买的粳稻,种子为丰原2号,籽粒千粒重为24.57g,草谷比为1.18,茎秆水分为28.58%,籽粒水分为14.25%。2.3大学生受教育过线接料车根据喂入量要求将称好的水稻均匀铺放在输送带上,由过桥输送进入脱粒滚筒,经过不同钉齿间距的脱粒滚筒脱粒分离后,茎秆从排草口排出,其余脱出物经凹板筛落入接料车。接料车共有23×13个接料盒,通过对接料盒内承接物料的称量,可完成断穗、糙米、含杂等多项性能指标的试验研究。为了保证试验测量结果的准确性,每次试验均重复3次,且对各接料盒中的脱出混合物以及脱粒损失全部采用人工处理。3脱粒试验研究结果在喂入量2kg·s-1、滚筒转速650r·min-1、导向板导角45°、凹板间隙30mm、凹板栅格尺寸16×50mm、凹板包角180°、顶距30mm的条件下,对不同钉齿间距的单轴流脱粒与分离装置进行脱粒试验,试验研究结果如下:3.1钉齿间距的影响不同钉齿间距的单轴流脱粒与分离装置功率消耗如图3所示:由图3可以看出,钉齿间距变化对功耗的影响比较显著。随着钉齿间距的不断增加,功率消耗逐渐降低。钉齿间距为8cm时功耗为20.97kW,当钉齿间距增加至16cm时功耗下降至12.66kW,功耗下降率为39.63%。3.2钉齿间距和损失率由图4可以看出,钉齿间距变化对未脱损失率和总损失率影响较为显著,对夹带损失率有一定影响,但不十分明显。随着钉齿间距的不断增加,未脱损失率和总损失率逐渐下降,钉齿间距为8cm时,未脱损失率为0.78%,当钉齿间距增加至16cm时未脱损失率下降至0.08%,下降了0.7%;钉齿间距为8cm时,总损失率为0.96%,当钉齿间距增加至16cm时总损失率下降至0.27%,下降了0.69%;而夹带损失率随着钉齿间距的增加,先由0.18%增加至0.31%,后减少至0.19%,夹带损失率总体增加0.01%,增加幅度不十分明显。3.3钉齿间距对断穗率的影响由图5可以看出,随着钉齿间距的逐渐增加,断穗率略有增加,而含杂率、糙米率有所降低,但变化幅度均不十分明显。钉齿间距由8cm增加至16cm,断穗率由2.47%增加至3.18%,增加了0.71%,主要是因为钉齿间距增大,谷物在脱分空间内受到的打击作用有所减弱,使得断穗率略有增加;含杂率由24.6%减少至23.9%,下降了0.7%,主要是因为钉齿间距增大,滚筒上钉齿的数量减少,钉齿对谷物的打击次数减少,茎秆的破碎程度减轻,因此含杂率略有下降;糙米率由0.49%下降至0.15%,下降了0.34%,是因为随着钉齿间距的增大,钉齿对谷物的打击次数减少,子粒的损伤程度减轻,因此糙米率略有降低。3.4脱粒螺钉上脱粒部件钉齿间距的影响由图6可以看出,钉齿间距变化对茎秆破碎程度的影响比较显著。随着钉齿间距的逐渐增加,长茎秆的质量百分比随之增加,短茎秆的质量百分比则逐渐减少,而中长茎秆质量百分比的变化相对比较平缓。这是因为随着钉齿间距的逐渐增加,对应脱粒滚筒上脱粒部件钉齿的数量逐渐减少,在滚筒转速一定的条件下,谷物茎秆在脱分空间内受钉齿打击的次数随之减少,受到的作用有所减弱,因此出现钉齿间距增大时茎秆破碎程度减轻的现象。在试验过程中当调整钉齿间距值为20cm时,脱粒滚筒出现缠绕、堵塞现象,脱粒装置无法完成正常脱粒工作,主要是因为随着钉齿间距的增加,脱粒滚筒对水稻的打击能力不断下降,水稻茎秆进入脱分空间后不能及时被打碎,同时脱粒滚筒的轴向螺旋输送能力也不断下降,致使脱分空间内水稻茎秆和杂余的混合物也不能及时有效地被排空,随着喂入口水稻的不断喂入,最终导致脱粒滚筒缠绕、堵塞的情况出现,因此通过试验得出:钉齿间距最大值不应超过20cm。4钉齿间距的影响综上分析表明:在喂入量、滚筒转速、导向板导角、凹板间隙、凹板栅格尺寸、凹板包角、顶距、稻谷水分等条件一定的条件下:(1)脱粒滚筒功耗随钉齿间距的增加而降低;(2)未脱损失率、总损失率随钉齿间距的增加而降低;夹带损失随钉齿间距的增加稍有增加,但增加幅度不明显;(3)断穗率随钉齿间距的增加略有增加;而含杂率、糙米率略有降低,但变化幅度不十分明显;(