任學(xué)志，蔡孟媛

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0 引言

谷物聯(lián)合收獲機可一次性完成作物的收獲、脫粒、分離、清選等作業(yè)工序，主要由撥扶禾、切割、脫粒、分離、清選、集運貯存、中間輸送、動力和傳動等系統(tǒng)組成[1]。按谷物收獲機的田間行走方式和動力特點，可分為自走式、牽引式、配掛式和自動底盤式；按照谷物喂入方式可分為全喂入式和半喂入式谷物聯(lián)合收獲機；按照谷物通過脫粒部件的方式，可分為切流式和軸流式谷物聯(lián)合收獲等[2]。

脫粒分離裝置是谷物聯(lián)合收獲機的主要工作部件之一，其結(jié)構(gòu)特點、技術(shù)參數(shù)及工作性能是影響谷物收獲效率、籽粒損失率和含雜率等重要指標，直接決定了谷物聯(lián)合收獲機的工作性能。另一方面，隨著我國農(nóng)業(yè)規(guī)?；?、大型化發(fā)展，為了滿足大喂入量谷物的脫粒要求，對谷物聯(lián)合收獲機的脫粒分離裝置提出了更高的要求[3]。

針對以上問題，本研究基于谷物聯(lián)合收獲機田間應(yīng)用原理及結(jié)構(gòu)特點，以脫粒分離裝置為切入點，系統(tǒng)論述了脫粒分離裝置存在的主要問題及限制條件，并為了適應(yīng)我國現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展智能化要求，提出未來我國谷物聯(lián)合收獲機脫粒分離裝置的主要發(fā)展方向與研究重點，研究結(jié)果旨在為優(yōu)化谷物聯(lián)合收獲機結(jié)構(gòu)、提高田間工作性能提供技術(shù)參考。

1 谷物聯(lián)合收獲機工作原理及結(jié)構(gòu)特點

1.1 谷物聯(lián)合收獲機工作原理

谷物聯(lián)合收獲機主要包括撥扶禾、切割、脫粒、分離、清選、集運貯存、中間輸送、動力和傳動等系統(tǒng)組成。谷物聯(lián)合收獲機在田間進行谷物收獲過程中，首先是前端收割臺往復(fù)切割機與撥禾輪相互配合，將帶果穗的禾稈割倒在收割臺上，通過收割臺輸送系統(tǒng)將谷物輸送到脫粒分離裝置，谷物進入脫粒滾筒與凹板之間受到打擊與揉搓，實現(xiàn)谷物脫粒分離，隨后進入清選裝置，清選裝置中的風(fēng)扇和篩網(wǎng)可將脫粒谷物中的雜質(zhì)清除，隨后將經(jīng)過清選的谷物輸送至集糧箱，同時莖稈向后拋出。

1.2 脫粒裝置功能與工作原理

通過谷物聯(lián)合收獲機工作原理可知，收獲的果穗進入脫粒分離裝置將果穗上的籽粒進行脫離，并且實現(xiàn)將籽粒中的雜物從混合物中分離出來，提高谷物脫粒效率，同時應(yīng)實現(xiàn)多種谷物兼收，以適用于不同生產(chǎn)環(huán)境和不同地區(qū)農(nóng)業(yè)收獲要求，并且在田間工作過程中要求污染少、能耗低[4]。

脫粒裝置主要是通過對果穗進行沖擊、碾壓或者揉搓，實現(xiàn)籽粒與果穗的分離，主要包括以下幾種脫粒原理。

1)沖擊式谷物脫粒。主要是在脫粒滾筒中，依靠果穗與滾筒之間的相互沖擊作用實現(xiàn)籽粒與果穗分離。

2)碾壓式谷物脫粒。依靠脫粒部件對谷物施加擠壓力進而實現(xiàn)谷物脫粒。

3)搓擦式谷物脫粒。主要是在脫粒滾筒中，依靠谷物與谷物之間、谷物與脫粒元件之間的相互摩擦實現(xiàn)籽粒與果穗的分離。

4)振動脫粒式谷物脫粒。主要是依靠谷物脫粒元件對谷物施加高頻振動實現(xiàn)籽粒與果穗的分離。

2 脫粒裝置基本類型及結(jié)構(gòu)特點

目前，常見的谷物聯(lián)合收獲機脫粒裝置包括紋桿滾筒式脫粒裝置、釘齒滾筒式脫粒裝置、雙滾筒式脫粒裝置、橫軸流式脫粒裝置等。

2.1 紋桿滾筒式脫粒裝置

紋桿滾筒式脫粒裝置脫粒滾筒中帶有紋理，主要是采用搓擦式谷物脫粒，可以在保證高效脫粒效率的同時，減少籽粒破損率，并且可以實現(xiàn)多種谷物兼收，但是在大喂入量時，容易發(fā)生堵塞現(xiàn)象，如圖1(a)。

2.2 釘齒滾筒式脫粒裝置

釘齒滾筒式脫粒裝置脫粒滾筒中帶有釘齒，主要依靠釘齒對果穗的梳刷和打擊實現(xiàn)籽粒與果穗分離，釘齒對谷物分離能力及抓取能力較高，可以實現(xiàn)含水率較高的混合物料脫粒，但是釘齒容易對莖稈造成破損，導(dǎo)致籽粒中含雜率較高，如圖1(b)。

2.3 雙滾筒式脫粒裝置

雙滾筒式脫粒裝置在脫粒裝置中安裝兩個脫粒滾筒實現(xiàn)對谷物的脫粒，通用性較強，具有較高的谷物脫粒效率，但是由于結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，谷物莖稈破損率較高，后續(xù)清選壓力較大，如圖1(c)。

2.4 橫軸流式脫粒裝置

橫軸流式脫粒裝置脫離效果較高，但是不利于作物秸稈的回收利用，當喂入量較大時，容易發(fā)生堵塞現(xiàn)象，如圖1(d)。

圖1 谷物聯(lián)合收獲機常見脫粒裝置

3 脫粒裝置研究進展與發(fā)展現(xiàn)狀

目前，市面上常見的谷物聯(lián)合收獲機主要包括全喂入式谷物聯(lián)合收獲機和半喂入式谷物聯(lián)合收獲機，脫粒裝置主要包括軸流式脫粒裝置和切流式脫離方式。目前市面上典型的谷物聯(lián)合收獲機及脫粒裝置如下。CLAAS聯(lián)合收獲機，如圖2(a)，該機主要采用組合式脫粒裝置，軸流與切流脫粒裝置組合使用，具有較強的籽粒分離效率，可以顯著提高谷物收獲效率。洋馬4LZ-4.5A全喂入式聯(lián)合收獲機，如圖2(b)，該機采用超長縱軸流式脫離滾筒，主要通過對果穗進行沖擊、揉搓和梳刷實現(xiàn)籽粒與果穗分離，在清選裝置中采用多個風(fēng)扇組合，可以提高籽粒的脫凈率，減少籽粒含雜率。雷沃GF50谷物聯(lián)合收獲機，如圖2(c)，該機采用切流式與軸流式脫離滾筒組合，對于不同谷物收獲通用性較強，可以實現(xiàn)多種谷物兼收，采用二次復(fù)脫技術(shù)，提高脫粒效率。

圖2 聯(lián)合收獲機及脫粒裝置主要機型

4 脫粒裝置發(fā)展趨勢

4.1 提高脫粒裝置工作效率

隨著我國農(nóng)業(yè)向規(guī)?；?、集約化和大型化方向發(fā)展，谷物聯(lián)合收獲機正在向大喂入量方向發(fā)展，要求脫粒分離裝置更快、更好地完成谷物的脫粒分離作業(yè)。因此，需要對脫粒裝置進行優(yōu)化設(shè)計，提高配置資源，滿足高脫粒效率的同時實現(xiàn)籽粒低破損率和高脫凈率。

4.2 提高脫粒裝置的通用性

為了實現(xiàn)不同作物的脫粒要求，脫粒裝置應(yīng)根據(jù)不同谷物脫粒要求進行滾筒自動調(diào)速、凹板間隙技術(shù)參數(shù)的調(diào)整等，能實現(xiàn)兼收多種谷物，提高谷物收獲機脫粒裝置的通用性與實用性。

4.3 提高脫粒裝置的智能化水平

隨著農(nóng)業(yè)機械由機械化向智能化發(fā)展，目前，傳感器技術(shù)、人工智能技術(shù)及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用十分廣泛，為脫粒裝置智能化方向發(fā)展提供了契機。逐步實現(xiàn)脫粒裝置工作實時監(jiān)測技術(shù)，出現(xiàn)問題發(fā)出警報，避免對脫粒裝置造成損壞，提高田間收獲效率。另一方面，根據(jù)谷物收獲狀態(tài)對滾筒轉(zhuǎn)速和凹板間隙實時調(diào)節(jié)與修正，提升脫離滾筒的工作效率。

5 結(jié)論

隨著農(nóng)業(yè)發(fā)展對谷物聯(lián)合收獲機的要求越來越高，脫粒裝置作為谷物聯(lián)合收獲機的核心部件，直接決定了谷物聯(lián)合收獲機的田間工作性能。本研究以谷物聯(lián)合收獲機脫粒裝置為研究重點，系統(tǒng)論述了脫粒分離裝置工作原理及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，并為了適應(yīng)我國現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展智能化要求，提出未來我國谷物聯(lián)合收獲機脫粒分離裝置應(yīng)進一步提高工作效率、提高脫離滾筒的通用性與智能化水平，研究結(jié)果為優(yōu)化谷物聯(lián)合收獲機結(jié)構(gòu)、提高田間工作性能提供技術(shù)參考，對于全面提升谷物聯(lián)合收獲機現(xiàn)代化、機械化和智能化發(fā)展水平具有重要意義。

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