编辑|探索者M34
«——【·前言·】——»
由于谷物受损严重，高水分玉米穗的收获面临着挑战。在本研究中，开发并评估了一系列适合湿玉米穗脱粒的凹面。关键改进包括凹弧形和斜横杆，以减少玉米粒损坏和脱粒损失。这种设计在湿穗脱粒时实现了最小的脱粒谷物损失，并且在穗喂料率为16.8kg·s时，脱粒装置中的受损谷物不超过3%的允许限度−1。
实验机器模型
«——【·简介·】——»
在波罗的海地区，10月底气象条件不利于玉米收获。最适合玉米的收割机是带有轴向脱粒分离转子或带有切向脱粒装置和旋转分离器的联合收割机。在波罗的海国家，玉米穗大多使用切向脱粒装置进行脱粒，该装置具有改进的凹面并覆盖脱粒滚筒相邻锉刀杆之间的间隙。
玉米粒在水分为35%时达到生理成熟。在西方国家，玉米在谷物水分含量约为25%时收获。为生产粮食而栽培的玉米植株必须在粮食含水量不超过28%时收获。在波罗的海国家，早熟品种的玉米穗能够结出成熟的谷物，收获时谷物的含水量高达35-40%。在特别有利的气象条件下，玉米籽粒的水分含量会降至26-28%。
玉米
为了确保联合收割机在玉米收获过程中发挥最佳性能，割台、脱粒装置、清扫板、秸秆切碎机和其他机构需要进行特定的改造和调整。联合收割机最重要的机构是脱粒装置及其结构特征以及工艺参数。
设置均衡的工艺参数来调整脱粒装置，可以提高联合收割机的吞吐量，提高脱粒过程的质量性能指标，并通过凹面进行谷物分离。因此，有必要进一步集中于实验研究，以确定凹形横杆的形状对由于凹形脱粒潮湿玉米穗的影响而造成的谷物损坏的影响。
实验机器模型
«——【·实验素材和材料·】——»
农业机械技术工艺研究实验室设计和建造的固定式切向单凹脱粒台用于实验研究。该机架由一条长10m、宽0.8m的传送带组成，用于将玉米穗流送入脱粒装置；十根锉刀切向脱粒滚筒，宽1.5m，直径0.8m，有包裹凹。脱粒滚筒的质量为283.7千克。由计算机程序确定的其转动惯量为26.15kgm2。三个容器（11-13）被放置在凹面下方，接收通过凹面各个部分的谷物和杂质的混合物。
实验数据图
«——【·实验成果·】——»
1.脱粒装置中谷物分离的损失
首先，研究了通过分为三部分的控制凹部的格栅进行的谷物分离。脱粒装置中的谷物分离损失是指从穗轴上脱落但无法穿过凹形炉排并因此落到秸秆行走器上的谷物损失。
使用对照凹面和不同横杆的比较研究表明，在凹面的第一部分，颗粒分离度可以从12.24%±1.66%增加到20.15%±2.73%。
参考数据图
在凹面的第二部分，通过使用圆形横杆获得了最低的颗粒分离。然后，10.32%±0.90%的谷物通过凹面炉排。使用其他两种形状的横杆，第二部分中的颗粒分离度从12.73%±1.71%变化到16.36%±0.99%。当评估横杆通过凹面第三部分的颗粒分离时，圆形横杆和矩形横杆获得了最佳结果。
实验凹面的测试结果表明，通过将圆形工作面横杆替换为斜横杆，凹面第一部分的晶粒分离度可以从12。9%±1。58%（斜工作面横杆γ=11°，B=41mm）增加到40。9%±2。80%（斜横杆γ=45°，B=8mm）。
参考数据图
实验凹形横杆工作面形状对颗粒分离的影响：1—矩形横杆，B=8mm；2—圆形横杆R=4mm，B=8mm；3—斜横杆γ=45°，B=8mm；4—斜横杆γ=25°，B=19mm；5—斜横杆γ=11°，B=41、b、c、d-具有共同字母的任何两个样本均不存在显着差异，由单向方差分析确定。
在凹面的第二部分，使用γ=11°、B=41mm的倾斜工作平面横杆可获得最低的晶粒分离。然后11.1±0.48%的谷物通过凹面炉排。其余四种形状的横杆在晶粒分离方面表现出较小的变化，从21.1%±1.72%到25.4%±0.92%。对于横杆，矩形横杆（26.0%±2.49%）和γ=25°、B=19mm的倾斜横杆获得了最好的结果。
参考数据图
在对照凹坑中，使用不同形状的横杆，逐秆器上的谷物分离损失K范围为27.87%±1.18%至35.36%±4.70%。横杆为γ=45°的对照凹面在秸秆行走机上的谷物损失最低(27.87%±1.18%)。在具有不同形状横杆的实验凹部中，13.60%±3.06%至53.67%±2.00%的谷物沉积在秸秆行走器上。
参考数据图
2.谷物脱粒损失
工作平面上带有矩形横杆的控制凹面导致脱粒损失高达9.10%±3.25%。粮食脱粒损失允许限度（0.3%）超过30倍以上。当相同的矩形横杆放置在实验凹部中时，损耗减少了四倍，达到2.08%±1.80%。当脱粒装置工作平面上装有25°斜横杆的实验凹时，脱粒粒损失在允许范围内。具有45°倾斜横杆的实验凹面根本没有导致任何损失，尽管对照凹面中相同的45°倾斜横杆导致了4.77%±1.06%的损失。实验凹坑工作面上使用11°斜横杆，脱粒损失超出允许限度3倍。
参考数据图
3.玉米穗脱粒时滚筒转动所需功率
在控制凹面中，从矩形横杆改为倾斜横杆可降低功耗（13.96±0.59kW）。使用圆形横杆和矩形横杆的脱粒装置的功率需求之间没有观察到显着差异。发现实验凹面工作平面的弧形形状使所需功率增加了约2kW。
剥粒
凹面工作平面上有矩形、圆形或倾斜横杆的玉米穗脱粒时，滚筒旋转所需的功率仅略有不同，在1kW左右，即6％左右。使用倾斜横杆获得的最高功耗为18.23±0.23kW。通过算术平均值的置信区间评估的功率需求变化的均匀性在稳态下以及在倾斜工作平面上使用横杆时显着更高。
玉米
4.脱粒装置中的谷物损坏
通过对经过凹面三段的破损谷物和未经过凹面格栅但落在秸秆行走器上并在脱粒过程中受损的谷物进行分析，调查脱粒装置中谷物的破损情况。
研究结果表明，在实验凹坑中安装矩形横杆时，凹坑第一段的颗粒损伤最低，而第二段和第三段的损伤分别为3.00%±0.63%和3.58±0.58%。落在秸秆行走机上的谷物中，受损谷物达4.90%±0.93%，总受损超过3%。
参考数据图
在控制凹处安装矩形横杆，导致脱粒装置各部位破损谷物略有增加。凹面第一部分的损坏程度最低，为2.42%±0.25%，并且向脱粒装置末端增加。脱粒装置中玉米粒的破损情况在对照凹部和实验凹部之间仅略有不同，即脱粒装置的不同部位的破损粒数没有统计学上的显着差异。
在实验凹形中，将矩形工作面的横杆改为圆形横杆，对凹形第一部分玉米粒的损伤最小，为1.42%±0.33%。在对照凹面的同一部分，晶粒损伤较高（1.80%±0.32%），尽管显着差异的阈值比较两个凹面的第一部分时，未超过=0.82%）。
实验机器
落在秸秆行走器上的谷物受损比例最高，在对照中为5.45%±0.45%，在实验凹坑中为4.33%±0.53%。此外，在比较两个凹面时，在秸秆助推器上的颗粒损坏方面发现了统计学上的显着差异。使用凹部第二和第三部分以及秸秆行走器上的实验凹部和对照凹部获得的破损谷物数量超过了3%的允许限度。圆形横杆损坏的谷物总量仅略低于矩形横杆。
参考数据图
用于玉米穗脱粒的、具有γ=45°的倾斜工作平面横杆的实验凹面在凹面的第一部分表现出最低的谷物损伤，为1.16±0.32%。在凹的第二和第三部分，损伤从2.11%±0.50%增加到3.22%±0.70%，在秸秆步行者上，达到4.64%±0.59%。对照凹部第一部分的晶粒损伤（1.23%±0.28%）与实验凹部相似。
参考数据图
倾斜工作面横杆凹面对受损颗粒的影响。当评估第二部分和第三部分的凹面颗粒损伤时，发现两种情况存在显着差异。使用具有γ=45°倾斜工作平面横杆的实验凹面时，总颗粒损伤未超过3%的允许限值，估计为2.78%±0.35%。
在实验凹形中，安装γ=25°的倾斜工作面横杆，导致凹形第一部分晶粒损伤为1.60%±0.33%，凹形第二部分增加至1.86%±0.44%，凹形第三部分略有增加至1.88%±0.42%。凹面不同部位的损伤颗粒之间没有发现统计学上的显着差异。破损谷物总量未超过允许限值3%。
参考数据图
无论对照凹形横杆和实验凹形横杆的工作平面的形状如何，受损谷物都朝着脱粒装置的末端持续增加。对照凹面的受损颗粒数量略多，但在三个比较案例中的任何一个都没有超过最低置信限。受损籽粒的减少归因于玉米穗运动速度的差异、玉米穗与锉杆之间相互作用的次数以及圆柱锉杆与凹形横杆之间的间隙变化的一致性。
在对照凹形中，横杆与圆筒锉杆之间的间隙先增大，然后开始减小，而在实验凹形中，横杆与圆筒锉杆之间的间隙在凹形的整个长度上一致减小。因此，与实验脱粒装置相比，对照脱粒装置在圆筒锉杆和穗之间的相互作用是实验脱粒装置的两倍。
参考数据图
使用矩形和圆形横杆时，损坏谷物的总量超过了3%的限制。研究结果表明，横杆上具有25°倾斜工作面的实验凹面是最有效的，因为晶粒损坏保持在3%的允许限度内。
由于此类工作平面的横杆比圆形横杆更宽，因此在撞击过程中，耳朵可以在更大的面积上停留在横杆上。当穗在撞击过程中以更大的角度旋转时，更大的接触面积确保了更均匀的撞击以及谷物与穗轴更好的分离。
«——【·实验讨论·】——»
科学文献中已经发表了几项研究，表明滚筒速度、凹面间隙、穗进给速度和穗湿度对玉米穗脱粒的定性和定量参数的影响。联合收割机的滚筒转速、凹面间隙、喂入量等参数设置是影响收割机籽粒损伤、脱粒损失、分离损失等工艺参数的主要因素。但目前尚缺乏评价凹横杆工作面形状对玉米粒通过凹形篦条损伤和分离的影响的研究。
实验机器
大量研究表明，谷物水分是影响谷物受损的主要因素，但对含水量较高的谷物脱粒的研究却很少。本研究表明，湿穗脱粒过程中，凹面及其横杆的几何形状对籽粒从穗上脱离、谷粒通过凹面分离以及籽粒损伤有显着影响。
在脱粒过程中，玉米穗的直径趋于减小，并且圆筒锉刀杆与凹形横杆之间的间隙同样沿着凹形的长度减小。由于许多联合收割机的凹面线对应于圆弧，因此圆筒锉刀杆和凹形横杆之间的间隙的减小沿着凹形长度是不均匀的。
实验机器
在谷物收割过程中，圆筒锉杆和凹形横杆之间的间隙会在很窄的范围内变化，并且该间隙的不均匀变化对脱粒的定性性能指标影响不大。在收割玉米穗时，间隙大约是谷物收割中所用间隙的三倍。
其表面线近似阿基米德螺线的凹面导致更均匀的间隙变化。最新研究表明，玉米联合收割机的脱粒间隙可以根据不同的喂料量，通过实时间隙调节来自动控制，以达到足够的脱粒效率并避免过多的电力消耗。
实验机器
带有控制凹面的脱粒装置中，受损谷物的数量稍多，但三种比较情况中的任何一种都没有超过允许的限度。由于穗子运动速度的差异、穗子与锉杆之间相互作用的次数以及圆柱锉杆与凹横杆之间的间距变化的一致性，损坏谷物的数量减少。
在具有对照凹部的脱粒装置中，横杆和锉刀杆之间的间隙开始增大，然后开始减小，而在实验凹部中，该间隙在凹部的长度上一致减小。因此，对照脱粒装置在滚筒锉杆和穗之间的相互作用是实验脱粒装置的两倍。在我们之前的研究中，在分析了玉米穗在两个凹面表面的运动的高速拍摄后，提出了这个假设。
玉米
更大的接触面积确保了对耳朵的更平滑的影响，正如功率输入变化系数υ的较低值以及谷物与果仁更好的分离所证明的那样。玉米穗脱粒的效率也可以通过考虑电力消耗来评估。大多数脱粒研究集中于降低小麦或水稻脱粒的电耗，缺乏对玉米收获机脱粒效率的研究。在本研究的实验凹面中，使用具有倾斜工作平面的横杆导致稳态功率需求变化的均匀性比使用矩形或圆形横杆显着更高。
玉米
总结研究，联合收割机的凹面设计是减少因谷物损坏而造成的收获损失的最关键的先决条件。凹形工作面的弧形形状对脱粒装置中的谷物分离及其损失有影响。实验凹面平均可以使通过凹面边缘脱粒的谷物分离度加倍。
玉米
«——【·结论·】——»
实验研究表明，用斜横杆代替凹圆横杆，可以增加凹面的谷物分离效果，减少落在秸秆行走器上的谷物和破损谷物的数量，有利于避免脱粒谷物损失，即提高湿玉米穗的脱粒性能。
研究表明，凹弧及其横杆的几何形状对玉米穗脱粒质量有显着影响。
玉米
湿玉米穗脱粒最合理的方式是使用阿基米德螺旋弧的实验凹面和凹面横杆高8毫米、宽19毫米、工作面倾斜的凹面。当玉米穗喂入量为16.8kg·s–1时，湿穗脱粒时的谷物损失极小，脱粒装置中谷物受损的部分不超过3%的允许限值。
从脱粒所需的功率来看，实验凹面工作面的形状导致其功耗比对照高约2kW。实验凹面采用斜凹面横杆，脱粒动作更加顺畅。这可能对脱粒滚筒的驱动元件产生积极影响。
«——【·参考文献·】——»
