风筛式清选装置参数的试验研究

田伟，衣淑娟，张丽

（1.黑龙江八一农垦大学食品学院，大庆 163319；2.黑龙江八一农垦大学信息学院；3.哈尔滨泰华科技开发有限公司）

传统式联合收割机在收获水稻方面因损失大、破碎率高等一些缺点已难以满足生产需要，自20世纪80年代以来，轴流式水稻联合收割机以其优良的性能指标受到广大农户的青睐，并占据了市场主导地位[1]。近几年，国内外对纵轴流联合收割机研制已经取得了一定的成绩，但对清选装置的设计研究显得匮乏，清选部分仍然采用老机型的装置，造成脱粒性能强与清选负荷大之间的矛盾，清选效果不佳，影响了整机的性能。黑龙江八一农垦大学在研究纵置式轴流脱粒与分离装置的基础上，研制了纵轴流风筛式清选装置试验台[2]，通过试验研究，确定合理的结构参数和工作参数，为纵轴流风筛式清选装置的进一步研究提供理论依据。

试验台采用离心式风机加振动筛结构，利用气流吹浮作用并辅以筛子的振动作用，将混杂在谷粒中的各种杂质清除出机外。由于筛子尾部风力较弱，影响清选质量，采用贯流风机改善筛子尾部风力，以获得较好清选效果。影响清选效果的因素很多[3，4]，本文以筛面倾角、鱼鳞筛开度、贯流风机转速三个因素为研究对象，对水稻进行清选，探讨这三个因素对清选效果的影响规律。

1 材料与方法

1.1 试验条件

采用黑龙江八一农垦大学工程学院研制的纵轴流风筛式清选装置。该试验台由进料模拟装置、离心风机、振动筛、贯流风机、接料箱、综合操作柜、数据采集系统、电机等组成。采用上、下两层筛子，筛宽1000 mm，筛面倾角可通过吊杆调整，可调范围为-15°～15°，鱼鳞筛筛片的可调范围为 5～30 mm，曲柄半径可选择 10、15、20、25、30、35、40 mm 七种规格，贯流风机的设计风量Q=1.6 m3·s-1，全压P＞240 Pa。出风口宽度与振动筛宽度相同，即L=1000 mm，出风口高度H=200 mm，叶轮采用前向圆弧叶片，外径D2=240 mm，叶轮内径D1=182 mm，叶片厚度t=1.2 mm，叶片数39片。

采用调速电机提供动力，实现转速可调来满足试验需要，并通过计算机采集转速、扭矩以及功耗等数据[5]。

1.2 试验材料与方法

当地购买的粳稻，水分19%～21%。先用纵置式轴流脱粒与分离试验台将水稻脱粒，得到脱出物（籽粒、碎茎秆、颖糠等），将脱出物装入给料模拟装置，启动清选试验台，物料由给料装置按照纵置轴流脱粒时的实际落料情况撒落到阶状抖动板和振动筛上进行清选。通过电子天平称量损失重和接料盒内容物的总重、籽粒重和杂余重，功耗、转速等由电气控制和数据采集系统进行控制和记录。

2 结果与分析

2.1 贯流风机转速对清选性能的影响

在喂入量2 kg·s-1，曲柄半径300 mm，曲柄转速250 r·min-1，离心风机转速 900 r·min-1，振动筛的筛面倾角9°等条件下，贯流风机转速取700、800、900、100、1100 r·min-1进行试验研究，得含杂率、损失率试验结果如图1。

由图1可知，随着贯流风机转速的提高，损失率和含杂率逐渐降低，所以贯流风机转速增大，有利于减少清选损失，提高清选质量。但风机转速超过1000 rpm时，机架振动较大，且损失率迅速增大。分析认为由于贯流风机位于筛箱的后部，风机转速过高，将会使未及时漏入筛孔的籽粒被贯流风机所吸出，从而使损失率增大。根据以上分析，综合考虑贯流风机转速对两因素的影响，确定本试验的贯流风机转速为900 r·min-1为宜。

2.2 振动筛筛面倾角对清选性能的影响

在喂入量2 kg·s-1、离心风机转速800 rpm、离心风机出风口倾角25°、振动筛曲柄半径30 mm、曲柄转速 250 rpm 的条件下，筛面倾角取 3°、6°、9°、12 °、15°进行试验研究，得含杂率、损失率的试验结果如图2所示。

由图2可知，筛面倾角增大时，含杂率将上升，损失率基本上也呈上升趋势。筛面倾角增大，增加筛上物料的抛掷强度，从而物料在筛面上向前的运动速度加快，使振动筛处理量提高，相应的，物料在筛面停留时间缩短，减少了颗粒透筛机会，从而使筛分效率降低，含杂率提高。随着筛面倾角的增大，物料被送到筛子后部的能力增强，导致籽粒被甩出机外的几率升高，从而使损失率增加。在本试验条件下，筛面倾角以6°为宜。

2.3 鱼鳞筛开度对清选性能的影响

在喂入量2 kg·s-1、离心风机转速800 rpm、离心风机出风口倾角25°、振动筛曲柄半径30 mm、曲柄转速250 rpm、筛面倾角9°的条件下，鱼鳞筛开度取6、8、10、12、14 mm 进行试验研究，得含杂率、损失率的试验结果如图3所示。

由图3可知，随着鱼鳞筛开度的增大，其清选含杂率迅速增加，清选损失率相应下降。开度过小，籽粒无法及时通过筛孔下落，导致损失率较高，开度增加，籽粒过筛能力提高，相应的含杂率也会明显增加，清选效果变差。综合考虑对两因素的影响，鱼鳞筛开度应控制在10 mm以下为宜，具体可在6～10 mm区间选择。

3 结论

3.1 贯流风机转速增大有助于提高清洁率，减少清选损失，本试验条件下最佳贯流风机转速为900 r·min-1。

3.2 筛面倾角增大时，含杂率和损失率均升高，故筛面角不宜太大，本试验条件下筛面倾角以6°为最佳。

3.3 鱼鳞筛开度的增大，其清选含杂率迅速增加，清选损失率相应下降。综合鱼鳞筛开度对两因素的影响，最佳鱼鳞筛开度为8 mm。

上述结论是在室内条件下，在特定试验台上进行试验得出的，受物料特性、设备情况、试验环境等影响，与实际收获过程中的清选会有一定的差距，有待于进一步的试验研究。

［1］杨宝善，曹建敏，李雪颖.水稻收获机械化的技术现状及发展趋势［J］.农机化研究.2007.7：227-228.

［2］张义峰，衣淑娟.单纵轴流风筛式清选装置试验台的总体设计［J］.农机化研究，2009.5：115-117

［3］邱先钧.贯流风机在联合收割机中的应用及其设计［J］.农业工程学报，2003，1（19）：110-112.

［4］成芳，王俊.风筛式清选装置主要参数的试验研究［J］.农业工程学报，1998，12：217-221.

［5］张义峰.纵轴流风筛式清选装置参数的试验研究［D］.大庆：黑龙江八一农垦大学，2009.