5TZ-900型振動(dòng)篩清選脫粒機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

摘要：針對(duì)甘肅省山區(qū)梯田等中小地塊聯(lián)合收獲機(jī)作業(yè)困難，小麥、燕麥等糧食作物主要在農(nóng)戶庭院進(jìn)行脫粒作業(yè)的需求現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)集喂入、脫粒、清選和排草等作業(yè)功能于一體的5TZ-900型振動(dòng)篩清選脫粒機(jī)。對(duì)機(jī)具的脫粒裝置、清選裝置、傳動(dòng)裝置等關(guān)鍵部件進(jìn)行理論分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)滿足工作需求的脫粒滾筒規(guī)格尺寸、釘齒數(shù)量和振動(dòng)篩結(jié)構(gòu)尺寸等進(jìn)行計(jì)算分析，確定影響振動(dòng)篩清選脫粒機(jī)作業(yè)合格率的主要技術(shù)參數(shù)，并對(duì)整機(jī)進(jìn)行作業(yè)性能試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，機(jī)具空載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的噪聲為79.8 dB（A），在試驗(yàn)作物的草谷比為0.9、籽粒含水率在15%～20%和機(jī)具滾筒轉(zhuǎn)速為1 040 r/min時(shí)，機(jī)具作業(yè)的破碎率為0.94%，含雜率為1.04%，未脫凈率為0.93%，總損失率為1.36%，生產(chǎn)效率為1 120 kg/h，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

關(guān)鍵詞：脫粒機(jī)；振動(dòng)篩；清選脫粒；脫凈率；含雜率

中圖分類號(hào)：S226.1+2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：20955553 （2024） 070104

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Design and test of 5TZ-900 vibrating screen cleaning threshing machine

Chen Wenhui1， Zhang Zhongfeng2， Wang Zhenrong1， Gao Zicheng3， He Zhou1， Gu Xiuyan1

（1. Zhangye Agricultural Mechanization Technology Extension Station， Zhangye， 734000， China;

2. Gansu Technology Promotion General Station of Agriculture Mechanization， Lanzhou， 730046， China;

3. Zhangye Science and Technology Service Center， Zhangye， 734000， China）

Abstract：

In view of the difficult operation of combine harvesters in small and medium-sized plots such as terraces in mountainous areas of Gansu Province， and the demand for threshing operations of grain crops such as wheat and oats mainly in the courtyards of farmers， the 5TZ-900 vibrating screen threshing machine was designed， which integrated the functions of feeding， threshing， cleaning and weeding. The basic structure， working principle and main technical parameters of the machine were introduced. The theoretical analysis and structural design of the key components such as threshing device， cleaning device and transmission device were carried out. The size of threshing drum， the number of nail teeth and the structure size of vibrating screen were calculated and analyzed to meet the working requirements. The main technical parameters affecting the operation qualification rate of vibrating screen cleaning threshing machine were determined， and the operation performance test of the whole machine was carried out. The performance test results showed that the noise of the machine was 79.8 dB （A） when the machine was running without load. When the grass-to-grain ratio of the test crop was 0.9， the grain moisture content was between 15% and 20%， and the rotation speed of the machine drum was 1 040 r/min， the crushing rate of the machine operation ws 0.94%， the impurity rate was 1.04%， the unremoval rate was 0.93%， the total loss rate was 1.36%， and the production efficiency wais 1 120 kg/h. The indicators meet the design requirements and related standards.

Keywords：

threshing machine; vibrating screen; cleaning threshing; removal rate; impurity content

0 引言

近年來(lái)，國(guó)外糧食作物的聯(lián)合收獲機(jī)以超大型機(jī)型為主，智能化、信息化技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，已實(shí)現(xiàn)低損高效的智能自主收獲。歐美等糧食主要生產(chǎn)國(guó)家主要采用谷物聯(lián)合收獲機(jī)更換不同的割臺(tái)，實(shí)現(xiàn)小麥、玉米等糧食作物的籽粒直收，并向系列化、大型化，低損失、高效率，智能化、信息化方向和提高機(jī)具的通用性與適應(yīng)性方面發(fā)展。例如約翰迪爾擁有5個(gè)系列18個(gè)機(jī)型，可提供4種不同的谷物脫分技術(shù)方案，配套發(fā)動(dòng)機(jī)功率150～405 kW均勻分布，向大型化發(fā)展的軸流脫粒滾筒的直徑達(dá)到600 mm以上，并配置更大的脫粒分離空間和更強(qiáng)性能的清選系統(tǒng)；國(guó)外聯(lián)合收獲機(jī)通過(guò)脫分系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作參數(shù)的優(yōu)化來(lái)實(shí)現(xiàn)低損收獲，如縱向軸流滾筒式采用組合式的脫粒元件，配合脫粒間隙的實(shí)時(shí)調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)收獲不同含水率作物的損失為最低水平，采用新型加速滾筒、角度可調(diào)的導(dǎo)向葉片和流量加速分離式的輔助分離機(jī)構(gòu)等來(lái)實(shí)現(xiàn)作物收獲的高效率；在智能化和信息化方面，主要以智能化的脫分系統(tǒng)控制技術(shù)為重點(diǎn)，運(yùn)用信息化的多傳感器融合技術(shù)在關(guān)鍵工況參數(shù)和作業(yè)質(zhì)量參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)獲取，通過(guò)建立糧食農(nóng)作物的收獲作業(yè)模式來(lái)實(shí)現(xiàn)自學(xué)習(xí)的收獲作業(yè)決策系統(tǒng)，根據(jù)在線監(jiān)測(cè)的工作參數(shù)、作物含水率、喂入量、籽粒破碎率、脫凈率、收獲損失率和產(chǎn)量等信息，聯(lián)合收獲機(jī)可實(shí)時(shí)自主調(diào)整滾筒轉(zhuǎn)速、脫粒間隙、作業(yè)速度及清選等工作參數(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)具收獲效率最大、損失最低和谷粒質(zhì)量最佳的工作效果［1， 2］。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的糧食作物收獲已基本實(shí)現(xiàn)全面機(jī)械化，少量的脫粒機(jī)也朝大型化、通用化和智能化發(fā)展，普遍采用了機(jī)電一體化和自動(dòng)化技術(shù)，進(jìn)一步提升機(jī)具作業(yè)效率。

目前，我國(guó)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的谷物聯(lián)合收割機(jī)以中、小型為主，與國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)差距較大，喂入量8kg/s以上的聯(lián)合收獲機(jī)主要依賴進(jìn)口。隨著我國(guó)農(nóng)村土地集約化經(jīng)營(yíng)和農(nóng)機(jī)合作社的建立，對(duì)高效率高質(zhì)量收獲的大型聯(lián)合收割機(jī)的需求也會(huì)不斷擴(kuò)大。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)相關(guān)學(xué)者圍繞大中型聯(lián)合收獲機(jī)和大型脫粒機(jī)開(kāi)展大量研究，并取得了一些成果。為滿足不同地區(qū)作物籽粒脫粒需求，鄧躍明［3］研究設(shè)計(jì)出5TX-40型稻麥脫粒機(jī)，解決了小型稻麥脫粒機(jī)存在功能單一、沒(méi)有清選裝置和生產(chǎn)效率低的一些問(wèn)題。王曉東等［4］研究設(shè)計(jì)了5T-4型玉米脫粒清選機(jī)，有效解決了傳統(tǒng)玉米脫粒效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、脫粒質(zhì)量差的問(wèn)題。趙武云等［5］針對(duì)玉米種子開(kāi)展了5TYJ-10A型玉米種子脫粒機(jī)作業(yè)性能試驗(yàn)，為玉米種子脫粒生產(chǎn)裝備的研發(fā)提供參考與借鑒。孫繼東［6］設(shè)計(jì)了5ZTL-300型水稻種子脫粒機(jī)，為水稻育種研究提供了實(shí)用機(jī)具。王旖旎等［7］研究了新型玉米脫粒機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，解決了降噪除塵等問(wèn)題。侯夢(mèng)魁［8］ 開(kāi)展了水稻脫粒機(jī)裝置創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，脫粒滾筒上的弓齒采用了脫粒效果更好、斷穗率更低的V型齒，大幅度提升了脫粒的效率和質(zhì)量。馬麗華等［9］研究了擠搓式玉米脫粒機(jī)脫粒裝置，并進(jìn)行改進(jìn)與試驗(yàn)，首次提出將彈簧齒和壓板機(jī)構(gòu)置于一體的玉米脫粒機(jī)，適應(yīng)性強(qiáng)，脫粒性能好。國(guó)內(nèi)還有一些學(xué)者針對(duì)胡麻、槐米以及藜麥等的專用脫粒機(jī)進(jìn)行了探討研究，對(duì)振動(dòng)篩清選脫粒機(jī)的設(shè)計(jì)提供了重要依據(jù)。

現(xiàn)階段我國(guó)丘陵山地糧食種植區(qū)的農(nóng)業(yè)大都屬于小農(nóng)經(jīng)濟(jì)，需要推廣一些小型的家用農(nóng)機(jī)，而脫粒機(jī)是糧食作物種植戶不可缺少的必備農(nóng)機(jī)，因此有必要對(duì)適合山區(qū)農(nóng)戶庭院使用的脫粒機(jī)具及技術(shù)進(jìn)行分析與探討。但目前國(guó)內(nèi)在適合丘陵山區(qū)糧食作物脫粒機(jī)研究方面較少，而在我國(guó)丘陵山地糧食種植區(qū)仍普遍使用脫粒機(jī)，長(zhǎng)江以北地區(qū)以麥類脫粒機(jī)為主，長(zhǎng)江以南地區(qū)以水稻脫粒機(jī)為主，在西南和西北等地也有以生產(chǎn)水稻和麥類脫粒機(jī)為主的企業(yè)。

目前國(guó)內(nèi)已有的脫粒機(jī)，按脫粒裝置工作原理大體可分為：紋桿滾筒式、釘齒滾筒式和弓齒滾筒式，紋桿滾筒式是以搓擦脫粒為主、沖擊為輔，脫粒能力和分離能力強(qiáng)，有利于后續(xù)加工處理，多用于聯(lián)合收獲機(jī)；釘齒滾筒式是利用釘齒對(duì)谷物的強(qiáng)烈沖擊以及在脫粒間隙內(nèi)的搓擦而進(jìn)行脫粒，抓取能力強(qiáng)，對(duì)不均勻喂入和潮濕作物有較強(qiáng)適應(yīng)性；弓齒滾筒式是谷物沿滾筒軸向移動(dòng)的過(guò)程中，谷穗不斷受到滾筒弓齒的梳刷和沖擊使谷粒被脫下，主要適用于水稻收獲。我國(guó)現(xiàn)有脫粒機(jī)雖然品種較多，但大多為商用脫粒機(jī)，雖然效率高、脫粒效果好，但其體積龐大、成本高、工作時(shí)產(chǎn)生的噪聲較大，因此不適合庭院較小的山區(qū)農(nóng)戶使用。

甘肅省丘陵山區(qū)面積占耕地面積76%以上，約70%的糧食作物種植在丘陵山區(qū)，但丘陵山區(qū)以中小地塊為主，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的大中型聯(lián)合收獲機(jī)存在進(jìn)地、轉(zhuǎn)彎和作業(yè)等技術(shù)難題，因此現(xiàn)階段丘陵山區(qū)農(nóng)戶普遍采用田間收割糧食作物晾曬后再脫粒的分段收獲方式，而目前現(xiàn)有的清選脫粒機(jī)以簡(jiǎn)易式機(jī)型為主，清選機(jī)構(gòu)大多采用換向變速齒輪箱和其側(cè)輸出軸上的偏心輪實(shí)現(xiàn)換向變速來(lái)驅(qū)動(dòng)清選篩，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本高，換向變速齒輪箱內(nèi)的軸承和齒輪等因偏心的撞擊大，易損壞，且作業(yè)效率低、損失率和含雜率較高，隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和勞動(dòng)力的減少，迫切需要一種適合農(nóng)戶庭院作業(yè)的高效低損型脫粒清選機(jī)［10］。

本文針對(duì)甘肅省丘陵山區(qū)小地塊中聯(lián)合收獲機(jī)作業(yè)困難，小麥、燕麥等糧食作物需收割晾曬后在庭院內(nèi)進(jìn)行脫粒作業(yè)的需求，以及現(xiàn)有清選脫粒機(jī)存在的上述問(wèn)題，設(shè)計(jì)一種清選裝置為振動(dòng)篩偏心振動(dòng)機(jī)構(gòu)的振動(dòng)篩清選脫粒機(jī)，可使機(jī)具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)垂直換向?yàn)橥鶑?fù)運(yùn)動(dòng)，其振動(dòng)機(jī)構(gòu)包括簸動(dòng)篩和簸動(dòng)篩副篩，可實(shí)現(xiàn)脫粒作業(yè)的高效、低損和低含雜率，以期提高省內(nèi)丘陵山區(qū)糧食作物分段收獲后脫粒作業(yè)的機(jī)械化水平。

1 整機(jī)結(jié)構(gòu)原理及主要技術(shù)參數(shù)

1.1 整機(jī)結(jié)構(gòu)

5TZ-900型振動(dòng)篩清選脫粒機(jī)主要由喂入機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、脫粒裝置、清選裝置和機(jī)架等部件組成，喂入機(jī)構(gòu)包括喂入槽和其后部的喂料口，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括電動(dòng)機(jī)、皮帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和換向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等，脫粒裝置主要包括脫粒滾筒、凹板篩網(wǎng)和機(jī)蓋等，清選裝置主要包括引風(fēng)機(jī)、秸稈導(dǎo)向出口、風(fēng)機(jī)排雜出口、簸動(dòng)篩、簸動(dòng)篩副篩、排糧槽等部件，5TZ-900型振動(dòng)篩清選脫粒機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

機(jī)具在機(jī)架前端下方固定有電動(dòng)機(jī)，動(dòng)力經(jīng)動(dòng)力輸入傳動(dòng)帶傳遞到脫粒滾筒軸前端的主動(dòng)皮帶輪，從而帶動(dòng)脫粒裝置工作，與此同時(shí)被脫粒作物由機(jī)具右上方的喂入槽和喂料口進(jìn)入脫粒裝置，經(jīng)脫粒后的作物秸稈沿機(jī)具左上方的秸稈導(dǎo)向出口排出，較小的雜質(zhì)和籽粒一起進(jìn)入機(jī)具下部的清選裝置，較輕的雜質(zhì)被機(jī)具后端的引風(fēng)機(jī)吸起，從風(fēng)機(jī)排雜出口吹出，籽粒則從簸動(dòng)篩副篩的篩網(wǎng)濾出后沿排糧槽排出。本設(shè)計(jì)采用皮帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)換向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的偏心軸和偏心套轉(zhuǎn)動(dòng)，在偏心軸的作用下調(diào)節(jié)推拉桿做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，再帶動(dòng)拐臂后端做前后搖擺運(yùn)動(dòng)，從而使簸動(dòng)篩推拉桿做往復(fù)簸動(dòng)運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，解決了作物脫粒后清選不干凈的問(wèn)題；同時(shí)將喂入、脫粒、清選和動(dòng)力傳動(dòng)等機(jī)構(gòu)緊湊排列，可通過(guò)更換不同的脫粒滾筒和篩網(wǎng)以適應(yīng)小麥、燕麥、高粱和谷子等不同的作物，機(jī)具一次作業(yè)可完成喂入、脫粒、清選和排草等多道工序，具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡(jiǎn)便、工作平穩(wěn)，安裝轉(zhuǎn)移方便等特點(diǎn)，適合在場(chǎng)地有限的農(nóng)戶庭院內(nèi)進(jìn)行農(nóng)作物的清選脫粒作業(yè)。

1.2 工作原理

機(jī)具工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)通過(guò)皮帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將動(dòng)力傳遞到由脫粒滾筒和凹板篩網(wǎng)等組成的脫粒裝置，經(jīng)脫粒滾筒軸帶動(dòng)脫粒滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)工作。與此同時(shí)，被脫粒作物從喂入機(jī)構(gòu)采用人工均勻全喂入方式喂入，在自身重力的作用下，被脫粒作物沿喂入槽底板的斜面經(jīng)喂料口滑入脫粒裝置內(nèi)。在高速旋轉(zhuǎn)、以螺旋方式均勻排列固定在脫粒滾筒上的釘齒和凹板篩網(wǎng)的連續(xù)撞擊、碾壓和搓擦等綜合作用下，作物籽粒與莖稈、糠皮等分離，經(jīng)脫粒后的作物秸稈滯留在凹板篩網(wǎng)上方并快速沿秸稈導(dǎo)向出口徑向排出，較小的碎莖稈、糠皮和穗頭等雜質(zhì)隨籽粒一起從凹板篩網(wǎng)的小孔落入到清選裝置內(nèi)。在清選裝置簸動(dòng)篩的簸動(dòng)作用下沿篩網(wǎng)向后運(yùn)行，較輕的糠皮、穗頭等雜質(zhì)被安裝在簸動(dòng)篩后部上方的引風(fēng)機(jī)吸起，再?gòu)娘L(fēng)機(jī)排雜出口吹出機(jī)具外。較重的雜質(zhì)和作物籽粒一起向后運(yùn)行進(jìn)入簸動(dòng)篩副篩內(nèi)，并在持續(xù)簸動(dòng)作用下開(kāi)始從簸動(dòng)篩副篩的篩網(wǎng)眼濾出落入排糧槽，再沿排糧槽籽粒出口排出后進(jìn)入集糧容器內(nèi)，較重的碎莖稈、穗頭等雜質(zhì)從簸動(dòng)篩副篩末端排草口被簸出［11］，完成農(nóng)作物籽粒脫粒清選整個(gè)作業(yè)過(guò)程。

5TZ-900型振動(dòng)篩清選脫粒機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

2.1 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

根據(jù)脫粒機(jī)工作環(huán)境、載荷情況和動(dòng)力傳動(dòng)的技術(shù)要求，本設(shè)計(jì)在電動(dòng)機(jī)和動(dòng)力輸入軸之間采用皮帶和帶輪撓性傳動(dòng)方式傳遞動(dòng)力，皮帶傳動(dòng)具有占地小、易安裝、有彈性和噪聲低等特點(diǎn)，可起到緩沖減振和平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)的作用，能適應(yīng)工作環(huán)境惡劣、載荷變化大的情況，也可滿足農(nóng)用機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低的要求，皮帶的彈性滑動(dòng)還可對(duì)機(jī)具的重要部件起到過(guò)載保護(hù)作用。機(jī)具傳動(dòng)方案原理如圖2所示。

動(dòng)力通過(guò)動(dòng)力輸入傳動(dòng)帶傳遞到振動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)帶和脫粒滾筒軸，振動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)帶帶動(dòng)振動(dòng)機(jī)構(gòu)偏心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)振動(dòng)篩機(jī)構(gòu)做往復(fù)簸動(dòng)，開(kāi)始對(duì)脫粒后的籽粒進(jìn)行清選作業(yè)，與此同時(shí)，脫粒滾筒軸帶動(dòng)脫粒滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行脫粒做功，在脫粒滾筒的另一端裝有引風(fēng)機(jī)傳動(dòng)帶，把動(dòng)力傳到引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)軸，帶動(dòng)風(fēng)機(jī)進(jìn)行分離清選作業(yè)。

2.2 脫粒裝置

脫粒裝置是脫粒機(jī)的核心部件之一，主要用來(lái)進(jìn)行作物籽粒的脫粒，其不僅在很大程度上決定了脫粒機(jī)的脫粒質(zhì)量和生產(chǎn)率，而且對(duì)后續(xù)籽粒的分離和清選也有很大影響，而脫粒的難易程度與作物種類、品種、成熟度和濕度等密切相關(guān)，成熟度大、濕度大則較難脫粒，濕度大、稈草量大時(shí)會(huì)顯著地降低脫粒裝置的分離性能，所以，對(duì)脫粒裝置的技術(shù)要求是在保證分離性能好、脫凈率高和籽粒破碎率盡可能小的前提下，保證脫粒機(jī)具的通用性好、功耗較低［12， 13］。按脫粒裝置中脫粒滾筒的結(jié)構(gòu)形式可分為紋桿滾筒式（切流式、軸流式）、釘齒式（切流式、軸流式）和弓齒滾筒式三種基本類型，本設(shè)計(jì)采用軸流釘齒滾筒式脫粒裝置。

2.2.1 脫粒滾筒設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)脫粒裝置由脫粒滾筒、凹板篩網(wǎng)和機(jī)蓋組成，凹板篩網(wǎng)與機(jī)蓋形成一個(gè)圓筒，機(jī)蓋內(nèi)裝有螺旋形導(dǎo)向板可使作物作螺旋線運(yùn)動(dòng)。脫粒滾筒由脫粒滾筒軸、橫板、釘齒、中間輻盤及端面輻盤等部件組成，為適應(yīng)較大的喂入量和避免脫粒機(jī)的重量太大，本設(shè)計(jì)脫粒滾筒的形式采用圓柱形開(kāi)式滾筒，由2個(gè)中間輻盤和2個(gè)端面輻盤為支撐，上面均勻分布有6條橫板，橫板用螺栓固定在中間輻盤和端面輻盤輪輞上，橫板上安裝有釘齒。脫粒滾筒的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

脫粒機(jī)的效率主要由脫粒滾筒的長(zhǎng)度和直徑而決定，脫粒滾筒長(zhǎng)度L與釘齒Z的數(shù)量有關(guān)，決定了作物被沖擊的次數(shù)和通過(guò)脫粒裝置的時(shí)間，脫粒滾筒太短會(huì)降低脫凈率，脫粒滾筒太長(zhǎng)則會(huì)增加破碎率，也會(huì)增大機(jī)具的結(jié)構(gòu)尺寸和制造成本。脫粒滾筒長(zhǎng)度由式（1）計(jì)算［14］。

L=aZk－1+2Δl

（1）

式中：

L ——脫粒滾筒的長(zhǎng)度，mm；

a——

齒跡距，一般為25～50 mm，本設(shè)計(jì)中齒跡距a=50 mm；

Z——

脫粒滾筒上釘齒的數(shù)量，本設(shè)計(jì)中確定Z=54個(gè)；

k——

螺旋線頭數(shù)，k=2～5，k越大，脫粒能力越強(qiáng)，但莖稈破損、功耗也越大，本設(shè)計(jì)中確定桿齒的螺旋線頭數(shù)k=3；

Δl——

邊齒到橫板端的距離，一般為10～30 mm，本設(shè)計(jì)中根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸確定Δl=10 mm。

代入數(shù)值可得，脫粒滾筒的長(zhǎng)度L=920 mm，根據(jù)計(jì)算結(jié)果和脫粒滾筒長(zhǎng)度系列尺寸，取脫粒滾筒長(zhǎng)度L=900 mm。

脫粒滾筒的直徑直接影響脫粒的效果，常用脫粒滾筒的直徑為400～600 mm之間，若直徑太小則容易出現(xiàn)作物莖稈纏繞，也會(huì)使凹板篩網(wǎng)的分離面積減小，若滾筒直徑太大則影響機(jī)具的結(jié)構(gòu)尺寸和占地面積。脫粒滾筒直徑由式（2）計(jì)算。

D=Msπ+2h

（2）

式中：

D ——脫粒滾筒的直徑，mm；

M——

橫板數(shù)，一般在脫粒滾筒上呈偶數(shù)安裝，本設(shè)計(jì)中根據(jù)試驗(yàn)確定M=6個(gè)；

s——

釘齒間距，本設(shè)計(jì)中s=190 mm；

h——

釘齒工作高度，本設(shè)計(jì)中h=70 mm。

代入數(shù)值可得，脫粒滾筒直徑D≈503 mm，根據(jù)計(jì)算結(jié)果和脫粒滾筒直徑系列尺寸，取脫粒滾筒直徑D=500 mm。

脫粒滾筒的轉(zhuǎn)速對(duì)于脫粒機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性和脫粒效率都有重要影響，轉(zhuǎn)速過(guò)高會(huì)導(dǎo)致谷物在脫粒滾筒內(nèi)的脫粒速度過(guò)快，從而影響脫粒效果，過(guò)高的轉(zhuǎn)速還會(huì)加速機(jī)具的磨損與損壞；轉(zhuǎn)速太低則會(huì)影響脫粒質(zhì)量和效率，因此，要根據(jù)實(shí)際情況合理控制脫粒滾筒的轉(zhuǎn)速，以保證機(jī)具的正常作業(yè)和脫粒效果。脫粒滾筒的轉(zhuǎn)速與滾筒的直徑和脫粒線速度有關(guān)，線速度越大、脫粒滾筒的轉(zhuǎn)速也就越大；脫粒滾筒的直徑越小，滾筒轉(zhuǎn)速也越大，因此在設(shè)計(jì)脫粒滾筒時(shí)，需要根據(jù)脫粒技術(shù)要求確定滾筒脫粒的線速度，從而確定合適的滾筒轉(zhuǎn)速。脫粒滾筒轉(zhuǎn)速由式（3）計(jì)算。

N=60vπd

（3）

式中：

N ——脫粒滾筒的轉(zhuǎn)速，mm；

v——

脫粒滾筒釘齒的線速度，軸流釘齒式脫粒滾筒的線速度一般為27～32 m/s，釘齒打擊式的脫粒方式，脫粒滾筒的線速度太高會(huì)增加破碎率，太低則會(huì)影響脫粒的效率，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，本設(shè)計(jì)中v=31 m/s；

d——

脫粒滾筒齒頂圓的直徑，由脫粒滾筒直徑和釘齒工作高度可知d=570 mm。

代入數(shù)值可得，脫粒滾筒的轉(zhuǎn)速N≈1 040 r/min，符合一般脫粒滾筒轉(zhuǎn)速范圍在940～1 100 r/min的設(shè)計(jì)要求。

由此，確定脫粒滾筒的長(zhǎng)度和直徑后，再根據(jù)脫粒滾筒上單個(gè)釘齒的脫粒能力可確定脫粒滾筒的生產(chǎn)率，其由式（4）計(jì)算。

Et=MNLq060

（4）

式中：

Et——脫粒滾筒的生產(chǎn)率，kg/s；

q0——

單個(gè)釘齒的脫粒能力，與釘齒類型有關(guān)，一般q0=0.02～0.04 kg/s，本設(shè)計(jì)中取q0=0.02 kg/s。

代入數(shù)值可得，脫粒滾筒的生產(chǎn)率Et=1.8 kg/s。

凹板篩網(wǎng)除配合脫粒滾筒起到脫粒作用外，還起到了使大部分籽?？焖俜蛛x的作用，可避免和減少脫粒后籽粒的破損，也減輕了脫粒裝置的負(fù)擔(dān)，因此在設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能地加大凹板篩網(wǎng)的有效分離面積，從而提高凹板篩網(wǎng)的通過(guò)性，所以凹板篩網(wǎng)包角 α 越大，脫粒效果越好，但脫粒的功耗也增大，現(xiàn)有脫粒機(jī)械的凹板篩網(wǎng)的包角α 一般為100°～240°，在滿足脫粒效果的前提下，本設(shè)計(jì)中確定凹板篩網(wǎng)的包角α=216°。

2.2.2 脫粒裝置的布置形式

按作物沿脫粒滾筒的運(yùn)動(dòng)方向，脫粒裝置主要分為切流型、軸流切線型和軸流—切線—徑向型三種類型。

切流型指谷物被脫粒滾筒抓取后，垂直于滾筒軸沿脫粒滾筒的切線方向運(yùn)動(dòng)而不發(fā)生軸向移動(dòng)，脫粒后的莖稈也沿切線方向離開(kāi)脫粒滾筒，該型式的脫粒時(shí)間短、生產(chǎn)率高，但為了脫粒干凈滾筒必須要有較高的圓周速度以增強(qiáng)脫粒能力；軸流切線型指作物隨脫粒滾筒作切線回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)還沿著軸向移動(dòng)，其合成運(yùn)動(dòng)的軌跡為螺旋線，使谷物脫粒時(shí)間延長(zhǎng)，從而可提高脫凈率，該型式脫粒后的莖稈可通過(guò)兩種方式排出，一種是從脫粒滾筒末端沿切線方向被排出，另一種是從脫粒滾筒軸端方向被排出；軸流—切線—徑向型脫粒裝置的脫粒滾筒一般呈錐形，作物隨滾筒作切線回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)還沿著軸向和徑向運(yùn)動(dòng)，其合成運(yùn)動(dòng)的軌跡為圓錐螺旋線，也可延長(zhǎng)脫粒時(shí)間，但由于脫粒滾筒為錐形，直徑在遂漸增大的同時(shí)圓周速度也逐漸加大，所以莖稈的破碎比較嚴(yán)重，使清選分離的難度加大。本設(shè)計(jì)采用軸流切線型中的徑向喂入、徑向排出作為脫粒裝置的布置形式［15］，其布置形式如圖4所示。

本設(shè)計(jì)采用的釘齒滾筒式軸流切線型脫粒裝置抓取谷物能力強(qiáng)，脫凈率高、破損率低，對(duì)不均勻喂入和較潮濕谷物都有很好的適應(yīng)性，既能脫粒又能分離，而且莖稈中夾帶籽粒少、分離能力強(qiáng)。

2.2.3 釘齒設(shè)計(jì)

脫粒滾筒上的脫粒元件主要為各種形式的釘齒，工作時(shí)作物被釘齒抓取后進(jìn)入脫粒滾筒和凹板篩網(wǎng)之間的脫粒間隙，在釘齒打擊及釘齒頂部與凹板篩網(wǎng)的搓擦作用下進(jìn)行脫粒作業(yè)，所以，釘齒在脫粒滾筒的排列和分布要均衡合理，以保證作物不會(huì)瞬間被推向一側(cè)，有利于整個(gè)脫粒裝置的動(dòng)靜平衡。

經(jīng)試驗(yàn)比較可知，采用圓柱形釘齒效果較好，為充分發(fā)揮每個(gè)釘齒的作用，本設(shè)計(jì)釘齒脫粒端齒形略向后彎曲，以螺旋方式均勻排列固定在橫板上，有利于作物秸稈和籽粒的軸向移動(dòng)，也防止了秸稈在脫粒滾筒上的纏繞，同時(shí)還增加了脫粒作業(yè)的時(shí)間，可提高脫凈率、降低破碎率且實(shí)現(xiàn)負(fù)荷均勻和能耗低的效果［16］。釘齒結(jié)構(gòu)如圖5所示。

如圖5所示，釘齒直徑Φ=12mm，釘齒工作高度h=70mm，釘齒豎直端長(zhǎng)度L′=40mm，設(shè)計(jì)釘齒脫粒端的彎曲角度β=10°，以增加釘齒旋轉(zhuǎn)后的力度和提高脫粒能力，本設(shè)計(jì)中釘齒采用淬火硬度HRC55-65的錳鋼制造，從而增加耐磨性和抗疲勞性，提高釘齒的使用壽命和性能。脫粒滾筒上釘齒的數(shù)量直接影響脫粒機(jī)的生產(chǎn)效率，釘齒數(shù)量Z由式（5）確定。

Z≥qq0

（5）

式中：

Z——脫粒滾筒上釘齒的數(shù)量，個(gè)；

q——

設(shè)計(jì)喂入量，本設(shè)計(jì)中q=1kg/s；

q0——

單個(gè)釘齒的脫粒能力，本設(shè)計(jì)中q0=0.02kg/s。

代入數(shù)值可得，脫粒滾筒的釘齒的數(shù)量Z≥50個(gè)，為使釘齒均勻排列固定在脫粒滾筒上的6條橫板上，取釘齒數(shù)量Z為54個(gè)。

2.3 清選裝置

清選裝置由振動(dòng)篩和風(fēng)機(jī)組成，主要是利用被清選對(duì)象各組成部分之間的物理機(jī)械特性差異將其分離。經(jīng)脫粒裝置分離出的籽粒中混有碎莖稈、糠皮、穎殼和灰塵等夾雜物，需要通過(guò)清選裝置將混合物中的夾雜物排出機(jī)具外，分離出干凈的籽粒。清選裝置類型主要有氣流式、篩子式和氣流篩子組合式，氣流式是按照籽?；旌衔锔鹘M成部分不同的空氣動(dòng)力特性進(jìn)行清選；篩子式指利用籽?；旌衔锔鹘M成部分的尺寸特性的差異進(jìn)行分離和清選，主要根據(jù)籽粒的大小、形狀等設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)暮Y孔達(dá)到篩選目的；氣流篩組合式指利用混合物各組成部分不同的空氣動(dòng)力特性和尺寸特性將風(fēng)機(jī)和振動(dòng)篩配合進(jìn)行分離和清選，該組合形式的清選效果好，在多數(shù)脫粒機(jī)和聯(lián)合收獲機(jī)普遍采用，本設(shè)計(jì)采用氣流篩子組合式清選裝置。

2.3.1 振動(dòng)篩偏心振動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

振動(dòng)篩偏心振動(dòng)機(jī)構(gòu)主要包括簸動(dòng)篩、簸動(dòng)篩副篩、傳動(dòng)皮帶、偏心驅(qū)動(dòng)皮帶輪、調(diào)節(jié)推拉桿、拐臂、排糧槽等部件，其中簸動(dòng)篩為細(xì)篩網(wǎng)和運(yùn)送篩，簸動(dòng)篩副篩為粗篩網(wǎng)和分離篩，設(shè)計(jì)振動(dòng)篩機(jī)構(gòu)與水平面的傾斜角γ=15°，可保證作物籽粒運(yùn)送的流暢性。振動(dòng)篩偏心振動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖如圖6所示。

工作時(shí)，動(dòng)力經(jīng)主動(dòng)皮帶輪和傳動(dòng)皮帶傳至偏心驅(qū)動(dòng)皮帶輪，當(dāng)偏心驅(qū)動(dòng)皮帶輪做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，偏心驅(qū)動(dòng)皮帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)偏心軸和偏心套一起轉(zhuǎn)動(dòng)，使調(diào)節(jié)推拉桿做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)拐臂做搖擺運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而使簸動(dòng)篩推拉桿帶動(dòng)簸動(dòng)篩做往復(fù)簸動(dòng)，簸動(dòng)篩的前后兩根簸動(dòng)篩支承軸兩端分別有兩盤滾動(dòng)軸承安裝在機(jī)架槽鋼內(nèi)，可使簸動(dòng)篩和簸動(dòng)篩副篩在機(jī)架上方做前后往復(fù)簸動(dòng)運(yùn)動(dòng)，從而完成作物籽粒脫粒清選的整個(gè)過(guò)程。

2.3.2 偏心振動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

偏心振動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由偏心驅(qū)動(dòng)皮帶輪、偏心軸、偏心套、調(diào)節(jié)推拉桿、拐臂、簸動(dòng)篩機(jī)架連接座、螺桿、簸動(dòng)篩推拉桿等部件組成，其結(jié)構(gòu)如圖7所示。

偏心套與拐臂鉸接U型支承架之間裝有一調(diào)節(jié)推拉桿，拐臂兩端的拐臂鉸接U型支承架通過(guò)拐臂鉸接銷軸分別與調(diào)節(jié)推拉桿和簸動(dòng)篩推拉桿連接，簸動(dòng)篩推拉桿再經(jīng)螺桿和簸動(dòng)篩鉸接銷軸與簸動(dòng)篩機(jī)架鉸接，當(dāng)偏心驅(qū)動(dòng)皮帶輪做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，調(diào)節(jié)推拉桿在偏心軸、偏心套的作用下做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使拐臂繞拐臂支承架內(nèi)的拐臂支承軸做搖擺運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)簸動(dòng)篩推拉桿做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在簸動(dòng)篩推拉桿的作用下實(shí)現(xiàn)簸動(dòng)篩的往復(fù)簸動(dòng)。根據(jù)機(jī)具高度尺寸，設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)推拉桿長(zhǎng)度為200mm，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際可通過(guò)調(diào)節(jié)拐臂螺桿和偏心套螺桿在調(diào)節(jié)推拉桿內(nèi)的距離，實(shí)現(xiàn)240～360mm范圍內(nèi)的長(zhǎng)度調(diào)整；為防止偏心套與偏心驅(qū)動(dòng)皮帶輪發(fā)生干涉，設(shè)計(jì)偏心套安裝在距偏心驅(qū)動(dòng)皮帶輪14mm的偏心軸端，經(jīng)大量疲勞試驗(yàn)和偏心振動(dòng)機(jī)構(gòu)整體尺寸，設(shè)計(jì)偏心距e=46mm；為確保振動(dòng)篩機(jī)構(gòu)與水平面的傾斜角度，設(shè)計(jì)簸動(dòng)篩推拉桿長(zhǎng)度為420mm，配合更換的不同振動(dòng)篩網(wǎng)，可通過(guò)調(diào)節(jié)螺桿長(zhǎng)度，實(shí)現(xiàn)不同頻率和幅度的簸動(dòng)，以滿足不同作物籽粒簸動(dòng)清選的需求。

2.3.3 振動(dòng)篩機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

振動(dòng)篩的作用是使作物籽粒和振動(dòng)篩面之間、以及籽粒和雜質(zhì)混合物之間都有合適的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使各組成物分離的同時(shí)，盡可能使需要的作物籽粒全部通過(guò)篩孔，而雜質(zhì)混合物則在振動(dòng)篩的作用下運(yùn)送到振動(dòng)篩末端。本設(shè)計(jì)選擇結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、清選能力好的往復(fù)式振動(dòng)篩，其主要由簸動(dòng)篩、簸動(dòng)篩副篩、排糧槽、簸動(dòng)篩副篩排草口、振動(dòng)篩機(jī)架等部件組成。振動(dòng)篩機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖8所示。

根據(jù)脫粒機(jī)的整體寬度尺寸，本設(shè)計(jì)中確定振動(dòng)篩的寬度B=480mm。振動(dòng)篩的長(zhǎng)度越長(zhǎng)則分離效果越好，但也要考慮機(jī)體尺寸的緊湊性。振動(dòng)篩的長(zhǎng)度可由式（6）［17］計(jì)算。

Ls=QBqs

（6）

式中：

Ls——振動(dòng)篩的長(zhǎng)度，mm；

Q——脫粒后混合物的質(zhì)量，kg；

B——

振動(dòng)篩的寬度，一般為接近于脫粒裝置的寬度，本設(shè)計(jì)中B=480mm；

qs ——

振動(dòng)篩單位面積可以承擔(dān)的脫粒后混合物的喂入量，一般為1.5～2kg/s·m2，本設(shè)計(jì)中qs=1.5kg/s·m2。

Q=Et（1－δη）

（7）

式中：

δ ——

作物秸稈占喂入脫粒機(jī)作物總質(zhì)量的比值，本設(shè)計(jì)中δ =0.5；

η——

脫粒裝置的工作特性系數(shù)，本設(shè)計(jì)根據(jù)小麥籽粒取η=0.6。

根據(jù)式（6）和（7）可得

Ls=Et（1－δη）Bqs

（8）

代入數(shù)值可得，振動(dòng)篩的長(zhǎng)度Ls=1750mm，為便于整機(jī)布局和振動(dòng)篩安裝，取Ls=1720mm，按簸動(dòng)篩長(zhǎng)度與簸動(dòng)篩副篩長(zhǎng)度之比為3∶1確定簸動(dòng)篩長(zhǎng)度為1280mm、簸動(dòng)篩副篩長(zhǎng)度為430mm，從而簸動(dòng)篩設(shè)計(jì)尺寸為1280mm×480mm，簸動(dòng)篩副篩設(shè)計(jì)尺寸為430mm×480mm。

本設(shè)計(jì)的簸動(dòng)篩和簸動(dòng)篩副篩設(shè)計(jì)為網(wǎng)眼篩形式，采用金屬絲編織而成的編織篩，其制造簡(jiǎn)單，具有氣流阻力小、有效面積大、生產(chǎn)率高的特點(diǎn)，由于不同作物籽粒大小尺寸的不同，篩網(wǎng)眼的尺寸也有所不同，本設(shè)計(jì)以小麥籽粒為例，設(shè)計(jì)簸動(dòng)篩網(wǎng)眼采用Ф0.6mm的金屬絲、網(wǎng)眼尺寸為2mm×2mm的方孔，設(shè)計(jì)簸動(dòng)篩副篩采用Ф0.7mm的金屬絲、網(wǎng)眼尺寸為7mm×7mm的方孔，可保證作物籽粒在簸動(dòng)篩上的簸動(dòng)運(yùn)送和在簸動(dòng)篩副篩上的篩網(wǎng)眼濾出，實(shí)現(xiàn)籽粒和碎莖稈、穗頭等雜質(zhì)的簸動(dòng)分離。

2.3.4 排糧槽設(shè)計(jì)

排糧槽布置在振動(dòng)篩機(jī)構(gòu)后端的正下方，排糧槽的傾斜角度θ直接影響籽粒下落時(shí)的均勻程度，θ過(guò)大時(shí)籽粒分散效果差，θ過(guò)小時(shí)籽粒下落不順暢、容易造成阻塞或下落的不均勻，而排糧槽的傾斜角度θ由籽粒自然休止角度和籽粒下落時(shí)與鐵板的摩擦角來(lái)確定。而小麥籽粒的自然休止角一般為23°～38°，在相同水分條件下，小麥的內(nèi)摩擦角為21.21°～37.67°，小麥與鐵板的摩擦角系數(shù)為0.25～0.63。排糧槽的結(jié)構(gòu)示意如圖9所示。本設(shè)計(jì)取小麥的自然休止角為25°、小麥的內(nèi)摩擦角為22°，由于小麥籽粒間的摩擦系數(shù)大于小麥籽粒與鐵板的摩擦系數(shù)，所以小麥從簸動(dòng)篩副篩的篩網(wǎng)眼下落在排糧槽鐵板上的自流下滑的角度θlt;22°，已知振動(dòng)篩機(jī)構(gòu)與水平面的傾斜角度γ=15°，根據(jù)多次試驗(yàn)調(diào)整后確定排糧槽的傾斜角度為θ=6°時(shí)，作物籽粒下落的流暢性和降低殘留率的效果最理想。

3 作業(yè)試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)內(nèi)容

為驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的5TZ-900型振動(dòng)篩清選脫粒機(jī)的作業(yè)性能、作業(yè)效果和主要技術(shù)參數(shù)是否滿足設(shè)計(jì)要求和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，試驗(yàn)在張掖市甘州區(qū)黨寨鎮(zhèn)進(jìn)行，選用收割晾曬后的小麥為試驗(yàn)作物，根據(jù)機(jī)具配套的電動(dòng)機(jī)功率為7.5kW、額定轉(zhuǎn)速1400r/min的實(shí)際，采用額定電壓為380V、額定電壓為25～100A的三相動(dòng)力電。

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，考核清選脫粒機(jī)的破碎率、含雜率、未脫凈率、總損失率等性能指標(biāo)分別是否滿足不大于1.2%、1.5%、1.0%和1.5%的技術(shù)要求；測(cè)定試驗(yàn)樣機(jī)的脫粒滾筒轉(zhuǎn)速是否在940～1100r/min的設(shè)計(jì)值之間；檢測(cè)機(jī)具作業(yè)效率是否在800～1200kg/h的設(shè)計(jì)值之間；測(cè)定試驗(yàn)樣機(jī)的安全性能噪聲是否滿足不大于88dB（A）的標(biāo)準(zhǔn)要求；考核機(jī)具對(duì)試驗(yàn)作物水份、草谷比等的適用能力，即試驗(yàn)物料在滿足籽粒草谷比為0.8～1.2、含水率為15%～20%的試驗(yàn)條件下機(jī)具的作業(yè)性能等。

3.2 試驗(yàn)條件和方法

試驗(yàn)前先將清選脫粒機(jī)固定在有三相電源且通風(fēng)防火的試驗(yàn)場(chǎng)地，而后接通電源使機(jī)具空運(yùn)轉(zhuǎn)檢查有無(wú)磨刮現(xiàn)象或異常聲響，確定機(jī)具各部件運(yùn)轉(zhuǎn)正常并處于良好狀態(tài)后方可進(jìn)行性能試驗(yàn)，作業(yè)過(guò)程中采用人工均勻全喂入方式不間斷喂入。試驗(yàn)過(guò)程中，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求使用皮尺、糧食水分測(cè)定儀、臺(tái)秤、電子天平、數(shù)字轉(zhuǎn)速表和噪聲振動(dòng)測(cè)量?jī)x等儀器測(cè)量基本數(shù)據(jù)。試驗(yàn)所需檢測(cè)儀器如表2所示。

依據(jù)GB/T 5982—2017《脫粒機(jī) 試驗(yàn)方法》和JB/T 13425—2018《脫粒機(jī) 可靠性評(píng)定試驗(yàn)方法》等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行性能試驗(yàn)，以機(jī)具作業(yè)后作物籽粒的破碎率、含雜率、未脫凈率、總損失率和作業(yè)效率為性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，破碎率Zp、含雜率Zz和未脫凈率Sw計(jì)算如式（9）～式（11）所示。

Zp=WpWx×100%

（9）

Zz=WxzWxh×100%

（10）

Sw=WwW×100%

（11）

式中：

Wp——小樣中破碎籽粒質(zhì)量，kg；

Wx——小樣籽粒質(zhì)量，kg；

Wxz——小樣雜質(zhì)質(zhì)量，kg；

Wxh——小樣混合籽粒質(zhì)量，kg；

Ww——未脫凈損失籽粒質(zhì)量，kg；

W——總籽粒質(zhì)量，kg。

機(jī)具作業(yè)的總損失率由未脫凈損失籽粒質(zhì)量、夾帶損失籽粒質(zhì)量、清選損失籽粒質(zhì)量及飛濺損失籽粒質(zhì)量總和與總籽粒質(zhì)量的比值計(jì)算，而總籽粒質(zhì)量包括排糧槽籽粒出口籽粒質(zhì)量、簸動(dòng)篩副篩排草口籽粒質(zhì)量、未脫凈損失籽粒質(zhì)量、夾帶損失籽粒質(zhì)量、清選損失籽粒質(zhì)量、飛濺損失籽粒質(zhì)量及二次處理籽粒質(zhì)量之和?？倱p失率S、總籽粒質(zhì)量W和排糧槽籽粒出口籽粒質(zhì)量Wc由式（12）～式（14）計(jì)算。

S=Ww+Wj+Wq+WfW×100%

（12）

W=Wc+Wci+Ww+Wj+Wq+Wf+We

（13）

Wc=Wh（1－Zz）

（14）

式中：

Wci——簸動(dòng)篩副篩排草口籽粒質(zhì)量，kg；

Wj——夾帶損失籽粒質(zhì)量，kg；

Wq——清選損失籽粒質(zhì)量，kg；

Wf——飛濺損失籽粒質(zhì)量，kg；

We——二次處理籽粒質(zhì)量，kg；

Wh——

排糧槽籽粒出口混合籽粒質(zhì)量，kg。

農(nóng)業(yè)機(jī)械的作業(yè)效率是指機(jī)具在單位作業(yè)時(shí)間內(nèi)完成的作業(yè)量，即脫粒機(jī)在單位作業(yè)時(shí)間內(nèi)脫出的籽粒質(zhì)量，本設(shè)計(jì)中機(jī)具脫出的籽粒質(zhì)量包括排糧槽籽粒出口的籽粒質(zhì)量和簸動(dòng)篩副篩排草口的籽粒質(zhì)量之和，機(jī)具的作業(yè)效率E可由式（15）計(jì)算。

E=Wc+Wcit×3.6

（15）

式中：

t——工作時(shí)間，s。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

在試驗(yàn)過(guò)程中被脫粒作物采用人工均勻全喂入方式喂入，試驗(yàn)時(shí)喂入量應(yīng)為設(shè)計(jì)喂入量的0.9～1.1倍，先對(duì)試驗(yàn)作物小麥進(jìn)行草谷比和籽粒含水率測(cè)定，通過(guò)電子天平測(cè)量作物莖稈質(zhì)量和籽粒質(zhì)量5次，計(jì)算其草谷比后取平均值為0.9；通過(guò)糧食水分測(cè)試儀測(cè)量籽粒含水率5次，計(jì)算其平均值為16.2%，測(cè)定結(jié)果滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)作物籽粒草谷比為0.8～1.2、含水率為15%～20%的條件要求。試驗(yàn)作物的草谷比和籽粒含水率測(cè)量結(jié)果如表3所示。

機(jī)械的噪聲除了損傷聽(tīng)力以外，還會(huì)引起其他人身?yè)p害，因此農(nóng)機(jī)作業(yè)的噪聲必須滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，由于試驗(yàn)的清選脫粒機(jī)以電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力，所以選定位于距機(jī)具表面1m、跟地面高度1.5m的前、后、左、右四個(gè)點(diǎn)為測(cè)量點(diǎn)，在機(jī)具空載運(yùn)轉(zhuǎn)正常并處于良好狀態(tài)后測(cè)定其空載運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲，聲級(jí)計(jì)用A計(jì)權(quán)慢檔，在每點(diǎn)進(jìn)行3次噪聲測(cè)定，取其平均值為噪聲值；背景噪聲是被測(cè)機(jī)具不工作情況下測(cè)得的聲壓級(jí)，當(dāng)噪聲測(cè)量值超出背景噪聲值大于10dB時(shí)，不考慮背景噪聲的影響。本設(shè)計(jì)機(jī)具為有分離、清選功能的人工全喂入簡(jiǎn)式脫粒機(jī)，所以空載運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲應(yīng)不大于88dB（A），測(cè)定機(jī)具空載運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲平均值為79.8dB（A），符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求。機(jī)具噪聲檢測(cè)結(jié)果如表4所示。

在清選脫粒機(jī)的作業(yè)性能試驗(yàn)中，按試驗(yàn)機(jī)具設(shè)計(jì)值中每小時(shí)最大處理量的5%左右選取3組不同重量的小麥試驗(yàn)作物，分別進(jìn)行清選脫粒作業(yè)，試驗(yàn)機(jī)具達(dá)到正常作業(yè)狀態(tài)后，采用數(shù)字轉(zhuǎn)速表在脫粒滾筒軸軸端測(cè)定滾筒轉(zhuǎn)速3次后取平均值；從排糧槽籽粒出口、簸動(dòng)篩副篩末端排草口、風(fēng)機(jī)排雜出口、秸稈導(dǎo)向出口等處同時(shí)接取樣品，直至取樣結(jié)束時(shí)各取樣口同時(shí)停止取樣；分3次從排糧槽籽粒出口接取的全部混合籽粒中隨機(jī)取小樣100g，再?gòu)男踊旌献蚜Ｖ羞x出其中的破碎籽粒、包殼籽粒和其他雜質(zhì)；從簸動(dòng)篩副篩末端排草口接取的樣品中選出未脫凈籽粒和夾帶籽粒，選出清選口和二次處理口樣品中的所有籽粒，選出風(fēng)機(jī)排雜出口樣品中的所有籽粒，收集取樣時(shí)間內(nèi)濺出機(jī)外的籽粒，分別進(jìn)行稱重記錄后對(duì)記錄數(shù)據(jù)和測(cè)量值根據(jù)式（9）～式（15）性能試驗(yàn)方法和計(jì)算公式分別進(jìn)行計(jì)算，以重復(fù)3次試驗(yàn)的平均值計(jì)算出破碎率、含雜率、未脫凈率、總損失率及作業(yè)效率等最后的測(cè)試結(jié)果。清選脫粒機(jī)試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

由表3、表4和表5的作業(yè)性能試驗(yàn)結(jié)果可知，本設(shè)計(jì)機(jī)具空載運(yùn)轉(zhuǎn)的噪聲測(cè)量結(jié)果為79.8dB（A），在試驗(yàn)物料的草谷比為0.9、籽粒含水率為16.2%和機(jī)具的滾筒轉(zhuǎn)速為1040r/min的條件下，機(jī)具作業(yè)后的破碎率、含雜率、未脫凈率、總損失率和作業(yè)效率分別為0.94%、1.04%、0.93%、1.36%和1120kg/h，各項(xiàng)指標(biāo)皆優(yōu)于相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

對(duì)于破損率指標(biāo)，除了作物品種、籽粒硬度以及含水率外，機(jī)具轉(zhuǎn)速過(guò)高和籽粒在脫粒裝置內(nèi)停留時(shí)間太長(zhǎng)等也會(huì)使破損率增高，在機(jī)具的滾筒轉(zhuǎn)速為1040r/min、滿足設(shè)計(jì)要求的條件下，試驗(yàn)中3次作業(yè)的破損率為0.93%、0.87%、1.01%，均低于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，平均破碎率為0.94%；對(duì)于有清選功能的脫粒機(jī)，脫粒時(shí)不干凈和篩網(wǎng)過(guò)濾效果不佳都會(huì)使含雜率過(guò)高，本設(shè)計(jì)中采用凹板篩網(wǎng)小孔的初清、簸動(dòng)篩簸動(dòng)和風(fēng)機(jī)吸吹的再清，簸動(dòng)篩副篩的簸動(dòng)和篩網(wǎng)眼過(guò)濾的三清，極大地降低了機(jī)具作業(yè)的含雜率，試驗(yàn)中含雜率平均為1.04%；本設(shè)計(jì)采用釘齒滾筒式軸流切線型脫粒裝置，相比傳統(tǒng)脫粒機(jī)提高谷物抓取能力，降低未脫凈率，對(duì)不均勻喂入和較潮濕作物的適應(yīng)性也提高，試驗(yàn)中的未脫凈率平均為0.93%；隨著破碎率和未脫凈率的降低，機(jī)具作業(yè)的總損失率也會(huì)降低，本次試驗(yàn)中機(jī)具作業(yè)的總損失率平均為1.36%、平均生產(chǎn)效率為1120kg/h，各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)論

1）" 設(shè)計(jì)的脫粒裝置中脫粒滾筒直徑為500mm、長(zhǎng)度為900mm，脫粒滾筒上釘齒總數(shù)為54個(gè)，釘齒直徑為12mm、工作高度為70mm，且釘齒脫粒端有10°的彎曲角度，在保證分離性能好、脫凈率高和籽粒破碎率盡可能小的前提下，脫粒機(jī)具的通用性好、功耗較低，解決了脫粒滾筒規(guī)格尺寸不合理影響脫凈率和破碎率，以及作物莖稈對(duì)脫粒滾筒的纏繞問(wèn)題。

2） 該振動(dòng)篩偏心振動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，其振動(dòng)篩均為清選能力較好的往復(fù)式簸動(dòng)篩，在簸動(dòng)篩和簸動(dòng)篩副篩往復(fù)簸動(dòng)運(yùn)動(dòng)下，可使作物籽粒與碎莖稈、穗頭等細(xì)小雜質(zhì)邊分離邊均勻的向前簸動(dòng)輸送，在保證作物籽粒清選分離效果的同時(shí)可滿足籽粒運(yùn)送的流暢性。

3） 通過(guò)性能試驗(yàn)可知，機(jī)具空載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的噪聲測(cè)量結(jié)果為79.8dB（A），在試驗(yàn)作物的草谷比滿足 0.8～1.2、含水率滿足15%～20%之間和機(jī)具的滾筒轉(zhuǎn)速滿足940～1100r/min的條件時(shí)，機(jī)具作業(yè)的破碎率為0.94%，含雜率為1.04%，未脫凈率為0.93%，總損失率為1.36%，生產(chǎn)效率為1120kg/h，各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到作業(yè)要求和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

4） 5TZ-900型振動(dòng)篩清選脫粒機(jī)安裝移動(dòng)方便，適用于甘肅丘陵山區(qū)梯田等中小地塊小麥、燕麥等作物分段收獲后的機(jī)械化脫粒，為甘肅等西部山區(qū)農(nóng)戶庭院內(nèi)機(jī)械化脫粒提供機(jī)具保障，也為推進(jìn)山區(qū)家庭種植糧食作物機(jī)械化作業(yè)的快速發(fā)展、有效減輕農(nóng)戶脫粒作業(yè)的勞動(dòng)強(qiáng)度和提高脫粒作業(yè)效率提供技術(shù)支撐。

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