縱軸流雙柔性碾搓式谷子脫粒裝置設計與試驗

李心平 王文哲 趙高源 孫臣臣 胡鵬展 姬江濤

(河南科技大學農業裝備工程學院， 洛陽 471003)

0 引言

谷子機械化收獲是實現谷子生產全程機械化的重要環節。我國谷子種植面積居世界第一，谷子產量占世界產量的80%左右[1-2]。從2008年到2017年,我國谷子總產量從1.25×106t增加到2.55×106t[3]，我國谷子產業正在快速發展。但目前我國谷子收獲機械化水平總體較低，部分地區依舊采用人工進行收獲和脫粒，其生產效率低、勞動強度大、費時費力[4]。現有谷子脫粒機存在谷碼率高、破損率高、未脫凈損失率高的問題，嚴重制約了谷子產業的發展。在谷子脫粒過程中，谷子籽粒在脫粒元件的剛性作用下谷碼極易脫落，這是現有谷子脫粒機谷碼率高的主要原因。脫粒過程中谷子籽粒容易出現破皮、裂紋和破碎的情況，這給谷子籽粒儲存和產品的后續加工帶來諸多問題。

目前，國內外對谷子脫粒裝置的研究均較少。WACKER[5]通過對比軸流脫粒裝置與切流脫粒裝置得出，軸流脫粒裝置脫粒效果更好，且對籽粒損傷更小，該研究為軸流低損脫粒提供了設計依據；BRUCE等[6]對油菜脫粒過程的籽粒破碎進行研究，發現滾筒轉速越高、沖擊力越大，籽粒破裂程度越大；POWAR等[7]對谷子脫粒損傷的研究發現，沖擊力是谷子籽粒破損的主要原因，但并未提出進一步的解決方法；武學峰[8]對谷子谷穗進行柔性拍打試驗，得出了拍打力與相應脫凈時作用次數的關系，初步證明了柔性脫粒系統運用到谷子脫粒中的可行性；謝方平等[9]設計了一種柔性桿齒式脫粒滾筒，與剛性桿齒相比，柔性桿齒可大大降低籽粒的破損率，但柔性桿齒并不適合谷子脫粒；張東明等[10]研制了桿齒式谷子軸流脫粒與分離試驗臺，但桿齒對谷子谷穗的打擊力大，易造成籽粒破損率和谷碼率增大，整體脫粒效果較差。

目前，國內外脫粒滾筒的脫粒元件以紋桿、桿齒等剛性元件為主[11-16]。本文脫粒元件材料選用橡膠，脫粒時為柔性沖擊，脫粒元件型式為輥式，設計一種縱軸流雙柔性碾搓式谷子脫粒裝置。

1 整機結構與工作原理

1.1 整機結構

縱軸流雙柔性碾搓式谷子脫粒裝置整機結構如圖1所示。主要由喂入口、脫粒滾筒、凹板篩、頂蓋、凹板篩微動支撐裝置、接料箱和機架組成。其中，脫粒滾筒由錐形螺旋喂入部分與柔性脫粒部分組成，錐形螺旋喂入部分主要是輸送壓縮谷物流，柔性脫粒滾筒脫粒單元包有橡膠，橡膠表面的波浪形凸起，對谷子具有很好的碾搓脫粒作用；滾筒頂蓋內表面安裝導流板，有利于谷子物料的軸向輸送；凹板篩由空心圓柱篩分單元兩兩相互交錯組成，每組兩排空心圓柱篩分單元相互交錯配合，形成適合谷子籽粒分離的U形孔，成組與側弧板配合形成柔性凹板篩，凹板篩支撐裝置具有微動性，與柔性凹板篩配合形成柔性微動凹板篩。其下部放置接料箱，收集脫出物，以便進行試驗分析。

1.2 工作原理

谷子植株在喂入口處均勻連續喂入，脫粒滾筒前端錐形螺旋喂入部分將松散谷物植株逐步輸送壓縮，而后強制推送到脫分空間內，在脫分空間內受到物料不斷喂入的推送與頂蓋上導流板的共同作用下，谷物沿滾筒軸向螺旋運動，同時，物料層被擠壓在脫分空間內受脫粒滾筒橡膠輥上脫粒單元與凹板篩上旋轉篩分單元差速作用下，在物料層谷穗上形成碾壓力與搓擦力的共同作用而脫粒，脫下的谷碼繼續受到碾壓力與搓擦力的作用而完全脫粒；凹板篩相鄰旋轉篩分單元在其形成的U形孔處同一位置產生的速度大小、方向不同，二者與谷碼接觸的合力沿切向方向的分力指向脫分空間，這使碎谷碼不會被旋轉篩分單元帶到脫分空間之外；同時，旋轉篩分單元側面有螺旋形凸起，其在旋轉的過程中對落入U形孔的未脫凈的谷碼有二次脫粒的作用。此外，在脫粒過程中，凹板篩受到物料施加的連續反作用力，會形成水平方向垂直于滾筒軸向的微動，進而減弱脫粒過程中伴隨沖擊力的作用，也使谷物層變的蓬松，有利于谷粒穿過凹板落入集料箱中，脫粒后的谷子莖稈雜余在排草板的作用下被排出機外。

2 關鍵部件設計

2.1 脫粒滾筒

脫粒滾筒結構如圖2所示，由喂入段、脫粒段和排雜段構成。

脫粒滾筒長度是決定谷子脫粒質量的重要因素之一，當滾筒過長時，谷子在脫分空間的時間更長，雖然能夠增強脫粒效果，但是籽粒和莖稈的破碎會大大提高，莖稈破碎后易穿過凹板進入集料箱，雜余率會增大。谷子籽粒小而輕，與雜余不易分離，雜余率的增大更會使清選負荷增大。滾筒長度計算公式[17]為

(1)

式中L——脫粒滾筒長度，m

q——脫粒系統喂入量，kg/s

q0——脫粒滾筒單位長度所承受的喂入量，0.7～0.8 kg/(s·m)

本設計中的脫粒裝置的喂入量取1.5 kg/s，由式(1)可得，滾筒長度L取值范圍為1.8～2.1 m。本次設計取滾筒長度1.8 m。

脫粒滾筒直徑過小時，谷子莖稈易纏繞到滾筒上，不利于谷子脫粒；滾筒直徑過大時，功耗會增大。故脫粒滾筒直徑也需合理。

為使谷子植株在脫粒滾筒上不出現纏繞，滾筒周長必須大于谷子植株長度。取谷子植株長度L1為1 100～1 150 mm，脫粒滾筒直徑D1計算公式[18]為

(2)

由式(2)可得，滾筒直徑D1取值范圍為525～549 mm。本次設計取滾筒直徑540 mm。

2.1.1脫粒橡膠輥設計

本研究設計的柔性脫粒橡膠輥及其在滾筒上的裝配關系如圖3所示。其包括輻盤、螺栓組、環形橡膠圈、空心軸和三角固定板。環形橡膠圈和空心軸同心緊配合后與三角固定板上部圓孔同心安裝，三角固定板與輻盤通過螺栓組固定安裝。

脫粒元件材料選用高耐磨天然橡膠混煉膠，使谷子脫粒受到的沖擊變剛性為柔性，減少谷子的破損率，脫粒元件弧形表面增大與谷穗碰撞的接觸面積，減小對谷穗的滑切作用[19]，從而減小谷碼從穗柄上斷裂的可能性，進而減少谷碼率；環形橡膠圈外表面有波浪形凸起，在碾壓的過程中，谷穗上的谷粒進入波浪形凸起間的凹槽內，進入凹槽內的谷粒與凹槽外的谷碼會產生壓力差，該壓力差有利于谷粒與谷碼的分離，脫粒效果更好。波浪形凸起還可以增大谷子受到的摩擦力，使谷子在脫粒過程中受到的搓擦作用增強，更加有利于提高谷子的脫凈率,減少未脫凈損失率。

2.1.2谷穗在脫分空間的速度分析

脫粒橡膠輥做旋轉運動，在谷物流的作用下，柔性凹板篩分單元也做旋轉運動，脫粒橡膠輥的轉速大于柔性凹板篩分單元的轉速，谷穗在脫分空間內做旋轉運動，如圖4所示。

谷穗繞著虛擬中心O以角速度ω1做旋轉運動，其計算公式為

(3)

式中v1——脫粒橡膠輥與谷穗接觸點B的線速度，m/s

v2——旋轉篩分單元與谷穗接觸點C的線速度，m/s

LOC——虛擬中心O到旋轉篩分單元與谷穗接觸點C的距離，mm

LOB——虛擬中心O到脫粒橡膠輥與谷穗接觸點B的距離，mm

谷穗沿著脫粒裝置運動的弧長S和谷穗的旋轉角φ為

(4)

式中t——脫粒時間，s

v0——谷穗運動的平均速度，m/s

由式(3)、(4)可得

(5)

其中

Δv=v1-v2

式中 Δv——脫粒橡膠輥與旋轉篩分單元在接觸點的線速度差，m/s

D——谷穗橫截面直徑

由式(5)可知，當Δv增大時，谷穗旋轉角φ也隨之增大，旋轉角φ越大，谷穗在脫分空間內脫粒越充分，脫粒效果越好。

2.2 柔性微動凹板

目前傳統的常規凹板與脫粒滾筒配合脫粒時，凹板柵格條為長方體[20]，長方體的棱角易與谷穗發生剪切作用，谷碼與穗柄的連接力較小，谷碼易從穗柄上斷裂；發生剪切作用時，谷子籽粒也易損傷，這是傳統柵格式凹板在分離谷子時谷碼率和破損率高的原因之一。針對上述存在的問題，本文設計了一種柔性微動凹板,其結構如圖5所示。柔性凹板由19組柔性旋轉篩分單元組構成，每組兩排空心圓柱篩分單元相互交錯配合，形成適合谷子籽粒分離的U形孔。柔性凹板下端與凹板支撐裝置相連，支撐裝置具有微動性，共同配合組成柔性微動凹板。

2.2.1柔性旋轉篩分單元設計

柔性旋轉篩分單元組結構如圖6所示。空心圓柱篩分單元外徑為26 mm，內徑為8.25 mm，篩分單元連接軸外徑8 mm，定位套筒內徑8 mm，空心圓柱篩分單元內徑略大于連接軸外徑，保證其可以繞著連接軸旋轉，定位套筒內徑與連接軸外徑相等，起定位作用，保證兩個相鄰的空心圓柱篩分單元的間距相等，從而保證柔性旋轉篩分單元間相互交錯配合后，形成適合谷子籽粒分離的U形孔尺寸一致。U形孔的尺寸設計可以保證谷子籽粒順利地從U形孔中落下而阻擋谷碼的下落，大大增加脫凈率與分離率，減少谷碼率與未脫凈損失率。

A型、B型空心圓柱篩分單元側面結構分別如圖7a和圖7b所示。

凹板篩相鄰旋轉篩分單元在U形孔處同一位置產生的速度大小、方向不同，二者與谷碼接觸的合力沿切向方向的分力指向脫分空間，這使碎谷碼不會被旋轉篩分單元帶到脫分空間之外。同時，旋轉篩分單元側面有螺旋形凸起，在旋轉的過程中對落入U形孔的未脫凈的谷碼有二次脫粒的作用。A型空心圓柱篩分單元的螺旋形凸起旋向為逆時針，B型空心圓柱篩分單元的螺旋形凸起旋向為順時針,相鄰的篩分單元螺旋形凸起在同一位置產生的推進力指向脫分空間，可以進一步減小谷碼率。

空心圓柱篩分單元的材料選用尼龍，與傳統的剛性元件相比，本身具有柔性，可以大大減小谷穗與其接觸時的沖擊作用；空心圓柱篩分單元在與谷子谷穗接觸時，接觸類型為弧面接觸。而傳統的柵格式凹板篩的接觸類型為線接觸。弧面接觸時接觸面積增大，谷穗受到的滑切作用減小，谷穗受到的剪切力變小，谷碼從穗柄上斷裂的可能性減少，谷碼率變小；接觸類型的改變也使谷子籽粒受到的機械損傷減小，破損率也會減小。此外，與傳統柵格式凹板相比，空心圓柱篩分單元組的組數少于柵格式凹板的柵格條數，減少了谷子谷穗與其的碰撞次數，進而降低破碎率與谷碼率。

2.2.2凹板篩支撐裝置設計

凹板篩支撐裝置結構如圖8所示。由滾輪、連接桿、支撐底座、微動調節螺栓、等腰調節手柄、固定板組成。

滾輪在支撐底座軌道內滾動，用于凹板篩在脫粒過程中實現左右微動的往復運動；微動調節螺栓設置在支撐底座的兩側，通過調節微動調節螺栓深入支撐底座內部的長度來控制滾輪左右移動的距離；通過調節等腰調節手柄可以調節連接桿的開度并保證連接桿開度在調整過程中始終保持一致，即保證了調節過程中凹板篩始終關于豎直方向對稱，又增強了連接桿的強度，形成等腰結構增強支撐裝置的穩定性。通過調節連接桿開度可以方便地調節凹板篩與滾筒的間隙，脫粒間隙可調范圍為5～25 mm。

柔性微動凹板直徑D2計算公式[21]為

D2=D1+2δ

(6)

式中δ——柔性微動凹板與滾筒的間隙，mm

取柔性微動凹板與滾筒的間隙為10 mm，得到柔性微動凹板直徑560 mm。

綜合上述設計，柔性脫粒滾筒與柔性微動凹板的配置如圖9所示。考慮到不同的谷子品種、喂入量、谷穗尺寸、含水率以及后續試驗對脫粒間隙的要求，本試驗裝置通過調節支撐裝置的連接桿開度來調節脫粒間隙。

2.2.3物料在凹板側的動力學分析

利用凹板柔性旋轉篩分單元組與脫粒滾筒柔性橡膠輥的差速搓動原理，使谷子谷穗受到碾搓作用而脫粒。應用達朗貝爾原理建立物料在凹板側的動力學模型，對位于脫粒間隙內的物料在任意位置A進行受力分析，如圖10所示。

圖中τ為沿滾筒橫截面切線方向的單位向量，n為滾筒橫截面主法線方向的單位向量，b為沿滾筒軸線方向的單位向量。vr為物料沿徑向的速度，vt為物料沿切向的速度，va為二者的合速度。Fsa為凹板對物料的摩擦力，Fsx為橡膠輥對物料的摩擦力。設物料與滾筒間的相對角位移為θ，軸向位移為z，θ、z均是時間t的函數。則有

(7)

式中m——質點A處物料的質量，kg

Fna——凹板對物料的法向約束力，N

Fnx——橡膠輥對物料的法向約束力，N

f1——物料與橡膠輥的動摩擦因數

f2——物料與凹板的動摩擦因數

α——物料相對橡膠輥的螺旋角，(°)

β——物料相對凹板的螺旋角，(°)

η——物料運動螺旋角，(°)

ω——滾筒角速度，rad/s

R——滾筒半徑，mm

3 脫粒性能試驗

3.1 試驗材料與設備

試驗材料選用的谷子品種為豫谷23號，其形態結構如圖11所示。圖11a為谷子植株，圖11b為谷穗，圖11c為谷碼，其基本參數如表1所示。

表1 試驗谷子基本參數

縱軸流雙柔性碾搓式谷子脫粒裝置試驗臺實物如圖12所示。

為保證脫粒過程中滾筒運轉穩定，對滾筒進行動平衡校核，使其滿足國家標準[22]。試驗的谷子采用人工收割打捆的方式來保證谷子植株的完整性。

3.2 試驗方法

試驗前，首先根據單次試驗谷物量需求稱量相應質量的谷物，然后將谷子莖稈平行于喂入輸送方向，通過變頻器控制輸送帶電機轉速進而控制輸送帶的速度，輸送帶應預留3 m的加速區。谷物均勻鋪放，谷物鋪放厚度、輸送速度保證試驗時喂入量與試驗確定喂入量一致；調整脫粒滾筒轉速，待其運轉穩定后，啟動輸送帶，完成輸送、喂入、脫粒分離和接料過程。

采用三元二次回歸正交旋轉組合優化試驗方法[23-25]，以喂入量A、滾筒轉速B和脫粒間隙C為試驗因素，以谷碼率y1、未脫凈損失率y2、破損率y3和功耗y4為評價指標,共完成23組試驗。試驗按照國家標準GB/T 5982—2017《脫粒機 試驗方法》實施，每次試驗重復3次，試驗結果取平均值。根據預試驗確定各因素水平范圍，因素水平編碼表如表2所示。

表2 試驗因素編碼

參考國家標準GB/T 5982—2017《脫粒機 試驗方法》，谷碼率y1、未脫凈損失率y2和破損率y3計算式為

(8)

(9)

(10)

式中mg——脫出物中谷碼籽粒質量，g

mw——未脫凈損失籽粒質量，由排草口排出的殘留在谷穗上的籽粒，g

mp——樣品中破損籽粒質量，包括機械損傷、裂紋和破皮的籽粒，g

m1——籽粒總質量，g

m0——取樣籽粒總質量，g

3.3 試驗結果

試驗方案及結果如表3所示。其中，x1、x2、x3為因素A、B、C的編碼值。

表3 試驗方案與結果

應用軟件Design-Expert 10.0.7對試驗數據進行多元回歸分析，谷碼率y1、未脫凈損失率y2、破損率y3和功耗y4二次項模型有意義(P<0.000 1)，將回歸系數在置信度0.05下進行F檢驗，將不顯著項剔除后得到的回歸方程為

(11)

(12)

(13)

(14)

3.4 回歸模型方差分析

對式(11)～(14)進行方差分析，其結果如表4所示。由表4可知，模型失擬項P>0.05，不顯著，表明模型擬合效果好，回歸方程P<0.000 1，表明回歸方程極其顯著。

表4 方差分析

回歸方程偏回歸系數檢驗[26]結果表明，各因素對谷碼率y1影響的主次關系為：滾筒轉速、喂入量和脫粒間隙；各因素對未脫凈損失率y2影響的主次關系為：滾筒轉速、喂入量和脫粒間隙；各因素對破損率y3影響的主次關系為：滾筒轉速、脫粒間隙和喂入量；各因素對功耗y4影響的主次關系為：滾筒轉速、喂入量和脫粒間隙。

3.5 各因素對性能指標的影響分析

3.5.1對谷碼率的影響

各因素與谷碼率y1的關系曲面如圖13所示。由圖13a可知，隨著滾筒轉速從661 r/min增加到839 r/min，谷碼率逐漸升高。這是因為滾筒轉速增加，會使柔性橡膠輥與凹板旋轉篩分單元的速度差變大，谷穗上的谷碼所受到的剪切力增大，導致谷碼與穗柄斷裂后更容易穿過凹板進入集料箱，谷碼率增大。當滾筒轉速固定到某一水平時，喂入量從1.2 kg/s增加到1.8 kg/s，谷碼率呈下降趨勢。這是因為，隨著喂入量的增加，脫分空間內的谷物層變厚，谷物流密度增加，谷穗谷碼受到的剪切力被緩解減低，降低了谷碼從穗頭上斷裂的可能性，同時谷物流密度增加，也在一定程度上阻止了谷碼穿過凹板進入集料箱，故谷碼率降低。

由圖13b可知，隨著脫粒間隙從13 mm減小到7 mm，谷碼率逐漸升高。這是因為脫粒間隙減小，位于脫分空間內的谷物受到的碾壓和搓擦作用就越強，谷穗谷碼受到的搓擦力增大，谷碼在搓擦力的撕扯下與谷穗分離，脫粒間隙減小，與谷穗分離的谷碼在脫分空間內的運動空間變小，更容易穿過凹板進入集料箱，谷碼率增大。

由圖13c可知，當脫粒間隙固定到某一水平時，隨著滾筒轉速的增加，谷碼率逐漸升高，表明滾筒轉速與谷碼率呈正相關關系。

3.5.2對未脫凈損失率的影響

各因素與未脫凈損失率y2的關系曲面如圖14所示。由圖14a可知，隨著滾筒轉速從661 r/min增加到839 r/min，未脫凈損失率逐漸降低。這是因為滾筒轉速增加，位于脫分空間內的谷物受到碾壓和搓擦作用強度和頻率均增強，脫粒作用增強，谷子籽粒更容易從谷穗上脫落下來，未脫凈損失率減小。當滾筒轉速固定到某一水平時，喂入量從1.2 kg/s增加到1.8 kg/s，未脫凈損失率呈上升趨勢，這是因為，隨著喂入量的增加，脫分空間內的谷物層變厚，脫粒元件對谷物脫粒不完全，同時摻雜在谷物層中間的谷穗受到的搓擦力減小，導致未脫凈損失率升高。

由圖14b可知，隨著脫粒間隙從7 mm增加到13 mm，未脫凈損失率逐漸升高。這是因為脫粒間隙增加，位于脫分空間內的谷物受到的碾壓和搓擦作用減弱，谷子谷穗受到的搓擦力進而減小，谷子籽粒不易從谷穗上脫落下來，致使未脫凈損失率升高。

由圖14c可知，當脫粒間隙固定到某一水平時，隨著滾筒轉速的增加，未脫凈損失率逐漸降低，表明滾筒轉速與未脫凈損失率呈負相關關系。

3.5.3對破損率的影響

各因素與破損率y3的關系曲面如圖15所示。由圖15a可知，隨著滾筒轉速從661 r/min增加到839 r/min，破損率逐漸變大。這是因為隨著滾筒轉速增大，脫粒元件對脫分空間內的谷子的沖擊、碾壓和搓擦等作用的強度和頻率均增大，增加了谷子籽粒的破損率。當滾筒轉速固定到某一水平時，喂入量從1.2 kg/s增加到1.8 kg/s，破損率緩慢升高且增幅不大，分析認為，喂入量增加，谷物層變厚，變厚的谷物層導致與脫粒元件直接接觸的谷穗受到的碾壓力增大，碾壓作用增強導致破損率升高。

由圖15b可知，隨著脫粒間隙從7 mm增加到13 mm，破損率逐漸降低，這是因為隨著脫粒間隙增加，位于脫分空間內的谷物受到的碾壓和搓擦的作用減弱，谷子谷穗受到沖擊時有更大的緩沖空間，致使破損率變小。

由圖15c可知，當脫粒間隙固定到某一水平時，隨著滾筒轉速的增加，破損率隨之增加，表明滾筒轉速與破損率呈正相關關系。

3.5.4對功耗的影響

各因素與功耗y4的關系曲面如圖16所示。由圖16a可知，隨著滾筒轉速從661 r/min增至839 r/min，功耗逐漸變大。當滾筒轉速固定到某一水平時，喂入量從1.2 kg/s增加到1.8 kg/s，功耗逐漸增加，分析認為，喂入量增加，谷物層變厚，谷物與脫粒滾筒之間的碾壓力增大，脫粒滾筒的脫粒力矩增大，功耗增大。

由圖16b可知，隨著脫粒間隙從7 mm增加到13 mm，功耗逐漸降低，這是因為隨著脫粒間隙增加，位于脫分空間內的谷物受到的碾壓作用減弱，脫粒滾筒的脫粒力矩減小，功耗減小。

由圖16c可知，當脫粒間隙固定到某一水平時，隨著滾筒轉速的增加，功耗隨之增加，表明滾筒轉速與功耗呈正相關關系。

3.6 參數優化

利用多元統計分析理論與方法，建立數學模型對谷碼率、破損率、未脫凈損失率進行優化分析。

(1)目標函數

以數學模型(11)～(14)為基礎，谷碼率、未脫凈損失率、破損率和功耗分別在約束條件下取得最小值，建立目標函數miny1、miny2、miny3和miny4。

(2)約束條件

y1、y2、y3和y4在取得最小值的同時應均大于0，各因素的編碼值不能超出試驗選取的范圍，故約束條件為

(15)

根據建立的回歸數學模型(15)，利用Design-Expert 10.0.7軟件進行優化求解，其中谷碼率y1、未脫凈損失率y2、破損率y3和功耗y4的權重為0.2、0.3、0.3和0.2。最終優化后確定最佳參數組合為：喂入量1.4 kg/s、滾筒轉速735 r/min和凹板間隙9 mm，此時谷子籽粒破損率為0.35%，谷碼率為1.78%，未脫凈損失率為0.64%，功耗為10.6 kW。

3.7 驗證試驗

經過軟件優化求解的最佳參數組合并沒有出現在試驗結果中，故需對其進行進一步的驗證試驗，結果如表5所示。驗證試驗結果與軟件優化后得到的結果接近，在誤差允許的范圍內，試驗結果與軟件預測的結果具有可靠性。

表5 驗證試驗結果

4 結論

(1)根據谷子脫粒要求，采用理論與試驗相結合的方法，設計了一種縱軸流雙柔性碾搓式谷子脫粒裝置。該裝置區別于傳統的剛性脫粒滾筒與剛性固定式凹板，其柔性滾筒采用柔性耐磨橡膠輥作為脫粒元件，凹板采用柔性微動凹板，利用碾壓和差速搓擦原理，可以滿足谷子脫粒低破損率、低谷碼率和低未脫凈損失率的要求。

(2)對縱軸流滾筒及其柔性脫粒部件的結構參數進行了設計，并設計了新型柔性微動凹板，利用達朗貝爾原理對位于凹板側任意時刻的谷物進行了動力學分析，研究發現：在軸流脫分空間內，脫粒橡膠輥和凹板對物料的作用不僅與物料的重力、脫粒部件及柔性微動凹板與物料間的摩擦特性、脫粒橡膠輥的結構參數有關，還與物料在脫分空間內的運動軌跡、加速度有關。

(3)通過試驗分析發現，各因素對谷碼率、未脫凈損失率和功耗的影響主次順序均為滾筒轉速、喂入量和脫粒間隙，各因素對破損率影響的主次順序為滾筒轉速、脫粒間隙和喂入量。

(4)對于籽粒含水率在15.3%～17.8%范圍內的谷子植株，縱軸流雙柔性碾搓式谷子脫粒裝置的最佳結構和工作參數組合為：喂入量1.4 kg/s、滾筒轉速735 r/min和凹板間隙9 mm，此時谷子籽粒破損率為0.35%，谷碼率為1.78%，未脫凈損失率為0.64%，功耗為10.6 kW。