李 洋，徐立章，周 鎣，司增永，李耀明

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脫出物喂入量對(duì)多風(fēng)道清選裝置內(nèi)部氣流場(chǎng)的影響

李 洋，徐立章※，周 鎣，司增永，李耀明

（江蘇大學(xué)農(nóng)業(yè)裝備工程學(xué)院，鎮(zhèn)江212013）

為研究聯(lián)合收獲機(jī)脫粒裝置脫出物喂入量對(duì)清選裝置內(nèi)部氣流場(chǎng)的影響，研制了多風(fēng)道清選試驗(yàn)臺(tái)，在清選室內(nèi)振動(dòng)篩上、下方分別布置25個(gè)氣流速度測(cè)點(diǎn)，并在風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速1 350 r/min、魚鱗篩開度22 mm、分風(fēng)板Ⅰ傾角24°、分風(fēng)板Ⅱ傾角20°的額定工作參數(shù)下，采用VS110型熱線式風(fēng)速儀對(duì)清選裝置內(nèi)部無脫出物和1～4 kg/s脫出物喂入量工況分別進(jìn)行氣流場(chǎng)測(cè)量試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：各測(cè)點(diǎn)的氣流速度隨脫出物喂入量的增大而有著不同程度的減小；無脫出物時(shí)各測(cè)點(diǎn)的氣流速度最大，喂入量每增大1 kg/s，振動(dòng)篩上方測(cè)點(diǎn)的氣流速度下降1.2%～16.4%，振動(dòng)篩下方測(cè)點(diǎn)的氣流速度下降1.4%～9.3%；特別是在最大4 kg/s喂入量時(shí)，振動(dòng)篩上方氣流速度衰減較多，比無脫出物時(shí)氣流速度下降12.6%～30.7%；相同喂入量條件下，振動(dòng)篩橫向1/3、2/3處的氣流速度比1/2處大，振動(dòng)篩縱向篩面上方前部氣流速度較小、中后部氣流速度較大、篩尾處氣流有所回升。研究結(jié)果為多風(fēng)道清選裝置的設(shè)計(jì)和田間試驗(yàn)時(shí)參數(shù)調(diào)整提供依據(jù)。

氣流場(chǎng)；試驗(yàn)；聯(lián)合收獲機(jī)；清選裝置；喂入量

0 引 言

清選裝置是決定聯(lián)合收獲機(jī)作業(yè)性能和效率的核心工作部件之一，按工作原理大致可以分為2類：一類是按照谷物的空氣動(dòng)力特性進(jìn)行清選，如氣吸式清選裝置、氣吹式清選裝置等；另一類是利用氣流和篩子配合進(jìn)行清選，與此相對(duì)應(yīng)的風(fēng)機(jī)類型有單風(fēng)道離心式風(fēng)機(jī)、多風(fēng)道離心式風(fēng)機(jī)、貫流式風(fēng)機(jī)等，篩子類型有魚鱗篩、沖孔篩、編織篩、魚眼篩等[1]。目前，在國(guó)內(nèi)外聯(lián)合收獲機(jī)中，第二類清選原理即風(fēng)篩式清選裝置運(yùn)用最為廣泛，因?yàn)檫@種清選裝置具有適應(yīng)性較好、清選效率較高等優(yōu)點(diǎn)[2]。本文的研究對(duì)象是多風(fēng)道風(fēng)篩式清選裝置，采用多風(fēng)道離心式風(fēng)機(jī)加雙層振動(dòng)篩（上層魚鱗篩、下層編織篩）[3]結(jié)構(gòu)。

隨著聯(lián)合收獲機(jī)的廣泛應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者對(duì)聯(lián)合收獲機(jī)清選裝置的研究越來越系統(tǒng)和深入。Kenney[4]對(duì)聯(lián)合收獲機(jī)清選室內(nèi)部氣流場(chǎng)進(jìn)行了2D數(shù)值模擬分析，并利用PIV（particle image velocimetry）系統(tǒng)對(duì)氣流場(chǎng)的分布進(jìn)行了測(cè)定；Mekonnen等[5]采用FLUENT流體分析軟件對(duì)聯(lián)合收獲機(jī)中具有橫流進(jìn)風(fēng)口的離心式風(fēng)機(jī)進(jìn)行了數(shù)值模擬仿真，并用熱線風(fēng)速儀對(duì)出口處的氣流速度進(jìn)行了測(cè)量，得到的結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果誤差在10%以內(nèi)；Adewumi等[6]探討了離心式風(fēng)機(jī)作為風(fēng)源的清選裝置內(nèi)谷物的分布情況；Yuko等[7]針對(duì)聯(lián)合收獲機(jī)清選裝置中氣流的湍流特性進(jìn)行了描述，并通過氣流速度儀對(duì)其內(nèi)部氣流場(chǎng)進(jìn)行了測(cè)量；Craessaerts等[8]對(duì)聯(lián)合收獲機(jī)風(fēng)篩清選過程中谷物損失檢測(cè)方面進(jìn)行了研究；CLAAS公司[9]和John Deere公司[10]研發(fā)了雙風(fēng)道渦輪式風(fēng)機(jī)清選裝置，采用雙出風(fēng)口離心風(fēng)機(jī)、雙層往復(fù)式振動(dòng)篩，其清選性能較好。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)聯(lián)合收獲機(jī)清選裝置的研究也較為成熟[11-19]；杜小強(qiáng)等[20]對(duì)貫流式清選裝置內(nèi)部的氣流場(chǎng)進(jìn)行了氣固兩相流的數(shù)值模擬，并利用臺(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)證了數(shù)值模擬的可行性；張建宗等[21]研究了單風(fēng)道離心式風(fēng)機(jī)出風(fēng)口長(zhǎng)度和左右側(cè)板傾斜角度對(duì)清選性能的影響；申德超[22]對(duì)一個(gè)由雙出風(fēng)道的離心風(fēng)機(jī)和一層篩子組成的雙風(fēng)道清選裝置進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)研究，用優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法計(jì)算出清選損失率最小時(shí)的最優(yōu)參數(shù)組合；徐立章等[23]研制出4LYB1-2.0型油菜聯(lián)合收獲機(jī)，其清選部件釆用單風(fēng)機(jī)與雙層振動(dòng)篩組合式結(jié)構(gòu)，通過田間試驗(yàn)可以得到該機(jī)收獲油菜時(shí)總損失率為5.7%，破碎率為0.3%，含雜率為2.0%；唐忠等[24]采用數(shù)字風(fēng)速儀測(cè)得清選室內(nèi)多點(diǎn)氣流速度，利用繪制等速線的方法得出氣流流速為0的點(diǎn)（渦心），分析了不同的離心式風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和出風(fēng)口傾角對(duì)渦心位置的影響。

雖然有關(guān)專家學(xué)者分析了風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、魚鱗篩開度、分風(fēng)板傾角等參數(shù)對(duì)風(fēng)篩式清選裝置內(nèi)部氣流場(chǎng)的影響，但沒有開展脫粒裝置脫出物喂入量對(duì)清選裝置內(nèi)部氣流場(chǎng)影響的研究，而實(shí)際工作環(huán)境中脫出物喂入量不是恒定值，其對(duì)清選裝置內(nèi)部氣流場(chǎng)可能產(chǎn)生一定的影響，進(jìn)而影響清選效率、清選質(zhì)量等。為研究脫出物喂入量的變化對(duì)多風(fēng)道清選裝置氣流場(chǎng)的影響，設(shè)計(jì)了多風(fēng)道清選試驗(yàn)臺(tái)，根據(jù)試驗(yàn)臺(tái)可變喂入量的調(diào)節(jié)范圍，分別對(duì)無脫出物、脫出物喂入量1～4 kg/s等工況進(jìn)行試驗(yàn)研究和分析，為多風(fēng)道清選裝置設(shè)計(jì)和田間作業(yè)時(shí)工作參數(shù)調(diào)整提供依據(jù)。

1 多風(fēng)道清選試驗(yàn)臺(tái)的研制

1.1 基本結(jié)構(gòu)及參數(shù)

根據(jù)斜置切縱流聯(lián)合收獲機(jī)的實(shí)際結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了多風(fēng)道清選試驗(yàn)臺(tái)[25]，如圖1所示，主要包括給料裝置、多風(fēng)道清選裝置、傳動(dòng)裝置、機(jī)架和控制柜等部分。

給料裝置位于試驗(yàn)臺(tái)的前上方，是脫出物清選過程的開始端，采用可調(diào)開口料箱和三組電磁給料器組合結(jié)構(gòu)，通過控制料箱出料口的開度和電磁給料器的頻率滿足脫出物喂入量（1～4 kg/s）的改變，其范圍與斜置切縱流聯(lián)合收獲機(jī)田間試驗(yàn)測(cè)得數(shù)據(jù)相符；多風(fēng)道清選裝置是試驗(yàn)臺(tái)的核心工作部件，主要包括多風(fēng)道離心式風(fēng)機(jī)（如圖2所示）、分風(fēng)板Ⅰ/Ⅱ調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、魚鱗篩開度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、籽粒垂直/水平攪龍、雜余垂直/水平攪龍、振動(dòng)篩（由魚鱗篩、編織篩和尾篩組成）、抖動(dòng)板、回程板等；離心式風(fēng)機(jī)葉輪直徑為402 mm，進(jìn)風(fēng)口直徑為370 mm，振動(dòng)篩總長(zhǎng)為1 311 mm，振動(dòng)篩總寬度為930 mm，抖動(dòng)板與振動(dòng)篩垂直距離為100 mm，魚鱗篩位于編織篩上方150 mm處。傳動(dòng)裝置是試驗(yàn)臺(tái)的動(dòng)力傳送部件，由四臺(tái)西門子公司生產(chǎn)的變頻電機(jī)（型號(hào)1LE0001-1BB2）和若干帶輪組成，電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)多風(fēng)道離心式風(fēng)機(jī)、籽粒/雜余攪龍、振動(dòng)篩、回程板等部件，各部件的調(diào)速范圍分別是0～1 500 r/min、0～1 000 r/min、0～400 r/min、0～600 r/min；控制柜在試驗(yàn)臺(tái)的最前方，其通過控制變頻電機(jī)和伺服電動(dòng)缸來調(diào)節(jié)試驗(yàn)臺(tái)的主要工作參數(shù)（風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、攪龍轉(zhuǎn)速、分風(fēng)板I傾角、分風(fēng)板Ⅱ傾角、魚鱗篩開度等）。

1. 上出風(fēng)口2. 下出風(fēng)口 3. 左側(cè)進(jìn)風(fēng)口4. 中間進(jìn)風(fēng)口5. 右側(cè)進(jìn)風(fēng)口

1.2 試驗(yàn)原理與方法

多風(fēng)道清選試驗(yàn)臺(tái)工作時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)風(fēng)機(jī)葉輪、籽粒攪龍、雜余攪龍、振動(dòng)篩、抖動(dòng)板、回程板運(yùn)動(dòng)。脫出物首先從給料裝置落到抖動(dòng)板上，經(jīng)過抖動(dòng)板的抖動(dòng)均勻平鋪落入到魚鱗篩篩面上方[26]，其中一部分輕雜余和秸稈在落到魚鱗篩篩面之前就被離心式風(fēng)機(jī)上出風(fēng)口吹出的風(fēng)帶離篩面，到達(dá)振動(dòng)篩尾部，籽粒和質(zhì)量較大的雜余、秸稈在振動(dòng)篩的抖動(dòng)下通過魚鱗篩篩面，并到達(dá)編織篩上方；編織篩的網(wǎng)口孔徑較小，大多數(shù)的雜余都不能通過，而籽粒則能通過編織篩進(jìn)入到籽粒水平攪龍，在籽粒水平攪龍和籽粒垂直攪龍的輸送下進(jìn)入糧箱[27]，雜余則被離心式風(fēng)機(jī)下出風(fēng)口吹出的風(fēng)帶到篩尾，大部分被吹出機(jī)外，一小部分通過尾篩進(jìn)入雜余水平攪龍，在雜余水平攪龍和雜余垂直攪龍的輸送下到達(dá)回程板，在回程板的抖動(dòng)下再一次落到魚鱗篩上表面，完成二次清選。

按照4LZ-5.0T斜置切縱流聯(lián)合收獲機(jī)多風(fēng)道清選裝置工作參數(shù)可調(diào)節(jié)范圍，隨機(jī)取每個(gè)范圍中的工作參數(shù)值，設(shè)定離心式風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速1 350 r/min、分風(fēng)板Ⅰ傾角24°、分風(fēng)板Ⅱ傾角20°、魚鱗篩開度22 mm為額定工況，在此工況下分別對(duì)無脫出物、脫出物喂入量為1、2、3、4 kg/s時(shí)試驗(yàn)臺(tái)內(nèi)部氣流場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量試驗(yàn)。

1.3 試驗(yàn)材料

聯(lián)合收獲機(jī)水稻脫出物包括籽粒、長(zhǎng)莖稈、短莖稈及輕雜余等[28]。試驗(yàn)采用經(jīng)過脫粒過程后的水稻進(jìn)行不同喂入量清選試驗(yàn)，水稻品種為“鎮(zhèn)稻18號(hào)”，脫出物各成分質(zhì)量比例為：籽粒約占75%、長(zhǎng)莖稈約占6%、短莖稈約占15%、輕雜余約占4%。其中籽粒的含水率為24.98%，籽粒平均長(zhǎng)度約為7.21 mm、平均寬度約為 3.22 mm，莖稈的含水率為50.4%，長(zhǎng)莖稈長(zhǎng)度在100～300 mm，而短莖稈的長(zhǎng)度在20～100 mm。

2 氣流速度測(cè)量方法及測(cè)點(diǎn)安排

2.1 氣流速度測(cè)量方法

常用的氣流速度測(cè)量?jī)x器有風(fēng)杯式風(fēng)速儀、葉輪式風(fēng)速儀、熱線式風(fēng)速儀、激光多普勒風(fēng)速儀等，其中熱線式風(fēng)速儀因其測(cè)量準(zhǔn)確度高、使用方便、測(cè)量范圍寬、靈敏度高而被廣泛應(yīng)用[29]。本試驗(yàn)臺(tái)采用南京能兆科技有限公司生產(chǎn)的VS110型熱線式風(fēng)速儀（圖3）來測(cè)量清選裝置內(nèi)部測(cè)點(diǎn)處的氣流速度，其輸出信號(hào)為4～ 20 mA，氣流速度測(cè)量范圍為0.5～50 m/s，測(cè)量精度為±0.1 m/s，帶RS485通訊接口，可直接讀出測(cè)量結(jié)果，其頭部探針為直徑3 mm的特種不銹鋼材料，。單次試驗(yàn)采用10根熱線式風(fēng)速儀同時(shí)對(duì)內(nèi)部氣流場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量，每根熱線式風(fēng)速儀的數(shù)據(jù)通過RS485通訊接口被控制臺(tái)的計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)顯示與保存，從而減少了人為讀數(shù)和操作誤差。

2.2 測(cè)點(diǎn)分布

為探尋多風(fēng)道清選試驗(yàn)臺(tái)內(nèi)部的氣流場(chǎng)分布規(guī)律，考慮試驗(yàn)臺(tái)清選室的實(shí)際結(jié)構(gòu)和測(cè)量空間，選取振動(dòng)篩上方、下方布置2個(gè)測(cè)量面，其中第一個(gè)測(cè)量面位于振動(dòng)篩上篩（魚鱗篩）上方80 mm處，第二個(gè)測(cè)量面位于振動(dòng)篩下篩（編織篩）下方50 mm處，兩個(gè)測(cè)量平面的大小及測(cè)點(diǎn)分布相同，如圖4a所示。

a. 測(cè)量面分布示意圖

a. Distribution diagram of measuring surfaces

b. 測(cè)點(diǎn)分布示意圖

b. Distribution diagram of measuring points

1. 抖動(dòng)板2. 回程板3. 測(cè)點(diǎn)4. 尾篩 5. 魚鱗篩6.編織篩

1. Oscillating board 2. Return board 3. Measuring points 4. Tail sieve 5. Louver sieve 6. Woven sieve

圖4 測(cè)量面及測(cè)點(diǎn)分布示意圖

Fig.4 Distribution diagram of measuring surfaces and points

以振動(dòng)篩前方最左側(cè)作為坐標(biāo)原點(diǎn)，沿篩面左側(cè)橫向延長(zhǎng)到篩面右側(cè)為軸正方向，沿篩面縱向延長(zhǎng)到篩尾為軸正方向，在兩個(gè)測(cè)量平面內(nèi)的向和向分別布置了25個(gè)測(cè)點(diǎn)，如圖4b所示。單組試驗(yàn)時(shí)用熱線式風(fēng)速儀在篩面橫向（向）移動(dòng)5次即可全部測(cè)出50個(gè)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，各測(cè)點(diǎn)氣流速度取試驗(yàn)臺(tái)清選時(shí)間10～15 s之間計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的平均值。為保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性及消除偶然誤差，一組測(cè)量試驗(yàn)重復(fù)3次。由于每組測(cè)量試驗(yàn)中的3次重復(fù)試驗(yàn)所得測(cè)量結(jié)果極為接近，誤差在0.2%～1.5%之間，故對(duì)重復(fù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行取平均值處理。

3 多風(fēng)道清選裝置氣流場(chǎng)試驗(yàn)與分析

3.1 篩面上、下方總體氣流場(chǎng)分布情況

根據(jù)多風(fēng)道清選裝置試驗(yàn)臺(tái)內(nèi)部測(cè)點(diǎn)所得數(shù)據(jù)，使用Matlab軟件擬合出振動(dòng)篩上方與下方的氣流場(chǎng)分布曲面，如圖5、6所示。

由圖5、6可以看出：無脫出物和不同喂入量工況下，振動(dòng)篩上方、下方測(cè)量面內(nèi)氣流場(chǎng)的分布基本一致；橫向方向上，振動(dòng)篩上方氣流場(chǎng)呈現(xiàn)出較明顯的“M”形分布，振動(dòng)篩下方呈現(xiàn)出較平緩的“M”形分布；縱向方向上，振動(dòng)篩上方前部氣流速度較小、中后部氣流速度較大，振動(dòng)篩下方的氣流速度呈現(xiàn)不斷減小的特點(diǎn)。

相同喂入量時(shí)：振動(dòng)篩上方橫向1/3、2/3處的氣流速度較大，而1/2處的氣流速度最小。這一現(xiàn)象與多風(fēng)道離心式風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)有關(guān)，由于試驗(yàn)臺(tái)的多風(fēng)道離心式風(fēng)機(jī)采用兩段式葉輪，除了左右兩側(cè)的進(jìn)風(fēng)口外，還增加了中間進(jìn)風(fēng)口（圖2），由邊界效應(yīng)可知，理論上在出風(fēng)道橫向的1/3、2/3處的氣流速度最大，1/2處的氣流速度較小，這在試驗(yàn)結(jié)果中得到了驗(yàn)證；縱向方向上，振動(dòng)篩上方的測(cè)點(diǎn)整體呈現(xiàn)出篩面前部氣流速度較小，中部氣流速度較大，而后部氣流速度逐漸衰減，到篩面尾部時(shí)氣流速度又有所回升的規(guī)律，這是由于振動(dòng)篩上方前部位置只受到多風(fēng)道離心式風(fēng)機(jī)上風(fēng)道吹出風(fēng)的影響，逐漸衰減，而中部受到多風(fēng)道離心式風(fēng)機(jī)下風(fēng)道吹出風(fēng)的影響，故速度較大，篩面尾部接近機(jī)器出口，截面積突然變小造成氣流速度有所回升。

相同喂入量時(shí)：振動(dòng)篩下方氣流場(chǎng)在橫向方向上同樣是受到多風(fēng)道離心式風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)的影響而呈現(xiàn)“M”形分布；振動(dòng)篩下方各個(gè)測(cè)點(diǎn)的氣流速度隨著振動(dòng)篩縱向距離的增大而減小，呈現(xiàn)出慢慢衰減的現(xiàn)象，這是由于離心風(fēng)機(jī)下風(fēng)道產(chǎn)生的氣流完全覆蓋到振動(dòng)篩下方的測(cè)點(diǎn)，而上風(fēng)道產(chǎn)生的氣流對(duì)這些測(cè)點(diǎn)影響很小，故測(cè)點(diǎn)的氣流速度會(huì)隨著振動(dòng)篩縱向距離的增大逐漸衰減。

根據(jù)以上現(xiàn)象，在設(shè)計(jì)與該多風(fēng)道清選裝置相匹配的脫粒裝置凹板、抖動(dòng)板和回程板的導(dǎo)流條布置[30]時(shí)，需要考慮氣流場(chǎng)的分布特點(diǎn)，即通過合理布置抖動(dòng)板和回程板上的導(dǎo)流條，使脫出物分布在橫向方向上也呈現(xiàn)兩側(cè)多、中間少的特點(diǎn)，可充分利用篩面氣流，提高清選質(zhì)量和效率；在設(shè)計(jì)多風(fēng)道離心式風(fēng)機(jī)時(shí)可優(yōu)化出風(fēng)口的傾角或截面積，從而使氣流在振動(dòng)篩縱向方向上分布更加合理，例如當(dāng)滾筒脫出物含雜率高時(shí)，可適當(dāng)增大出風(fēng)口的截面積，以增大振動(dòng)篩上方氣流的覆蓋面積，使振動(dòng)篩前部也能達(dá)到較大的氣流速度，防止清選后的籽粒含雜率過高。

圖5 振動(dòng)篩上方氣流場(chǎng)分布圖

圖6 振動(dòng)篩下方氣流場(chǎng)分布圖

3.2 橫截面氣流場(chǎng)分布規(guī)律

使用Origin軟件繪制出振動(dòng)篩上方與下方縱向長(zhǎng)度分別為310、630、950、1 270、1 590 mm的橫截面內(nèi)各測(cè)點(diǎn)的氣流速度變化圖，如圖7所示。

圖7 振動(dòng)篩橫向截面內(nèi)測(cè)點(diǎn)氣流速度圖

由圖7可知：振動(dòng)篩上方各橫截面內(nèi)測(cè)點(diǎn)的氣流速度在無脫出物的工況下最大，最大速度5.2 m/s位于=950 mm截面處。隨著脫出物喂入量的不斷增大，各測(cè)點(diǎn)氣流速度有著不同程度的減小，尤其是在喂入量4 kg/s的工況下，氣流速度下降的比較明顯，各測(cè)點(diǎn)氣流速度比無脫出物工況下的氣流速度下降12.6%～30.7%，最小速度僅為1.65 m/s，位于=630 mm截面處。喂入量每增大1 kg/s，振動(dòng)篩上方測(cè)點(diǎn)的氣流速度就下降1.2%～16.4%，其中=310 mm截面處測(cè)點(diǎn)氣流速度下降1.9%～8.8%，此截面處氣流速度受脫出物喂入量變化影響相對(duì)較小。

振動(dòng)篩下方各橫截面內(nèi)測(cè)點(diǎn)的氣流速度同樣是在無脫出物的工況下最大，最大速度11.0 m/s位于= 310 mm截面處。隨著脫出物喂入量的不斷增大，各個(gè)測(cè)點(diǎn)的氣流速度也有著不同程度的減小，在4 kg/s喂入量的工況下，截面=1 590 mm處測(cè)點(diǎn)氣流速度達(dá)到最小值5.5 m/s。喂入量每增大1 kg/s，振動(dòng)篩下方測(cè)點(diǎn)的氣流速度就下降1.4%～9.3%，且各截面測(cè)點(diǎn)氣流速度下降幅度較相近。

因此，在實(shí)際收獲作業(yè)中，當(dāng)作物單產(chǎn)提高、作業(yè)速度增加等造成喂入量增大時(shí)，需適當(dāng)增加風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，提高篩面氣流速度[28]，增強(qiáng)氣流吹脫和分層能力，便于籽粒穿過篩面，保證清選質(zhì)量和效率。

3.3 縱截面氣流場(chǎng)分布規(guī)律

同樣，用Origin軟件繪制出振動(dòng)篩上方與下方橫向距離分別為160、330、500、670、840 mm的縱截面內(nèi)各測(cè)點(diǎn)的氣流速度變化圖，如圖8所示。

由圖8可知：振動(dòng)篩上方各縱向截面內(nèi)測(cè)點(diǎn)的氣流速度在無脫出物的工況下最大，最大氣流速度5.2 m/s位于截面= 670 mm處。隨著喂入量的不斷增大，各個(gè)測(cè)點(diǎn)的氣流速度有著不同程度的下降，最小氣流速度位于=500 mm截面處，為1.5 m/s。喂入量每增大1 kg/s，振動(dòng)篩上方測(cè)點(diǎn)的氣流速度就下降1.2%～16.4%，其中=500 mm處氣流速度下降1.2%～10.6%，此截面處氣流速度受脫出物喂入量變化影響相對(duì)較小。

振動(dòng)篩下方各縱向截面內(nèi)測(cè)點(diǎn)的氣流速度同樣是隨著喂入量的不斷增大而有著一定程度的減小，最大氣流速度11.0 m/s，位于=670 mm截面處，最小氣流速度位于=500 mm截面處，約為5.5 m/s。喂入量每增大1 kg/s，振動(dòng)篩下方測(cè)點(diǎn)的氣流速度就下降1.4%～9.3%，且各截面測(cè)點(diǎn)氣流速度下降幅度較相近。

因此，在實(shí)際收獲作業(yè)中，當(dāng)作物單產(chǎn)提高、作業(yè)速度增加等造成喂入量增大時(shí)，還需要適當(dāng)減小上、下分風(fēng)板的傾角，增強(qiáng)篩面中后段氣流速度[28]，增強(qiáng)中后段氣流吹脫和分層能力，解決由于喂入量增加造成中后段氣流衰減較大導(dǎo)致含雜率顯著增加的問題。

圖8 振動(dòng)篩縱向截面內(nèi)測(cè)點(diǎn)氣流速度圖

4 結(jié) 論

1）研制了多風(fēng)道清選試驗(yàn)臺(tái)，包括可變喂入量給料裝置、多風(fēng)道清選裝置、傳動(dòng)裝置、機(jī)架和控制柜等，通過控制料箱出料口的開度和電磁給料器的頻率滿足脫出物喂入量（1～4 kg/s）的變化要求，可實(shí)現(xiàn)多種參數(shù)的無級(jí)調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)的自動(dòng)保存和顯示，為多種工況下清選室內(nèi)氣流場(chǎng)的研究提供參考。采用的VS110型熱線式風(fēng)速儀測(cè)量精度高（±0.1 m/s）、使用方便。

2）在離心式風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速1 350 r/min、分風(fēng)板Ⅰ傾角24°、分風(fēng)板Ⅱ傾角20°、魚鱗篩開度22 mm工作參數(shù)下，無脫出物和不同脫出物喂入量工況時(shí)，多風(fēng)道清選裝置內(nèi)橫向方向上，振動(dòng)篩上方與下方的氣流場(chǎng)分布均呈現(xiàn)出“M”形特點(diǎn)，即中間氣流速度較小，1/3、2/3處氣流速度較大；縱向方向上，振動(dòng)篩上方的氣流場(chǎng)分布特點(diǎn)為振動(dòng)篩前段氣流速度較小，中后部氣流速度較大，篩尾處氣流有所回升，而振動(dòng)篩下方的氣流場(chǎng)分布規(guī)律為氣流速度隨振動(dòng)篩縱向距離增加而逐漸衰減變小。

3）振動(dòng)篩上、下方各測(cè)點(diǎn)的氣流速度隨脫出物喂入量的增大而有著不同程度的減小，喂入量每增大1 kg/s，振動(dòng)篩上方測(cè)點(diǎn)的氣流速度下降1.2%～16.4%、下方測(cè)點(diǎn)的氣流速度下降1.4%～9.3%，特別是在最大4 kg/s喂入量時(shí)，振動(dòng)篩上方氣流速度衰減較多，比無脫出物時(shí)氣流速度下降12.6%～30.7%。因此，在實(shí)際收獲作業(yè)中，當(dāng)作物單產(chǎn)提高、作業(yè)速度增加等造成喂入量增大時(shí)，需適當(dāng)增加風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、適當(dāng)減小上、下分風(fēng)板的傾角，增強(qiáng)氣流吹脫和分層能力，保證清選質(zhì)量和效率。

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Effect of extractions feed-quantity on airflow field in multi-ducts cleaning device

Li Yang, Xu Lizhang※, Zhou Ying, Si Zengyong, Li Yaoming

(,,212013,)

To study the effect of threshed mixture feed quantity of combine harvester threshing device on the cleaning device’s airflow field, a multiple-duct cleaning test-bed was developed. This test-bed included variable feeding device, multiple-duct cleaning device, transmission device, frame and control cabinet. The test-bed could adjust threshed mixture’s feed quantity, fan rotation speed, vibration sieve opening, wind-board dip angle and other parameters. Also, through controlling discharge outlet opening and electromagnetic feeder frequency, the feed quantity could change (1-4 kg/s). Moreover, the test-bed could automatically save the data and display the data on the computer screen. The test-bed was used for further study on the internal airflow field under various working conditions. In this study, 25 airflow velocity measuring points were arranged above and below the vibration sieve in the cleaning room. The feed quantity of non-material and 1-4 kg/s was tested by VS110 type hot-wire anemometers under rated conditions in which the fan speed was 1350 r/min, the vibration sieve opening was 22 mm, the dip angle of Wind-board I was 24°, and the dip angle of Wind-board Ⅱ was 20°. The traditional hot-wire anemometer was easy to be damaged by material impact, but the anemometer in this study could avoid the problem, and furthermore, its measuring accuracy was higher. In single test, 10 hot-wire anemometers were used to measure the airflow velocity and save the data. Test experiment showed that the airflow velocity of each measuring point decreased with the increasing of feed quantity of threshed mixture; in the non-material case, the airflow speed arrived maximum. With every 1 kg/s feed quantity that was increased, the airflow velocity decreased by 1.2%-16.4% at the top of the vibration sieve. The airflow velocity decreased by 1.4%-9.3% at measuring point under the vibration sieve. Especially in 4 kg/s feed quantity that was the maximum quantity, the airflow velocity above the tail of the vibration sieve was more attenuated, which decreased by 12.6%-30.7% compared with non-material. Under the same feed quantity, the airflow velocity at the transverse 1/3 and 2/3 position of the vibration sieve was larger than that at the 1/2 position, which was caused by the multiple-duct centrifugal fan structure. The airflow velocity of the front above the vibration sieve at longitudinal direction was smaller and the airflow velocity in the middle and posterior was larger and the airflow velocity picked up in the end of vibration sieve; for the front position above the vibration sieve was only affected by the upper air-duct, while the middle part was influenced by the lower air-duct of multiple-duct centrifugal fan, and the sieve surface tail was close to the exit of the machine and the cut area suddenly changed small to cause the airflow velocity rising. The research provides the basis for the design of multiple cleaning devices and the adjustment of parameters in the field experiment. In the actual harvest operation, when the crop feeding quantity increases, appropriately increasing the fan speed or reducing wind-board dip angle is necessary in order to enhance the air stripping and stratification ability, and it also can guarantee the cleaning quality and efficiency.

airflow field; experiments; combines; cleaning device; feed-quantity

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.12.007

S225.4

A

1002-6819(2017)-12-0048-08

2016-11-09

2017-04-06

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51475217）；霍英東教育基金會(huì)青年教師基金資助項(xiàng)目（141051）

李 洋，男，河南信陽人，主要從事聯(lián)合收獲機(jī)清選裝置試驗(yàn)與研究。鎮(zhèn)江 江蘇大學(xué)農(nóng)業(yè)裝備工程學(xué)院，212013。Email：28908823@qq.com

徐立章，男，江蘇鎮(zhèn)江人，研究員，博士生導(dǎo)師，主要從事收獲機(jī)械基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)研究。鎮(zhèn)江 江蘇大學(xué)農(nóng)業(yè)裝備工程學(xué)院，212013。Email：justxlz@ujs.edu.cn

李 洋，徐立章，周 鎣，司增永，李耀明. 脫出物喂入量對(duì)多風(fēng)道清選裝置內(nèi)部氣流場(chǎng)的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2017，33(12)：48－55. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.12.007 http://www.tcsae.org

Li Yang, Xu Lizhang, Zhou Ying, Si Zengyong, Li Yaoming. Effect of extractions feed-quantity on airflow field in multi-ducts cleaning device[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(12): 48－55. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.12.007 http://www.tcsae.org