程 超，付 君，陳 志，任露泉

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收獲機(jī)振動篩振動參數(shù)影響不同濕度脫出物粘附特性

程 超1,2，付 君1,2※，陳 志2,3，任露泉1,2

（1. 吉林大學(xué)工程仿生教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長春 130022；2. 吉林大學(xué)生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，長春 130022；3. 中國機(jī)械工業(yè)集團(tuán)有限公司，北京 100080）

針對水稻脫出物表面濕潤、黏性大的物料特性，以及易粘附在振動篩和抖動板上、誘發(fā)清選堵塞和夾帶損失的技術(shù)難題，該文利用自制直線振動試驗(yàn)臺架，研究了振動篩振動參數(shù)對水稻脫出物界面粘附特性的影響。以2種濕度水稻脫出物為試驗(yàn)對象，選取振幅、振動頻率、振動角度為影響因素，以單位面積粘附量為試驗(yàn)指標(biāo)，通過單因素試驗(yàn)分析了各因素對試驗(yàn)指標(biāo)的影響規(guī)律，確定了各因素較優(yōu)水平區(qū)間；通過正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及分析，得到2種濕度脫出物單位面積粘附量關(guān)于3個振動參數(shù)的數(shù)學(xué)模型，以及各因素對2種濕度脫出物單位面積粘附量影響的主次順序，根據(jù)響應(yīng)面分析比較，進(jìn)一步證明了濕度是影響脫出物粘附特性的重要條件，與低濕度脫出物相比，高濕度脫出物的界面粘附更嚴(yán)重；低濕度脫出物單位面積粘附量的最優(yōu)振動參數(shù)組合為振幅60 mm，振動頻率6 Hz，振動角度50°；高濕度脫出物單位面積粘附量的最優(yōu)振動參數(shù)組合為振幅50 mm，振動頻率7 Hz，振動角度50°。研究結(jié)果可為水稻收獲機(jī)振動篩的粘附界面調(diào)控及脫附界面構(gòu)建提供參考。

機(jī)械化；振動；粘附；濕度；水稻脫出物；清選

0 引 言

清選是谷物收獲過程中重要工序之一[1-4]，清選裝置的振動性能對清選作業(yè)質(zhì)量有著重要的影響[5-6]。水稻等谷物收獲時含水率高[7-9]，其脫出物表面濕潤、黏性大，易粘附在振動篩和抖動板上，導(dǎo)致清選裝置有效作業(yè)面積減少、篩孔堵塞和物料流動受阻等問題[10]。振動是清選裝置的核心工作原理之一，脫出物粘附在導(dǎo)流板、抖動板和清選篩等振動部件的表面，嚴(yán)重影響了清選裝置的作業(yè)性能，造成清選作業(yè)效率大幅降低、清選損失增加、含雜率高等問題，因此，從振動參數(shù)角度探究脫出物與清選裝置界面粘附特性變化規(guī)律，對降低谷物清選作業(yè)損失率和含雜率具有重要意義。

目前，針對水稻等谷物清選作業(yè)損失率高、含雜嚴(yán)重等問題，國內(nèi)外學(xué)者主要從脫出物特性、清選裝置結(jié)構(gòu)與氣流場等方面進(jìn)行了研究[11-12]。任述光等[13]利用兩相流動力學(xué)理論，分析了水稻聯(lián)合收割機(jī)脫粒清選分流筒中氣流和雜物顆粒兩相流動的規(guī)律；童水光等[14]對縱軸流全喂入風(fēng)篩式清選裝置中的混合流場進(jìn)行了三維數(shù)值模擬，并改進(jìn)了雙風(fēng)道六出風(fēng)口風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)；李洪昌等[15]在自行研制的清選試驗(yàn)臺上進(jìn)行了氣流場測定試驗(yàn)和水稻清選試驗(yàn)。王成軍等[16-17]設(shè)計(jì)了三自由度混聯(lián)振動篩，并對棉籽顆粒在三自由度混聯(lián)振動篩面上的運(yùn)動規(guī)律進(jìn)行了研究；王志華等[18]利用ADAMS軟件對聯(lián)合收割機(jī)振動篩進(jìn)行虛擬設(shè)計(jì)與動態(tài)仿真分析。陳翠英等[19]、陳立等[20]對油菜脫出物的機(jī)械物理特性進(jìn)行了研究；Wang Lijun等[21]研究了非簡諧篩面上質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動狀態(tài)和動力學(xué)；李耀明等[22]分析了風(fēng)篩式清選裝置中脫出物的非線性運(yùn)動規(guī)律，建立了物料與簡諧振動篩面的碰撞運(yùn)動模型。然而，國內(nèi)外對脫出物界面粘附、堵孔等問題研究較少，李耀明等[23-24]、馬征等[25-27]對油菜脫出物的粘附與摩擦特性進(jìn)行了系統(tǒng)研究，并將仿生非光滑功能表面[28]應(yīng)用到清選篩面上；文獻(xiàn)[25]提到黏篩堵孔問題屬濕黏農(nóng)業(yè)物料與運(yùn)動金屬部件之間的粘附摩擦問題，由此分析可知，導(dǎo)流板、抖動板和清選篩等金屬振動部件的運(yùn)動特性對物料-金屬部件粘附界面的形成具有重要影響，而這方面的研究鮮報(bào)道。本文以往復(fù)振動篩的振動參數(shù)為因素，探索其對水稻脫出物界面粘附特性的影響。

本文利用自行設(shè)計(jì)的振動試驗(yàn)臺架，以振幅、振頻和振動角度3個振動參數(shù)為試驗(yàn)因素，以單位面積粘附量為試驗(yàn)指標(biāo)，首先對2種濕度水稻脫出物進(jìn)行了單因素試驗(yàn)，根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，確定了3因素正交試驗(yàn)邊界條件，然后通過正交試驗(yàn)及響應(yīng)面分析，建立水稻脫出物界面粘附特性數(shù)學(xué)模型，分析并比較2種濕度水稻脫出物界面粘附規(guī)律，以期為解決水稻收獲機(jī)械清選裝置中導(dǎo)流板、抖動板、清選篩等關(guān)鍵作業(yè)部件的粘附問題提供振動參數(shù)依據(jù)，為水稻收獲機(jī)工作部件的粘附界面調(diào)控及脫附界面構(gòu)建提供振動參數(shù)優(yōu)化方法。

1 試驗(yàn)臺架與材料

1.1 試驗(yàn)臺架結(jié)構(gòu)

為保證試驗(yàn)結(jié)果的合理性，通過換裝不同長度的曲柄、改變調(diào)速器輸出轉(zhuǎn)速、變換滑軌安裝角度等，確保試驗(yàn)臺能夠準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)振幅、振頻和振動角度3個振動參數(shù)，采用直線振動設(shè)計(jì)方案自制振動試驗(yàn)臺，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.支撐座 2.機(jī)架 3.電機(jī)座 4.調(diào)速器 5.電機(jī) 6.傳動軸 7.曲柄 8.連桿 9.振動框 10.加速度傳感器 11.MRD-81動態(tài)數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng) 12.滑軌 13.直線軸承 14.調(diào)位滑塊 15.篩面基體 16.同步帶輪 17.同步帶

機(jī)架由鋁型材和鐵板搭建而成，電機(jī)固定在電機(jī)座上，電機(jī)型號為YYCJ-300，調(diào)速器型號為US-52，為減少振動干擾，電機(jī)座與機(jī)架相互分離，2根滑軌通過支撐座平行安裝在機(jī)架上，每根圓形滑軌上各安裝2個直線軸承，振動框前、后兩端分別固定在下部2個直線軸承上，上部2個直線軸承固定在調(diào)位塊上，調(diào)位塊左右滑動可以調(diào)節(jié)2根滑軌的角度，傳動軸通過立式軸承安裝在機(jī)架上，曲柄固定在傳動軸的兩端，連桿兩端分別鉸接到曲柄和振動框的吊耳上，電機(jī)通過同步帶輪、同步帶驅(qū)動曲柄連桿機(jī)構(gòu)，從而帶動篩框沿滑軌方向往復(fù)直線振動，試驗(yàn)臺選用MDR-81動態(tài)數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)，系統(tǒng)包括MDR移動數(shù)據(jù)記錄器和上位機(jī)軟件，加速度傳感器型號為EA-YD-186，量程為[–50，50] g，2個加速度傳感器分別固定在振動框的底部和后端，分別用來測試水平和豎直2個方向的加速度。

由于清選裝置中包括導(dǎo)流板、抖動板和振動篩等振動部件，各部件結(jié)構(gòu)、形式不一，而本文探究的振動參數(shù)對水稻脫出物界面粘附特性的影響，其核心在于水稻脫出物與上述不同振動部件的界面接觸，故本文選用常見的304不銹鋼板作為篩面基體，其表面光滑平整，依據(jù)水稻收獲機(jī)中振動篩面積及清選物料質(zhì)量，并結(jié)合本試驗(yàn)所用物料質(zhì)量，確定其尺寸為300 mm×250 mm×1 mm，水平固定在振動框上，靜態(tài)傾角為0。

1.2 試驗(yàn)臺架工作原理

根據(jù)試驗(yàn)臺架結(jié)構(gòu)可知，篩面基體的振幅等于曲柄的長度，篩面基體的振頻取決于電機(jī)的轉(zhuǎn)速，篩面基體的振動方向等于滑軌的傾角，因此，試驗(yàn)過程中通過更換不同長度的曲柄調(diào)控振幅，利用調(diào)速器改變電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)控振頻，通過移動調(diào)位滑塊的位置調(diào)控振動方向。

設(shè)定曲柄順時針旋轉(zhuǎn)，根據(jù)試驗(yàn)臺工作原理，篩面基體的運(yùn)動方程為：

式中為篩面基體沿傾斜滑軌的位移，mm；為曲柄長度，mm；為曲柄轉(zhuǎn)速，rad/s；為時間，s；0為曲柄初始相位，(°)。

通過二次求導(dǎo)得到篩面基體的加速度方程為：

因此，篩面基體的水平加速度、垂直加速度方程分別為：

式中為滑軌相對于水平面的傾斜角度，(°)。

為了盡量減少無效振動的干擾，提高試驗(yàn)可靠性，試驗(yàn)前，利用加速度傳感器對振動試驗(yàn)臺進(jìn)行校核，根據(jù)水稻收獲機(jī)振動篩的振動規(guī)律，設(shè)定電機(jī)轉(zhuǎn)速為180 r/min（=6π rad/s）、曲柄長度為50 mm、滑軌角度3為50°，初始相位0為π，理論上，篩面基體的水平加速度方程為：

篩面基體的垂直加速度方程為：

校核加速度曲線與理論曲線如圖2所示，從圖2中可看出，校核加速度曲線與理論曲線基本吻合，無較大的振動干擾，由于振動框往復(fù)運(yùn)動必然受到摩擦阻力，振動過程中實(shí)際加速度峰值略小于理論值，相對誤差為0.9%，對試驗(yàn)結(jié)果不會產(chǎn)生較大影響，滿足本文試驗(yàn)要求[29]。

1.3 試驗(yàn)材料

如圖3所示，在黑龍江佳木斯市友誼農(nóng)場兩段式水稻收獲現(xiàn)場，隨機(jī)抽樣連續(xù)作業(yè)0.4 hm2后的水稻收割機(jī)，發(fā)現(xiàn)其抖動板的表面多處被粘附物覆蓋，粘附情況嚴(yán)重。

本文針對東北地區(qū)兩段式水稻收獲工藝，制備不同濕度的水稻脫出物，試驗(yàn)水稻取自吉林省遼源市東遼縣安恕鎮(zhèn)，品種為科裕47。從田間取回后將部分水稻進(jìn)行晾曬處理，適當(dāng)降低其含水率，以未晾曬水稻作為試驗(yàn)效果的對比物料，制備出同一水稻品種2種不同濕度的試驗(yàn)物料。然后利用本課題組單縱軸流谷物脫粒裝置對2種濕度水稻進(jìn)行脫粒，得到2種濕度的脫出物，如圖4所示，將晾曬處理水稻制備的脫出物命名為低濕度脫出物，將未晾曬水稻制備的脫出物命名為高濕度脫出物，測得2種水稻脫出物屬性如表1所示。單縱軸流谷物脫粒裝置中關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)及運(yùn)動參數(shù)如下：脫粒元件為釘齒型，滾筒直徑和長度分別為620、1 960 mm，滾筒轉(zhuǎn)速為600 r/min，脫粒間隙為20 mm。

圖3 水稻收獲機(jī)的抖動板粘附情況

a. 低濕度脫出物b. 高濕度脫出物 a. Threshed mixture with low moistureb. Threshed mixture with high moisture

表1 2種水稻脫出物屬性

Table 1 Properties of 2 kinds of threshed mixtures

考慮到本文篩面基體的尺寸較小，試驗(yàn)前需確定水稻脫出物喂入量，根據(jù)常發(fā)CF805N聯(lián)合收割機(jī)喂入量為4 kg/s，振動篩篩選面積為1.24 m2，假設(shè)聯(lián)合收割機(jī)清選過程中脫出物在篩面鋪放均勻，試驗(yàn)喂入量通過式（7）計(jì)算。

式中為試驗(yàn)喂入量，g；、分別為篩面基體的長度和寬度，m。

為評價(jià)不同振動參數(shù)條件下篩面基體與水稻脫出物界面粘附特性的差異，本文引入單位面積粘附量的概念，表示為（g/m2），如式（8）所示，越大說明篩面基體上脫出物界面粘附越嚴(yán)重。

式中為篩面基體上粘附物質(zhì)量，g。

2 單因素試驗(yàn)

影響脫出物振動界面粘附特性的振動參數(shù)主要包括振幅、振頻和振動角度，本文試驗(yàn)以低濕度脫出物和高濕度脫出物為試驗(yàn)對象，以單位面積粘附量為試驗(yàn)指標(biāo)，以振幅1、振動頻率2和振動角度3為試驗(yàn)因素首先進(jìn)行單因素試驗(yàn)。如圖5a所示，試驗(yàn)前稱量篩面基體質(zhì)量，根據(jù)式（7）計(jì)算出每組試驗(yàn)的喂入量為241.94 g，均勻平鋪在篩面基體上。為使水稻脫出物與篩面基體充分接觸，根據(jù)物料喂入量與振動篩清選效率關(guān)系，設(shè)定振動時間為30 s；振動結(jié)束后，從振動框上取下篩面基體，將篩面基體倒置，未粘附在篩面基體上的脫出物會發(fā)生脫落，粘附在篩面基體上的水稻脫出物為尺寸較小的碎屑，如圖5b所示，再次稱量篩面基體質(zhì)量，試驗(yàn)前后篩面基體的質(zhì)量差即為粘附物質(zhì)量。最后根據(jù)式（8）計(jì)算出單位面積粘附量，每組試驗(yàn)重復(fù)5次，取平均值。單因素試驗(yàn)因素及水平如表2所示。

a. 試驗(yàn)前b. 試驗(yàn)后 a. Before testingb. After testing

表2 單因素試驗(yàn)因素及水平

Table 2 Factors and levels of single factor test

2.1 振幅對脫出物界面粘附特性的影響

試驗(yàn)設(shè)定振動頻率為5 Hz，振動角度為50°，進(jìn)行振幅的單因素試驗(yàn)，振幅對不同濕度脫出物單位面積粘附量的影響如圖6a所示。

由圖6a可知，脫出物單位面積粘附量隨著振幅的增大整體呈現(xiàn)下降的趨勢，在相同振幅條件下，低濕度脫出物的單位面積粘附量明顯小于高濕度脫出物的單位面積粘附量，濕度越高，水稻脫出物單位面積粘附量越大，說明其界面粘附越嚴(yán)重。振幅在10～40 mm區(qū)間內(nèi)，2種濕度脫出物的單位面積粘附量下降趨勢平緩，說明增大振幅對脫出物單位面積粘附量的影響不大；振幅介于40～60 mm時，2種濕度脫出物的單位面積粘附量呈現(xiàn)驟降的趨勢，此區(qū)間內(nèi)增大振幅可以有效地降低脫出物單位面黏粘附量；當(dāng)振幅大于60 mm，2種濕度脫出物的單位面積粘附量下降趨于平緩，振幅變化對脫出物單位面積粘附量影響小。

2.2 振動頻率對脫出物粘附特性的影響

試驗(yàn)設(shè)定振幅為50 mm，振動角度為50°，對振動頻率開展單因素試驗(yàn)，振動頻率對脫出物單位面積粘附量的影響如圖6b所示。

由圖6b可知，脫出物單位面積粘附量隨著振動頻率的增大整體呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢，在相同振動頻率條件下，低濕度脫出物單位面積粘附量明顯小于高濕脫出物單位面積粘附量。在1～6 Hz區(qū)間內(nèi)，2種濕度脫出物單位面積粘附量均呈線性下降，通過提高振動頻率可以有效抑制脫出物的界面粘附；當(dāng)頻率大于6 Hz時，脫出物單位面積粘附量呈現(xiàn)上升趨勢，尤其是高濕度脫出物，粘附量上升趨勢更為明顯，在此區(qū)間內(nèi)，提高振動頻率會使脫出物界面粘附更為嚴(yán)重。因此，頻率6 Hz是脫出物界面粘附特性發(fā)生變化的重要拐點(diǎn)。

2.3 振動角度對脫出物粘附特性的影響

試驗(yàn)設(shè)定振幅為50 mm，振動頻率為5 Hz，對振動角度開展單因素試驗(yàn)，振動角度對脫出物單位面積粘附量的影響如圖6c所示。

由圖6c可知，脫出物單位面積粘附量隨著振動角度的增大整體呈現(xiàn)下降的趨勢，在相同振動角度條件下，低濕度脫出物的單位面積粘附量明顯小于高濕度脫出物的單位面積粘附量。在10°～30°內(nèi)，2種濕度脫出物的單位面積粘附量基本保持不變，增大振動角度對其界面粘附特性影響不大；在30°～60°內(nèi)，2種濕度脫出物的單位面積粘附量快速下降，增大振動角度可以有效降低脫出物的界面粘附；在60°～90°內(nèi)，2種濕度脫出物單位面積粘附量略有上升，但幅度不大，增大振動角度對其界面粘附特性影響較小。

a. 振幅對脫出物單位面積粘附量的影響a. Effect of vibration amplitude on adhesion in unit area of threshed mixturesb. 振動頻率對脫出物單位面積粘附量的影響b. Effect of vibration frequency on adhesion in unit area of threshed mixturesc. 振動角度對脫出物單位面積粘附量的影響c. Effect of vibration angle on adhesion in unit area of threshed mixtures

3 正交試驗(yàn)

3.1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為探究各試驗(yàn)因素對試驗(yàn)指標(biāo)的貢獻(xiàn)率以及各因素之間的交互作用，進(jìn)一步比較2種不同濕度脫出物在篩面基體上的界面粘附特性差異，同時建立2種脫出物單位面積粘附量關(guān)于3個振動參數(shù)的數(shù)學(xué)模型，本文參考文獻(xiàn)[30]進(jìn)行二次回歸正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，試驗(yàn)以不同濕度脫出物為試驗(yàn)對象，以單位面積粘附量為試驗(yàn)指標(biāo)，根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果以及清選作業(yè)常用參數(shù)匹配，選定振幅為40～60 mm，振動頻率為5～7 Hz，振動角度為40°～60°進(jìn)行三元二次回歸正交組合試驗(yàn)，共18組，試驗(yàn)方法參照單因素試驗(yàn)進(jìn)行，各因素水平編碼如表3所示，正交試驗(yàn)方案及結(jié)果如表4所示。

表3 正交試驗(yàn)因素水平編碼表

注：代表編碼空間中星號點(diǎn)與中心點(diǎn)之間的距離，=1.414。

Note:represents the distance between asterisk point and central point,=1.414.

表4 正交試驗(yàn)方案及結(jié)果

3.2 回歸模型及顯著性分析

根據(jù)表4中試驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)行三元二次回歸擬合和方差分析，剔除不顯著項(xiàng)，得到低濕度脫出物單位面積粘附量1和高濕度脫出物單位面積粘附量2的回歸模型分別為式（9）和式（10）。

表5為脫出物單位面積粘附量回歸模型的方差分析結(jié)果，由表5可知，2個回歸模型的值均小于0.01，表明顯著性水平高，失擬項(xiàng)值均小于0.25，說明擬合效果好。根據(jù)值大小可以確定試驗(yàn)因素對試驗(yàn)指標(biāo)的貢獻(xiàn)率，3個振動參數(shù)對低濕度脫出物單位面積粘附量1的影響次序由大到小依次為振動角度、振幅、振動頻率，其中振幅和振動頻率對試驗(yàn)指標(biāo)的交互作用較顯著，3個振動參數(shù)對高濕度脫出物單位面積粘附量2的影響次序由大到小依次為振動頻率、振動角度、振幅，其中，振動角度和振幅對試驗(yàn)指標(biāo)的貢獻(xiàn)率較為接近，振幅和振動頻率對試驗(yàn)指標(biāo)的交互作用影響較顯著。

表5 脫出物單位面積粘附量回歸模型方差分析

注：<0.05 為顯著，<0.01 為極顯著，0.05為不顯著。

Note:<0.05 represents significance,<0.01 means extremely significance，>0.05 means no significance.

3.3 響應(yīng)面分析

根據(jù)正交試驗(yàn)結(jié)果及回歸模型，進(jìn)行雙因素響應(yīng)面分析，結(jié)果如圖7所示。由圖7可知，雙因素試驗(yàn)組合對脫出物單位面積粘附量的影響曲面走勢基本相同，在相同雙因素試驗(yàn)條件下，高濕度脫出物單位面積粘附量明顯高于低濕度脫出物，這表明濕度是影響脫出物粘附特性的重要條件，高濕度脫出物的界面粘附比低濕度脫出物嚴(yán)重。振幅和振動頻率對2種濕度脫出物單位面積粘附量存在交互作用，振幅和振動角度、振動頻率和振動角度對2種濕度脫出物單位面積粘附量沒有交互作用，振幅與低濕度脫出物單位面積粘附量呈負(fù)相關(guān)，與高濕度脫出物單位面積粘附量呈先負(fù)相關(guān)后正相關(guān)，振動頻率和振動角度與2種濕度脫出物單位面積粘附量均呈先負(fù)相關(guān)后正相關(guān)。對于低濕度脫出物，當(dāng)振幅為60 mm，振動頻率為6 Hz，振動角度為50°時，其單位面積粘附量取得最優(yōu)值，對于高濕度脫出物，當(dāng)振幅為50 mm，振動頻率為7 Hz，振動角度為50°時，其單位面積粘附量取得最優(yōu)值。

a. 振幅和振動頻率對脫出物單位面積粘附量的影響（振動角度50°）a. Effect of vibration amplitude and vibration frequency on adhesion in unit area of threshed mixtures （vibration angle 50°）b. 振幅和振動角度對脫出物單位面積粘附量的影響（振動頻率為6 Hz）b. Effect of vibration amplitude and vibration angle on adhesion in unit area of threshed mixtures （vibration frequency 6 Hz）c. 振動頻率和振動角度對脫出物單位面積粘附量的影響（振幅50 mm）c. Effect of vibration frequency and vibration angle on adhesion in unit area of threshed mixtures（vibration amplitude 50 mm）

3.4 模型驗(yàn)證

為進(jìn)一步驗(yàn)證模型準(zhǔn)確性，基于本文振動試驗(yàn)臺架，利用最優(yōu)參數(shù)組合對2種濕度脫出物單位面積粘附量模型進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，每組試驗(yàn)重復(fù)3次，取平均值，結(jié)果如表6所示，由于粘附物主要是脫出物中的細(xì)小雜余成分，而本文試驗(yàn)物料量相對較少，且每組試驗(yàn)所用物料中各成分質(zhì)量比例有細(xì)微偏差，故試驗(yàn)平均值與模型值基本吻合，相對誤差均小于10%，回歸模型可靠。

表6 回歸模型驗(yàn)證結(jié)果

4 結(jié) 論

針對水稻脫出物表面濕潤、黏性大，易粘附的問題，本文研究了振幅、振動頻率和振動角度3個振動參數(shù)對2種濕度水稻脫出物與篩面基體界面粘附特性的影響，得到以下結(jié)論：

1）通過開展單因素試驗(yàn)，分析了3個振動參數(shù)對2種濕度脫出物界面粘附特性的影響規(guī)律，確定了各振動參數(shù)較優(yōu)水平區(qū)間，振幅為40～60 mm，振動頻率為5～7 Hz，振動角度為40°～60°。

2）得到2種濕度脫出物單位面積粘附量關(guān)于振動參數(shù)的數(shù)學(xué)模型以及最優(yōu)組合，低濕度脫出物單位面積粘附量取得最優(yōu)值的參數(shù)組合為振幅60 mm，振動頻率6 Hz，振動角度50°；高濕度脫出物單位面積粘附量取得最優(yōu)值的參數(shù)組合為振幅50 mm，振動頻率7 Hz，振動角度50°。

3）3個振動參數(shù)對低濕度脫出物單位面積粘附量的影響次序由大到小依次為振動角度、振幅、振動頻率，振動參數(shù)對高濕度脫出物單位面積粘附量的影響次序由大到小依次為振動頻率、振動角度、振幅，只有振幅和振動頻率對2種脫出物單位面積粘附量存在交互作用影響。

4）通過不同濕度脫出物的對比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，濕度是影響脫出物界面粘附特性的重要條件，高濕度脫出物的界面粘附比低濕度脫出物嚴(yán)重。

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Effect of vibration parameters of vibrating screen for harvester on adhesion characteristics of threshed mixtures with different moistures

Cheng Chao1,2, Fu Jun1,2※, Chen Zhi2,3, Ren Luquan1,2

(1.,,,130022,; 2.,,130022,; 3.,100080,)

Rice is one of the three major grain crops in China. Cleaning is one of the most important processes in rice harvesting, and the performance of vibrating screen and vibrating board has significant effect on cleaning operation. However, rice has high moisture content during harvest, its surface is moist and sticky, and it is easy to stick to vibrating screen and vibrating board. Therefore, it is great significance to study the effect of vibration parameters on interface adhesion characteristics of rice threshed mixture. In this paper, a linear vibration tested was designed and checked. The sieve substrate was made of 304 stainless steel. 2 kinds of rice threshed mixtures with different moisture content were selected as test objects, The moisture content of grain, straw and impurity in threshed mixtures with low moisture contentwas 18.76%, 54.68% and 32.18% respectively. The moisture content of grain, straw and impurity in threshed mixtures with high moisture content was 24.56%, 79.04% and 47.73% respectively. Vibration amplitude, vibration frequency and vibration angle were selected as test factors, and adhesion in unit area was used as test index. Through single factor test, the influence law of each factor on the test index was analyzed, and the better level of each factor was determined, that is the vibration amplitude was 40-60 mm, the vibration frequency was 5-7 Hz, the vibration angle was 40°-60°. Then, the design and analysis of orthogonal test were carried out in this paper, the mathematical models for test index of 2 kinds of threshed mixture with different moisture content and the order of main and secondary factors affecting the test index were obtained. The influence of vibration parameters on the adhesion in unit area of threshed mixtures with low moisture content in descending order was the vibration angle, vibration amplitude and vibration frequency. The influence of vibration parameters on the adhesion in unit area of threshed mixtures with high moisture content in descending order was the vibration frequency, vibration angle and vibration amplitude. The interaction between vibration amplitude and vibration frequency was found, and the response surface analysis was carried out. The trend of the response surface of 2 kinds of threshed mixture was basically same. The influence of moisture content on the adhesion characteristics of threshed mixture was obtained. Through the comparison test of 2 kinds of rice threshed mixtures, it was found that moisture content was an important condition that affected the interface adhesion properties, and the higher the moisture content, the more serious the adhesion was. The optimum parameter combination for adhesion in unit area of threshed mixtures with low moisture content was that the vibration amplitude was 60 mm, the vibration frequency was 6 Hz, and the vibration angle was 50°. The optimum parameter combination for adhesion in unit area of threshed mixtures with high moisture was that the amplitude was 50 mm, the vibration frequency was 7 Hz, and the vibration angle was 50°. Verification test results showed that the regression model was reliable and the relative error was less than 10%.

mechanization; vibration; adhesion; moisture; rice threshed mixtures; cleaning

2018-10-29

2019-02-13

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2017YFD0700302）

程超，博士生，主要從事仿生收獲技術(shù)與裝備研究。Email：chengchao17@mails.jlu.edu.cn

付君，副教授，博士生導(dǎo)師，主要從事仿生收獲技術(shù)與裝備研究。Email：fu_jun@jlu.edu.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.08.004

S225.4

A

1002-6819(2019)-08-0029-08

程 超，付 君，陳 志，任露泉. 收獲機(jī)振動篩振動參數(shù)影響不同濕度脫出物粘附特性[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2019，35(8)：29－36. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.08.004 http://www.tcsae.org

Cheng Chao, Fu Jun, Chen Zhi, Ren Luquan. Effect of vibration parameters of vibrating screen for harvester on adhesion characteristics of threshed mixtures with different moistures[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(8): 29－36. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.08.004 http://www.tcsae.org