牧神4YZT-8型自走式玉米籽粒收獲機清選風機的設計與試驗

徐玉龍

（新疆新研牧神科技有限公司，新疆 烏魯木齊830026）

0　引言

牧神4YZT-8型自走式玉米籽粒收獲機是新疆機械研究院股份有限公司設計和生產的一種大型自走式玉米籽粒收獲機械。該機具采用了雙縱軸流脫粒分離滾筒技術、靜液壓驅動行走技術、智能操控技術、折疊割臺技術，并順利通過了新疆自治區農牧業實驗鑒定站的田間檢測和驗收。

玉米籽粒收獲機的清選系統是將玉米籽粒中的雜質清除干凈，是整個收獲機械中非常重要的工作部件[1]，直接關系著玉米籽粒收獲后的含雜率和損失率的多少，也是影響著收獲機械的收獲性能和工作效率的重要因素，而清選系統中清選風機的設計選型是重中之重。隨著自走式玉米籽粒收獲機向高效率、大型化發展，使得收獲機清選部件寬度增加，清選風機受機器寬度和清選面積的影響，存在橫向氣流分布不均勻、結構尺寸大和動力消耗大等問題，直接影響玉米籽粒清選質量和效率。因此，設計一種合適的清選風機是能讓整個機械具有良好的收獲性能和較高的工作效率先決條件，對于提高籽粒收獲機械化技術水平具有十分重要的意義。

1　清選裝置和清選風機的選型

玉米籽粒收獲機清選裝置一般為風扇式、風扇篩子式和氣流清選筒式3種。

風扇式清選裝置是利用氣流清選原理除去混在玉米粒中的雜質，這種清選裝置的結構簡單，造價較低，只能去除碎草、碎葉等相對比較輕的雜質，效果一般，目前大都用于簡單的脫粒機和半喂入式收割機。

風扇篩子式清選裝置主要是利用氣流吹浮作用并配合篩子的抖動作用將混在玉米粒中的各種雜質清除排走[2]。此種清選裝置的結構相對簡單，在整個機具中的布置比較容易，不會占用太多的空間，成本較低，去雜效果也比較好，因此多用于大型玉米籽粒收獲機械。

氣流清選筒式清選裝置是利用吸氣氣流，使通過清選筒時產生速度變化，從而將玉米粒與雜質分開，這種清選裝置的結構比較復雜，整個裝置占用的空間比較大，生產效率低，一般用于固定作業的脫粒機。

綜合考慮到各種清選裝置的結構特點、適用機型、工作效率和占用的空間的大小等因素，牧神4YZT-8型自走式玉米籽粒收獲機選擇使用風扇篩子式清選裝置。風扇篩子式清選裝置主要由清選篩、輸送谷粒混合物的抖動板、風扇和傳動機構等組成。工作時，清選篩和抖動板作往復運動，谷粒混合物不斷地由抖動板送往篩面，裝于清選篩前下方風扇產生的風把谷粒混合物吹散，穎殼、細碎秸草等輕混合物被氣流帶出機外，吹不走的谷粒、長的碎秸稈和殘穗等留在篩面向后移動，谷粒在移動過程中由篩孔漏下，碎秸稈由篩后排出，殘穗則在篩尾處落入雜余輸送器，送去復脫或重新分離[3]。

風扇篩子式清選裝置中篩子可以根據收獲不同的作物，或者是根據收獲作物的干濕程度和產量的不同，選擇不同的篩子形式，有網孔式、圓孔式、魚鱗式等。風機的選擇種類也比較多，一般有離心式、軸流式、斜流式和橫流式等類型，但是在大型自走式玉米籽粒收獲機中基本以離心風機（圖1）和橫流風機（圖2）為主。

圖1　離心風機

離心風機的結構比較簡單[4]，零部件的加工精度和安裝要求相對較低，生產成本較少，清選性能較好，市場上大部分收割機一般使用此種風機，如果風機出現故障或者需要更換零部件也比較方便購買，維修簡單。

橫流風機是一種比較獨特的風機，其工作原理與離心式或軸流式的工作原理不同，因而有著獨特的性能。但是橫流風機對零部件的加工精度和安裝要求非常高，稍有誤差就對整個裝置造成很大的影響，無法收到良好的效果。生產成本也比較高昂，配件不易購買，維修相對困難。

圖2　橫流風機

橫流風機由風機上部進風，橫向氣流分布比較均勻，離心風機是從風機兩側進風，由于受機器寬度的影響，存在橫向氣流分布不均勻、結構尺寸較大等問題，尤其是在收割機的清選部件寬度超過1.5m以上時，對谷物清選質量影響比較大[5]。然而牧神4YZT-8型自走式玉米籽粒收獲機的清選部件寬度為1.3m，對風機橫向氣流分布的均勻性影響不大，為清選部件預留的安裝空間也很充足，離心風機的零部件加工精度和安裝精度容易保證，可以發揮良好的性能，生產成本比橫流風機低了許多，也便于維護和維修，與市場上其他產品的互換性相對較好。因此選用離心風機較為合適。

2　結構特點和主要技術參數

清選風機（圖3）主要是由風扇、風道、風扇殼體、風機傳動裝置和風扇外圍護罩組成[6]。風機工作時，風機傳動裝置通過外部皮帶傳動將動力傳導至風扇軸，風扇軸帶動風扇葉片旋轉，氣流從風扇兩側進入風扇殼體內，在通過風道傳送至出風口，完成整個工作。

圖3　牧神4YZT-10型自走式玉米籽粒收獲機清選風機結構

農用型風扇都是從風扇兩側進風，當清選部件寬度過大時，也可采用兩個單風扇（圖4）并聯起來，形成一個并聯風扇（圖5）。兩個風機殼中間隔開100 mm左右，可以改善出風口風速的均勻性，但是并聯的兩個風扇在做動平衡時比較困難，中間連接部位無法固定，高速旋轉時容易出現較大的軸向跳動，影響風機的工作性能，維修也相對比較困難。牧神4YZT-8型自走式玉米籽粒收獲機清選部件寬度在1.3 m，單個風扇就能滿足工作所需的風量要求。在出風口處安裝有兩片導風板，可以調節合適的風向，也能改善風速的均勻性。風機傳動裝置由外部皮帶傳動將動力傳入，通過調節傳動裝置中皮帶輪動盤和定盤的間距來完成風機轉速的無級變速。

圖4　單風扇

風扇裝配中風扇軸的長度由風機的寬度和傳動裝置的位置所決定、風扇葉片一般由3～6片平直葉片組成，葉輪外徑一般在350～550 mm，風扇殼體出風口一般為葉輪外徑的0.4～0.6倍，風機轉速約在550～1300r/min。風速的大小應該根據玉米籽粒的清潔率和吹出的損失情況進行調節，可以通過改變風扇的轉速和出風口的導風板的角度調節到最佳的工作風速。本機具的具體技術參數如下。

圖5　并聯風扇

牧神4YZT-10型自走式玉米籽粒收獲機清選風機參數：

葉片數量（片）4

葉片形狀直（切角葉片）

葉輪外徑（mm）505

葉輪內徑（mm）215

風扇殼體寬度（mm）1 240

進風口直徑（mm）490

出風口高度（mm）240

轉速（r/min）550～1 300（可調）

3　性能測試與試驗

清選風機的主要性能體現在對玉米籽粒清選的清潔率和損失率上。清潔率越高，損失率越低，說明清選風機的清選性能越出色。而清潔率和損失率的高低是由風量和風速所決定的，根據玉米籽粒空氣動力特性[7]（臨界速度12.48～14.03 m/s、漂浮系數0.049～0.063 m-1、阻力系數 0.162～0.236）和風量、風速的計算公式可得出清選風機所需的的風量V=4 m3/s，風速v=13.44 m/s。風量和風速的實際大小因為玉米籽粒的干濕程度，玉米產量和雜質多少的不同有所變化，只需在實際作業中將風扇調節至所需轉速即可。風量和風速的計算公式如下：

式中 V—風機氣流的風量（m3/s）；Q—機器喂入量（10kg/s）；β—清除雜質占機器喂入量的比例（取12%）；μ—攜帶雜質氣流的混合濃度比（取25%）；ρ—空氣密度（取1.2 kg/m3）。

式中 v—出風口氣流的風速（m/s）；H—出風口高度（m）；

B—出風口寬度（m）。

表1　風扇不同轉速下的清選試驗結果

通過多次的田間試驗，讓風扇在不同的轉速下完成清選工作，記錄并總結出了試驗結果，如表1所示。可以看出，在風扇轉速為1150 r/min的情況下，收獲的玉米籽粒清潔率為98.56%，損失率為0.48%，達到了最佳的收獲效果。在實際的田間工作時，風扇轉速可能會受到地形條件、輸入動力不穩定等因素的影響而有所波動，需要及時調節轉速使清選風機保持最佳工作狀態。

牧神4YZT-8型自走式玉米籽粒收獲機是以收獲玉米籽粒為主要工作任務，風扇轉速為1 150 r/min時，收獲玉米籽的清潔率和損失率最佳，此清選風機的設計完全達到了預期的效果。風機轉速可以在550～1 300 r/min內自由調節，這也為此機具適應各種收獲環境和其他特殊工作需求預留了充足的準備空間，同時也可以滿足對小麥、水稻、大豆等其他農作物的清選工作，為機具的優化升級和多功能化打下了基礎。

參考文獻：

[1]趙勻.農業機械分析與綜合[M].北京：機械工業出版社，2009.

[2]李洪昌，李耀明，唐忠.風篩式清選裝置清選性能試驗研究[J].中國農機化，2010（6）：54～57.

[3]李寶筏.農業機械學[M].北京：中國農業出版社，2003.

[4]張顧鐘.離心風機優化設計方法研究[J].風機技術，2011（5）：26～30，44.

[5]北京農業工程大學.高等農業機械學[M].北京：中國農業出版社，1999.

[6]成大先.機械設計手冊[M].北京：化學工業出版社，2016.

[7]中國農業機械化科學研究院.農業機械手冊[K].北京：中國農業科學技術出版社，2007.