油菜脱粒和清选装置的设计原理

摘要：脱粒机一般由喂入装置、脱粒装置、分离装置、清选装置、输送装置和机架等组成。综述了采用钉齿滚筒式脱粒机的设计原理和结构部件，着重分析了脱粒滚筒、风选装置的原理以及对油菜脱粒效果的影响，并对油菜脱粒机技术的发展方向进行了展望。

关键词：农业机械；脱粒滚筒；设计原理

中图分类号：S565.4 文献标识码：A 文章编号：1674-0432（2011）-07-0174-2

由于油菜收获需割铺、晾晒的特性，分段收获是西南丘陵地区油菜收获的主要方式，具有适收期长、损失率低、对油菜品质和气候条件适应性强等优点。分段收获的对象是经过割铺、晾晒几天后的油菜，现有的油菜脱粒机械大多数由稻麦脱粒机改进而成的。本文针对自行研制的小型油菜脱粒机的设计原理、工作部件、参数等进行探讨，为进一步提高脱粒效果提供有益的参考。

1 油菜脱粒机的结构及工作原理

油菜脱粒实验在重庆农科院自行研制的滚筒式脱粒机上进行。该机主要由钉齿式脱粒滚筒、筛网、料斗、排草口、集粒槽、螺旋绞龙、引风机、分离鼓、管道及传动部分组成，动力为168汽油机。油菜作物由人工喂入，进入脱粒滚筒后，随滚筒的转动作物在流动过程中受脱粒元件的撞击、揉搓作用而完成脱粒，同时进行初步分离。分离后禾秆由出草口抛出，籽粒和禾屑经滤网振动筛振动落入集粒槽后，经螺旋绞龙、提升装置送出，由引风机及管道将分离器内的碎茎、草叶吸走进行二次分离与清选，洁净籽粒靠自重落入收集袋。

2 脱粒滚筒的设计

2.1 滚筒的长度选取

在DF-1.5型横轴流式脱粒分离试验台上得到的试验结果表明，脱粒分离夹带损失最小的优选参数组合是喂入量。在满足使用要求的前提下，尽量选择较小的滚筒长度。根据农业机械设计手册，取滚筒长度 即可满足要求。

2.2 滚筒直径（不包括钉齿的高度）的计算

油菜脱粒机滚筒通常是采用的钉齿式脱粒装置，在实际的计算中，滚筒的直径D与油菜茎秆的喂入长度L有关，还与喂入茎秆的长度包裹滚筒的包角有关。

由于油菜的结穗部分比较长，其尺寸在400-500mm之间，因此喂入长度取L=500mm，另外还要考虑到如果滚筒直径太小会产生缠草的现象。

包角的大小与脱粒质量和功耗有关，根据试验得出的结论，当时，其断穗与功率无明显关系。工作稳定可靠。由于油菜作物的穗秆比较长，这里取=120°即可。带入上式即可得出滚筒的直径为500mm。

2.3 钉齿的高度和滚筒转速的确定

根据油菜的脱离特性和查阅农业机械设计手册可知钉齿的高度为60mm。故带钉齿脱离滚筒的直径为620mm。其结构示意图如下图所示：

图1

钉齿式脱粒滚筒是最常用的脱粒装置，根据在DF-1.5型横轴流式脱粒分离实验台上的实验结果表明：脱粒分离夹带损失最小的优选参数组合是:喂入量1.6kg/s，滚筒转速750r/min,滚筒钉齿6排。（标注南京农机化所得成果）

3 清选装置的设计

清选装置的功能是将脱粒物中的杂质清除干净，按国家风选标准其清洁率一般不低于98%，清选损失率不超过0.5%。由于油菜脱粒物的特殊性，其碎秆和空壳夹杂在油菜籽中难以分离，而且其油菜籽的临界速度和碎秆的临界速度相差不大，故在油菜清选中采用振动清选筛和筒式气流清选装置完成油菜籽的清选作业。

3.1 振动清选筛的设计原理

振动筛采用曲柄摇杆结构，利用其在筛面上产生的振动激励作用使油菜脱出物沿着筛面滑动，并在风机的配合作用下，实现籽粒与杂物的分离，同时将短茎秆、国角壳等杂质排出机外。主要包括曲柄、连杆、挡板、编织筛、输送板及风机。清选损失率和含杂率的影响参数有曲柄转速、风机转速、风机倾斜角度、编织筛间隙。根据实验结果选取18mm方孔的筛网、振动筛曲柄转速260r/min,离心风机转速1000r/min，倾斜角度15°。

表1 振动清选筛实验

3.2 气流清选筒的工作原理

图2 筒式气流清选系统

1-离心风扇；2-沉降室；3-调节风板；4-吸气弯管；5-分离鼓；6-分层导向板；7-扬谷器；8-排杂管；9-杂质出口

筒式气流清选装置结构由离心风扇、沉降室、分离鼓、分层导向板、扬谷器、排杂管、杂质出口及弯管等组成。在引风机作用下，气流筒内成负压，形成自下而上的气流，油菜脱出物在扬谷器的作用下进入分离鼓，由于物料组成之间飘浮速度的差异，糠粒、茎秆皮等飘浮速度小的轻杂质被吸走，而剩下的油菜籽粒下落，在分离导向板作用下落入集粮袋。清选效果影响因素包括：风机转速、扬谷器叶轮直径和角度、喂入量等。

4 结论

（1）钉齿式脱粒滚筒的设计从小型稻麦联合收割机改进而来，其结构形式较为成熟，影响脱粒效果的因素包括，脱粒滚筒的长度、直径、转速和钉齿排列方式，设计和实验参数可靠，脱粒效果好，但对喂入量有一定要求。

（2)振动清选筛的工作过程对清选损失率存在较大影响，通过调节控制机械的振动筛部件结构形式、工作参数能够显著降低损失,有效地提高各项性能指标。

（3)振动清选筛的工作过程对清选损失率存在较大影响，通过调节控制机械的振动筛部件结构形式、风机角度、曲柄转速等工作参数能够显著降低损失,有效地提高各项性能指标。

（4）筒式气流清选装置对油菜脱粒物的清选效果极为重要。由于油菜籽粒和混合物在气流作用下受力情况较为复杂，需进行更深入的研究。

参考文献

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作者简介：孙志强(1977-)，男，四川人，重庆市农业科学院工程师，获得专利3项，重庆市2010年科技进步三等奖1项。