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脱粒

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脱粒的简介

    脱粒指将作物上的谷粒从茎秆上打或搓下来及谷粒与秸秆分离的过程。无论是全喂入机或半喂入机,脱粒分离装置是联合收获机核心工作部件,其工作指标直接影响整机性能。

脱粒装置的技术要求

    对脱粒装置的技术要求主要是:脱得干净;谷粒破碎、暗伤尽可能少;分离性能好,这一点是联合收获机向大生产率方向发展所特别提出的要求;通用性好,能适应多种作物及多种条件;功率耗用低;在某些情况下要求保持茎稿完整或尽可能减少破碎。

脱粒装置的工作原理

    被割谷物经脱粒机械的喂入口进入由脱粒滚筒和凹版组成的脱粒间隙进行打击和搓擦后,短脱出物通过栅格状凹版进入由清选筛和风机组成的清粮装置进行清选。长脱出物则进入分离装置进行茎秆与籽粒的分离,长茎秆被排出机外,而籽粒等短脱出物则通过分离装置上的筛孔进入下方的清粮装置进行清选;在风机和清选筛的联合作用下,颖壳等细小轻杂物被吹出机外,干净的籽粒经由籽粒收集装置进入集粮装置。

谷物的脱粒难易程度与脱粒原理

    1、谷物的脱粒难易程度主要取决于谷粒与谷穗之间的连接强度,而他们之间的连接强度与作物的品种、成熟度和湿度有直接的关系,随着这些因素的改变,破坏谷粒与谷穗之间的连接所需要的能量也是不相同的。脱粒的难易程度通常用脱下一颗籽粒所需要的功来表示。常用的方法有:牵拉法、冲击法等。试验结果表明,小麦的脱粒功A=30g.cm,小麦的脱粒功小于水稻的脱粒功。
    2、谷物的脱粒原理:
    冲击脱粒:靠脱粒元件与谷物穗头的相互冲击作用而进行脱粒。冲击速度越高,脱粒能力越强,但破碎率也越大。
    搓擦脱粒:靠脱粒元件与谷物之间,以及谷物与谷物之间的相互摩擦而使谷物脱粒。脱粒装置的脱粒间隙的大小至关重要。 
    梳刷脱粒:靠脱粒元件对谷物施加拉力而进行的脱粒。 
    碾压脱粒:靠脱粒元件对谷物施加挤压力而进行的脱粒。此时作用在谷物上的力主要是沿谷粒表面的法向力。
    振动脱粒:靠脱粒元件对谷物施加高频振动而进行的脱粒。

脱粒装置的分类

全喂入式脱粒装置

    脱粒装置目前有切流、横轴流、纵轴流、切流和轴流联合等形式。
    1、切流纹杆滚筒式脱粒装置:由纹杆滚筒、栅格状凹版、间隙调节装置等组成。以搓擦脱粒为主、冲击为辅,脱粒能力和分离能力强,断稿率小,有利于后续加工处理,对多种作物有较强的适应能力,特别适用于小麦收获,多用于联合收获机上。但当喂入不均匀、谷物湿度大时,脱粒质量明显下降。主要结构参数:纹杆数量:6-8根;滚筒转速:750-1400r/min;凹版包角:100-120度;脱粒间隙:入口16-22个,出口4-6个。
    2、切流钉齿滚筒式脱粒装置:由钉齿滚筒和钉齿凹板组成。钉齿按螺旋线分布成排地固定在齿杆上。常用的钉齿有板刀齿、楔齿和弓齿。滚筒生产率取决于钉齿的多少,而钉齿的排列对脱粒性能有很大的影响。凹板有组合式和整体式两种。组合式凹板由钉齿凹板、栅格凹板、侧弧板等组成。整体式凹板的钉齿直接固定在格板上。 
    切流钉齿滚筒式脱粒装置是利用钉齿对谷物的强烈冲击以及在脱粒间隙内的搓擦而进行脱粒。抓取能力强、对不均匀喂入和潮湿作物有较强的适应性。但由于断秆率较高,分离效果较差,对分离装置和清粮装置的工作造成一定的困难。
    3、双滚筒脱粒装置:由双滚筒、带中间轮的双滚筒、喂入输送装置、钉齿滚筒和凹板、纹杆滚筒和凹板、逐稿轮、顶盖、逐稿器、中间轮 、喂入轮等组成。双滚筒脱粒装置采用两个滚筒串联工作。第一个滚筒的转速较低,可以把成熟的好、饱满的籽粒先脱下来,并尽量在第一滚筒的凹板上分离出来。同时可使喂入的谷物层均匀和拉薄。第二个滚筒的转速较高,间隙较小,可使前一滚筒未脱净的谷粒完全脱粒。双滚筒脱粒装置的第一滚筒大多采用钉齿式滚筒,第二滚筒为纹杆式滚筒。个别的机型上两个滚筒均采用纹杆式滚筒。第一滚筒用钉齿式有利于抓取作物,脱粒能力也强。第二滚筒用纹杆式有利于提高分离率,减少碎茎秆,这种形式适用于收获稻麦。双纹杆式滚筒仅用于收获小麦。
    双滚筒脱粒装置的第一滚筒的脱粒速度约比单滚筒脱粒装置减低1/2-1/3。第二滚筒则可低2-3m/s。第一滚筒的入口间隙一般与单滚筒的相同或稍大。第二滚筒的入口间隙河减小1/3左右,前后两滚筒的出口间隙则均可比单滚筒脱粒装置用得稍大。双滚筒脱粒装置的生产率一般比单滚筒提高30-65%。双滚筒的配置设计合理时,1kg/s喂入量的功率消耗比单纹秆滚筒式脱粒装置仅增加15-20%。
    4、轴流式脱粒装置:由顶盖、螺旋倒板、喂入口、纹杆和钉齿组合滚筒、排除口、栅格式凹板等组成。按谷物喂入滚筒的方向不同可分为纵向轴流式,即谷物轴向喂入,轴向排出;横向轴流式脱粒装置;以及切流轴流组合式。滚筒上的脱粒部件一般为纹杆式或杆齿式、板齿式,或纹杆与杆齿组合式。凹板的型式有编织筛式、冲孔式和栅格式三种,其中栅格式凹板的脱粒和分离能力最强、虽然茎秆的破碎较重、但仍是较广泛应用的一种。
    由于轴流滚筒式脱粒装置对谷物的脱粒时间较长,滚筒转速和间隙有少许变化对脱粒质量的影响不大,因而对安装间隙和速度调节要求不很严格,这也是它的一个优点。轴流滚筒式脱粒装置的生产率与滚筒尺寸、凹板结构、作物状况和功率配备的情况有密切关系。概括说来,在脱粒机上每米滚筒长度约可负担的喂入量为0.6-0.7kg/s;分离面积大、在脱粒机上带有输送装置的可取较大值,在联合收获机上可增大一倍或一倍以上。若以分离面积计,则单位喂入量所需凹板分离面积为0.5-0.7m2/kg/s。
    轴流式滚筒功率耗用受作物物理机械特性影响较大,比传统型更为敏感,喂入作物长度、含水率的影响均较大。采用大直径的轴流式滚筒有减少单位喂入量功率耗用的趋势。在脱小麦和整株玉米时为5.7-7.4kW/kg/s,脱大豆和玉米穗为2.6-4.8kW/kg/s,而脱水稻时为8.1-9.2kW/kg/s;其中用于脱茎叶的功率耗用大致占60%以上。在脱粒全过程中,喂入脱粒段的功率耗用为82%,用于分离排草段为18%;而在横向轴流式脱粒机上分别为65%与35%。
    5、切流与纵轴流组合式脱粒分离装置:约翰迪尔、纽荷兰和克拉斯等国外大型联合收获机生产企业均已研制成功先进的切流与纵轴流组合式脱粒分离装置。切流脱粒装置采用大间隙、较低转速结构,可先将作物中的易脱籽粒先脱下来,以减少籽粒破损率,作物中的难脱籽粒进入纵轴流滚筒进行复脱。由于纵轴流滚筒转速较高,脱粒能力较强,滚筒沿机器纵向布置,物流路径较长,可保证籽粒能得到充分的脱粒和分离,有效地减少了夹带损失,提高了脱净率。因此,该装置能满足大喂入量、高效和高性能作业的要求。此外,它能满足多种作物的收获作业要求,适应性强。我国纵轴流联合收获机的研究处于起步阶段,少数厂家研制出了一种直脱式纵轴流联合收获机,使物料经输送槽直接进入纵轴流脱粒滚筒。

半喂入式脱粒装置

    半喂入式脱粒装置主要由前滑板、凹板筛、夹持台、夹持输送链、防夹带板、弓齿、滚筒、切刀、排杂副滚筒、振动筛、振动滑板、固定线筛、谷粒推运器、风扇等组成。滚筒喂入端为一段截锥体(锥角一般约500左右,宽50毫米左右),便于谷物轴向喂入。滚筒上设有多种弓齿。凹板有编织筛式和栅格式两种。前者处理断穗能力强,断穗量少,但分离能力较差,谷粒损失会多些,湿脱时易堵塞;后者的性能正相反,干脱时碎草要多些。前者结构简单,常用于脱粒机上;后者在联合收获机上较普遍。排杂装置由排杂轮和筛板组成,设在排杂口后方,用以排出脱下的碎草、断穗,并将谷粒分离出来。排杂轮直径为200-250mm,长100-150mm。其上齿高约40mm,并后倾300安装。齿距为30-70mm,齿顶线速度4-5m/s,筛板与编织筛凹板相似。夹持输送装置由夹持输送链、夹持台和传动装置等组成。输送链的齿形链片与夹持台上下配合,并在横向左右交错以便将茎秆夹成曲折使其具有抗抽出的能力。
    半喂入脱粒装置脱粒装置有平喂上脱和平喂下脱两种方式。其功率耗用与滚筒型式、喂入量、谷物湿度等有关。一般脱水稻时单位喂入量功率耗用为2.94kW/kg/s。脱小麦时由于茎秆光滑、干燥、牵连性小,其单位喂入量功率耗用2.2kW/kg/s。由于夹持脱粒滚筒所需扭矩变化小,其最大功率为平均值的1.2倍。

脱粒滚筒功率耗用和运转稳定性

    滚筒脱粒装置的脱粒是一个很复杂的过程,脱粒中的功率消耗在整机功率消耗中占较大的比重。如在脱粒机上约占70%,在联合收获机上占全部工作部件功耗的40%或以上。它运转的稳定与否直接决定了脱粒和分离作业的质量。
    1、滚筒在工作中的功率消耗在两上方面:第一,滚筒空转功率消耗,亦称为无用功率,它包括轴承内摩擦和空气对滚筒旋转的阻力所消耗的功率。第二,脱粒的有效功率,它是直接消耗在脱粒工作上的。无论何种型式的脱粒滚筒的功率耗用在达到某一量之前总是随后者呈直线规律上升。但试验表明在超过上述喂入量以后功率耗用会按曲线较快地上升。这是由于谷层厚度与压缩载荷原以弹性变形规律变化,但在超过该值后压缩变形很小,谷层密度大增,因而功率耗用也激增。
    2、脱粒滚筒的运转稳定性。现代化联合收获机的发展方向是在增大生产率的同时提高作业质量。收获的损失主要原因是脱粒不净、谷粒破碎和分离不净,而这些损失与脱粒滚筒和逐稿器的转速波动有密切的关系。为此一般要求脱粒滚筒和逐稿器的转速波动不大于5-7%。

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