玉米脱粒机清选装置的研究现状及发展趋势

郝俊发　韩增德　刘贵明　李晓栋　乔晓东

摘要 玉米脱粒机清选装置的性能是影响整机工作性能和玉米籽粒净度的重要因素。为此，综述了国内外玉米脱粒机清选装置的发展情况及研究现状，并从清选风机和振动筛的组合形式对清选性能的影响进行了剖析，提出了玉米脱粒机清选装置的发展趋势，为清选装置后续的研究提供参考。

关键词 玉米脱粒机；清选装置；研究现状；发展趋势

中图分类号 S226.1 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2016）05-322-03

Abstract Cleaning performance of the cleaning device is an important factor that affects the overall performance in corn thresher and the purity of the corn kernel. Based on this， we summed up the present application and research status of cleaning device of corn thresher at home and abroad， and analyzed the effect of cleaning performance from aspects of the combination forms between cleaning fan and vibrating screen. Development trend of cleaning device of corn thresher was put forward， which provides reference for the followup study.

Key words Corn thresher； Cleaning device； Research status； Development trend

玉米是我国重要的粮食作物、工业原料和饲料来源，也是世界总产量最高的粮食作物。2012年我国玉米总产量超越水稻，成为第一大粮食作物，达到20 561.4万t；2013年，我国的玉米总产量达到21 848.9万t，占粮食总产量的36.3%[1]。由此可见，玉米在我国粮食安全中占有十分重要的地位。

随着我国玉米生产的快速发展，玉米总产量的稳步增长，玉米脱粒机成为影响玉米产业快速发展的关键环节[2]。清选装置作为玉米脱粒机的重要工作部件，其清选效果直接影响玉米脱粒机的整机工作性能和玉米籽粒的净度。提高清选装置的清选性能是改善玉米脱粒机整机工作性能的必要条件，也是玉米脱粒机，尤其是种子玉米脱粒机未来发展过程中亟需解决的关键问题。近些年，国内市场上已经出现多种结构新颖的中、小型玉米脱粒机，但从清选效果来看，仍存在含杂率和损失率偏高的问题。因此，对市场上现有的玉米脱粒机的清选装置进行技术分析，以获得较低含杂率和损失率的清选方案，对提高玉米脱粒机的工作性能和玉米籽粒的质量具有重要的现实意义，可为清选装置后续的研究提供参考。

1 清选装置的类型

清选装置的作用是将脱粒装置脱下的脱出物中的短碎玉米芯、轻杂物以及破碎的、不饱满的籽粒清除掉，使清选后的玉米籽粒清洁度达到国家相关标准（JB/T 10749-2000 《玉米脱粒机》）。目前玉米脱粒机上常用的清选装置按清选原理与结构可分为清粮筛式清选装置、风扇气流式清选装置和气流清选筛式清选装置[3]。

风扇气流式清选装置按风扇形式的不同又可分为：吹出型气流清选装置和吸入型气流清选装置。气流清选筛式清选装置按风扇形式的不同也可分为吹出型气流清选筛式清选装置、吸入型气流清选筛式清选装置和兼用型气流清选筛式清选装置[4]。

2 国内外研究现状

1815年，美国开发出世界上第1台专门用于玉米脱粒的脱粒机械[5]；此后，国外学者对玉米脱粒机进行了大量的研究[6-9]。我国对玉米脱粒机械的研究及生产起步较晚，于20世纪50～60年代开始研制；70～80年代，以自行研制的冲击式玉米脱粒机为主；90年代，研制了搓擦式玉米脱粒机[10]；进入21世纪，我国又自主研发了新型挤搓式玉米脱粒机[11]。随着我国玉米脱粒机的发展，越来越多的学者与工程技术人员对清选装置进行了大量的研究与实验。

2.1 清粮筛式清选装置

这种清选装置主要利用脱出物中各成分的几何尺寸特性差异进行分离和筛选。筛子的形式有平面冲孔筛、可调鱼鳞筛、鱼眼筛（贝壳筛、燕窝筛）和编织筛等[12]。平面冲孔筛筛孔多为长孔或圆孔，分选性能好，但易被轻杂物等堵塞；可调鱼鳞筛开度可调节，引导气流吹走轻杂物的性能较好，生产率较高；鱼眼筛只能单向筛选，向后推送轻杂物能力强，但生产率低；编织筛筛孔有效面积大，生产能力强，但分选性能较差。

由于玉米果穗中不含有玉米茎秆、苞叶等其他杂物，脱粒时的清选装置不需要采用有较强分离能力的鱼鳞筛、鱼眼筛、编织筛，因此玉米脱粒机清选装置普遍采用冲孔筛式清选装置。

美国农机专家RobbertH.Spry发明的玉米种子多辊差速脱粒机的清选装置只有1层筛网组成，脱粒后的玉米种子中混有的大尺寸的杂物被筛网过滤掉，尺寸小的杂物则和玉米种子一起排出。这种机型脱粒性能较差，玉米种子的含杂率较高。丹麦兴百利公司设计的玉米脱粒机D191的清选机构有3层筛片，上两层筛片用于清除大杂，在设备前设有杂质出料盘，最下层筛用于清除小砂石等杂质，筛箱由一定速电机驱动。这种机型脱粒过程柔和，清选效果较好，可以用于种子加工。

河北科技师范学院邓春岩等对圆弧振动式甜玉米籽粒筛分机进行了设计和分析[13]，结果表明，玉米籽粒在与筛面发生相对运动时，可通过筛面筛孔落入集料装置；并可以通过控制筛孔大小，实现玉米籽粒与杂物的筛分分离。本溪农机质量监督管理站迟富萍等研制的5TYJ40155型玉米脱粒机的筛选装置主要由筛片和栅格凹板组成[14]，经脱粒装置出来的脱出物通过栅格凹板落到筛片上，经过2次清选后排出机外。这种装置结构简单，实用轻便，损失率低，但清选后的玉米籽粒中含有较多的杂物，清选效果不理想。

2.2 风扇气流式清选装置

这种清选装置主要利用脱出物中各成分的几何特性和空气动力学特性除去混杂在脱出物中的漂浮性能较强的轻杂物（玉米须等），而漂浮性能较弱或尺寸较大的杂质（破碎的玉米籽粒、短碎穗轴、小石子等）很难被清除，常用于简易的脱粒机[15]。风扇气流式清选装置由风扇和风道组成，按其工作特点可分为吹出型、吸入型和兼用型（吸入型兼吹出型）3种。吸入型的风道配置在进风口前面，风扇多为螺旋线蜗壳形的通用型风扇，这种形式的风扇能量损失较小，气流较均匀，采用单面进风。吹出型的风道位于出风口前面，风扇多为农用型风扇，采用双面进风。兼用型为两者的结合，风道中既有吸风口的吸引气流，又有吹风口的吹出气流，轻杂物经吸引风扇送出机外。

2.2.1 吹出型气流式清选装置。

郴州职业技术学院邓小红设计的YT1.5型小型玉米脱粒机采用离心式风机进行清选[16]，工作时，脱下来的玉米籽粒通过栅格凹板，落到前、后溜板，再经风机清选后排出机外。辽宁朝阳市农机推广站王晓东等设计的5T4型玉米脱粒清选机采用农用型离心风机进行清选[17]，在工作过程中，脱出的玉米籽粒通过栅格凹板落入集粮装置内，在风机风力作用下，颖糠等轻杂物被吹出机外。这种装置玉米籽粒夹带损失少，但碎玉米芯等杂物较多，籽粒净度不高。

2.2.2 吸入型气流式清选装置。

黑龙江农副产品加工机械化研究所何树国等研制的5TY10A型玉米种子脱粒机采用吸气式风机进行清选[18]。该装置在脱粒的同时能对玉米籽粒进行初步清选，可一次完成玉米种芯分离，含杂率和夹带损失率均低于国家标准。山西省运城市农机鉴定站李耀刚等研制的5TYQ100型挤搓式负压气流清选玉米脱粒机采用负压清选原理进行清选[19]。负压气流装置主要由风机壳、风机转盘、吸风道等组成，对从栅格凹板下落的玉米籽粒及细小杂物进行负压气流除杂，提高玉米清洁率。山东理工大学李修春等研制的挤搓式负压清选玉米脱粒机采用负压气流吸附原理进行清选[20]，工作时，玉米籽粒及细小轻杂物在下落过程中，细小轻杂物在经过风道时，被风道处形成的负压气流吸附进入沉降室，最后排出机外。这种装置清选损失率较低，对漂浮系数大的混杂物的清除能力较强，对漂浮系数较小或尺寸较大的混杂物清除能力不够。

2.3 气流清选筛式清选装置

这种装置主要利用气流的清选原理并辅以筛子的抖动作用将脱出物中的杂物清除，主要由风扇、清选筛和传动机构等组成。根据筛子和风扇形式的不同，气流清选筛子组合式清选装置可分为多种形式（吹出型、吸入型和兼用型等）。这种清选装置的清选效果较好，清选后玉米籽粒的损失率和含杂率相对较低，被广泛应用于大多数玉米脱粒机上。

2.3.1 吸入型气流清选筛式清选装置。

美国AEC Group公司生产的HS48型种子玉米脱粒机[21]的清选装置由筛选部分和风选部分组成。其中筛选部分由上筛和下筛组成，上筛的作用是除去籽粒中的大杂物；下筛除去籽粒中的小杂物；下筛末端装有尾筛，目的是使吸风口处的籽粒振动抛起，便于有效除去轻杂质。风选部分由前后吸风道、沉降室和风量调节板组成，前吸风道位于上筛和导料板过渡处，除去脱出物中的轻杂物；后吸风道位于出粮口末端，吸除籽粒中的轻杂物。加拿大的Agriculex公司研制的单穗种子玉米脱粒的SCS2型种子玉米脱粒机也是采用风筛式清选装置，具有脱净率高、破碎率和损失率低等特点。

内蒙古宁城县农机推广站田金榜等研制的5TYX8型可移动式玉米精选脱粒机的清选装置由负压风机、振动筛和振动尾筛等组成[22]。清选风机的壳体设计成螺线形壳体，并设有风门，作业时可通过控制风门开度调节风选效果；振动筛采用网眼式筛片结构。工作时玉米籽粒通过筛孔落入搅龙输送装置，破碎的玉米芯等杂物由上筛排出机外。酒泉奥凯种子机械有限公司研发的5XYT10玉米脱粒初清机和5XYT50大型揉搓式玉米种子脱粒清选机[23-24]的清选装置由吸风机、3层薄板筛和双滚筒筛等组成。工作时，脱下的籽粒经过第1层筛，分离出大杂物；剩下的籽粒和小杂物经过剩下2层筛片和风机的作用完成分离。在玉米脱粒后经过3次风选和3次筛选，提高了玉米籽粒净度。河南科技大学车辆与动力工程学院李心平等设计的低损伤玉米种子脱粒机的清选装置由网孔振动筛、2个风机和传动机构等组成，风机与机壳连接处有调节板，可调节风量大小[25]。第1风机依靠气流产生的负压把漂浮性能强的夹杂物吸入风机，由风机口排出机外，而漂浮性能较弱或尺寸较大的夹杂物由筛子清除，经第1个风机除不净的剩余细小杂物进入种子集料箱，由第2个负压风机吸出。沈阳农业大学的赵学观等研制的复式双滚筒种子玉米脱粒机的清选装置由双层振动筛和负压式清选风机组成。该装置工作时，经脱粒装置脱下的混合物经栅格凹板落到上层振动筛，下落过程中轻杂物被负压风机吸走，大杂物由上层振动筛排出，小杂物穿过下层振动筛落入集杂装置，干净的玉米种子由下层振动筛输送到集料装置。长春市农机研究院王淑兰等开发的柔性玉米脱粒机的清选装置由去杂筛、双层振动筛和清选风机等组成。该装置工作时，脱粒后的玉米穗芯经去杂筛被排出机外，脱下来的玉米籽粒经栅格凹板落到振动筛。脱出物中的短碎玉米穗芯由上层振动筛排出，干净的玉米籽粒由下层振动筛的端口进入集料装置。黑龙江省勃农兴达机械有限公司生产的5TD200Ⅱ型玉米脱粒机[26]的清选装置采用负压式风机和振动筛，除对玉米籽粒进行清选外，在风机口增设芯叶分离装置，利用风机产生的负压风力将玉米芯与苞叶进行吸附分离。黑龙江省萝北县农业机械管理总站的刘军等研制的5TYS135型玉米脱粒机的清选装置由清选筛、分离筛和清选风机等组成。该装置工作时，脱粒后的玉米籽粒经主、副凹板和分离筛进入到清选筛，边筛边移动，当移动到清选风机吸风口时，轻杂物被吸走，上层筛上尺寸较大的杂物被排到机外。这2种机型还能对未剥皮的玉米穗轴进行脱粒作业和二次复脱装置，相比于其他的机型，省去对玉米穗进行剥皮的工作，可节省人力，降低劳动强度和生产成本。

2.3.2 吹出型气流清选筛式清选装置。

昌吉市农机服务站刘冬等研制的5TY750型玉米脱粒清选机的清选装置由离心式风机和振动筛组成[27]。在作业时，脱粒后的玉米籽粒经栅格凹板进入筛体，进行高频率筛选，在此下落过程中风机吹风配合二次筛选，得到干净籽粒。农垦总局牡丹江分局农机处王鉴明等设计的5XF3复式清选机的清选装置由振动筛和离心式风机组成，振动筛由3层筛片组成[28]。工作时，尺寸小于上筛孔的脱出物下落到中筛筛面，在脱出物下落的过程中受到离心风机产生的风力作用，轻杂物、破碎籽粒以及不饱满的籽粒被吹到机器的尾部排出；而上筛面的重大杂物在自身重力和筛面往复运动的作用下移动到筛面较低端，排出机外。

2.3.3 吹出兼吸入型气流清选筛式清选装置。

沈阳市农业机械化研究所锡永仁等设计的5TYX855型新式玉米脱粒清选机的清选装置由离心风机、负压清选风机和振动筛等组成[29]。工作时，脱下来的玉米籽粒、轻杂物和短碎玉米芯通过栅格凹板落下，在下落过程中，侧吹风扇把轻杂物吹向一侧排出；剩下的杂物及灰尘，经过负压风机吸风口时，被吸入风机从排风口排出机外。黑龙江省红兴隆机械厂研制的5TYF5000型玉米脱粒清选机的清选装置由主风机、侧风机和振动筛等组成[30]。工作时，玉米脱粒分离后，从凹板圆孔落下，由于侧风机的作用，下落物中的糠皮等轻杂被吹出，实现一次清选；从上层筛孔落下的籽粒及小杂物，借助筛面的颠簸力沿筛面向前移动，当移至主风机口时，小杂物被主风机吸走。这种机型由2种风机和双层平面振动筛完成3次清杂，清选效果较好。

3 结论与发展趋势

3.1 结论

通过上述研究分析可以看出，玉米脱粒机清选装置主要用于大田粮食玉米果穗的脱粒和种穗玉米的脱粒；大田玉米果穗脱粒一般采用吹出型气流清选筛式清选装置，拥有结构紧凑、清洁率高、损失率小、便于移动等优点；种穗玉米脱粒的清选装置一般采用吸入型气流清选筛式清选装置，拥有清洁率高、损失率小、尘土便于集中排放等优点，但机体较大、不便移动，一般用于种子加工厂。总之，单一清选筛式和风扇气流式清选装置近年来已较少使用，而生产率较高的玉米脱粒机一般采用气流清选筛式清选装置。

目前对玉米脱粒机清选装置的研究大多集中在风机、振动筛以及风道和沉降室等主要工作部件的结构参数和运动参数对清选效果的影响等方面，而对清选装置的自动化、智能化控制研究较少。

3.2 发展趋势

随着我国农村经济的发展和农业装备水平的提高，玉米脱粒机清选装置将朝以下几个方面发展：

①随着农机购买力的提高和适宜机械化直收的玉米种子的推广普及，粮食玉米收获会由田间收获玉米果穗、干燥后再由玉米脱粒机脱粒的分段式收获逐步向田间直收玉米籽粒的方向发展；种子玉米的脱粒清选装置将向高效、低损失、低含杂率方向发展。

②向自走式玉米脱粒机方向发展。目前，我国广大农村地区普遍采用田间收获玉米果穗、经自然晾晒后脱粒的分段收获方式。为便于服务农户、节省资源，研制生产推广自走式玉米脱粒机及与此配套的高效、低损失、低含杂率的清选装置是一个发展趋势。

③玉米脱粒机清选装置将向高效、低损失、低含杂率、智能化方向发展。为适应不同品种、不同形态、不同含水率玉米籽粒的清选要求，采用清选损失传感器，在线监测清选损失大小，自动调节相关参数，获得最佳的清选效果。

参考文献

[1]中华人民共和国国家统计局.中国统计年鉴2013[M].北京：中国统计出版社，2014.

[2]赵武云. 组合式螺旋板齿种子玉米脱粒装置研究[D]. 杨凌：西北农林科技大学，2012.

[3]刘兴博，叶彤，杨金砖.籽粒玉米收获机脱出物空气动力学特性分析及清选方法[J].农机使用与维修，2014（7）：17-18.

[4]镇江农业机械学院.农业机械学：下册[M].北京：中国农业机械出版社，1981.

[5]李心平. 种子玉米脱粒损伤机理及5TYZ1型定向喂入式脱粒机研究[D].沈阳：沈阳农业大学，2007.

[6]ASLIARDEH E A，ABBASPOURGILANDEH Y，SAEID A. Study of performance parameters of threshing unit in a single plant thresher[J]. American journal of agricultural and biological sciences，2009，4（2）：92-96.

[7]OSUEKE C C. Frictional impact modeling of a cereal thresher[J]. American Journal of engineering and applied sciences，2011，4（3）：405-412.

[8]FLAMME V L. Corn cob collecting apparatus for use with a combine：United States，5941768[P]. 1999-08-24.

[9]STUKENHOLTZ T E，STUKENHOLTZ J E.Combine system for harvesting，cleaning and storing both corn kernels and whole cobs，and method of use：United States，6358141 B1[P]. 2002-04-19.

[10]赵武云，吴劲锋，张锋伟，等.玉米轴流脱粒机研究现状与分析[J].机械研究与应用，2009（5）：9-13.

[11]何晓鹏，刘春和，师建芳，等.挤搓式玉米脱粒机的研制[J].农业工程学报，2003，19（2）：105-108.

[12]中国农业机械化科学研究院.农业机械设计手册：下册[M].北京：机械工业出版社，2007：960-969.

[13]邓春岩，陈芳，于玉真，等.圆弧振动式甜玉米籽粒筛分机的分析与设计[J].农机化研究，2009（12）：55-57.

[14]迟富萍，刘晓峰.5TYJ40155型玉米脱粒机的研制[J].农业技术与装备，2013（6）：26-27.

[15]李宝筏.农业机械学[M].北京：中国农业出版社，2003.

[16]邓小红.YT1.5型小型玉米脱粒机设计[J].湖南农机，2006（3）：27-28.

[17]王晓东，王合.5T4型玉米脱粒清选机的研究设计[J].农业机械，2012（12）：140-141.

[18]何树国，车刚，万霖.5TY10A型玉米种子脱粒机的研制与实验研究[J].黑龙江八一农垦大学学报，2006，18（3）：55-58.

[19]李耀刚.5TYQ100型挤搓式负压气流清选玉米脱粒机的研制与试验[J].中国农机化，2005（3）：77-79.

[20]李修春，张明杰，凌东兴. 挤搓式负压气流清选玉米脱粒机的研制[J].山东农机化，2010（10）：28-29.

[21]吴多峰，袁长胜.HS48 型玉米脱粒机[J].现代化农业，2006（9）：40-41.

[22]田金榜.5TYX8型可移动式玉米精选脱粒机的开发与研究[J].农业机械，2008 （28）：71-72.

[23]王廷福. 低破碎玉米脱粒机的设计与分析[D].兰州：甘肃农业大学，2008.

[24]贾生活，王振中.大型揉搓式玉米种子脱粒清选机的研制开发[J].种子科技，2009（8）：32-33.

[25]李心平，李玉柱，高吭，等.低损伤玉米种子脱粒机整机结构设计[J].安徽农业科学，2010，38（22）：12124-12126.

[26]董全会，姜翠华.5TD200Ⅱ型玉米脱粒机[J].农业开发与装备，2010（4）：29-30.

[27]刘冬.5TY750型玉米脱粒清选机的研制[J].新疆农机化，2011（4）：25-26.

[28]王鉴明，龚祖文，蔡景军，等. 5XF3复式清选机[J].现代化农业，2001（5）：36-37.

[29]锡永仁.新型玉米脱粒清选机[J].农业机械化电气，1994（4）：10-11.

[30]张北生，袁才，苏洪臣.5TYF5000型玉米脱粒清选机及其调整[J].现代化农业，1995（11）：38-39.