牧神4YZT-8型自走式玉米籽粒收获机清选风机的设计与试验

徐玉龙

（新疆新研牧神科技有限公司，新疆 乌鲁木齐830026）

0　引言

牧神4YZT-8型自走式玉米籽粒收获机是新疆机械研究院股份有限公司设计和生产的一种大型自走式玉米籽粒收获机械。该机具采用了双纵轴流脱粒分离滚筒技术、静液压驱动行走技术、智能操控技术、折叠割台技术，并顺利通过了新疆自治区农牧业实验鉴定站的田间检测和验收。

玉米籽粒收获机的清选系统是将玉米籽粒中的杂质清除干净，是整个收获机械中非常重要的工作部件[1]，直接关系着玉米籽粒收获后的含杂率和损失率的多少，也是影响着收获机械的收获性能和工作效率的重要因素，而清选系统中清选风机的设计选型是重中之重。随着自走式玉米籽粒收获机向高效率、大型化发展，使得收获机清选部件宽度增加，清选风机受机器宽度和清选面积的影响，存在横向气流分布不均匀、结构尺寸大和动力消耗大等问题，直接影响玉米籽粒清选质量和效率。因此，设计一种合适的清选风机是能让整个机械具有良好的收获性能和较高的工作效率先决条件，对于提高籽粒收获机械化技术水平具有十分重要的意义。

1　清选装置和清选风机的选型

玉米籽粒收获机清选装置一般为风扇式、风扇筛子式和气流清选筒式3种。

风扇式清选装置是利用气流清选原理除去混在玉米粒中的杂质，这种清选装置的结构简单，造价较低，只能去除碎草、碎叶等相对比较轻的杂质，效果一般，目前大都用于简单的脱粒机和半喂入式收割机。

风扇筛子式清选装置主要是利用气流吹浮作用并配合筛子的抖动作用将混在玉米粒中的各种杂质清除排走[2]。此种清选装置的结构相对简单，在整个机具中的布置比较容易，不会占用太多的空间，成本较低，去杂效果也比较好，因此多用于大型玉米籽粒收获机械。

气流清选筒式清选装置是利用吸气气流，使通过清选筒时产生速度变化，从而将玉米粒与杂质分开，这种清选装置的结构比较复杂，整个装置占用的空间比较大，生产效率低，一般用于固定作业的脱粒机。

综合考虑到各种清选装置的结构特点、适用机型、工作效率和占用的空间的大小等因素，牧神4YZT-8型自走式玉米籽粒收获机选择使用风扇筛子式清选装置。风扇筛子式清选装置主要由清选筛、输送谷粒混合物的抖动板、风扇和传动机构等组成。工作时，清选筛和抖动板作往复运动，谷粒混合物不断地由抖动板送往筛面，装于清选筛前下方风扇产生的风把谷粒混合物吹散，颖壳、细碎秸草等轻混合物被气流带出机外，吹不走的谷粒、长的碎秸秆和残穗等留在筛面向后移动，谷粒在移动过程中由筛孔漏下，碎秸秆由筛后排出，残穗则在筛尾处落入杂余输送器，送去复脱或重新分离[3]。

风扇筛子式清选装置中筛子可以根据收获不同的作物，或者是根据收获作物的干湿程度和产量的不同，选择不同的筛子形式，有网孔式、圆孔式、鱼鳞式等。风机的选择种类也比较多，一般有离心式、轴流式、斜流式和横流式等类型，但是在大型自走式玉米籽粒收获机中基本以离心风机（图1）和横流风机（图2）为主。

图1　离心风机

离心风机的结构比较简单[4]，零部件的加工精度和安装要求相对较低，生产成本较少，清选性能较好，市场上大部分收割机一般使用此种风机，如果风机出现故障或者需要更换零部件也比较方便购买，维修简单。

横流风机是一种比较独特的风机，其工作原理与离心式或轴流式的工作原理不同，因而有着独特的性能。但是横流风机对零部件的加工精度和安装要求非常高，稍有误差就对整个装置造成很大的影响，无法收到良好的效果。生产成本也比较高昂，配件不易购买，维修相对困难。

图2　横流风机

横流风机由风机上部进风，横向气流分布比较均匀，离心风机是从风机两侧进风，由于受机器宽度的影响，存在横向气流分布不均匀、结构尺寸较大等问题，尤其是在收割机的清选部件宽度超过1.5m以上时，对谷物清选质量影响比较大[5]。然而牧神4YZT-8型自走式玉米籽粒收获机的清选部件宽度为1.3m，对风机横向气流分布的均匀性影响不大，为清选部件预留的安装空间也很充足，离心风机的零部件加工精度和安装精度容易保证，可以发挥良好的性能，生产成本比横流风机低了许多，也便于维护和维修，与市场上其他产品的互换性相对较好。因此选用离心风机较为合适。

2　结构特点和主要技术参数

清选风机（图3）主要是由风扇、风道、风扇壳体、风机传动装置和风扇外围护罩组成[6]。风机工作时，风机传动装置通过外部皮带传动将动力传导至风扇轴，风扇轴带动风扇叶片旋转，气流从风扇两侧进入风扇壳体内，在通过风道传送至出风口，完成整个工作。

图3　牧神4YZT-10型自走式玉米籽粒收获机清选风机结构

农用型风扇都是从风扇两侧进风，当清选部件宽度过大时，也可采用两个单风扇（图4）并联起来，形成一个并联风扇（图5）。两个风机壳中间隔开100 mm左右，可以改善出风口风速的均匀性，但是并联的两个风扇在做动平衡时比较困难，中间连接部位无法固定，高速旋转时容易出现较大的轴向跳动，影响风机的工作性能，维修也相对比较困难。牧神4YZT-8型自走式玉米籽粒收获机清选部件宽度在1.3 m，单个风扇就能满足工作所需的风量要求。在出风口处安装有两片导风板，可以调节合适的风向，也能改善风速的均匀性。风机传动装置由外部皮带传动将动力传入，通过调节传动装置中皮带轮动盘和定盘的间距来完成风机转速的无级变速。

图4　单风扇

风扇装配中风扇轴的长度由风机的宽度和传动装置的位置所决定、风扇叶片一般由3～6片平直叶片组成，叶轮外径一般在350～550 mm，风扇壳体出风口一般为叶轮外径的0.4～0.6倍，风机转速约在550～1300r/min。风速的大小应该根据玉米籽粒的清洁率和吹出的损失情况进行调节，可以通过改变风扇的转速和出风口的导风板的角度调节到最佳的工作风速。本机具的具体技术参数如下。

图5　并联风扇

牧神4YZT-10型自走式玉米籽粒收获机清选风机参数：

叶片数量（片）4

叶片形状直（切角叶片）

叶轮外径（mm）505

叶轮内径（mm）215

风扇壳体宽度（mm）1 240

进风口直径（mm）490

出风口高度（mm）240

转速（r/min）550～1 300（可调）

3　性能测试与试验

清选风机的主要性能体现在对玉米籽粒清选的清洁率和损失率上。清洁率越高，损失率越低，说明清选风机的清选性能越出色。而清洁率和损失率的高低是由风量和风速所决定的，根据玉米籽粒空气动力特性[7]（临界速度12.48～14.03 m/s、漂浮系数0.049～0.063 m-1、阻力系数 0.162～0.236）和风量、风速的计算公式可得出清选风机所需的的风量V=4 m3/s，风速v=13.44 m/s。风量和风速的实际大小因为玉米籽粒的干湿程度，玉米产量和杂质多少的不同有所变化，只需在实际作业中将风扇调节至所需转速即可。风量和风速的计算公式如下：

式中 V—风机气流的风量（m3/s）；Q—机器喂入量（10kg/s）；β—清除杂质占机器喂入量的比例（取12%）；μ—携带杂质气流的混合浓度比（取25%）；ρ—空气密度（取1.2 kg/m3）。

式中 v—出风口气流的风速（m/s）；H—出风口高度（m）；

B—出风口宽度（m）。

表1　风扇不同转速下的清选试验结果

通过多次的田间试验，让风扇在不同的转速下完成清选工作，记录并总结出了试验结果，如表1所示。可以看出，在风扇转速为1150 r/min的情况下，收获的玉米籽粒清洁率为98.56%，损失率为0.48%，达到了最佳的收获效果。在实际的田间工作时，风扇转速可能会受到地形条件、输入动力不稳定等因素的影响而有所波动，需要及时调节转速使清选风机保持最佳工作状态。

牧神4YZT-8型自走式玉米籽粒收获机是以收获玉米籽粒为主要工作任务，风扇转速为1 150 r/min时，收获玉米籽的清洁率和损失率最佳，此清选风机的设计完全达到了预期的效果。风机转速可以在550～1 300 r/min内自由调节，这也为此机具适应各种收获环境和其他特殊工作需求预留了充足的准备空间，同时也可以满足对小麦、水稻、大豆等其他农作物的清选工作，为机具的优化升级和多功能化打下了基础。

参考文献：

[1]赵匀.农业机械分析与综合[M].北京：机械工业出版社，2009.

[2]李洪昌，李耀明，唐忠.风筛式清选装置清选性能试验研究[J].中国农机化，2010（6）：54～57.

[3]李宝筏.农业机械学[M].北京：中国农业出版社，2003.

[4]张顾钟.离心风机优化设计方法研究[J].风机技术，2011（5）：26～30，44.

[5]北京农业工程大学.高等农业机械学[M].北京：中国农业出版社，1999.

[6]成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2016.

[7]中国农业机械化科学研究院.农业机械手册[K].北京：中国农业科学技术出版社，2007.