珠江-130型梳脫式聯(lián)合收獲機(jī)試驗(yàn)研究

珠江-130型梳脫式聯(lián)合收獲機(jī)試驗(yàn)研究

為適應(yīng)南方氣候特點(diǎn)和地理?xiàng)l件，水稻收獲機(jī)應(yīng)滿(mǎn)足以下要求：良好的水循環(huán)性和移動(dòng)性；良好的水分和排水溝對(duì)水稻的適應(yīng)性。傳統(tǒng)的大型聯(lián)合收獲機(jī),不適應(yīng)水田作業(yè),對(duì)潮濕、倒伏水稻的適應(yīng)性也較差。日本、韓國(guó)生產(chǎn)的半喂入聯(lián)合收獲機(jī)雖能滿(mǎn)足上述要求,但價(jià)格昂貴,作業(yè)成本高,也難以大面積推廣。為了解決南方雙季稻地區(qū)水稻機(jī)械化收獲問(wèn)題,廣東省農(nóng)機(jī)研究所和華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院共同承擔(dān)了國(guó)家“九五”攻關(guān)課題“雙季稻地區(qū)機(jī)械化收獲工藝及新型聯(lián)合收獲機(jī)的設(shè)計(jì)”,該機(jī)采用了割前脫粒的方案。在研制過(guò)程中,華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院進(jìn)行了梳脫、復(fù)脫分離和清選幾個(gè)關(guān)鍵部件的試驗(yàn)研究,通過(guò)幾年來(lái)對(duì)不同方案的試驗(yàn)研究,得出了一些重要的結(jié)論和試驗(yàn)數(shù)據(jù),為研制樣機(jī)提供了設(shè)計(jì)依據(jù)。1復(fù)脫分離部件試驗(yàn)由于梳脫式聯(lián)合收獲機(jī),摘穗后需進(jìn)行復(fù)脫、分離、清選等“后處理”程序,且與全喂入或半喂入式進(jìn)入“后處理”程序的物料有很大不同,所以,需對(duì)復(fù)脫分離部件進(jìn)行試驗(yàn)研究1,2]。本試驗(yàn)是對(duì)梳脫機(jī)摘穗后的混合物進(jìn)行多因素的性能試驗(yàn),考察影響復(fù)脫分離性能指標(biāo)的因素,及其因素的相關(guān)性和影響程度,尋求各主要因素或結(jié)構(gòu)參數(shù)的較佳組合,為樣機(jī)設(shè)計(jì),特別是復(fù)脫分離部件的參數(shù)選擇提供依據(jù)。1.1斷穗的長(zhǎng)度、形態(tài)、組成復(fù)脫分離試驗(yàn)裝置主要是由復(fù)脫分離機(jī)構(gòu)、喂入輸送機(jī)構(gòu)和輔助控制等部分組成,如圖1所示。復(fù)脫分離機(jī)構(gòu)是由軸流指桿式滾筒、柵格篩式凹板和導(dǎo)向蓋板組成。滾筒長(zhǎng)度為600mm,沿徑向均布8排圓柱形指桿,每排5個(gè),指桿伸出長(zhǎng)度可在85～90mm間進(jìn)行調(diào)整,通過(guò)改變指桿伸出長(zhǎng)度來(lái)調(diào)整脫粒間隙d的大小。凹板為柵格篩式,沿軸向柵格間距在喂入端較密為18～20mm,約占全長(zhǎng)的1/3,其余較稀為28～30mm;通過(guò)更換凹板來(lái)改變沿周向柵格的間距。試驗(yàn)的水稻品種為華山粘,自然株高84.8cm,產(chǎn)量5267kg/hm2,草谷比1.67。梳脫混合物成分為:已脫谷粒61.93%、未脫凈斷穗23.18%、長(zhǎng)莖稈8.58%(>30cm)、短莖稈1.82%(10～30cm)、雜余4.49%(莖稈平均含水率43.5%;籽粒平均含水率18.2%;非谷物料與谷粒之重量比為0.28)。1.2脫粒間隙d和喂入量q試驗(yàn)分兩步進(jìn)行。第一步主要研究各因素對(duì)脫粒性能的影響。采用4因素3水平的正交試驗(yàn)L9(34)。4個(gè)因素是:復(fù)脫滾筒轉(zhuǎn)速nt、凹板柵板周向間距l(xiāng)、脫粒間隙d和喂入量q,各因素及其水平見(jiàn)表1?？疾斓男阅苤笜?biāo)有:未脫凈損失率Sw,破碎率Zp、夾帶損失率Sj、含雜率Zz和單位功率生產(chǎn)率Ed(單位kg/kW·h)。第二步主要研究脫出物和排出物的組成及其性能指標(biāo)(斷穗率、破碎率、帶柄率、含雜率)沿滾筒軸向分布狀況。把脫粒滾筒從喂入端到排出端分為5個(gè)區(qū)域(每個(gè)區(qū)段長(zhǎng)120mm,見(jiàn)圖1),分別收集并分析樣品,為設(shè)計(jì)復(fù)脫滾筒長(zhǎng)度及凹板密度等提供依據(jù),并尋求改善復(fù)脫分離機(jī)構(gòu)性能的途徑和可能性。1.3試驗(yàn)結(jié)果與分析1.3.1試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)感官分排量q多因素正交試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2,進(jìn)行直觀和方差分析后得出表3。綜合各因素對(duì)5個(gè)性能指標(biāo)影響的顯著程度,在試驗(yàn)條件下,其排序?yàn)?1)喂入量q,2)復(fù)脫滾筒轉(zhuǎn)速nt,3)凹板柵板間距l(xiāng),4)脫粒間隙d。考慮到適當(dāng)降低滾筒轉(zhuǎn)速可減少破碎,而對(duì)其他性能影響不顯著,因此選擇綜合的較佳參數(shù)組合:滾筒轉(zhuǎn)速1000～800r/min、凹板柵板間距35mm,脫粒間隙12～10mm。1.3.2性能指標(biāo)的分布試驗(yàn)時(shí),標(biāo)定滾筒轉(zhuǎn)速nt=800r/min、凹板柵板周向間距l(xiāng)=32mm、脫粒間隙d=12mm和喂入量q=0.71kg/s。實(shí)際測(cè)量的各性能指標(biāo)沿滾筒軸向分布的數(shù)據(jù)見(jiàn)表4,對(duì)各性能指標(biāo)引入“比率”的概念,結(jié)果見(jiàn)表5。由表4、表5對(duì)比分析可以發(fā)現(xiàn),第3、4、5區(qū)段的含雜率較高,原因是柵格軸向間距逐漸變大所致;其它各性能指標(biāo)比率以第1、2及3區(qū)段為最高,可見(jiàn)在此3個(gè)區(qū)段內(nèi)的性能指標(biāo)對(duì)全局性能指標(biāo)影響較大,在進(jìn)行結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)注意這些情況。2參數(shù)配置不合理試驗(yàn)樣機(jī)在田間測(cè)試時(shí),發(fā)現(xiàn)損失較大,特別是梳脫損失,部分原因是梳脫部件結(jié)構(gòu)參數(shù)配置不合理,之后雖對(duì)樣機(jī)作了改進(jìn),但梳脫損失仍未減小。為此,又在華南農(nóng)業(yè)大學(xué)進(jìn)行了梳脫損失影響因素的臺(tái)架試驗(yàn),目的是尋求影響梳脫損失的因素及其相關(guān)性和顯著程度,優(yōu)選結(jié)構(gòu)參數(shù),為新樣機(jī)梳脫部件的結(jié)構(gòu)和參數(shù)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。2.1基于4g400摘穗機(jī)的滾刀梳脫試驗(yàn)臺(tái)是由臺(tái)車(chē)及牽引裝置、梳脫臺(tái)和輔助控制部分等組成(見(jiàn)圖2)。梳脫滾筒采用菲律賓國(guó)際水稻研究所SG800摘穗機(jī)的滾筒,直徑為?540mm;橫向輸送螺旋的內(nèi)徑為?250mm,外徑為?350mm。試驗(yàn)物料為秋熟水稻“青華粘”,自然株高850mm,穗幅差150mm,含水率30.5%。2.2仿真條件試驗(yàn)通過(guò)直觀和分析,并變換不同的梳脫臺(tái)罩殼形狀,確定了梳脫臺(tái)的結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖2),然后進(jìn)行單因素試驗(yàn)和多因素的正交試驗(yàn)?？疾斓囊蛩赜?梳脫滾筒轉(zhuǎn)速nz、機(jī)器前進(jìn)速度vm、壓禾鼻位置參數(shù)A和B、梳脫高度H。正交試驗(yàn)采用正交表L18(35),各因素及其水平見(jiàn)表6。試驗(yàn)性能指標(biāo)是前拋損失率SQ、回帶損失率SH,及其兩者之和SZ,稱(chēng)為總損失率。2.3梳脫筒轉(zhuǎn)速nz及其運(yùn)行狀態(tài)單因素試驗(yàn)時(shí)每一因素水平試驗(yàn)重復(fù)兩次,取其平均值作為試驗(yàn)結(jié)果。限于篇幅,圖3只給出了各性能指標(biāo)與梳脫滾筒轉(zhuǎn)速nz的關(guān)系曲線,圖中Q代表SQ,H代表SH,Z代表SZ。1)梳脫滾筒轉(zhuǎn)速nz是影響梳脫損失的重要因素,因?yàn)闅饬鞯膹?qiáng)弱、谷粒受板齒作用的次數(shù)及其絕對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡都與梳脫滾筒轉(zhuǎn)速nz有關(guān)。由圖可見(jiàn),nz在一定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)(本文為600～900r/min)變化時(shí),對(duì)梳脫臺(tái)損失影響不顯著,也說(shuō)明當(dāng)梳脫滾筒轉(zhuǎn)速nz達(dá)到一定值后,其他因素可能對(duì)梳脫臺(tái)損失影響顯著,如罩殼形狀等,這一點(diǎn)還有待進(jìn)一步研究。2)臺(tái)車(chē)行走速度vm較高或較低都會(huì)使試驗(yàn)臺(tái)損失增大,在vm=1.2m/s附近,各性能指標(biāo)均取得最小值;此外,其他因素對(duì)性能指標(biāo)的影響是:隨壓禾鼻位置參數(shù)A及梳脫高度H的增加,試驗(yàn)臺(tái)損失會(huì)隨之減小;而參數(shù)B在一定范圍內(nèi),梳脫臺(tái)損失基本不變。正交試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7,經(jīng)方差分析后結(jié)論見(jiàn)表8。綜合各因素對(duì)性能指標(biāo)的影響,在試驗(yàn)條件下,當(dāng)梳脫滾筒轉(zhuǎn)速和行走速度在一定范圍內(nèi)變化時(shí),梳脫高度H對(duì)梳脫臺(tái)總損失影響顯著,其次是B,再次是nz、A,不顯著的是vm。一組較佳參數(shù)組合為nz(800r/min)、vm(0.83m/s)、A(100mm)、B(95mm)、H(150mm)。3在選擇不同成分的試驗(yàn)中3.1清選機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)材料試驗(yàn)是在自制的復(fù)脫清選試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行的。試驗(yàn)臺(tái)由喂入、脫粒、清選和輔助控制等部分組成,如圖4所示。喂入部分采用滾子鏈撥齒輸送槽機(jī)構(gòu),脫粒部分由軸流指桿式滾筒配柵格篩組成;清選機(jī)構(gòu)采用風(fēng)篩結(jié)合的方案,風(fēng)機(jī)選用普通直葉片低壓農(nóng)用風(fēng)機(jī),出風(fēng)口形式有雙風(fēng)道和單風(fēng)道,可調(diào)整;清選篩選用雙層平面振動(dòng)篩,上篩為單向沖孔魚(yú)鱗篩,下篩可更換,選用方孔編織篩(12mm×12mm)和孔徑為12.5mm的沖孔篩做對(duì)比試驗(yàn)。清選試驗(yàn)物料為“華航1號(hào)”水稻,產(chǎn)量6200kg/hm2,千粒重21.5g。因?yàn)樵璖G800梳脫機(jī)已無(wú)法使用,珠江-130樣機(jī)也無(wú)法收集梳脫混合物,所以只好進(jìn)行模擬試驗(yàn),用人工方法進(jìn)行收割,按一定比例(谷粒66%,莖稈22%,葉子12%)混合成梳脫混合物。3.2主要影響因素本試驗(yàn)的主要目的是尋求影響清選性能的因素,所以將含雜率作為主要考核指標(biāo),損失率(脫粒損失和清選損失之和)作為次要指標(biāo)。影響的因素包括:風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速nf,篩子振動(dòng)頻率f,出風(fēng)口形式,篩子形式。此外,脫粒機(jī)構(gòu)對(duì)清選效果有較大影響,所以把脫粒滾筒轉(zhuǎn)速nt也作為一個(gè)因素,試驗(yàn)采用5因素正交試驗(yàn)L16(43×22),各因素及其水平見(jiàn)表9。3.3顯著性因素組合清選實(shí)驗(yàn)的正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表10,進(jìn)行方差分析后得到的結(jié)論見(jiàn)表11。綜合考慮含雜率和損失率,在試驗(yàn)條件下,各影響因素的顯著性排序是:篩子形式、出風(fēng)口形式、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、脫粒滾筒轉(zhuǎn)速和篩子振動(dòng)頻率。得到的一組較佳組合是雙風(fēng)道風(fēng)機(jī),沖孔篩,風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速nf=1377r/min,篩子振動(dòng)頻率f=282n/min,脫粒滾筒轉(zhuǎn)速nt=702r/min。對(duì)該組合所做的驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果為:含雜率1.12%,損失率0.68%。4復(fù)脫分離試驗(yàn)條件本文通過(guò)一系列的試驗(yàn)研究,為珠江-130型梳脫式聯(lián)合收割機(jī)的幾個(gè)關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)和參數(shù)選擇提供了有益的依據(jù)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)。1)在試驗(yàn)條件下,影響復(fù)脫分離性能指標(biāo)主要因素的顯著性排序依次為喂入量、復(fù)脫滾筒線速度、凹板柵板間距和脫粒間隙;一組較佳因素參數(shù)組合為:滾筒線速度15～19m/s、凹板柵板間距35mm、脫粒間隙12～10mm。2)通過(guò)對(duì)復(fù)脫分離各性能指標(biāo)沿滾筒軸向分布規(guī)律的分析,提出了沿軸向改變脫粒間隙、加密凹板柵板間距等措施,以改善軸向負(fù)荷不均衡性,進(jìn)一步提高脫粒分離質(zhì)量。3)在試驗(yàn)條件下,影響梳脫損失主要因素的顯著性排序依次為梳脫高度、參數(shù)B、梳脫滾筒轉(zhuǎn)速、參數(shù)A和行走速度;一組較