脫粒分離裝置的研究現狀及發展趨勢

任學志，蔡孟媛

(東豐鎮農機技術推廣站，吉林 東豐 136300)

0 引言

谷物聯合收獲機可一次性完成作物的收獲、脫粒、分離、清選等作業工序，主要由撥扶禾、切割、脫粒、分離、清選、集運貯存、中間輸送、動力和傳動等系統組成[1]。按谷物收獲機的田間行走方式和動力特點，可分為自走式、牽引式、配掛式和自動底盤式；按照谷物喂入方式可分為全喂入式和半喂入式谷物聯合收獲機；按照谷物通過脫粒部件的方式，可分為切流式和軸流式谷物聯合收獲等[2]。

脫粒分離裝置是谷物聯合收獲機的主要工作部件之一，其結構特點、技術參數及工作性能是影響谷物收獲效率、籽粒損失率和含雜率等重要指標，直接決定了谷物聯合收獲機的工作性能。另一方面，隨著我國農業規模化、大型化發展，為了滿足大喂入量谷物的脫粒要求，對谷物聯合收獲機的脫粒分離裝置提出了更高的要求[3]。

針對以上問題，本研究基于谷物聯合收獲機田間應用原理及結構特點，以脫粒分離裝置為切入點，系統論述了脫粒分離裝置存在的主要問題及限制條件，并為了適應我國現代化農業發展智能化要求，提出未來我國谷物聯合收獲機脫粒分離裝置的主要發展方向與研究重點，研究結果旨在為優化谷物聯合收獲機結構、提高田間工作性能提供技術參考。

1 谷物聯合收獲機工作原理及結構特點

1.1 谷物聯合收獲機工作原理

谷物聯合收獲機主要包括撥扶禾、切割、脫粒、分離、清選、集運貯存、中間輸送、動力和傳動等系統組成。谷物聯合收獲機在田間進行谷物收獲過程中，首先是前端收割臺往復切割機與撥禾輪相互配合，將帶果穗的禾稈割倒在收割臺上，通過收割臺輸送系統將谷物輸送到脫粒分離裝置，谷物進入脫粒滾筒與凹板之間受到打擊與揉搓，實現谷物脫粒分離，隨后進入清選裝置，清選裝置中的風扇和篩網可將脫粒谷物中的雜質清除，隨后將經過清選的谷物輸送至集糧箱，同時莖稈向后拋出。

1.2 脫粒裝置功能與工作原理

通過谷物聯合收獲機工作原理可知，收獲的果穗進入脫粒分離裝置將果穗上的籽粒進行脫離，并且實現將籽粒中的雜物從混合物中分離出來，提高谷物脫粒效率，同時應實現多種谷物兼收，以適用于不同生產環境和不同地區農業收獲要求，并且在田間工作過程中要求污染少、能耗低[4]。

脫粒裝置主要是通過對果穗進行沖擊、碾壓或者揉搓，實現籽粒與果穗的分離，主要包括以下幾種脫粒原理。

1)沖擊式谷物脫粒。主要是在脫粒滾筒中，依靠果穗與滾筒之間的相互沖擊作用實現籽粒與果穗分離。

2)碾壓式谷物脫粒。依靠脫粒部件對谷物施加擠壓力進而實現谷物脫粒。

3)搓擦式谷物脫粒。主要是在脫粒滾筒中，依靠谷物與谷物之間、谷物與脫粒元件之間的相互摩擦實現籽粒與果穗的分離。

4)振動脫粒式谷物脫粒。主要是依靠谷物脫粒元件對谷物施加高頻振動實現籽粒與果穗的分離。

2 脫粒裝置基本類型及結構特點

目前，常見的谷物聯合收獲機脫粒裝置包括紋桿滾筒式脫粒裝置、釘齒滾筒式脫粒裝置、雙滾筒式脫粒裝置、橫軸流式脫粒裝置等。

2.1 紋桿滾筒式脫粒裝置

紋桿滾筒式脫粒裝置脫粒滾筒中帶有紋理，主要是采用搓擦式谷物脫粒，可以在保證高效脫粒效率的同時，減少籽粒破損率，并且可以實現多種谷物兼收，但是在大喂入量時，容易發生堵塞現象，如圖1(a)。

2.2 釘齒滾筒式脫粒裝置

釘齒滾筒式脫粒裝置脫粒滾筒中帶有釘齒，主要依靠釘齒對果穗的梳刷和打擊實現籽粒與果穗分離，釘齒對谷物分離能力及抓取能力較高，可以實現含水率較高的混合物料脫粒，但是釘齒容易對莖稈造成破損，導致籽粒中含雜率較高，如圖1(b)。

2.3 雙滾筒式脫粒裝置

雙滾筒式脫粒裝置在脫粒裝置中安裝兩個脫粒滾筒實現對谷物的脫粒，通用性較強，具有較高的谷物脫粒效率，但是由于結構較為復雜，谷物莖稈破損率較高，后續清選壓力較大，如圖1(c)。

2.4 橫軸流式脫粒裝置

橫軸流式脫粒裝置脫離效果較高，但是不利于作物秸稈的回收利用，當喂入量較大時，容易發生堵塞現象，如圖1(d)。

圖1 谷物聯合收獲機常見脫粒裝置

3 脫粒裝置研究進展與發展現狀

目前，市面上常見的谷物聯合收獲機主要包括全喂入式谷物聯合收獲機和半喂入式谷物聯合收獲機，脫粒裝置主要包括軸流式脫粒裝置和切流式脫離方式。目前市面上典型的谷物聯合收獲機及脫粒裝置如下。CLAAS聯合收獲機，如圖2(a)，該機主要采用組合式脫粒裝置，軸流與切流脫粒裝置組合使用，具有較強的籽粒分離效率，可以顯著提高谷物收獲效率。洋馬4LZ-4.5A全喂入式聯合收獲機，如圖2(b)，該機采用超長縱軸流式脫離滾筒，主要通過對果穗進行沖擊、揉搓和梳刷實現籽粒與果穗分離，在清選裝置中采用多個風扇組合，可以提高籽粒的脫凈率，減少籽粒含雜率。雷沃GF50谷物聯合收獲機，如圖2(c)，該機采用切流式與軸流式脫離滾筒組合，對于不同谷物收獲通用性較強，可以實現多種谷物兼收，采用二次復脫技術，提高脫粒效率。

圖2 聯合收獲機及脫粒裝置主要機型

4 脫粒裝置發展趨勢

4.1 提高脫粒裝置工作效率

隨著我國農業向規模化、集約化和大型化方向發展，谷物聯合收獲機正在向大喂入量方向發展，要求脫粒分離裝置更快、更好地完成谷物的脫粒分離作業。因此，需要對脫粒裝置進行優化設計，提高配置資源，滿足高脫粒效率的同時實現籽粒低破損率和高脫凈率。

4.2 提高脫粒裝置的通用性

為了實現不同作物的脫粒要求，脫粒裝置應根據不同谷物脫粒要求進行滾筒自動調速、凹板間隙技術參數的調整等，能實現兼收多種谷物，提高谷物收獲機脫粒裝置的通用性與實用性。

4.3 提高脫粒裝置的智能化水平

隨著農業機械由機械化向智能化發展，目前，傳感器技術、人工智能技術及物聯網技術在農業生產中的應用十分廣泛，為脫粒裝置智能化方向發展提供了契機。逐步實現脫粒裝置工作實時監測技術，出現問題發出警報，避免對脫粒裝置造成損壞，提高田間收獲效率。另一方面，根據谷物收獲狀態對滾筒轉速和凹板間隙實時調節與修正，提升脫離滾筒的工作效率。

5 結論

隨著農業發展對谷物聯合收獲機的要求越來越高，脫粒裝置作為谷物聯合收獲機的核心部件，直接決定了谷物聯合收獲機的田間工作性能。本研究以谷物聯合收獲機脫粒裝置為研究重點，系統論述了脫粒分離裝置工作原理及國內外發展現狀，并為了適應我國現代化農業發展智能化要求，提出未來我國谷物聯合收獲機脫粒分離裝置應進一步提高工作效率、提高脫離滾筒的通用性與智能化水平，研究結果為優化谷物聯合收獲機結構、提高田間工作性能提供技術參考，對于全面提升谷物聯合收獲機現代化、機械化和智能化發展水平具有重要意義。

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