花生聯合收獲機清選裝置試驗研究

唐　蓓，盧澤民，貢　軍，王業球

(江蘇大學 現代農業裝備與技術省部共建教育部重點實驗室，江蘇 鎮江　212013)

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花生聯合收獲機清選裝置試驗研究

唐蓓，盧澤民，貢軍，王業球

(江蘇大學 現代農業裝備與技術省部共建教育部重點實驗室，江蘇 鎮江212013)

摘要：進行了半喂入花生聯合收獲機花生脫出物組成成分的比例、組成成分尺寸和外形差異、懸浮速度，以及摘果輥下方分布等清選特性試驗和檢測。優化設計后的清選裝置安裝在半喂入花生聯合收獲機上，進行了田間正交試驗，得到了影響清選性能的因素主次順序為振動篩頻率、風機轉速、振動篩傾角、風機出風口角度；最優參數組合為振動篩頻率7Hz,風機轉速900r/min，振動篩傾角8°，風機出風口角度17°。優化設計后的清選裝置能應用到國產某型號花生聯合收獲機上，經田間收獲試驗驗證，達到設計要求。

關鍵詞：花生聯合收獲機；清選；特性；正交試驗

0引言

我國是世界花生種植第一大國，常年種植面積在400萬hm2以上。近年來，花生種植面積出現下滑趨勢，一個重要的原因在于花生生產勞動強度大、用工成本高，特別是收獲作業，用工量占花生全部生產過程的1/3以上，作業成本占生產總成本的50%以上。花生聯合收獲機可以一次完成挖掘、清土、摘果、果雜分離、果實收集和秧蔓處理等收獲作業的全部工序，生產率比人工高25倍以上，可降低作業成本、縮短花生收獲時間，是目前集合度最高、也是促進花生機械化發展極為重要的花生收獲機械技術[1-2]。

清選裝置是花生聯合收獲機的重要組成部分，其工作性能直接影響到損失率及含雜率等指標[3]。根據作業要求和市場調查，自走式花生聯合收獲機含雜率以不大于3.0%為宜，但目前國產機型的含雜率普遍在5.0%左右[4]。清選性能影響花生聯合收獲機整體性能和推廣使用，因此需對其清選機理作進一步研究，找出關鍵的影響因素，進行結構創新和優化設計。

1花生脫出物特性研究

花生脫出物特性包括形態特性、物理特性及空氣動力學特性等，這些特性影響脫出物在篩面和氣流場中的運動規律[5-6]。本文中花生脫出物是指花生植株經摘果輥摘下未經清選的混合物，具體特性包括脫出物組成成分的比例、組成成分尺寸和外形差異、懸浮速度和摘果輥下方分布。用國產4HBL-2型花生聯合收獲機進行試驗。試驗時，切斷振動篩和風機的動力，在振動篩上鋪上油布；隨機選取一段長勢均勻成熟的花生田地，機具以1.1m/s的行走速度收獲作業10m，油布接取的物料即為花生脫出物。試驗重復3次，試驗后進行測量及稱重實驗儀器如表1所示。

表1　試驗儀器

1.1花生脫出物組成

花生脫出物的組成包括花生莢果、莖稈、花生葉、泥土和輕雜物。輕雜物是地膜、草屑等，本次試驗中輕雜物含量很少，可忽略不計。試驗得到脫出物各組成質量比如表2所示，除花生莢果外，雜質中泥土與莖稈比例較大，作為主要清選對象考慮。

1.2脫出物中莖稈長度差異

試驗得到脫出物中，長度在50～80mm的莖稈占據比例最大，其次在80～130mm，如圖1所示。

表2　脫出物各成分質量比

圖1　脫出物莖稈長度分布

1.3脫出物中花生大小差異

一株健康成熟的花生植株，大約有15～40個花生莢果。莢果形態有成熟雙粒或多粒、成熟或未成熟單粒、未成熟雙粒或多粒。

若將花生莢果看作一個長方體，則長、寬、高3個尺寸相乘，以乘積表示花生莢果的大小，根據測量可知，不成熟度的花生莢果均小于1 000mm3；成熟單粒、未成熟雙粒、未成熟多粒大小介于1 000mm3～10 000mm3；成熟花生莢果大小均大于10 000mm3，花生體積分布如圖2所示，花生體積分布比例如圖3所示。

圖2　花生體積分布

圖3　花生體積分布比例

1.4脫出物懸浮速度

長度小于50mm視為短莖稈，大于50mm視為長莖稈，測量結果如表3所示。

1)成熟花生莢果懸浮速度最大，其次為未成熟花生莢果和長莖稈，輕雜物最小。

2)花生莢果與雜質懸浮速度相差較大，可以采用氣流清選實現花生莢果與雜質分離。

表3　脫出物懸浮速度

1.5脫出物在摘果輥下方的分布

將摘果輥下方的油布按摘果輥水平長度平均分為3段，分別收取各部分的脫出物，對脫出物中花生莢果、泥土、花生葉、莖稈進行稱重，得到如圖4所示結果。花生莢果和泥土集中在前部，莖桿和花生葉集中在中后部。

圖4　脫出物在摘果輥下方分布

2清選裝置結構優化設計

2.1清選裝置設計要求

該清選裝置作為一個部件安裝在國產某型號半喂入花生聯合收獲機上，需與其他部件結合合理，無干涉，能夠實現所需運動。該裝置應保證花生莢果和雜質順利分離，并把雜質清出機外，滿足含雜率不大于3%的要求；應滿足清選過程中，少出現或不出現清選損失；應機構簡單、效率高，滿足種植戶經濟條件的要求。

2.2清選裝置設計

國內花生收獲機械的清選裝置普遍采用風扇篩子式。風扇篩子式清選利用脫出物各組成部分的尺寸特性和空氣動力學特性，采用振動篩和風機配合方式進行分離篩選[7-8]。根據對國產花生聯合收獲機清選裝置的考察分析及花生聯合收獲機脫出物清選特性試驗數據，提出花生聯合收獲機清選裝置設計方案，如圖5所示。

表4　清選裝置結構參數

1.逐稿器　2.編織篩　3.吊桿　4.偏心機構

工作時，花生植株經過一對相向轉動的摘果輥，摘果輥摘下花生莢果及雜質，落到振動篩上。根據花生外形差異試驗數據，選擇方孔編織篩，方孔尺寸為10mm。振動篩往復振動，向后拋送脫出物，泥土和外形乘積小于1 000mm3的未成熟花生莢果透過編織篩孔掉落。風機布置在編織篩尾部，當脫出物繼續向后運動到逐稿器位置，在風機斜向上的風力作用下，成熟花生莢果以外的雜質吹出花生聯合收獲機機體外，成熟花生莢果透過風力落入輸送裝置。振動篩尾部的逐稿器能防止脫出物中的長莖稈落入輸送裝置，根據莖稈尺寸差異試驗數據，長度在50～80mm區間內的莖稈最多，逐稿器間距選為40mm[9-11]。

3試驗與結果分析

3.1正交試驗試驗方案

將清選裝置安裝到花生聯合收獲機上，進行清選試驗，田間試驗條件如表5所示。選擇振動篩傾角和頻率、 風機出風口角度和轉速為清選裝置正交試驗因素。該正交試驗中僅以含雜率作為考察指標，按正交試驗表L9(34)進行正交試驗，因素水平安排如表6所示。

表5　試驗條件

表6清選裝置正交試驗因素水平

Table 6Factors and levels of orthogonal experiment in cleaning device

水平因素A振動篩頻率/HzB風機轉速/r·min-1C振動篩傾角/(°)D風機出風口角度/(°)157008252680062137900417

田間試驗時，花生聯合收獲機按試驗要求的因素水平作業，行走速度1.1m/s，作業長度10m，每次試驗結束后在集果箱收集花生。每個試驗重復3次，以接取的花生總質量、成熟花生莢果質量計算含雜率。

3.2正交試驗結果分析

根據清選裝置的正交試驗安排，得出每個試驗號下含雜率，如表7所示。經分析得清選裝置最優工作參數組合為振動篩頻率7Hz,風機轉速900r/min，振動篩傾角8°，風機出風口角度17°。

正交試驗方案中沒有該優組合，故將優組合進行試驗驗證。調節清選裝置參數到優組合后，重復試驗3次，取平均值，得到優組合下含雜率為0.3%，小于表7中所有正交試驗結果。因此，由正交試驗得到的優組合是花生聯合收獲機清選裝置的最優工作參數。

表7　正交試驗結果

4結論和展望

1)由花生脫出物特性試驗得：雜質中泥土和莖稈占據較大的比例；長度在50～80mm的莖稈最多；振動篩前段脫出物最多；成熟花生的懸浮速度最大且與其他成分的懸浮速度有較大差異。

2)該清選裝置的正交試驗得到：影響含雜率因素的主次順序是振動篩頻率、風機轉速、振動篩傾角、風機出風口角度；最優工作參數組合是振動篩頻率7Hz，風機轉速900r/min，振動篩傾角8°，風機出風口角度17°。

3)經田間試驗驗證:該清選裝置的含雜率符合NY/T502-2002《花生收獲機作業質量》中含雜率不大于3.0%的標準，清選效果好，收獲的花生潔凈率高，為后續的晾曬儲存提供了方便。

參考文獻：

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[3]孫同珍,尚書旗,李國瑩，等.4HQL-2型全喂入花生聯合收獲機摘果及清選部件的研制[J]. 農機化研究,2009,31(6)：54.

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[11]Hongchang L, Yaoming L,Fang G,et al.CFD-DEM simulation of material motion in air-and-screen cleaning device[J].Computers and Electronics in Agriculture，2012, 88: 111-119.

Experimental Investigation on Cleaning Device of Peanut Combine Harvester

Tang Bei， Lu Zemin， Guo Jun, Wang Yeqiu

(Key Laboratory of Modern Agricultural Equipment and Technology，Ministry of Education & Jiangsu Province，Jiangsu University, Zhenjiang 212013, China)

Abstract：The cleaning characteristic tests of peanut combine harvester were done, such as the peanut mixture component ratio, component shape difference, suspension velocity and components distribution under picking rollers.This cleaning device after optimizing design installed in the peanut combine harvester and did experiments in the field. Based on the analysis of the experiment results ,the order affecting the performance of the cleaning device is frequency of vibrating sieve , speed of the fan, angle of vibrating sieve, outlet angle of fan .The optimal parameters is that frequency of vibrating sieve is 7Hz,speed of the fan is 900r/min, angle of vibrating sieve is 8° and outlet angle of fan is 17°.The optimized design of the cleaning device can be applied to a certain type of domestic peanut combine harvester and this device meets the design requirements after field experiments.

Key words：peanut combine harvester; cleaning; characteristic; orthogonal experiment

文章編號：1003-188X(2016)03-0191-05

中圖分類號：S225.7+3

文獻標識碼：A

作者簡介：唐蓓(1988-)，女，山東濟寧人，碩士研究生，(E-mail)tangbei_2015@163.com。通訊作者：盧澤民(1967-)，男，江蘇泰州人，副教授，博士，碩士生導師，(E-mail)luzm@mail.ujs.edu.cn。

基金項目：國家技術創新工程試點省和合蕪蚌自主創新綜合試驗區專項(13Z03023)

收稿日期：2015-03-16