小區(qū)育種縱軸流錐型滾筒脫粒分離裝置作業(yè)參數(shù)優(yōu)化研究

小區(qū)育種縱軸流錐型滾筒脫粒分離裝置作業(yè)參數(shù)優(yōu)化研究

農(nóng)田繁殖是確保人類糧食安全的必要手段。田間育種的收獲是育種試驗獲得正確結(jié)果的重要環(huán)節(jié)。育種小區(qū)收獲與大田收獲不同,收獲時除滿足大田小麥?zhǔn)斋@作業(yè)要求外,還必須滿足無籽粒在機(jī)器內(nèi)滯留、不混種、便清機(jī)的特殊要求,故田間育種小區(qū)小麥種子收獲一直是一個難題。目前我國小區(qū)育種收獲仍以人工收割、普通脫粒機(jī)脫粒的方式為主,收獲期較長,貽誤農(nóng)時,間接損失大,脫粒機(jī)內(nèi)部清理困難,種子殘留量大,易造成種子混雜,導(dǎo)致育種試驗數(shù)據(jù)失真。小區(qū)育種收獲機(jī)脫粒分離裝置要求高脫凈,低破碎,無混種,便清機(jī)。為此,課題組研制了育種小區(qū)手扶氣吸梳脫清選式種子聯(lián)合收獲機(jī),縱軸流錐型滾筒脫粒分離裝置是該收獲機(jī)的核心組成部分,裝置各組成部分作業(yè)參數(shù)的選取對育種收獲效果至關(guān)重要。因此,有必要對該裝置作業(yè)參數(shù)選取進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化試驗研究。本文借助自行設(shè)計的縱軸流錐型滾筒脫粒分離裝置,通過改變影響裝置脫粒分離效果的主要作業(yè)參數(shù),進(jìn)行裝置作業(yè)性能(脫凈率、破碎率、殘留率及含雜率)試驗研究,以期獲得裝置各組成部分相關(guān)作業(yè)參數(shù)的最優(yōu)組合。1脫粒分離裝置的組成和工作原理1.1帶單獨(dú)油管道構(gòu)設(shè)計小區(qū)育種縱軸流錐型滾筒脫粒分離裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示,主要由輸送帶,縱軸流錐型滾筒脫粒裝置,旋風(fēng)分離器,揚(yáng)升管道,吸雜風(fēng)機(jī),吸雜管道,接糧箱等組成。1.2組件結(jié)構(gòu)參數(shù)小區(qū)育種縱軸流錐型滾筒脫粒分離裝置各組成部件具體結(jié)構(gòu)參數(shù)選取如表1所示。1.3半喂入式育種收獲機(jī)械脫粒裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計縱軸流錐型滾筒脫粒裝置主要由錐型脫粒滾筒、帶有紋桿脫粒元件的上罩殼、光滑下罩殼、短紋桿-板齒脫粒元件及揚(yáng)谷器組成,如圖2所示由于該縱軸流錐型滾筒脫粒裝置適用于半喂入式育種收獲機(jī)械,因此在滾筒結(jié)構(gòu)設(shè)計上省去了傳統(tǒng)脫粒滾筒所帶有的凹板結(jié)構(gòu),增加了與錐型脫粒滾筒相配合使用的滾筒罩殼,罩殼結(jié)構(gòu)分為上下兩部分,為增強(qiáng)裝置脫粒能力,上罩殼安裝有數(shù)根螺紋桿;下罩殼內(nèi)部光滑便于脫粒物料的輸送及裝置內(nèi)部的清機(jī)?？v軸流錐型滾筒脫粒裝置整體結(jié)構(gòu)緊湊,省去了傳統(tǒng)聯(lián)合收獲機(jī)的機(jī)械輸送部分,設(shè)置了揚(yáng)谷器,主要利用其高速旋轉(zhuǎn)的葉片將脫?；旌衔锪蠏伋?。1.4揚(yáng)谷器拋入內(nèi)旋器借助裝置進(jìn)行試驗時,將成熟、飽滿、易脫粒的小麥穗頭均勻鋪放在輸送帶上,在錐型滾筒喂入導(dǎo)板的作用下快速進(jìn)入脫粒裝置內(nèi)部,通過短紋桿-板齒錐型脫粒滾筒與上罩殼脫粒紋桿的共同作用將小麥脫粒,脫出混合物料在錐型滾筒的作用下向后螺旋軸向輸送,并在后置揚(yáng)谷器的高速氣流作用下經(jīng)揚(yáng)升管道拋入旋風(fēng)分離器。脫出混合物料在分離器內(nèi)旋轉(zhuǎn)氣流的作用下,受離心力較大的籽粒沿筒壁向下運(yùn)動落至接糧箱,較輕的穎糠和短莖稈懸浮于分離器中心,并隨上行氣流經(jīng)吸雜管道及吸雜風(fēng)機(jī)排出,實現(xiàn)籽粒與穎糠等雜物分離。2試驗計劃和分析2.1單種脫粒分離裝置試驗材料為甘肅省農(nóng)科院育種小區(qū)小麥種子,品種為隴春23號,籽粒千粒質(zhì)量41.2g,籽粒含水率17.4%。由于試驗所應(yīng)用的縱軸流錐型滾筒脫粒分離裝置適合于半喂入式小區(qū)育種收獲機(jī),因此,試驗時喂入滾筒的物料均為小麥穗頭,長度在12~15cm之間。試驗過程中,選取物料喂入量、滾筒轉(zhuǎn)速、脫粒間隙、吸雜風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速4個參數(shù)作為試驗因素,通過改變輸送帶的不同運(yùn)動速度,來改變裝置喂入量(0.3kg/s、0.4kg/s、0.5kg/s)的大小;應(yīng)用變頻電機(jī)實現(xiàn)滾筒轉(zhuǎn)速(1500r/min、1550r/min、1600r/min)與吸雜風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速(1000r/min、1050r/min、1100r/min)的調(diào)整;更換不同高度的短紋桿-板齒脫粒部件,進(jìn)行裝置脫粒間隙(8mm、11mm、14mm)的調(diào)整。根據(jù)小區(qū)種子收獲機(jī)理要求,結(jié)合采用正交試驗設(shè)計,應(yīng)用綜合評分法得到縱軸流錐型滾筒脫粒分離裝置各組成部件作業(yè)參數(shù)的最優(yōu)組合。為符合小區(qū)育種脫粒分離裝置內(nèi)部無種子滯留,兼顧脫粒損失率、破碎率及分離含雜率的作業(yè)要求及參照《農(nóng)業(yè)機(jī)械試驗條件測定方法的一般規(guī)定》(GB/T5262-2008)和《脫粒機(jī)試驗方法》(GB/T5982-2005)的測定指標(biāo),試驗選取脫?？倱p失率(未脫損失率和夾帶損失率)、分離物料含雜率、罩殼內(nèi)部籽粒殘留率及脫粒破碎率為裝置作業(yè)性能評價指標(biāo)。2.2應(yīng)用綜合評分法確定最佳組合分離裝置的作業(yè)過程采用多因素正交進(jìn)行試驗安排,試驗重復(fù)3次,試驗安排及結(jié)果如表2所示。由表2試驗結(jié)果可以看出,當(dāng)對縱軸流錐型滾筒脫粒分離裝置作業(yè)性能指標(biāo)的4個主要作業(yè)參數(shù)進(jìn)行改變時,裝置脫粒損失率在0.49%~0.65%之間,分離含雜率在16.28%~20.13%之間,罩殼籽粒殘留率在0.03%~0.19%之間,脫粒破碎率在0.48%~0.61%之間。當(dāng)滾筒轉(zhuǎn)速為1600r/min,其余作業(yè)參數(shù)變化時,罩殼內(nèi)部籽粒殘留率處在最低范圍內(nèi),僅為0.03%~0.06%;當(dāng)脫粒間隙為8mm,喂入量為0.3kg/s時,脫?？倱p失率最低為0.49%,但此時脫粒破碎率最大為0.61%,可以看出裝置脫粒損失率與破碎率成反比;吸雜風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的選取與裝置分離含雜率密切相關(guān),當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由1000r/min增加至1100r/min時,裝置分離含雜率均有所降低。對于多指標(biāo)試驗分析應(yīng)用綜合評分法,其中因素A:脫粒間隙(mm),因素B:滾筒轉(zhuǎn)速(r/min),因素C:吸雜風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min),因素D:喂入量(kg/s);試驗指標(biāo)為罩殼籽粒殘留率(%)、脫?？倱p失率(%)、脫粒破碎率(%)、分離含雜率(%)分別設(shè)為a、b、c、d。小區(qū)育種收獲與大田不同,依照小區(qū)種子聯(lián)合收獲高脫凈、低破損、防混種、便清機(jī)的作業(yè)機(jī)理要求,對于縱軸流錐型滾筒脫粒分離裝置而言,首先應(yīng)盡量降低或避免裝置罩殼籽粒殘留;其次,必須保證裝置脫?？倱p失率與脫粒破碎率的降低;在此基礎(chǔ)上,可降低育種小麥分離籽粒含雜率。因此,按照要求將試驗指標(biāo)量化,罩殼籽粒殘留率評6分,脫?？倱p失率與脫粒破碎率均為4分,分離含雜率評2分(由于分離含雜率較其余三種因素在數(shù)量級上均大100倍,不具有可比性,因此將分離含雜率均乘以0.01系數(shù)獲得同等數(shù)量級并帶入公式計算)。每項試驗總分應(yīng)用式(1)進(jìn)行計算,由于試驗指標(biāo)都是以減小到最低為佳,所以最優(yōu)方案參數(shù)應(yīng)結(jié)合式(2)計算評分并進(jìn)行極差比較選取。式中,PA為試驗最優(yōu)參數(shù)得分;Pi為第i次試驗總分,i=1,2,……,9;ai為第i次試驗罩殼籽粒殘留率(%),i=1,2,……,9;bi為第i次試驗脫粒總損失率(%),i=1,2,……,9;ci為第i次試驗脫粒破碎率(%),i=1,2,……,9;di為第i次試驗分離含雜率(%),i=1,2,……,9。通過應(yīng)用綜合評分法由表3中極差大小可以得出,影響縱軸流錐型滾筒脫粒分離裝置作業(yè)性能的因素主次順序是:滾筒轉(zhuǎn)速、喂入量、脫粒間隙、吸雜風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速;裝置作業(yè)時各參數(shù)的最優(yōu)組合為:A1B3C3D1,即脫粒間隙為8mm、滾筒轉(zhuǎn)速為1600r/min、吸雜風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1100r/min、喂入量為0.3kg/s。2.3試驗驗證試驗應(yīng)用2.1中所選用的試驗材料及方法,將錐型滾筒脫粒間隙調(diào)整為8mm、滾筒轉(zhuǎn)速為1600r/min、吸雜風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1100r/min、麥穗喂入量為0.3kg/s,進(jìn)行縱軸流脫粒分離裝置作業(yè)性能試驗驗證。試驗結(jié)果表明,應(yīng)用該最優(yōu)組合作業(yè)參數(shù)進(jìn)行試驗時,裝置脫粒總損失率為0.45%、分離物料含雜率為16.16%、罩殼內(nèi)部籽粒殘留率為0.04%及脫粒破碎率為0.46%,各項試驗評價指標(biāo)符合裝置作業(yè)性能要求;裝置內(nèi)部籽粒殘留量小,無需人工停機(jī)清機(jī),脫出混合物分離籽粒含雜率低,實現(xiàn)了育種籽粒的高脫凈、低破碎,保證了育種試驗數(shù)據(jù)的可靠性,能夠提高小區(qū)育種收獲機(jī)的工作效率和作業(yè)質(zhì)量,滿足小區(qū)育種收獲要求。3裝置作業(yè)性能試驗1)依照小區(qū)育種收獲機(jī)械符合高脫凈,低破碎,無混種,便清機(jī)的收獲要求,通過改變影響縱軸流錐型滾筒脫粒分離裝置作業(yè)性能指標(biāo)的4個主要作業(yè)參數(shù),以裝置罩殼內(nèi)部籽粒殘留率、脫粒總損失率、分離含雜率及脫粒破碎率為評價指標(biāo)進(jìn)行裝置作業(yè)性能試驗。通過正交試驗研究,應(yīng)用綜合評分法得出了裝置作業(yè)時各參數(shù)的