胡麻脫粒物料分離清選機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

戴 飛 趙武云 劉國(guó)春 張仕林 史瑞杰 韋 博

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院， 蘭州 730070； 2.甘肅奧凱農(nóng)產(chǎn)品干燥裝備工程研究院有限公司， 蘭州 730010)

0 引言

胡麻，俗稱(chēng)油用亞麻，是中國(guó)西北地區(qū)和華北地區(qū)的重要油料作物之一[1]。甘肅省是我國(guó)胡麻主產(chǎn)區(qū)之一，2016年胡麻種植面積約占全國(guó)種植總面積的30%。目前，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家胡麻種植品種具有較好的抗倒伏、成熟度一致等特性，通過(guò)配合化學(xué)干燥方法進(jìn)行機(jī)械化聯(lián)合收獲，機(jī)收效果顯著[2]?，F(xiàn)階段我國(guó)胡麻收獲主要以分段收獲為主，依靠傳統(tǒng)小麥脫粒機(jī)脫粒，采用人工揚(yáng)場(chǎng)與手動(dòng)篩分的組合作業(yè)方式，胡麻脫粒物料分離清選的勞動(dòng)強(qiáng)度大、作業(yè)效率低，制約了我國(guó)胡麻產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[3-5]。因此，實(shí)現(xiàn)胡麻脫粒物料機(jī)械化分離清選很有必要。

常見(jiàn)的谷物分離清選方式有風(fēng)篩式清選和氣流清選2種類(lèi)型[6-7]，前者在油菜聯(lián)合收獲機(jī)上應(yīng)用相對(duì)較多，主要通過(guò)風(fēng)機(jī)與不同類(lèi)型振動(dòng)篩配合完成清選作業(yè)，但篩板結(jié)構(gòu)龐大，且清選風(fēng)道較為復(fù)雜，不宜作為小型胡麻脫粒物料分離清選機(jī)的關(guān)鍵部件。旋風(fēng)分離清選系統(tǒng)采用氣流清選原理，常應(yīng)用于小型稻麥聯(lián)合收獲機(jī)、油菜聯(lián)合收獲機(jī)的旋風(fēng)分離清選裝置等相關(guān)農(nóng)機(jī)裝備作業(yè)系統(tǒng)中，其清選效果良好，且結(jié)構(gòu)緊湊[8-11]。在胡麻脫粒物料的分離清選過(guò)程中，由于脫粒物料各組分差異性小且易混雜，容易產(chǎn)生籽粒夾帶損失[4]，對(duì)基于胡麻分段收獲作業(yè)的脫粒物料分離清選機(jī)理有待進(jìn)一步研究。為此，在振動(dòng)有序喂入與氣流高效風(fēng)選相結(jié)合的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)胡麻脫粒物料分離清選機(jī)，為研制胡麻脫粒物料機(jī)械化分離清選裝備提供參考。

1 整機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)組成

胡麻脫粒物料分離清選機(jī)主要由振動(dòng)喂料系統(tǒng)、氣流分離清選系統(tǒng)、雜余自重排料系統(tǒng)、振動(dòng)變頻控制箱、脫粒物料各組分接料裝置、機(jī)架、行走輪、集塵筒等部件組成，樣機(jī)具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中，機(jī)振動(dòng)喂料系統(tǒng)主要由喂料斗、給料盤(pán)及其后置電磁激振器組成，其給料振動(dòng)幅度(0～30 mm)可由振動(dòng)變頻控制箱調(diào)節(jié)；氣流分離清選系統(tǒng)主要由籽粒分離裝置、籽粒接料盒、吸雜風(fēng)機(jī)、風(fēng)管、吸塵管道及旋風(fēng)分離器構(gòu)成，吸雜風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速(0～1 800 r/min)同樣可由振動(dòng)變頻控制箱調(diào)節(jié)，吸雜風(fēng)機(jī)對(duì)應(yīng)調(diào)節(jié)頻率為0～60 Hz；雜余自重排料系統(tǒng)主要包括沉降料斗、雜余自動(dòng)排料裝置、雜余排出口及雜余接料盒，可實(shí)現(xiàn)胡麻脫粒物料雜余在限定質(zhì)量下的自動(dòng)排出。

圖1 胡麻脫粒物料分離清選機(jī)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure diagrams of separating and cleaning machine for flax threshing material1.喂料斗 2.電磁激振器 3.振動(dòng)變頻控制箱 4.行走輪 5.機(jī)架 6.胡麻籽粒接料盒 7.雜余排出口 8.雜余接料盒 9.集塵筒 10.旋風(fēng)分離器 11.吸塵管道 12.吸雜風(fēng)機(jī) 13.風(fēng)管 14.沉降料斗 15.雜余自動(dòng)排料裝置 16.籽粒分離裝置 17.給料盤(pán)

1.2 分離清選工藝與工作原理

胡麻脫粒物料分離清選機(jī)作業(yè)工藝流程如圖2所示，通過(guò)振動(dòng)變頻控制箱對(duì)電磁激振器振動(dòng)幅度和吸雜風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速不同組合參數(shù)的控制調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)將胡麻脫粒物料分離清選為成品胡麻籽粒、干癟破損籽粒與蒴果殼、莖稈雜余，并除去脫粒物料內(nèi)混雜的灰塵和雜質(zhì)。同時(shí)，可根據(jù)后續(xù)胡麻籽粒深加工需要，將成品胡麻籽粒進(jìn)行進(jìn)一步精選，完成對(duì)干癟破損籽粒與蒴果殼、莖稈雜余的二次清選。

圖2 作業(yè)工藝流程圖Fig.2 Schematic of technological process

胡麻脫粒物料分離清選機(jī)工作時(shí)，首先通過(guò)振動(dòng)變頻控制箱對(duì)電磁激振器振動(dòng)頻率與吸雜風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。將機(jī)脫后的脫粒物料由喂料斗加入，在喂料斗壁面傾角的作用下迅速滑落至給料盤(pán)，并在電磁激振器的間歇振動(dòng)作用下將脫粒物料均勻輸送至籽粒分離裝置內(nèi)，在吸雜風(fēng)機(jī)的作用下呈現(xiàn)出瞬時(shí)懸浮狀態(tài)，隨后飽滿(mǎn)的胡麻籽粒受自身重力作用落入胡麻籽粒接料盒內(nèi)。與此同時(shí)，胡麻脫粒蒴果殼、短莖稈、干癟破損籽粒隨著吸雜氣流進(jìn)入沉降料斗，因沉降料斗風(fēng)道截面積增大，風(fēng)速減小，且在沉降料斗傾斜壁面的作用下堆積至雜余自動(dòng)排料裝置，當(dāng)蒴果殼、短莖稈、干癟破損籽粒混合物達(dá)到一定質(zhì)量時(shí)，雜余自動(dòng)排料裝置瞬時(shí)打開(kāi)，沿著雜余排出口滑落至雜余接料盒內(nèi)。而脫粒物料中的塵土、輕雜隨著吸塵管道在吸雜風(fēng)機(jī)的作用下直接進(jìn)入旋風(fēng)分離器，以確保塵土、輕雜落入集塵筒中。此外，還可以將不同接料盒內(nèi)的成品胡麻籽?；蜉艄麣ぁ⒍糖o稈、干癟破損籽?；旌衔镌俅渭尤胛沽隙?，借助設(shè)計(jì)樣機(jī)重復(fù)上述分離清選工藝，以實(shí)現(xiàn)成品胡麻籽粒的精選及雜余接料盒內(nèi)混合物料的二次分離清選。

1.3 主要技術(shù)指標(biāo)

胡麻脫粒物料分離清選機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 主要技術(shù)參數(shù)Tab.1 Main technical parameters of operation machine

2 胡麻脫粒物料流動(dòng)特性分析

胡麻脫粒物料分離清選機(jī)采用振動(dòng)喂入與全程氣流輸送相結(jié)合方式，使得作業(yè)機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生了散體物料的運(yùn)動(dòng)與遷移，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了對(duì)胡麻脫粒物料各組分(主要為籽粒、蒴果殼、短莖稈等)的分離清選[12-13]。胡麻脫粒物料流動(dòng)特性決定了其在喂料斗、沉降料斗的堆積形態(tài)及在籽粒分離裝置、雜余排出口的順暢程度，而表征胡麻脫粒物料流動(dòng)、摩擦等特性的主要參數(shù)為堆積角和滑動(dòng)角[14-15]。

2.1 脫粒物料堆積角

圖3 胡麻脫粒物料及其不同組分的堆積角Fig.3 Accumulation angle of flax threshing materials and their different components

圖3所示為西北區(qū)主要種植品種隴亞14號(hào)胡麻收獲期脫粒物料不同組分的測(cè)定堆積角，脫粒物料含水率為11.6%。將胡麻脫粒物料、清選籽粒及其蒴果殼、短莖稈裝入自制的物料休止角測(cè)定裝置，待脫粒物料在漏斗內(nèi)靜止后瞬時(shí)拉出裝置下端部抽片，等物料坡面穩(wěn)定后，垂直拍照，導(dǎo)入CAD 軟件中標(biāo)注胡麻脫粒物料及其不同組分的堆積角(α1、α2、α3)。

胡麻脫粒物料及其不同組分的堆積角測(cè)試試驗(yàn)每組重復(fù)5次，取其堆積角的平均值，試驗(yàn)分別測(cè)得胡麻脫粒物料堆積角α1=46.2°；胡麻蒴果殼、短莖稈堆積角α2=51.6°；清選籽粒堆積角α3=31.1°。

2.2 脫粒物料滑動(dòng)角

隴亞14號(hào)胡麻收獲期脫粒物料及其不同組分的滑動(dòng)角如圖4所示。將胡麻脫粒物料、清選籽粒及其蒴果殼、短莖稈裝入自制的滑動(dòng)角測(cè)定裝置，設(shè)置萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)向上拉伸速度(20 mm/min)，在繩索牽引下將平行連接不銹鋼槽的平板勻速提起，并使其緩慢傾斜。待不銹鋼槽內(nèi)物料開(kāi)始持續(xù)滑動(dòng)時(shí)，平板傾斜角即為物料與不銹鋼的滑動(dòng)角，待物料顆粒持續(xù)滑動(dòng)穩(wěn)定后，垂直拍照，導(dǎo)入CAD 軟件中標(biāo)注胡麻脫粒物料及其不同組分與不銹鋼的滑動(dòng)角(β1、β2、β3)。

圖4 胡麻脫粒物料不同組分與不銹鋼的滑動(dòng)角測(cè)定Fig.4 Measurements of slip angle with steel of flax threshing materials and their different components

胡麻脫粒物料及其不同組分與不銹鋼的滑動(dòng)角測(cè)試試驗(yàn)每組重復(fù)5次，取其滑動(dòng)角的平均值，試驗(yàn)分別測(cè)得胡麻脫粒物料與不銹鋼的滑動(dòng)角β1=29.2°；胡麻蒴果殼、短莖稈與不銹鋼的滑動(dòng)角β2=36.6°；清選籽粒與不銹鋼的滑動(dòng)角β3=21.5°。

3 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

3.1 振動(dòng)喂料系統(tǒng)

振動(dòng)喂料系統(tǒng)(圖5)主要由不銹鋼喂料斗、給料盤(pán)、電磁激振器及其配套固定底座等部件組成。

圖5 振動(dòng)喂料系統(tǒng)Fig.5 System of vibration feeding1.喂料斗 2.電磁激振器 3.固定底座 4.給料盤(pán) 5.籽粒分離裝置

振動(dòng)喂料系統(tǒng)主要利用電磁激振器驅(qū)動(dòng)給料盤(pán)做往復(fù)振動(dòng)，使胡麻脫粒物料沿盤(pán)槽持續(xù)移動(dòng)，并間歇拋入至籽粒分離裝置進(jìn)行分離與清選。依據(jù)胡麻脫粒物料流動(dòng)特性研究，試驗(yàn)過(guò)程中胡麻脫粒物料堆積角α1達(dá)到46.2°，脫粒物料堆積角過(guò)大將容易造成喂料斗內(nèi)物料呈錐狀堆積，不能有效充滿(mǎn)料箱，在填料過(guò)程中需要隨時(shí)人工消除錐狀堆積，因此喂料斗上端部矩形箱體幾何尺寸a1×a1×b1設(shè)計(jì)為800 mm×800 mm×250 mm。同時(shí)，喂料斗左側(cè)傾角γ1(圖5a)應(yīng)當(dāng)大于胡麻脫粒物料與不銹鋼的滑動(dòng)角β1，取35°為宜。結(jié)合作業(yè)機(jī)設(shè)計(jì)生產(chǎn)率為100 kg/h，當(dāng)振動(dòng)喂料系統(tǒng)振幅設(shè)定為14～18 mm，對(duì)應(yīng)喂入量需控制在0.05 kg/s。

3.2 籽粒分離裝置

如圖6所示，籽粒分離裝置是連接脫粒物料喂入與后續(xù)分離清選的重要部件，籽粒分離裝置由上、下矩形風(fēng)管組成，側(cè)壁面觀察窗用有機(jī)玻璃制作，能直接看到脫粒物料在氣流作用下的運(yùn)動(dòng)情況。

圖6 籽粒分離裝置Fig.6 Grain separation device1.上矩形風(fēng)管 2.下矩形風(fēng)管 3.有機(jī)玻璃觀察窗

由于喂入籽粒分離裝置內(nèi)的胡麻籽粒受到不同振幅的往復(fù)振動(dòng)及不同氣流風(fēng)速的雙重作用，通過(guò)對(duì)樣機(jī)給料盤(pán)振幅和吸雜風(fēng)機(jī)變頻頻率組合參數(shù)的反復(fù)調(diào)試，使進(jìn)入籽粒分離裝置的胡麻脫粒物料在吸雜風(fēng)機(jī)氣流作用下，懸浮速度大于氣流速度的胡麻籽粒落入胡麻籽粒接料盒；而懸浮速度小于氣流速度的蒴果殼、短莖稈及灰塵雜質(zhì)隨氣流吸進(jìn)沉降料斗中。

籽粒分離裝置上、下矩形風(fēng)管的截面積尺寸(L×B)對(duì)分離清選系統(tǒng)氣流場(chǎng)分布產(chǎn)生影響，是籽粒分離裝置的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)。籽粒分離裝置所需風(fēng)量為[16]

(1)

式中V0——籽粒分離裝置所需風(fēng)量，m3/s

β——雜余占胡麻脫粒物料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，試驗(yàn)測(cè)定為63.4%

Q——胡麻脫粒物料喂入量，依據(jù)振動(dòng)喂料系統(tǒng)參數(shù)，取0.05 kg/s

μ——攜帶雜質(zhì)氣流混合濃度比，為0.2～0.3，取0.25[16]

ρ——空氣密度，取1.2 kg/m3[16]

由式(1)計(jì)算得出，籽粒分離裝置所需風(fēng)量V0=0.106 m3/s。

為保證胡麻脫粒物料中清選籽粒能夠由籽粒分離裝置下矩形風(fēng)管排出，籽粒分離裝置最大風(fēng)速不應(yīng)高于胡麻籽粒的懸浮速度。則有

V0≤LBv0

(2)

式中v0——胡麻籽粒的懸浮速度，為6.50～8.60 m/s[5]，取7.75 m/s

由式(2)計(jì)算得出

LB≥0.014 m2

(3)

式(3)作為約束條件，在結(jié)合與籽粒分離裝置相配套使用給料盤(pán)尺寸的基礎(chǔ)上得出矩形風(fēng)管長(zhǎng)度L=0.175 m，矩形風(fēng)管寬度B=0.08 m。

3.3 雜余自動(dòng)排料裝置

如圖7所示，雜余自動(dòng)排料裝置主要由沉降料斗、排料擋板及與其焊接相連的排料擋板杠桿等部件組成，排料擋板鉸接于沉降料斗出料口，杠桿尾部設(shè)有螺紋，重量調(diào)節(jié)塊可通過(guò)螺紋固定在不同位置(距鉸接位置100～120 mm)，實(shí)現(xiàn)對(duì)胡麻脫粒物料雜余不同重量時(shí)的自動(dòng)排料。

圖7 雜余自動(dòng)排料裝置Fig.7 Automatic discharging discarded device1.沉降料斗 2.排料擋板 3.雜余承接裝置 4.排料擋板杠桿 5.重量調(diào)節(jié)塊

依據(jù)胡麻脫粒物料流動(dòng)特性研究，試驗(yàn)過(guò)程中胡麻蒴果殼、短莖稈堆積角達(dá)到51.6°，因此需要隨時(shí)觀察雜余出料過(guò)程，防止由于雜余起拱而引起堵塞現(xiàn)象；此外，沉降料斗左側(cè)傾角γ2(圖7b)應(yīng)當(dāng)大于胡麻蒴果殼、短莖稈與不銹鋼的滑動(dòng)角β2，取40°為宜。

雜余自動(dòng)排料裝置工作時(shí)(圖8)，當(dāng)沉降料斗內(nèi)的胡麻蒴果殼、短莖稈質(zhì)量較小時(shí)，在排料擋板杠桿和重量調(diào)節(jié)塊的作用下排料擋板無(wú)法開(kāi)啟；其中排料擋板長(zhǎng)度為200 mm，重量調(diào)節(jié)塊質(zhì)量為0.26 kg。當(dāng)沉降料斗內(nèi)的雜余質(zhì)量增加至一定程度時(shí)，雜余物料將排料擋板瞬時(shí)壓下并順利排出。

圖8 雜余自動(dòng)排料裝置作業(yè)過(guò)程Fig.8 Operation process of automatic discharging discarded device1.沉降料斗 2.排料擋板 3.排料擋板杠桿 4.重量調(diào)節(jié)塊 5.胡麻蒴果殼、短莖稈

由雜余自動(dòng)排料裝置排料作業(yè)過(guò)程可得出，排出雜余物料質(zhì)量與重量調(diào)節(jié)塊不同固定位置之間的關(guān)系為

(4)

(5)

式中mw——排出雜余物料質(zhì)量，kg

l——排料擋板長(zhǎng)度，為200 mm

θ——排料擋板開(kāi)啟角度，(°)

mf——重量調(diào)節(jié)塊質(zhì)量，為0.26 kg

x——重量調(diào)節(jié)塊與鉸接處距離，為100～120 mm

由式(5)計(jì)算得出，作業(yè)機(jī)排出雜余物料質(zhì)量mw控制在0.26～0.31 kg之間。

3.4 吸雜風(fēng)機(jī)

胡麻脫粒物料分離清選機(jī)的吸雜風(fēng)機(jī)采用吸入型通用離心式風(fēng)機(jī)。分離清選系統(tǒng)內(nèi)氣流工作速度應(yīng)當(dāng)不大于胡麻籽粒的最大懸浮速度v0max(為8.60 m/s)，則吸雜風(fēng)機(jī)風(fēng)壓全壓計(jì)算可得[17-18]

h=hj+hd

(6)

(7)

(8)

式中h——吸雜風(fēng)機(jī)風(fēng)壓全壓，Pa

hj——靜壓，克服空氣在流動(dòng)中的阻力，Pa

hd——?jiǎng)訅?，Pa

ξ——?dú)饬髂Σ烈驍?shù)，取0.35[18]

l1——風(fēng)管長(zhǎng)度，0.60 m

v0max——胡麻籽粒最大懸浮速度，取8.6 m/s

ψ——管道對(duì)氣流阻力系數(shù)，取0.35[18]

λ——風(fēng)機(jī)進(jìn)出口對(duì)氣流的阻力系數(shù)，取0.60[18]

r——風(fēng)管水力半徑，取0.038 m[18]

g——重力加速度，為9.80 m/s2

由式(6)～(8)計(jì)算得出吸雜風(fēng)機(jī)風(fēng)壓全壓h=33.85 Pa。

吸雜風(fēng)機(jī)葉輪外徑一般控制在250～400 mm之間[17]，設(shè)計(jì)中取D=280 mm；則吸雜風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算可得[18]

(9)

式中ε——計(jì)算系數(shù)，為0.35～0.40，取0.40[18]

由式(9)計(jì)算得出n=1 794 r/min，則設(shè)計(jì)吸雜風(fēng)機(jī)最大轉(zhuǎn)速為1 800 r/min；此時(shí)，樣機(jī)振動(dòng)變頻控制箱中吸雜風(fēng)機(jī)變頻頻率對(duì)應(yīng)最大調(diào)節(jié)值為60 Hz。

3.5 旋風(fēng)分離器

為進(jìn)一步緩解成品胡麻籽粒在后續(xù)深加工過(guò)程中的多次精選、除塵等繁雜工序，在作業(yè)機(jī)上設(shè)置了除塵功效的旋風(fēng)分離器，其結(jié)構(gòu)如圖9所示。旋風(fēng)分離器是作業(yè)機(jī)氣流清選系統(tǒng)的重要作業(yè)部件，主要由出風(fēng)口、筒壁、集塵筒、出塵口和進(jìn)風(fēng)口等組成[19]。進(jìn)料口尺寸a2×b2為160 mm×120 mm，出風(fēng)口直徑D2為180 mm。作業(yè)過(guò)程中，胡麻脫粒物料中的塵土、極少部分輕雜隨著吸塵管道在吸雜風(fēng)機(jī)的作用下由進(jìn)料口直接進(jìn)入旋風(fēng)分離器，并經(jīng)出塵口落入集塵筒內(nèi)。

圖9 旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)示意圖Fig.9 Structure diagram of cyclone separator1.出風(fēng)口 2.筒壁 3.集塵筒 4.出塵口 5.進(jìn)料口

根據(jù)文獻(xiàn)[18]，出塵口直徑計(jì)算公式為

(10)

式中v1——出塵口風(fēng)速，無(wú)擴(kuò)散沉降段清選筒進(jìn)口風(fēng)速為5.00～6.00 m/s[17]，取5.00 m/s

由式(10)計(jì)算得出，出塵口直徑D1=0.17 m=170 mm。

4 性能試驗(yàn)

4.1 試驗(yàn)材料

2018年8月，在甘肅條山農(nóng)工商(集團(tuán))有限責(zé)任公司廠院內(nèi)進(jìn)行了胡麻脫粒物料分離清選機(jī)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)性能試驗(yàn)。試驗(yàn)材料選用隴亞14號(hào)胡麻收獲期脫粒物料(主要為胡麻籽粒、蒴果殼、短莖稈等)，單株平均蒴果數(shù)為24.1個(gè)，蒴果平均粒數(shù)為7.2個(gè)，胡麻籽粒平均千粒質(zhì)量為8.1 g，單株產(chǎn)量0.95 g，脫粒物料含水率為11.6%。試驗(yàn)前對(duì)作業(yè)機(jī)進(jìn)行空轉(zhuǎn)，對(duì)振動(dòng)喂料振幅(0～30 mm)和吸雜風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速變頻頻率(0～60 Hz)進(jìn)行調(diào)試。

4.2 試驗(yàn)方法

按照作業(yè)機(jī)設(shè)計(jì)功能要求，結(jié)合GB/T 5262—2008《農(nóng)業(yè)機(jī)械試驗(yàn)條件測(cè)定方法的一般規(guī)定》試驗(yàn)方法進(jìn)行作業(yè)性能試驗(yàn)(圖10)，作業(yè)機(jī)功率為0.75 kW，待機(jī)器空轉(zhuǎn)運(yùn)行正常后在喂料斗內(nèi)加入胡麻收獲期脫粒物料。其中，選取籽粒清潔率、夾帶總損失率、雜余自動(dòng)排料裝置有無(wú)堵塞作為作業(yè)機(jī)工作性能的測(cè)試指標(biāo)；同時(shí)考察振動(dòng)喂料系統(tǒng)、籽粒分離裝置、雜余自動(dòng)排料裝置及氣流清選系統(tǒng)的工作運(yùn)轉(zhuǎn)情況[20]。

圖10 胡麻脫粒物料分離清選機(jī)作業(yè)性能試驗(yàn)Fig.10 Performance tests of separating and cleaning machine for flax threshing material

試驗(yàn)測(cè)定各項(xiàng)作業(yè)性能指標(biāo)，試驗(yàn)結(jié)果取3次試驗(yàn)測(cè)定指標(biāo)的平均值。其中，籽粒清潔率、夾帶總損失率計(jì)算式為[21-23]

(11)

(12)

式中Y1——籽粒清潔率，%

Y2——夾帶總損失率，%

m1——胡麻籽粒接料盒內(nèi)籽粒質(zhì)量，g

mZ1——胡麻籽粒接料盒內(nèi)物料質(zhì)量，g

m2——雜余接料盒內(nèi)籽粒質(zhì)量，g

m3——集塵筒內(nèi)籽粒質(zhì)量，g

mZ2——雜余接料盒內(nèi)物料質(zhì)量，g

mZ3——集塵筒內(nèi)物料質(zhì)量，g

4.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

由試驗(yàn)結(jié)果可以得出，胡麻脫粒物料分離清選機(jī)籽粒清潔率為92.66%、夾帶總損失率為1.58%，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)胡麻收獲期脫粒物料的分離清選作業(yè)。試驗(yàn)過(guò)程中振動(dòng)喂料系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)胡麻脫粒物料的有序喂入，可通過(guò)控制電磁激振器振幅滿(mǎn)足單位時(shí)間內(nèi)的不同喂入量，避免因喂料不均勻而引起籽粒分離裝置堵塞與作業(yè)性能失效；雜余自動(dòng)排料裝置能夠?qū)⒊两盗隙穬?nèi)的蒴果殼、短莖稈等雜余瞬時(shí)排出，無(wú)明顯的堵塞現(xiàn)象出現(xiàn)；同時(shí)在籽粒分離裝置、雜余自動(dòng)排料裝置及氣流清選系統(tǒng)的共同作用下將胡麻脫粒物料有效分離清選；吸雜風(fēng)機(jī)在變頻器的控制下轉(zhuǎn)速升降平穩(wěn)，確保氣流清選系統(tǒng)針對(duì)不同特性胡麻脫粒物料所需風(fēng)量，滿(mǎn)足胡麻脫粒物料分離清選技術(shù)要求。

試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)作業(yè)機(jī)振動(dòng)喂料系統(tǒng)電磁激振器振幅控制在14～18 mm，氣流清選系統(tǒng)吸雜風(fēng)機(jī)變頻頻率控制在50～60 Hz時(shí)具有較強(qiáng)的物料適應(yīng)性，對(duì)胡麻脫粒物料分離清選效果顯著。當(dāng)電磁激振器振幅較大時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入籽粒分離裝置的脫粒物料喂入量瞬時(shí)增加，增大了氣流清選系統(tǒng)的承載負(fù)擔(dān)，出現(xiàn)脫粒物料未經(jīng)懸浮就直接下落至胡麻籽粒接料盒內(nèi)的現(xiàn)象，同時(shí)蒴果殼、短莖稈等雜余無(wú)法進(jìn)入沉降料斗，最終造成胡麻籽粒清潔率較低。若吸雜風(fēng)機(jī)變頻頻率過(guò)大時(shí)，作業(yè)機(jī)氣流清選系統(tǒng)內(nèi)氣流吸附速度變大，胡麻脫粒物料中部分成品籽粒及干癟、破損籽粒在籽粒分離裝置內(nèi)得不到有效篩選，使其在高速吸附氣流作用下進(jìn)入沉降料斗及集塵筒內(nèi)，導(dǎo)致分離清選過(guò)程中夾帶總損失率變大，因此，需要?jiǎng)討B(tài)同步調(diào)整作業(yè)機(jī)電磁激振器振幅與吸雜風(fēng)機(jī)變頻頻率，才能實(shí)現(xiàn)胡麻脫粒物料高效分離清選。

5 結(jié)論

(1)對(duì)胡麻脫粒物料流動(dòng)特性進(jìn)行研究，獲得胡麻收獲期脫粒物料不同組分的堆積角與滑動(dòng)角。其中，胡麻脫粒物料堆積角均值為46.2°，胡麻蒴果殼、短莖稈堆積角均值為51.6°，清選籽粒堆積角均值為31.1°；胡麻脫粒物料與不銹鋼的滑動(dòng)角均值為29.2°，胡麻蒴果殼、短莖稈與不銹鋼的滑動(dòng)角均值為36.6°，胡麻籽粒與不銹鋼的滑動(dòng)角均值為21.5°。

(2)制訂了胡麻脫粒物料分離清選作業(yè)工藝流程，確定樣機(jī)結(jié)構(gòu)組成，并對(duì)其振動(dòng)喂料系統(tǒng)、籽粒分離裝置、雜余自動(dòng)排料裝置及氣流清選系統(tǒng)重要作業(yè)部件進(jìn)行選型與設(shè)計(jì)，完成其關(guān)鍵工作參數(shù)分析計(jì)算，設(shè)計(jì)了胡麻脫粒物料分離清選機(jī)。

(3)樣機(jī)作業(yè)性能試驗(yàn)表明，當(dāng)振動(dòng)喂料系統(tǒng)電磁激振器振幅控制在14～18 mm、氣流清選系統(tǒng)吸雜風(fēng)機(jī)變頻頻率控制在50～60 Hz時(shí)，作業(yè)機(jī)具有較強(qiáng)的物料適應(yīng)性；胡麻脫粒物料分離清選機(jī)作業(yè)后籽粒清潔率為92.66%、夾帶總損失率為1.58%，雜余自動(dòng)排料裝置無(wú)明顯的堵塞現(xiàn)象，試驗(yàn)結(jié)果滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)胡麻收獲期脫粒物料不同組分進(jìn)行分離清選。