一種玉米收獲機用氣力輸送清選裝置的研究

黃強斌，肖文東，杜志高，呂興明

（新疆新研牧神科技有限公司，新疆　烏魯木齊　830013）

當前國內玉米種植收獲機械化作業水平不斷提升，國內玉米收獲機作業模式多為谷物聯合收獲機換裝玉米割臺進行玉米籽粒直收作業。現有玉米收獲機械化作業過程多為玉米果穗脫粒后經過初步清選，再由螺旋攪龍輸送器或鏈條刮板升運器將經過初步清選的玉米籽粒輸送至糧倉集料。由于鏈條刮板升運器和螺旋攪龍輸送器在提升玉米籽粒時玉米籽粒與攪龍側壁或鏈條刮板升運器側壁始終處于機械摩擦狀態，摩擦容易使玉米籽粒碾碎破裂。攪龍輸送器和鏈條刮板升運器輸送過程中對外觀尺寸與玉米籽粒相類似的雜余并不能有效清選，最終使玉米籽粒含雜率與破碎率均較高。

在此提出負壓氣力輸送清選系統，利用物料在高速氣流中的運動特性設計了氣力輸送籽粒輸送清選裝置。該裝置能夠穩定提升物料并在卸料清選箱中利用不同物料的運動特性將雜余與籽粒分離以降低最終籽粒的含雜率與破碎率。

為解決上述問題，新疆機械研究院研制了一種玉米收獲機用氣力輸送清選裝置，克服了上述技術之不足，能有效解決現有物料輸送裝置對物料摩擦碾壓及對物料大小相近的雜余的清選問題。

1　結構及工作原理

1.1　結構

如圖1所示，氣力輸送清選裝置包括離心風機、通風管道、卸料清選箱、輸料管以及集料箱等，卸料清選箱固定在集料箱上方，卸料箱被分割為兩個腔室，分別為卸料腔與清選腔。卸料腔入料口與異形漸擴管相連接，攤薄入料料層，清選腔出風口與通風排雜管相連接。卸料腔與清選腔之間由調節板調節兩腔室大小，以滿足不同物理屬性物料的清選需求。卸料清選箱的底部出口連接卸料管，卸料管的末端有可調節重力門，卸料管伸入集料箱內。

通風排雜管的一端與離心風機相連，另一端與卸料清選箱的清選腔相連。在通風排雜管上設置有用于調節通風量的調節風門，調節風門后設置有排出雜余的排雜管，排雜管底部設有調節重力門便于及時排出雜余。

圖1　氣力輸送清選裝置結構視圖

1.2　應用方式

本裝置可安裝在玉米聯合收獲機或谷物收割機上，完成玉米籽粒提升及清選，也可單獨做提升機使用。本裝置采用氣力輸送技術，能夠一次性完成物料輸送清選，結構簡單操作便捷，維護簡易。

圖2　氣力輸送清選裝置在玉米聯合收獲機上的應用

1.3　工作原理

經過脫粒清選的玉米籽粒從清選篩出料口落入氣力輸送清選裝置接料斗，在高壓離心風機作用下，氣力輸送清選裝置內部形成負壓，在輸料管下端形成高速氣流把從接料斗滑入輸料管的玉米籽粒隨氣流向上提升。根據輸入物料流量大小使用輸料管下端的調節螺栓適當調節風速調節板，改變氣流速度獲得較好的物料提升效果。當物料在輸料管頂端時通過異形漸擴管將物料攤薄，異形漸擴管為截面積不變管道加寬結構。攤薄的物料進入卸料清選箱，由于箱體增大氣流流速降低籽粒慣性較大繼續向下運動進入卸料管，小雜余慣性較小隨氣流繼續運動進入通風排雜管被高壓離心風機抽出。為保護離心風機在通風排雜管上設置有排雜管，大容重雜余經過時落入排雜管內積聚后通過重力門排出。落入輸料管的籽粒逐漸堆積直到其自身重力克服風機負壓及調節重力門重力時重力門打開籽粒卸除，工作中輸料管中的籽粒重力與風機負壓處于動態平衡，非工作狀態重力門為常開態。為保證不同含水物料的輸送清選在通風排雜管上設置有可多級調節的調節風門，調節系統內氣流流量，保證系統工作狀態的穩定性。

2　技術創新

（1）采用模塊化設計，安裝在玉米聯合收獲機上替代傳統鏈式刮板升運器或螺旋輸送器，降低籽粒損傷。

（2）采用負壓輸送技術，結構簡單，使用便捷，工作效率高，免維護。

（3）一次完成物料輸送清選，對體積與物料相近，容重不同的雜余能夠有效分離降低物料含雜率。

（4）采用單輸料管單風機機構，系統平衡性好，工作穩定。

3　主要技術參數

外形尺寸（長×寬×高，mm）9 500×3 400×3 700

察爾汗鹽湖是我國最大可溶性鉀鎂鹽礦床。1958年，第一批鹽湖人深入戈壁荒漠，正式開啟我國鉀肥工業生產序幕。60年來，我國鉀肥工業從無到有、從小到大、從弱到強，形成了科研、設計、設備制造、施工安裝、生產、銷售、農化服務等一套完整工業體系，產品市場競爭力不斷增強，鉀肥生產技術和單套生產能力均達國際領先水平。

額定功率（kW/h）154

作業速度（km/h）≤6

純工作小時生產率（hm2/h）0.5～0.8

工作行數（行）5/8

適用行距范圍（mm）300～750

糧倉容積（m）33.8

整機重量（kg）10 500

負壓風機型號9-26 NO.5C

負壓風機風量（m3/h）5 527

負壓風機全壓（Pa）5 725

損失率（%）≤5

破損率（%）≤5

含雜率（%）≤3

4　試制與試驗

通過查閱大量文獻資料，確定氣力輸送玉米籽粒理論可行。并參照糧食生產中氣力輸送裝置的相關工程應用，確定實際可操作。結合應用場景綜合考慮動力來源，使用環境確定此機構在玉米聯合收獲機上的布局位置。

經過大量理論計算核算出輸料管、卸料管、卸料箱及風機各理論數據后，采用Solidworks三維設計。為確保系統氣密性箱體管道多采用鈑金結構減少焊接，接縫多采用搭接包覆。試制過程充分利用激光下料，數控折彎，自動點焊機等先進工藝保證精密制造。裝配過程中各法蘭接合面，充分應用橡膠密封墊或采用硅酮密封膠密封。

2017年完成氣力輸送清選裝置樣機試制，并進行相關場地試驗，試驗發現通過合理調節玉米籽粒在輸送清選過程中無破損，提升玉米籽粒高效穩定，滿足設計要求。在秋季作業中進行實地試驗，試驗結果表明，采用氣力輸送玉米籽粒含雜率和籽粒破損率均優于采用傳統鏈式刮板升運器提升籽粒結構。試驗表明氣力輸送清選裝置能夠滿足實際使用需求，達到設計要求。

參考文獻：

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