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水稻梳脱混合物复脱分离、清选特性的研究

作　者: 李耀明
导　师: 丁为民
学　校: 南京农业大学
专　业: 农业机械化工程
关键词: 水稻梳脱混合物复脱分离清选
分类号: S511
类　型: 博士论文
年　份: 2004年
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内容摘要

梳脱式联合收割机采用割前脱粒收获工艺，其工作原理是把生长在田间禾秆上的籽粒直接梳脱下来并输送到复脱分离、清选装置进行后续作业，与此同时用割草装置把梳脱后的禾秆割下并输送到侧边或后边成条状铺放。因而具有它独特的优点：结构新颖、动力消耗小、生产率高、工作可靠、湿脱性能好、总损失率及破碎率较小等。目前各地开展的梳脱式联合收割机的研究一般把重点放在割台上，而复脱分离、清选装置大多是借用已有的各种脱粒分离、清选装置的结构及理论。由于梳脱式联合收割机在梳脱后其混合物的组成与传统的全喂入或半喂入式联合收割机的喂人物有很大的差异，因此开展梳脱收获工艺中的复脱分离、清选装置的理论与试验研究是很有必要的，应进行深入的研究。本文综述了国內外各种脱粒分离、清选系统的结构形式及其优缺点，分析了国内外各种梳脱式联合收割机的结构特点及研究现状。根据当前梳脱式联合收割机上复脱分离、清选系统的设计现状及存在的问题，考虑到梳脱式联合收割机收获工艺与传统全喂入、半喂入式联合收割机的明显不同，首次对梳脱式联合收割机上的复脱分离、清选系统进行了较系统的理论分析和试验研究。在适当假设的基础上，从整体的、概率的角度，详细讨论了梳脱式联合收割机常用的切向喂入轴流复脱分离系统数学糢型的建立过程，得出了包括未脱籽粒量、自由籽粒量、累计分离籽粒量沿复脱滚筒轴向的分布期律以及未脱净损失、夹带损失和复脱滚筒长度的关系。复脱分离系统中的籽粒夹带损失率王要与复脫滚筒长度L、未脱净籽粒量（断穗头）k₁、自由籽粒量k₂以及系数u₁、u₂有关。本文的研究大大力口深了对切向喂入轴流脱粒装置工作规律的认识，从理论上第一次导出了适合梳脱式联合收割机复脱分离系统的数学模型。这对于改变我国目前复脱分离系统的设计多以经验设计为主，缺乏理论指导的局面有很重要的现实意义。将复脱空间等效为单输入双输出系统，输入端口是物料喂入口，输入物料为梳脱混合物，两个输出端是由分离凹板的等效出口和复脱滚筒的出草口组成。将复脱滚筒内的物料视为变质量系统，基于变质量系统的能量系统原理，建立了物料在复脱空间内的功耗模型。博士学位论文水稻梳脱混合物复脱分离、清选特性的研究复脱滚筒功排会漠型的好坏主要取决于实验系数等。卡那沃依斯基用实验的方法给出了功耗实验系数乙的取值范围为0.4一0.45，但他没能从理论上对毛的取值予以解释。本章从理论上证明了功耗实验系数毛的理论值为0.5，并阐明了功耗实验系数毛的物理意义。功耗实验系数毛反映了复脱空间内物料的质量变化，出口处茎秆速度喇氏以及物料与各脱粒工作部件表面摩擦对复脱滚筒功耗的影响程度，进一步完善了复脱滚筒的功幸合膜型，并且该复脱滚筒功耗模型具有普遍意义。在自行设计的复脱分离性能试验台上，对水稻梳脱混合物进行了复脱分离性能试验，分析了复脱分离装置结构参数和运动参数等因素与复脱分离性能的相关性。验证了复脱分离系统的数学模型，并对水稻梳脱混合物沿轴流式复脱分离装置长度方向上脱分性能指标的变化规律，复脱分离装置的复脱损失率（未脱净损失率和夹带损失率）和复脱滚筒功耗等作了进一步研究。试验结果表明: （1）约占总籽拉量70%的籽粒已在长度相对较短的喂入口被凹板分离;而脱出物中的杂余相对集中在复脱滚筒轴向的中间1/3处，喂入口对应部分最少，尾部的1/3也较少;梳脱混合物中的短茎秆和部分杂余大部分已从复脱分离装置的排草口排出。（2）喂入口对应部分脱出物和籽粒较多，中间段的脱出物和籽粒最多，剩余部分的脱出物和籽拉迅速减少。（3）脱出物中的累计籽粒量沿复脱滚筒轴向分布与仿真分析的累计分离籽粒量沿复脱滚筒轴向分布相近，试验验证了仿真结果。（4）相同』榔兑汤合物喂入量下，郭毛衰筒辱翻定的高低付于脱出物和粉拉的分布影响不大;郭毛衷筒辱劫速越高未佑翱员失率越小，但复脱滚筒辕定的高了邸寸夹带损失率影响不明显。在其他参数不变的条件下，杭脱下昆合物喂入量的大小对脱出物、籽案讶口杂余的分布影响不太明显。（5）复脱分离装置的功率消耗较小，复脱损失率（包括断穗头的未脱净损失率和夹带损失率）较低。复脱滚筒功耗与复脱滚筒转速、梳脱混合物喂入量成正比;复脱滚筒功耗的试验结果验证了公式Nl‘一0 .5卫二一的正确性与实用性，但其中搓擦系数 1一ff的确定比较重要，搓擦系数f与喂入脱拉装置的物料形式（全喂入、半喂入、梳脱混合物）、脱粒元件（打齿、弓齿、纹杆等）及脱粒装置的运动参数等有关。中文摘要在分析前人研究工作的基础上，针对梳脱式联合收割机复脱分离装置的工作特点，建立了梳脱混合物在复脱空间中的运动模型。丰翩兑混合物在复脱空间中的运动可分为梳脱混合物在复脱滚筒顶盖区、分离凹板区的运动和梳脱下昆合物在分离凹板区与脱粒钉齿或弓齿的碰撞三个部分。本章从运动学和动力学的角度详细讨论了各个部分模型的建立

全文目录

摘要  7-11
ABSTRACT  11-18
第一章绪论  18-30
  1.1 研究的目的、意义  18-19
  1.2 国、内外研究现状、水平和发展趋势  19-27
  1.3 本课题研究的主要内容  27-28
  1.4 本章小结  28-30
第二章复脱分离装置的数学模型及仿真研究  30-46
  2.1 脱粒分离装置数学模型的研究概况  30-31
  2.2 复脱分离装置的数学模型  31-36
  2.3 复脱分离装置的仿真研究  36-38
  2.4 复脱滚筒的功耗模型  38-44
  2.5 本章小结  44-46
第三章复脱分离装置梳脱混合物的运动模型及仿真研究  46-60
  3.1 脱粒分离装置物料运动模型的研究概况  46
  3.2 脱粒分离装置物料运动的分析及建模假设  46-48
  3.3 梳脱混合物在复脱滚筒顶盖区的运动模型  48-50
  3.4 梳脱混合物在分离凹板区的运动模型  50-51
  3.5 梳脱混合物与钉齿或弓齿在分离凹板区发生碰撞时的运动模型  51-54
  3.6 梳脱混合物运动的仿真研究  54-59
    3.6.1 梳脱混合物运动模型的简化  54-56
    3.5.2 梳脱混合物的运动仿真  56-58
    3.6.3 梳脱混合物运动仿真结果分析  58-59
  3.6 本章小结  59-60
第四章梳脱混合物复脱分离及功耗的试验研究  60-74
  4.1 试验依据  60-61
  4.2 试验装置和参数  61-63
    4.2.1 试验装置  61-62
    4.2.2 试验参数及相关仪器  62-63
  4.3 试验方案、结果及分析  63-72
    4.3.1 试验方案  63-64
    4.3.2 试验数据、处理与分析  64-71
    4.3.3 复脱分离装置的参数优化  71-72
  4.4 本章小结  72-74
第五章物料清选过程的数学模型及仿真分析  74-94
  5.1 振动清选筛的运动分析  74-75
  5.2 物料的运动分析  75-85
    5.2.1 物料在气流中的运动方程  75-77
    5.2.2 物料在筛面上的运动分析  77
    5.2.3 物料沿筛面运动的条件  77-84
    5.2.4 物料沿筛面的运动方程  84-85
  5.3 物料颗粒运动的机械参数与气流参数的关系  85-86
  5.4 气流作用下物料运动轨迹的仿真分析  86-88
  5.5 风筛作用下物料颗粒运动的仿真分析  88-92
    5.5.1 气流的影响  88-91
    5.5.2 物料颗粒漂浮速度的影响  91-92
  5.6 本章小结  92-94
第六章物料在风筛式清选装置中的试验研究  94-112
  6.1 试验依据  94-95
  6.2 试验装置和参数  95-97
    6.2.1 试验装置  95-96
    6.2.2 试验参数及相关仪器  96-97
  6.3 试验方案、结果与分析  97-109
    6.3.1 试验方案  97-98
    6.3.2 试验数据、处理与分析  98-109
  6.4 本章小结  109-112
第七章脱粒输送装置自动控制系统的设计  112-120
  7.1 脱粒输送装置自动控制系统的组成  112-113
  7.2 自动控制系统的硬件设计  113-115
  7.3 自动控制系统的软件设计  115-117
    7.3.1 主程序的设计  115-116
    7.3.2 数据采集子程序的设计  116
    7.3.3 模糊决策子程序和执行控制子程序的设计  116-117
  7.4 自动控制系统的试验研究  117-118
  7.5 本章小结  118-120
第八章结论  120-124
  8.1 本文工作总结  120-123
  8.2 建议  123-124
参考文献  124-130
附录  130-138
致谢  138-139
在读博士学位期间发表的主要论文  139

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