影响玉米脱粒效果的因素分析

黄强斌，杜志高，姚河江，吕兴明，肖文东，程敬春，张 迅

（新疆新研牧神科技有限公司，新疆 乌鲁木齐 830013）

0 引言

玉米是世界上第三大粮食作物，也是我国主要粮食作物之一。随着玉米种植全程机械化的不断推进，玉米籽粒收获市场不断扩大。玉米脱粒是玉米收获的重要环节，衡量玉米脱粒效果的重要指标主要有籽粒破碎率以及果穗脱净率[1]。同一品种，同一水分时，脱粒机构、脱粒滚筒转速与脱粒凹板间隙又直接影响着籽粒破碎率与果穗脱净率。

新疆新研牧神科技有限公司在开发玉米籽粒收获机时进行了大量的场地试验以及田间试验，通过大量的试验选取适合玉米籽粒收获的合理工作参数，本文通过对场地试验数据的分析，给出脱粒滚筒及脱粒凹板间隙的变化对玉米脱粒效果的影响趋势，帮助广大玉米种植收获从业人员合理调节作业参数，获得较好的收获效果。

1 试验设备与材料

1.1 试验设备

试验台由4YZBT-8型玉米联合收获机脱粒清选机构改制而成，物料的喂入由果穗提升机完成以提供连续的稳定物料喂入量。脱粒机构由三相异步电机驱动，通过变频器控制电机实现脱粒滚筒的目标转速。脱粒凹板调节采用手动机械调节，通过观察窗测量凹板与脱粒滚筒间隙。为获得与实际作业中相同的作业环境，物料的喂入采用一次大量喂入，提升机自行分配喂入形式。试验台具体结构如图1所示，试验台技术参数详见表1。其余试验设备还包括电子天平和游标卡尺等。

表1 脱粒试验台技术参数

1.2 试验材料

本次试验中主要材料为新疆昌吉地区种植的饲料玉米，玉米果穗经机械化收获剥皮后进行脱粒试验。为更加贴近玉米籽粒收获作业状态，选择玉米果穗自然晾晒至玉米籽粒含水率25%～28%之间进行脱粒试验。

2 试验方法及结果

衡量脱粒机作业效果的主要指标是玉米籽粒破碎率和玉米果穗脱净率。实际作业过程中脱粒机构的可调节变量为脱粒滚筒转速以及脱粒凹板间隙。因此本次试验采用同一品种，相同水分的玉米果穗作为试验样本，通过调节脱粒滚筒转速以及凹板间隙进行试验。

根据本次试验的目的及方法确定本次试验为两因素三水平试验[2]。试验因素水平如表2所示。

图1 玉米脱粒试验台

表2 因素水平试验设计表

试验共分9组进行，凹板间隙通过手动调节外部测量确定，并在每一组凹板间隙水平上通过变频器调节滚筒转速进行3组不同滚筒转速水平的试验，并对试验样本进行脱净率、破碎率的计算。

3 试验结果与分析

通过试验并对试验数据进行分析处理得到脱粒滚筒转速与凹板间隙变化对籽粒破碎率及果穗脱净率影响的折线图。

3.1 影响破碎率的因素分析

由图2可知当转速恒定时调节凹板间隙脱粒作业，随着凹板间隙的增大，籽粒破碎率减小，同一凹板间隙下脱粒滚筒转速较低的相应破碎率水平较低。

由图3可知在凹板间隙恒定时调节脱粒滚筒转速进行脱粒作业，随着脱粒滚筒的转速降低籽粒破碎率水平不断降低。在同一速度水平下凹板间隙大则籽粒破碎率低。

图2 同一脱粒转速下破碎率随凹板间隙变化

图3 同一凹板间隙下破碎率随脱粒滚筒转速变化

分析发现试验中脱粒机脱粒原理为挤搓式脱粒结构，脱粒时通过脱粒滚筒与脱粒凹板对玉米果穗的挤搓达到脱粒目的，凹板间隙减小，果穗通过脱粒通道时所受的挤压力增大，当挤压力大于玉米籽粒表面承受力时发生断裂，造成籽粒破碎；而在同一凹板间隙下，滚筒转速越高对玉米果穗瞬时冲击力越大，具体表现为凹板间隙不变，滚筒转速越高籽粒破碎率越高。

综合分析图2、图3发现图2折线图斜率大于图3，表明脱粒凹板间隙的变化是引起籽粒破碎率变化的主要因素。

3.2 影响脱净率的因素分析

由图4可知，当转速恒定时调节凹板间隙进行脱粒作业，随着凹板间隙的增大果穗脱净率减小，同一凹板间隙下脱粒滚筒转速较低的相应脱净率水平也较低。

由图5可知，在凹板间隙恒定时调节脱粒滚筒转速进行脱粒作业，随着脱粒滚筒的转速降低玉米果穗脱净率水平也不断降低。在同一速度水平下凹板间隙大则果穗脱净率低。

图4 同一脱粒转速下脱净率随凹板间隙变化

图5 同一凹板间隙下脱净率随脱粒转速变化

分析发现挤搓式脱粒结构凹板间隙减小，果穗通过脱粒通道时所受的挤压力增大，当挤压力大于玉米籽粒与玉米芯轴附着力时玉米籽粒掉落；而在同一凹板间隙下滚筒转速越高对玉米果穗瞬时冲击力越大，玉米籽粒也更容易掉落。

综合分析图4、图5发现图4折线图斜率大于图5，表明脱粒凹板间隙的变化是引起玉米果穗脱净率变化的主要因素。

4 结论

本次试验条件贴近玉米收获机实际作业条件，玉米籽粒收获多在含水率30%以下时进行收获，作业过程中可调节变量为脱粒滚筒转速与脱粒凹板间隙。通过调节变量进行试验后得出以下结论：

（1）脱粒凹板间隙的调节是影响脱净率与籽粒破碎率的主要影响因素，脱粒滚筒转速对脱净率影响不明显，对籽粒破碎率有一定影响。

（2）在保证脱净率的前提下适当的调节脱粒滚筒转速可以有效降低籽粒破碎率。

（3）籽粒破碎率与果穗脱净率呈正相关，实际作业中应适当权衡脱净率与破碎率的关系以获得最低的总体损失。

（4）根据大量田间试验及实际作业发现收获饲料玉米时，前期水分较大宜采用低转速，较大的凹板间隙。常用配置为凹板间隙33～38mm，转速区间为400～450 r/min，采用低速作业以获得较好的收获效果；中后期收获饲料玉米可采用中高速作业，采取高脱粒滚筒转速小凹板间隙的配置方式，常用配置为凹板间隙28～35mm，转速区间为450～550 r/min。

[1] 高连兴，李飞，张新伟等.含水率对种子玉米脱粒性能的影响机理[J].农业机械学报，2011，42（12）：92～96，42.

[2] 陈魁.试验设计与分析[M].北京：清华大学出版社，1996：94～180.