脱粒分离装置的研究现状及发展趋势

任学志，蔡孟媛

(东丰镇农机技术推广站，吉林 东丰 136300)

0 引言

谷物联合收获机可一次性完成作物的收获、脱粒、分离、清选等作业工序，主要由拨扶禾、切割、脱粒、分离、清选、集运贮存、中间输送、动力和传动等系统组成[1]。按谷物收获机的田间行走方式和动力特点，可分为自走式、牵引式、配挂式和自动底盘式；按照谷物喂入方式可分为全喂入式和半喂入式谷物联合收获机；按照谷物通过脱粒部件的方式，可分为切流式和轴流式谷物联合收获等[2]。

脱粒分离装置是谷物联合收获机的主要工作部件之一，其结构特点、技术参数及工作性能是影响谷物收获效率、籽粒损失率和含杂率等重要指标，直接决定了谷物联合收获机的工作性能。另一方面，随着我国农业规模化、大型化发展，为了满足大喂入量谷物的脱粒要求，对谷物联合收获机的脱粒分离装置提出了更高的要求[3]。

针对以上问题，本研究基于谷物联合收获机田间应用原理及结构特点，以脱粒分离装置为切入点，系统论述了脱粒分离装置存在的主要问题及限制条件，并为了适应我国现代化农业发展智能化要求，提出未来我国谷物联合收获机脱粒分离装置的主要发展方向与研究重点，研究结果旨在为优化谷物联合收获机结构、提高田间工作性能提供技术参考。

1 谷物联合收获机工作原理及结构特点

1.1 谷物联合收获机工作原理

谷物联合收获机主要包括拨扶禾、切割、脱粒、分离、清选、集运贮存、中间输送、动力和传动等系统组成。谷物联合收获机在田间进行谷物收获过程中，首先是前端收割台往复切割机与拨禾轮相互配合，将带果穗的禾秆割倒在收割台上，通过收割台输送系统将谷物输送到脱粒分离装置，谷物进入脱粒滚筒与凹板之间受到打击与揉搓，实现谷物脱粒分离，随后进入清选装置，清选装置中的风扇和筛网可将脱粒谷物中的杂质清除，随后将经过清选的谷物输送至集粮箱，同时茎秆向后抛出。

1.2 脱粒装置功能与工作原理

通过谷物联合收获机工作原理可知，收获的果穗进入脱粒分离装置将果穗上的籽粒进行脱离，并且实现将籽粒中的杂物从混合物中分离出来，提高谷物脱粒效率，同时应实现多种谷物兼收，以适用于不同生产环境和不同地区农业收获要求，并且在田间工作过程中要求污染少、能耗低[4]。

脱粒装置主要是通过对果穗进行冲击、碾压或者揉搓，实现籽粒与果穗的分离，主要包括以下几种脱粒原理。

1)冲击式谷物脱粒。主要是在脱粒滚筒中，依靠果穗与滚筒之间的相互冲击作用实现籽粒与果穗分离。

2)碾压式谷物脱粒。依靠脱粒部件对谷物施加挤压力进而实现谷物脱粒。

3)搓擦式谷物脱粒。主要是在脱粒滚筒中，依靠谷物与谷物之间、谷物与脱粒元件之间的相互摩擦实现籽粒与果穗的分离。

4)振动脱粒式谷物脱粒。主要是依靠谷物脱粒元件对谷物施加高频振动实现籽粒与果穗的分离。

2 脱粒装置基本类型及结构特点

目前，常见的谷物联合收获机脱粒装置包括纹杆滚筒式脱粒装置、钉齿滚筒式脱粒装置、双滚筒式脱粒装置、横轴流式脱粒装置等。

2.1 纹杆滚筒式脱粒装置

纹杆滚筒式脱粒装置脱粒滚筒中带有纹理，主要是采用搓擦式谷物脱粒，可以在保证高效脱粒效率的同时，减少籽粒破损率，并且可以实现多种谷物兼收，但是在大喂入量时，容易发生堵塞现象，如图1(a)。

2.2 钉齿滚筒式脱粒装置

钉齿滚筒式脱粒装置脱粒滚筒中带有钉齿，主要依靠钉齿对果穗的梳刷和打击实现籽粒与果穗分离，钉齿对谷物分离能力及抓取能力较高，可以实现含水率较高的混合物料脱粒，但是钉齿容易对茎秆造成破损，导致籽粒中含杂率较高，如图1(b)。

2.3 双滚筒式脱粒装置

双滚筒式脱粒装置在脱粒装置中安装两个脱粒滚筒实现对谷物的脱粒，通用性较强，具有较高的谷物脱粒效率，但是由于结构较为复杂，谷物茎秆破损率较高，后续清选压力较大，如图1(c)。

2.4 横轴流式脱粒装置

横轴流式脱粒装置脱离效果较高，但是不利于作物秸秆的回收利用，当喂入量较大时，容易发生堵塞现象，如图1(d)。

图1 谷物联合收获机常见脱粒装置

3 脱粒装置研究进展与发展现状

目前，市面上常见的谷物联合收获机主要包括全喂入式谷物联合收获机和半喂入式谷物联合收获机，脱粒装置主要包括轴流式脱粒装置和切流式脱离方式。目前市面上典型的谷物联合收获机及脱粒装置如下。CLAAS联合收获机，如图2(a)，该机主要采用组合式脱粒装置，轴流与切流脱粒装置组合使用，具有较强的籽粒分离效率，可以显著提高谷物收获效率。洋马4LZ-4.5A全喂入式联合收获机，如图2(b)，该机采用超长纵轴流式脱离滚筒，主要通过对果穗进行冲击、揉搓和梳刷实现籽粒与果穗分离，在清选装置中采用多个风扇组合，可以提高籽粒的脱净率，减少籽粒含杂率。雷沃GF50谷物联合收获机，如图2(c)，该机采用切流式与轴流式脱离滚筒组合，对于不同谷物收获通用性较强，可以实现多种谷物兼收，采用二次复脱技术，提高脱粒效率。

图2 联合收获机及脱粒装置主要机型

4 脱粒装置发展趋势

4.1 提高脱粒装置工作效率

随着我国农业向规模化、集约化和大型化方向发展，谷物联合收获机正在向大喂入量方向发展，要求脱粒分离装置更快、更好地完成谷物的脱粒分离作业。因此，需要对脱粒装置进行优化设计，提高配置资源，满足高脱粒效率的同时实现籽粒低破损率和高脱净率。

4.2 提高脱粒装置的通用性

为了实现不同作物的脱粒要求，脱粒装置应根据不同谷物脱粒要求进行滚筒自动调速、凹板间隙技术参数的调整等，能实现兼收多种谷物，提高谷物收获机脱粒装置的通用性与实用性。

4.3 提高脱粒装置的智能化水平

随着农业机械由机械化向智能化发展，目前，传感器技术、人工智能技术及物联网技术在农业生产中的应用十分广泛，为脱粒装置智能化方向发展提供了契机。逐步实现脱粒装置工作实时监测技术，出现问题发出警报，避免对脱粒装置造成损坏，提高田间收获效率。另一方面，根据谷物收获状态对滚筒转速和凹板间隙实时调节与修正，提升脱离滚筒的工作效率。

5 结论

随着农业发展对谷物联合收获机的要求越来越高，脱粒装置作为谷物联合收获机的核心部件，直接决定了谷物联合收获机的田间工作性能。本研究以谷物联合收获机脱粒装置为研究重点，系统论述了脱粒分离装置工作原理及国内外发展现状，并为了适应我国现代化农业发展智能化要求，提出未来我国谷物联合收获机脱粒分离装置应进一步提高工作效率、提高脱离滚筒的通用性与智能化水平，研究结果为优化谷物联合收获机结构、提高田间工作性能提供技术参考，对于全面提升谷物联合收获机现代化、机械化和智能化发展水平具有重要意义。

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