立式轴流式大豆育种专用脱粒机的研究

摘要

育种机械是培育新品种和选育良种的有效手段。田间育种机械化的普及可以极大地降低育种工作的劳动强度、有效地提高育种作业效率、保证试验精度和节约成本。田间育种脱粒是育种工作的最终环节之一，同时也是决定育种试验能否获得精确数据的关键环节之一。育种脱粒不同于大田脱粒，既要防止多品种脱粒带来的混杂，又要提高作业效率。目前国内的大豆育种脱粒仍以人工脱粒和普通脱粒机脱粒方式为主。人工脱粒，生产周期长，误农时，人为损失大；普通大豆脱粒机脱粒，籽粒破碎率和夹带损失率较高，机器内部清理困难，籽粒残留量大，品种之间容易混杂。两种方法均导致试验数据可信度低，因此，研究开发育种专用脱粒机械具有重要的现实意义。
　　 本文系统阐述了国内外育种收获机械的研究现状及其主要特点，剖析了现役各种脱粒分离装置和清选装置的结构形式及其主要优缺点。针对目前育种脱粒机上脱粒分离装置和清选装置研究现状及存在的主要问题，考虑到大豆育种脱粒的工艺与其它作物育种脱粒存在明显差异，首次针对大豆育种专用脱粒机上的脱粒分离装置、清选装置和整机进行了较系统的理论分析、试验研究和结构设计，主要内容包括：⑴大豆脱出物的悬浮速度特性研究。试验结果表明，大豆脱出物中饱满籽粒、颖壳、40mm茎秆、80mm茎秆和120mm茎秆的悬浮速度分布范围分别为：11～17m/s、5～6m/s、7～13m/s、8～14m/s和10～17m/s；根据测定结果分析了它们对清选系统的影响，初步得到最佳清选风速范围小于11m/s，同时确定单一风选作为清选系统的可行性，为该机配套清选系统定型提供试验与理论支持。⑵整机、脱粒分离装置、清选装置和附属部件总体结构设计以及主要结构与工作参数的计算分析。基于PRO/E三维建模软件平台，采用至下而上建模方式，构建了脱粒机的整机及关键部件实体模型，应用ANSYS有限元分析软件的结构静力学模块对该机的主要受力部件及零件进行受力分析、强度校核和结构优化，同时，应用ANSYS有限元分析软件的流体动力学分析模块对清选装置内部气流场进行数值模拟分析与优化。⑶结构与工作参数进行优化试验研究。采用二次回归正交旋转中心组合优化试验方法，以滚筒线速度、脱粒间隙、喂入量和植株体积含水率为影响因素，含杂率、破碎率、未脱净率、夹带损失率、飞溅损失率和沉积率为目标函数，对影响该机脱粒性能的结构与工作参数进行优化试验研究。结果表明：当植株体积含水率14％～20％、滚筒线速度6.5～8.3m/s、脱粒间隙为15mm、喂入量为2.4kg/min时，含杂率低于0.5％、破碎率低于1％、未脱净率低于2％、夹带损失率低于0.7％、飞溅损失率与沉积率为零。为立式轴流式大豆育种专用脱粒机的定型设计提供了理论参考依据。⑷大豆育种专用脱粒机样机试制。完成工程图纸绘制和样机加工，并实施了性能试验及优化研究。