大豆聯(lián)合收獲機清選裝置與關鍵技術研究進展

劉 鵬，金誠謙，3，*，印 祥，寧新杰，李慶倫

(1.山東理工大學 農業(yè)工程與食品科學學院，山東 淄博 255000； 2.山東省旱作農業(yè)機械化與信息化重點實驗室，山東 淄博 255000； 3.農業(yè)農村部南京農業(yè)機械化研究所，江蘇 南京 210000)

清選是大豆機收過程的關鍵環(huán)節(jié)。清選裝置是大豆聯(lián)合收獲機完成大豆籽粒與脫粒雜質分離，以及大豆籽粒清潔的主要部裝，具體作業(yè)任務是從復雜的脫粒混合雜余(大豆籽粒、短莖稈、碎穎殼和混雜物)中清選分離出大豆籽粒，直接決定大豆機收清選作業(yè)的脫粒混合物清選效率，以及大豆籽粒清潔度、含雜率和清選損失率[1]。目前，我國針對大豆適收性的清選裝置研發(fā)還比較少，大多是將谷物聯(lián)合收獲機的清選裝置改變作業(yè)參數(shù)后直接應用，但由于清選裝置與大豆收獲特性的匹配性低，現(xiàn)階段大豆機收過程中清選損失率和含雜率較高。同時，針對基于大豆適收性的脫粒混合物運動規(guī)律、清選室氣流場分布和清選機構動力學分析等關鍵技術的研究工作也較少。根據(jù)大豆的物料特性和收獲特點研發(fā)新型清選裝置并進行大豆機收清選關鍵技術的針對性研究，對于減少大豆機收清選損失、降低含雜率、提高清選效率、提升聯(lián)合收獲機整機性能是極為必要的。為此，特對我國現(xiàn)階段大豆聯(lián)合收獲機清選裝置與關鍵技術的研究現(xiàn)狀進行綜述，并結合當今世界聯(lián)合收獲機清選裝置的研究進展，探討大豆聯(lián)合收獲機清選裝置的發(fā)展趨勢。

1 清選原理

大豆脫粒不同于其他谷物，必須讓大豆籽粒從破裂的豆莢中脫離出來，所以大豆的脫凈率、清選的含雜率，以及清選的損失率等清選作業(yè)性能容易受到大豆品種的物料特性、大豆含水率、聯(lián)合收獲機作業(yè)喂入量，以及清選裝置作業(yè)參數(shù)等因素的影響[2]。目前，篩子-氣流式清選裝置是我國大豆聯(lián)合收獲機最主要的清選裝置，其清選原理是根據(jù)脫粒混合雜物中各成分的空氣動力學特性和物料特性差異，憑借氣流產生的氣場力與清選篩往復運動的相互作用來完成大豆籽粒和雜質的分離清選作業(yè)。篩子-氣流式清選裝置的整體結構如圖1所示[3]。

1，抖動板；2，上篩；3，下篩；4，莖稈；5，大豆籽粒；6，螺旋輸送裝置；7，鼓風機。1， Jitter plate; 2， Upper sieve; 3， Lower sieve; 4， Stem; 5， Soybean grain; 6， Screw conveyor; 7， Blower.

2 清選裝置研究現(xiàn)狀

篩子-氣流式清選裝置主要由清選篩、風機和清選室組成，不同機械結構與功能的篩子-氣流式清選裝置適用的大豆品種和工作環(huán)境各不相同[4]。目前，國內針對大豆適收性的篩子-氣流式清選裝置研究工作還較少，大多是研究谷物聯(lián)合收獲機的篩子-氣流式清選裝置，研究內容主要集中在清選篩和風機的結構與功能創(chuàng)新，以及參數(shù)優(yōu)化試驗等方面。

2.1 清選篩

清選篩由抖動板、導流條、指桿篩、上篩、下篩和尾篩等部件組成。清選篩在進行大豆機收清選作業(yè)時由曲柄連桿機構驅動整體做往復運動，大豆脫粒混合物連續(xù)不斷地由抖動板和導流條進行均攤，并通過指桿篩送往上篩篩面，通過清選篩前端下方的風機產生的風將大豆脫粒混合物吹散，細碎秸草和穎殼等輕雜質會被風吹出清選室外，大豆籽粒在清選篩的往復運動作用下透過上篩和下篩落入集糧攪龍進行籽粒輸送。與大豆籽粒物料特性相近的雜質在清選篩的往復運動和風場力的雙重作用下經過尾篩的篩分后，長的碎秸稈被排出機外，而未脫凈的豆莢透過尾篩落入復脫攪龍進行二次脫粒清選。由此可以看出，清選篩的結構與參數(shù)決定了篩子-氣流式清選裝置的篩分效率和清選性能。

朱金光等[5]利用傳統(tǒng)魚鱗篩后部的穿條孔把穿條與各篩板穿在一起，可以有效地防止魚鱗篩高度調節(jié)過程中混合雜余的下落，從而提高聯(lián)合收獲機清選裝置的清選性能。鄧嘉鳴等[6]研制一種具有單自由度兩回路運動機構的并聯(lián)清選篩，通過由并聯(lián)機構的驅動形成清選篩篩面多維運動的方式來達成非平面清選篩篩面的多維透篩性，以此提升清選篩的透篩性能和篩分能力。劉忠良[7]創(chuàng)新一款清選裝置，在篩子的尾部添加一個二次清選系統(tǒng)，可對尾部排出的混合雜余再進行一次清選，并由設計的集糧系統(tǒng)復選篩后落下的谷物籽粒，解決了聯(lián)合收獲機在高速收獲時清選篩容易將混合雜余拋出機外的問題，降低了清選損失率。李洪昌[8]在傳統(tǒng)清選裝置的基礎上去掉傳統(tǒng)清選篩，在喂料裝置下方設置一對相向旋轉的喂料輥，使脫粒混合雜余以比較均勻的薄層狀態(tài)進入清選室，提高了清選裝置的清選效率。李耀明等[9]創(chuàng)新了一種具有雙層清選篩和雙貫流風機的新型清選裝置結構，很好地解決了不同喂入量下聯(lián)合收獲機高效篩分的問題，降低了清選含雜率和清選損失率。

Stephen等[10]創(chuàng)新了一款清選分離裝置，通過控制器調控篩片開度和風機轉速，初步實現(xiàn)了對清選裝置魚鱗篩開度和風速的智能調控。AGCO公司研發(fā)的5257C1型聯(lián)合收獲機采用了雙層清選篩加離心風機的清選裝置和雙切流脫粒滾筒的脫粒分離裝置，該脫粒清選裝置的整體結構在進行實際收獲作業(yè)時，清選室內的風量、風速和風場分布均可以達到最佳作業(yè)狀態(tài)，降低了清選損失率與含雜率[11]。田中祐二等[12]在現(xiàn)有聯(lián)合收獲機清選裝置的清選篩上進行創(chuàng)新并安裝穎殼篩結構，進行脫粒混合雜物的二次清選，提高了聯(lián)合收獲機清選裝置的清選性能。

抖動板是清選篩的重要組成部分。抖動板對脫粒混合物的分攤均勻度、輸送速度和承載能力直接影響大豆聯(lián)合收獲機對大豆品種的適收范圍、收獲作業(yè)的最大喂入量和清選篩的清選作業(yè)難度。付威等[13]通過分析抖動板傳動曲柄的理論轉速與實際轉速的具體關系，探討了抖動板作業(yè)過程中脫粒混合物發(fā)生堆積的問題，得出物料被拋離時傳動曲柄的真實轉速，闡明了對抖動板進行合理結構參數(shù)設計的可行性。湯慶等[14]利用EDEM軟件分別對單隔板抖動板和雙隔板抖動板的清選作業(yè)模式進行離散元仿真，獲得了2種抖動板在進行清選作業(yè)時對脫粒混合物作用力的分析云圖，通過對仿真結果劃分虛擬網格，獲得了X軸向網格中籽粒數(shù)量的分析曲線圖，明確了雙隔板抖動板對脫粒混合物的分攤、輸送和篩分能力要強于單隔板抖動板。唐靜[15]針對現(xiàn)有抖動板的不足，創(chuàng)新了一種抖動板限位組件，對全喂入式聯(lián)合收割機的抖動板添加抖動限制板，并將限位槽限制抖動板的振動點從彎折處轉移到平直處，進一步增強了抖動板的可靠性。

2.2 風機

風機包括風扇、風門、分風板和風道，是篩子-氣流式清選裝置實現(xiàn)大豆脫粒混合物風選分離與籽粒清潔的必要條件。風機在大豆機收清選作業(yè)過程中，通過風扇的高速轉動，將空氣從風門外吸入風機內部，形成高速旋轉的氣流，在離心力的作用下氣流經過風道進入清選室形成氣流場，在氣場力與清選篩運動的共同作用下對大豆脫粒混合物進行清選分離作業(yè)。此時，風機中心處因為離心力作用形成真空度，風門外的空氣會連續(xù)地從風門處被吸進風機中，從而使風機持續(xù)作業(yè)。因此，風機各部件的結構、形狀與參數(shù)直接影響清選室內的氣流場分布與篩子-氣流式清選裝置的風選性能[16]。

胡小欽[17]創(chuàng)新了一種貫流式谷物清選裝置，并通過大量的測量試驗完成了清選裝置的工作參數(shù)優(yōu)化。與傳統(tǒng)清選裝置相比，選擇貫流風機作為風源很好地解決了軸向氣流不穩(wěn)定和寬度受限的問題。沈宇峰等[18]創(chuàng)新設計了一款單風機雙層清選篩式清選裝置，該清選裝置的結構較為簡單，可以達到縱軸流式聯(lián)合收獲機清選裝置清選作業(yè)性能的要求。崔俊偉等[19]創(chuàng)新設計了前后雙風機清選篩式清選裝置，前風機可以改進清選裝置氣流分布的均勻程度，后風機則改進了清選裝置對短莖稈的清選功能，提高了清選裝置的清選效率。劉師多等[20]對雙風機圓箱清選裝置進行了研究，分析并建立數(shù)學模型進行參數(shù)優(yōu)化的仿真試驗，得到了影響因素的最佳參數(shù)。

CASE公司研制的新型清選裝置應用了輸送攪龍、貫流離心式風機、多層清選篩與預清選板等部件，其中，貫流離心式風機的上端被設計成開放結構，相對于傳統(tǒng)風機的優(yōu)點是，可以將風罩上方的空氣轉化為連續(xù)不斷的氣流，并由此提高聯(lián)合收獲機清選裝置的性能[21]。New Holland公司研制的軸流式TC5060型聯(lián)合收獲機的清選裝置采用大功率六葉輪離心式風機，此離心式風機的風速更強勁，并且風量分布均勻，風場分布范圍也較大，可以有效地減輕上、下篩的負荷，適用于負荷較大的工作環(huán)境[22]。CLASS和John Deere公司研制了一種新型聯(lián)合收獲機清選裝置，該清選裝置的風機采用雙風道渦輪式風機加上雙層清選篩和預清選的形式，其最大特點是在同等風速和風量條件下，收獲機整機的結構非常緊湊，而且雙風道離心風機能夠連續(xù)不斷地產生穩(wěn)定、高速的氣流[23]。哈維斯特公司在軸流式聯(lián)合收獲機上安裝了在清選室內可以監(jiān)控清選風扇轉速的電子裝置，并且將風扇的轉速以連續(xù)數(shù)字的形式在顯示器上進行顯示，可以方便地讀出風扇的轉速，提高了收獲機清選裝置的作業(yè)質量與性能[24]。

2.3 小結

國內研究人員主要對聯(lián)合收獲機的清選分離裝置進行機械結構的改進，研究重點在于清選篩與風機的功能創(chuàng)新與參數(shù)優(yōu)化、風扇的數(shù)量與結構、風道的數(shù)量，以及導料過渡裝置的結構創(chuàng)新和清選裝置的智能控制創(chuàng)新設計等方面。除此之外，研究人員還對清選裝置的功耗進行了一定研究。李原福等[25]利用黑龍江八一農墾大學研制的清選試驗臺，選取曲柄轉速、風機出口傾角和風機轉速作為試驗因素，以清選裝置功耗作為評價指標，完成清選試驗并分析數(shù)據(jù)，得出影響風篩式清選裝置功耗的主要成因和規(guī)律模型，為篩子-氣流式清選裝置的創(chuàng)新與優(yōu)化提供了理論依據(jù)。

在國外先進聯(lián)合收獲機上，現(xiàn)已實現(xiàn)了清選作業(yè)精準監(jiān)測、駕駛室清選作業(yè)顯示與操控、3D清選和自適應清選等功能，并且研發(fā)出專門應用于大豆收獲清選的機具，提高了大豆機收清選作業(yè)的效率和性能。但是，國外機具大都價格昂貴，普遍存在水土不服的情況，而且國外研制的自適應清選系統(tǒng)的相關技術高度保密，文獻報道較少。總之，現(xiàn)階段國內對專門應用于大豆收獲的聯(lián)合收獲機清選裝置研究還比較少，還未能實現(xiàn)針對大豆適收性的聯(lián)合收獲機清選裝置的全方位結構創(chuàng)新、參數(shù)優(yōu)化，以及清選系統(tǒng)自適應調控，由清選裝置與大豆特性的匹配性較低而造成的較高的清選損失與含雜問題是當前亟須解決的問題。

3 清選關鍵技術研究現(xiàn)狀

清選關鍵技術主要包括脫粒混合物運動規(guī)律、清選室氣流場分布和清選機構動力學分析。近年來，隨著離散單元法(DEM)、計算流體力學和多體動力學等先進理論的發(fā)展，以及EDEM、FLUENT和ADAMS等現(xiàn)代計算機輔助工程軟件的逐步應用，研究人員可以模擬仿真大豆機收的清選作業(yè)過程，收集清選作業(yè)仿真中的內部微觀數(shù)據(jù)并計算分析，這對大豆機收清選關鍵技術的創(chuàng)新、篩子-氣流式清選裝置參數(shù)優(yōu)化，以及清選作業(yè)狀態(tài)的內部規(guī)律分析等研究起到了極大的推動作用。

3.1 脫粒混合物運動規(guī)律研究

脫粒混合物運動規(guī)律研究是對大豆植株經過脫粒后的混合物在清選篩上篩分時豆粒與雜余的運動狀態(tài)進行分析。現(xiàn)階段，我國科研人員主要在大豆籽粒外形參數(shù)、力學特性分析、豆粒與清選裝置接觸作用和篩面上豆粒的運動軌跡與受力等方面進行了研究。對大豆脫粒混合物運動狀態(tài)內部微觀數(shù)據(jù)的研究分析，為研發(fā)專用于大豆機收的篩子-氣流式裝置提供了可靠的理論依據(jù)。

張開飛等[26]通過材料特性試驗得出大豆秸稈的剪切與彎曲力學特性參數(shù)，為大豆脫粒混合物中雜余的離散元建模與仿真參數(shù)設定提供了參考。劉基等[27]采用萬能材料試驗機完成大豆莖稈的三點剪切和彎曲試驗，得出大豆莖稈不同高度處的彈性模量、慣性矩、抗彎剛度、最大切應力、最大彎曲力與最大剪切力，以及大豆籽粒與莖稈之間的相互作用力，并分析了大豆莖稈不同高度承受剪切力與彎曲力的規(guī)律，為研究大豆莖稈和籽粒的篩分規(guī)律提供了理論依據(jù)。賀禮英等[28]對沿淮地區(qū)41個菜用大豆品種的倒伏性、單株有效莢數(shù)、單株莢數(shù)、結莢高度、生育期、單莢粒數(shù)、莢長、莢寬、株高、莖粗和百粒重等主要農藝性狀進行了測量與相關性分析。該方法可應用到大豆特性的相關研究中，以提升大豆特性參數(shù)的精準度，從而提高清選裝置參數(shù)與大豆特性的匹配性，降低清選損失率。王揚等[29-30]對大豆籽粒的外形進行了測量試驗與分析，發(fā)現(xiàn)大豆籽粒的三維參數(shù)服從正態(tài)分布，創(chuàng)新了一種基于EDEM軟件球充填的大豆籽粒建模方法，對大豆籽粒與其他材料的相互作用參數(shù)進行了測量，提出一種基于平面多剛體運動學與離散元法的耦合模型，并應用AgriDEM-MBK軟件仿真大豆籽粒在擺桿篩上的篩分過程，分析了擺桿篩篩分過程中大豆籽粒流的運動規(guī)律。

Dong等[31]利用EDEM軟件仿真由矩形孔的形狀變化引起的顆粒在清選篩篩面上運動和分離的變化情況，結果表明，平行于顆粒流動方向的矩形孔透篩效果強于垂直方向。Jafari等[32]利用離散單元法研究了振動頻率、振動方向角和網格斜率等參數(shù)對清選篩篩分性能和篩網磨損情況的影響，得出清選篩振動頻率和網格斜率對清選篩篩面的磨損規(guī)律。Elskamp等[33]完成了不同操作條件下清選篩篩選過程的離散元仿真與分析研究，在完成的EDEM仿真研究分析中，通過排除操作參數(shù)瞬態(tài)變化問題，得出在不同振動參數(shù)與時間持續(xù)改變的條件下清選篩對球形顆粒和非球形顆粒的篩分規(guī)律。Delaney等[34]選取0.6～5 mm直徑的球形DEM模型，利用EDEM軟件進行實際篩分過程的仿真分析，發(fā)現(xiàn)在較小喂入量下，顆粒仿真篩分結果與樣機試驗結果保持一致；在大喂入量下，球形顆粒經過篩面的篩分運動后更容易接近篩網表面并穿透篩子，導致對直徑較大顆粒的分離速率會產生過度預測。這說明在清選篩EDEM仿真中，球形顆粒不能用于仿真真實顆粒流動和非球形物料顆粒的分離。

3.2 清選室氣流場分布

清選室氣流場分布是影響篩子-氣流式清選裝置對大豆脫粒混合物清選效果的決定因素之一，也是評價風機清選作業(yè)效果的一項重要指標。目前，我國科研人員關于大豆機收清選室內氣流場分布的研究還較少。大豆脫粒混合物的漂浮特性與其他谷物不同，通過物料漂浮速度試驗確定大豆脫粒混合物各成分的漂浮特性，運用FLUENT軟件、計算流體力學(CFD)-DEM耦合技術，以及風場監(jiān)測裝置對大豆機收清選室內的氣流場分布進行專門研究與創(chuàng)新，是優(yōu)化風機結構與參數(shù)、完成風機作業(yè)效果監(jiān)測與智能調控，以及提高大豆聯(lián)合收獲機清選裝置作業(yè)性能與精準度的有效方法。

高連興等[2]通過物料漂浮速度試驗得出大豆脫粒混合物各成分的漂浮速度：完好大豆籽粒9.18～11.61 m·s-1，穎殼和碎秸稈1.95～3.75 m·s-1，豆瓣和癟粒6.14～7.74 m·s-1，短硬莖稈2.53～4.04 m·s-1，未脫凈豆莢3.81～5.48 m·s-1，為篩子-氣流式清選裝置的優(yōu)化改進提供了依據(jù)。江濤等[35]設計了不同結構的清選室，應用FLUENT軟件，仿真不同清選室的氣流場分布和氣流運動規(guī)律，發(fā)現(xiàn)雙進風口加導風板結構的清選室清選性能最好。李驊等[36]設計了風機傾角、風機轉速和魚鱗篩夾角的正交仿真試驗，利用FLUENT軟件完成不同參數(shù)條件下清選室內氣流場的模擬仿真與分析，得到平面振動篩結構下清選室內氣流場的分布規(guī)律。李洋[37]采用FLUENT軟件對不同作業(yè)參數(shù)下多風道試驗臺的清選室內氣流場分布進行模擬仿真，并利用多風道清選試驗臺完成清選室內氣流場的測量試驗，通過分析數(shù)據(jù)得到清選室內氣流場受每個參數(shù)影響的相關規(guī)律。余波等[38]通過正交試驗研究了小區(qū)小型半喂入式聯(lián)合收獲機的清選室氣流場分布規(guī)律，選取離心風機的風速、吸引風機的風速、離心風機的傾角、百葉窗篩的夾角為優(yōu)化參數(shù)，對不同參數(shù)下的清選室氣流場分布進行了FLUENT仿真，得到上述4個參數(shù)的最佳值，進一步提高了收獲機的清選效率。

Ueka等[39]為了解清選風及其通過籽粒的湍流流動特性，采用粒子圖像測速法和激光多普勒測速法對風速進行了測量與分析研究，發(fā)現(xiàn)顆粒會阻擋風的流動并引起風場的分布變化，且風量損失并不是湍流造成的，在分析計算清選室內風量損失時，應主要考慮壁面的摩擦和顆粒形狀引起的壓力變化，以及顆粒摩擦損失。Gebrehiwot等[40]采用FLUENT軟件和風速儀測量方法，研究了用于谷物清選的交叉流風機的流動結構和性能，并研究了4種渦壁位置、不同轉子和相同殼體的交叉流風機，重點研究了渦壁位置對風機性能的影響，以及在2個出口之間實現(xiàn)平衡的氣流分配。結果表明：(1)二維CFD模型可以較好地預測風機的性能；(2)渦壁的位置對交叉流風機的性能起著至關重要的作用，尤其是2個出口之間的氣流劃分；(3)通過改變渦壁的位置，可以得到更均勻的氣流場分布；(4)轉子出口開度對兩出口的質量流量分配有較大影響。Farran等[41]對垂直氣流中脫粒混合物的分離進行了理論和試驗研究，以與聯(lián)合收獲機清選作業(yè)速率相當?shù)乃俾首⑷牍任锖湍M谷殼的聚苯乙烯球或實際篩分材料，結果表明，氣流速度和進料速率在提升清選分離效果和降低清選顆粒損失率方面都很重要。

3.3 清選機構動力學分析

清選機構動力學是研究大豆聯(lián)合收獲機清選裝置曲柄連桿機構與清選篩運動規(guī)律的先進技術。現(xiàn)階段，我國對谷物聯(lián)合收獲機清選機構運動規(guī)律的研究較多，但還沒有專門研究大豆機收清選機構動力學的內容。大豆脫粒混合物的特性區(qū)別于其他谷物，所需清選機構的動力學模型也不一樣；因此，需要根據(jù)大豆脫粒混合物特性利用ADAMS軟件專門對大豆機收清選機構的運動狀態(tài)進行機械系統(tǒng)動力學仿真與分析研究，研究內容包括曲柄連桿機構運動規(guī)律分析、清選篩運動軌跡及其動力學分析，以及清選機構動力系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化等方面。針對大豆適收性進行篩子-氣流式清選裝置的清選機構動力學分析研究，對提高大豆聯(lián)合收獲機清選裝置的清選效率和整機性能具有很強的實際作用。

李杰等[42]利用ADAMS軟件建立清選篩模型，對清選篩進行了動態(tài)仿真分析與參數(shù)優(yōu)化，解決了清選篩后端垂直振幅過大的問題，降低了清選損失率和清選含雜率，獲得了較優(yōu)的清選篩結構參數(shù)。程亞民等[43]應用ADAMS軟件完成聯(lián)合收獲機清選裝置平面連桿機構幾何體的仿真分析，獲得清選連桿機構每個構件的質心在不同時間段的加速度、速度和位移等運動曲線，驗證了清選連桿機構設計結構的合理性與可行性。肖迎春等[44]創(chuàng)新一款3層多桿機構清選裝置，用CREO軟件完成3層多桿機構清選裝置的三維建模，然后用ADAMS軟件按照清選作業(yè)要求完成逐稿篩和清選篩的動力學仿真分析，獲得篩面加速度的運動規(guī)律和多桿機構的作業(yè)原理。李驊等[45]創(chuàng)新一種小型單風機單篩式平面振動清選裝置，利用ADAMS軟件完成清選裝置幾何體的動力學仿真和參數(shù)優(yōu)化，獲得了清選篩參數(shù)影響整體清選裝置運動的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)決定清選篩加速度的主要因素是曲柄的轉速和長度，為清選機構動力系統(tǒng)的優(yōu)化改進提供了理論依據(jù)。

3.4 小結

應用FLUENT、EDEM和ADAMS等現(xiàn)代計算機輔助工程(CAE)軟件，能比較真實地仿真出大豆機收清選作業(yè)過程的顆粒風選篩分運動。總體來看，國內的研究工作少有針對篩子-氣流式清選裝置不同作業(yè)參數(shù)下大豆脫粒混合物顆粒群運動規(guī)律的仿真分析，CFD-DEM耦合技術在大豆聯(lián)合收獲機清選裝置研究中的應用還比較少，大多研究只是應用EDEM或FLUENT或ADAMS等單一軟件進行仿真分析，無法完整地模擬出大豆脫粒混合物在篩子-氣流式清選裝置作業(yè)時的風選篩分運動。在已經完成或正在進行的關于清選裝置內部氣固兩相流的耦合仿真研究中，大多采用簡化模型，存在清選室三維模型的尺寸較小、脫粒混合雜物的模型數(shù)量較少等問題，這會使得大豆聯(lián)合收獲機清選作業(yè)的虛擬樣機仿真分析結果與真實樣機性能試驗的結果形成一定的差異[46]。另外，現(xiàn)階段研究的對象大都是谷物作物，專用于大豆籽粒的離散單元法建模和大豆作物清選分離過程仿真研究還比較少，與此相關的理論知識也非常缺乏，非常不利于我國大豆聯(lián)合收獲機清選裝置的研究進步。

4 大豆聯(lián)合收獲機清選裝置發(fā)展趨勢

4.1 針對不同大豆特性與參數(shù)的優(yōu)化研究

研發(fā)適用于大豆收獲的聯(lián)合收獲機清選裝置。收集大豆的適收和清選特性信息，根據(jù)其特性信息進行清選裝置的創(chuàng)新研發(fā)和參數(shù)優(yōu)化，從根本上解決清選裝置與大豆品種的適收性問題，使大豆機收時清選裝置與大豆的收獲特性相匹配，降低大豆機收清選作業(yè)的清選損失率和含雜率。

4.2 大豆機收清選裝置的清選分離機理研究

為了研究大豆聯(lián)合收獲機清選裝置清選作業(yè)時的內部微觀數(shù)據(jù)，精準分析大豆脫粒混合物運動規(guī)律、清選室氣流場分布和清選機構動力學規(guī)律，需要加快對適用于大豆機收清選關鍵技術的CAE軟件的精確學習與廣泛應用，提高對仿真技術的認知，積極引進和推廣適用于大豆機收清選關鍵技術的高端CAE軟件與先進研究方法，不斷推進大豆機收清選裝置的現(xiàn)代化研究。

4.3 聯(lián)合收獲機清選系統(tǒng)自適應技術研究

大豆聯(lián)合收獲機清選裝置的發(fā)展越發(fā)趨于全面智能化，應積極收集所有大豆品種的最佳清選作業(yè)參數(shù)，進行清選裝置的電動智能調控創(chuàng)新設計。實現(xiàn)清選裝置作業(yè)時清選損失量與清選室氣流場分布的駕駛室實時監(jiān)測顯示[47]，以及風機轉速、分風板角度、立導向板角度、上篩角度、風門開度、清選篩振動頻率和魚鱗篩開度等清選作業(yè)參數(shù)的自適應智能調控和遠程終端無線實時顯示[48-49]。大豆聯(lián)合收獲機清選系統(tǒng)自適應技術研究的目的是根據(jù)實際作業(yè)狀況實時調節(jié)清選作業(yè)參數(shù)，以便維持清選裝置處于最佳作業(yè)狀態(tài)，使聯(lián)合收獲機清選作業(yè)更精準，清選效率更高，節(jié)約人力和成本，因此清選作業(yè)操作應盡可能自動化和簡單化。此外，還應從提高大豆機收清選作業(yè)質量的角度出發(fā)，研發(fā)適用于所有大豆品種的自適應智能清選系統(tǒng)。