油菜聯合收獲脫粒損失試驗研究

湯 慶，吳崇友，王 剛，伍德林，金 梅，江 濤

(1.農業部南京農業機械化研究所，南京 210014；2.安徽農業大學，合肥 230036)

0 引言

我國是油菜生產大國，常年種植面積在700萬hm2左右[1]，種植區域分布廣泛，各地自然條件差別大,種植制度多樣，多種作物輪作，收獲時高溫高濕等特殊條件給機械化收獲帶來復雜性和艱巨性。現有的油菜聯合收獲機大多是以全喂入式稻麥聯合收割機為基礎改裝而成，收獲損失率偏高，嚴重影響油菜機械化收獲的推廣。

脫粒損失在整機收獲損失中占很大比重，而且脫粒裝置是油菜聯合收割機的核心部件，不僅在很大程度上決定了機器的脫粒質量和生產率，而且對分離清選等也有很大的影響。目前，全喂入油菜聯合收獲機多采用軸流滾筒式脫粒裝置，對作物的脫粒時間比較長更有利于脫粒，但脫粒損失往往由于脫粒裝置各項參數沒有良好的配合使得脫粒損失偏高。國內外針對脫粒裝置進行了大量的研究[2-12]，取得了很多研究成果。

本文在研發的移動式脫粒清選試驗臺上進行了田間試驗，以喂入量、脫粒間隙、滾筒轉速和脫粒元件形式4個因子為影響因素，以脫粒損失率為評價指標進行正交試驗。以確定油菜聯合收獲機脫粒分離裝置的最佳工作參數。

1 脫粒原理與試驗裝置

1.1 脫粒原理

脫粒裝置是油菜聯合收割機的核心部分，由高速旋轉的滾筒和固定的凹板組成。本試驗用的移動式脫粒清選試驗臺采用的脫粒滾筒為切向喂入橫軸流雙滾筒結構，如圖1所示。

圖1 切向喂入橫軸流雙滾筒結構示意圖Fig.1 The Structure of transverse axial flow threshing cylinder for tangential feeding

兩個滾筒橫向前后布置，物料從前滾筒一端切向喂入軸向流動，到另一端物料進入后滾筒后在軸向朝另一端流動；在此過程中，物料與布置在底部的凹板和滾筒上的脫粒元件擊打、揉搓相互作用，使籽粒混合著雜物從凹板漏到清選系統進行清選，而雜余秸稈從端部切向排出通過粉碎拋灑裝置進行還田。

這種脫粒裝置優點是采用軸流滾筒形式脫粒行程長，物料打擊作用時間長，脫粒徹底；而通過橫軸流布置可以節省空間，使整機配置合理，收獲靈活性更好，可有效提高作業效率和減少損失率。

1.2 試驗裝置

移動式脫粒清選試驗臺結構示意圖如圖2所示。該試驗臺本體包括機架、前端割臺、位于機架下方的行走底盤，以及設置在機架上方的脫粒滾筒、撥草輪、碎草裝置、清選機構、控制柜、監測系統和無線通信設備。該試驗臺通過履帶式油菜收割機改造而來，可實現田間移動試驗，還可作為實驗室的固定試驗臺；在關鍵轉動部件上加裝有轉速扭矩傳感器，清選室設有風速傳感器可實現三維風場測量；為便于田間的數據監測顯示采用無線傳輸方式，實時監測的數據可以無線傳輸到計算機終端進行實時顯示、記錄，同時可以對數據進行處理。

1.割臺 2.行走底盤 3.前脫粒滾筒 4.風機 5.振動篩 6.風速傳感器 7.后脫粒滾筒 8.撥草輪 9.無線發射器 10.信號線 11.控制柜 12.碎草裝置 13.無線接收器 14.三角架 15.信號線 16.計算機終端

2 試驗條件與方法

2.1 試驗條件

試驗在弶港油菜試驗田進行，油菜成熟一致性較好，成熟期為蠟熟期，經檢測其油菜籽粒含水率25.45%，產量186kg/667m2。選取喂入量、脫粒間隙、滾筒轉速和脫粒元件形式4個因子為試驗因素，因素水平表如表1所示。試驗通過調整前進速度來調整喂入量，通過調整脫粒分離裝置的參數、更換不同的脫粒分離部件可以模擬各種工況，檢驗其脫粒分離性能。

表1 因素水平表Table 1 The factors and levels graph

2.2 試驗方法

采用正交試驗方法進行試驗，試驗指標為脫粒損失率。試驗參照《農業機械試驗條件 測定方法的一般規定》(GB/T5262-2008)和《收獲機械 聯合收割機 試驗方法》(GB/T8097-2008)的要求進行。

3 試驗結果與分析

3.1 試驗結果

四因素三水平正交試驗安排與結果如表2所示。由表2可知：脫粒滾筒脫粒損失的平均值為0.29%；但無論哪種組合形式，滾筒脫粒裝置的損失率都在0.51%之下，完全符合國家標準。

表2 正交試驗結果表Table 2 Orthogonal experiment table

3.2 極差分析

采用Design-Expert數據處理軟件對脫粒滾筒的脫粒損失進行極差分析，結果如表3所示。從表3中可以得到：在該試驗范圍內，脫粒間隙和喂入量對油菜脫粒滾筒的脫粒損失有顯著影響。影響脫粒損失的因素主次順序為：脫粒間隙>喂入量>脫粒元件型式>滾筒轉速(B> A> D> C)。由K值可知：最優組合為B3A3D2C3。即最優參數組合形式如下：脫粒間隙9mm，喂入量3.2kg/s，脫粒元件型式為半釘齒半紋桿，滾筒轉速1 010r/min。

表3 極差計算表Table 3 Range calculation table

3.3 方差分析

對脫粒滾筒的脫粒損失進行方差分析，結果如表4所示。通過顯著性檢驗可知：因素B(脫粒間隙)高度顯著，因素A(喂入量)顯著，因素C(滾筒轉速)、D(脫粒元件型式)一般顯著，因素主次因素為B> A> D> C。

表4 方差分析表Table 4 Variance analysis table

續表

4 結論

1)脫粒滾筒脫粒損失的平均值為0.29%；但無論哪種組合形式，滾筒脫粒裝置的損失率都在0.51%之下，完全符合國家標準。

2)在該試驗范圍內，脫粒間隙和喂入量對油菜脫粒滾筒的脫粒損失有顯著影響。影響脫粒損失的因素主次順序為：脫粒間隙>喂入量>脫粒元件型式 > 滾筒轉速。

3)最優組合為：喂入量3.2 kg/s，脫粒間隙9mm，滾筒轉速1 010r/min，脫粒元件為半釘齒半紋桿。