水稻脫粒系統(tǒng)的改進

水稻脫粒系統(tǒng)的改進

傳統(tǒng)的脫粒方法通常采用剛性脫粒齒，脫粒效果好，但水稻破碎率增加，影響了水稻種子的發(fā)芽率。為了降低破碎率，河南省科技大學的史清翔分析了傳統(tǒng)鋼屑分離裝置對造成糧食破碎和損害的影響，并提出了一種采用六個柔性脫粒裝置，由具有彎曲和彈性牙齒的橡膠莖組成的柔性脫粒裝置。脫粒使用六個帶蓋的柔性齒，以取代傳統(tǒng)的鋼屑齒和釘齒，延長脫粒時間，增加收獲裝置對作物的作用和脫粒時間。它為提高柔性脫粒系統(tǒng)的適應性提供了新思路。在國外，還沒有關于軟脫粒系統(tǒng)的研究報告。在借鑒現(xiàn)有研究成果[3.6]的基礎上，對三種脫粒齒進行了比較，即剛性弓齒、桿齒（以下簡稱弓齒和桿齒）和柔性桿齒（以下簡稱柔性齒），以尋找減少水稻粒損的方法，為優(yōu)化和設計柔性脫粒系統(tǒng)提供了基礎。1材料和方法1.1試驗材料和方法試驗材料為脫粒當天收割的水稻桂小粘,脫粒時測得株高85.2cm,籽粒千粒重23.45g,草谷比為1.27,籽粒含水率24.50%,莖稈含水率68.46%,小穗含水率43.22%,稻草含水率40.32%.試驗在華南農業(yè)大學收獲實驗室和湖南農業(yè)大學農機性能實驗室進行.1.2脫粒齒的測定單粒水分測試儀(型號CTR-800ET)、PME型光電自動數(shù)粒儀、電子精密天平(型號PB602-N,精度0.001g)、自制半喂入上平脫柔性脫粒試驗裝置、扭矩傳感器(型號JN338,量程:0～200N·m)、拉壓傳感器(型號YZC,量程0～1kg)及自制數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、轉速測試儀(型號TACHOHiTester3402).不同脫粒齒均安裝在直徑為300mm,長度為600mm的同一型號齒板式滾筒上試驗,弓齒按照GB5798-86設計制作,桿齒直徑為聯(lián)合收割機上常用的10mm.各種脫粒齒質量見表1.破碎率按GB5262-85在自制1kW燈箱上用放大鏡觀測.含雜率、斷穗率、未脫凈率按照GB5982-86測定.谷粒發(fā)芽率采用玻璃皿濾紙濕潤測定.脫粒率是脫粒后所有脫下物的總質量與脫粒前的總質量的比值,它衡量脫粒齒的打擊程度[8～11].為比較各種脫粒齒的扭矩變化情況,先對扭矩傳感器進行標定.試驗中,固定傳感器一端,另一端用1m懸臂,砝碼稱重對傳感器進行標定,將測試結果擬合得到標定曲線方程:其中y為扭矩(N·m),x為電壓值(V).2結果與分析2.1直徑大小柔性齒脫粒特性用斷穗率、含雜率、脫粒率、未脫凈率和破碎率等指標來評價不同脫粒齒的脫粒效果,結果見表2.從表2可以看出,斷穗率最高的是弓齒,桿齒和直徑8mm的柔性齒相差不大,最小的是直徑4mm的柔性齒,直徑6mm的柔性齒的斷穗率稍大.而未脫凈率最低的是桿齒,其次是直徑為8mm的柔性齒、弓齒和直徑6mm的柔性齒,未脫凈率最大的是直徑4mm的柔性齒,約為弓齒和直徑8mm柔性齒的4倍,直徑6mm柔性齒的2倍,桿齒的7倍.含雜率最高的是直徑8mm的柔性齒,其次是弓齒、桿齒,直徑4mm和6mm的柔性齒的含雜率不到前面三者的一半,最小的是直徑4mm的柔性齒.破碎率最高的是桿齒,弓齒、不同直徑的柔性齒破碎率都比較低.桿齒、弓齒的脫粒率、脫凈率都比較高,但桿齒的破碎率太高,是其他脫粒齒的2倍以上.而弓齒的斷穗率也比較高,是桿齒的2倍多,是其他柔性齒的7倍以上,而且二者的含雜率也高,影響了水稻籽粒收獲的質量和清選的難度.直徑8mm的柔性齒脫粒效果和弓齒的差不多,是柔性齒中和剛性齒的脫粒率、含雜率和脫凈率最接近的一種,斷穗率和破碎率比剛性齒的低,直徑6mm的柔性齒脫粒效果比4mm的柔性齒好,但其未脫凈率稍高于直徑8mm的柔性齒,不過直徑8mm的柔性齒含雜率高,因此對于直徑6,8mm的柔性齒脫粒特性值得進一步研究.2.2脫粒小口、小口、小口、小口、小口不同脫粒齒脫粒時滾筒扭矩變化關系見圖1～圖3.為方便試驗,本試驗所指喂入量為鋪放在輸送帶上直接喂入夾持鏈的物料量.圖1是滾筒轉速為600r/min,喂入速率為0.35m/s時不同喂入量與不同脫粒齒的滾筒扭矩變化規(guī)律.圖2是喂入量為5kg/m,喂入速率為0.35m/s時滾筒在不同轉速下扭矩的變化.圖3反映了喂入量為5kg/m,滾筒轉速為690r/min時不同喂入速率下扭矩的變化情況.從這些圖可以知道,喂入量變化并沒有引起各滾筒扭矩太大的變化.雖然喂入量增加,扭矩有減少的趨勢,但對于確定的脫粒齒來講,脫粒中扭矩變化幅度不大,這實際也說明了脫粒過程中,柔性齒沒有象剛性齒一樣將沖擊力傳遞給被脫粒物,可說明柔性齒在旋轉過程中遇到被脫粒物后本身扭曲回彈變形.相同喂入量時,有最大扭矩的是弓齒滾筒,桿齒滾筒比弓齒滾筒稍小,其次是直徑為8mm的柔性齒滾筒,最小的是直徑為4mm的柔性齒滾筒.試驗還表明滾筒轉速變化對扭矩影響顯著,這里所指轉速是試驗時設定的變頻器輸出轉速,不涉及脫粒過程中具體時刻轉速瞬間的變化.從圖2可知,滾筒轉速增加,扭矩呈下降趨勢,但直徑為4mm的柔性齒滾筒從510r/min到600r/min變化最快,在600r/min到690r/min之間時變化趨勢接近.直徑為6mm的柔性脫粒齒滾筒扭矩最小,且隨滾筒轉速變化而變化幅度不大.其他類型脫粒滾筒的扭矩大小基本接近,變化趨勢也都差不多,試驗還表明了直徑為8mm的柔性齒滾筒的扭矩變化規(guī)律跟弓齒滾筒、桿齒滾筒差異不大.從圖3也可以看出,喂入速率增加,各脫粒滾筒扭矩也增加.弓齒滾筒與桿齒滾筒的變化趨勢很接近,圖中所示兩者曲線也基本重疊,而直徑為8mm的柔性脫粒滾筒在低喂入速率0.35m/s時扭矩和直徑為4mm和6mm的柔性脫粒滾筒接近,但在喂入速率為0.43m/s以后變化規(guī)律跟桿齒滾筒、弓齒滾筒差不多.直徑為4mm和6mm的柔性脫粒滾筒的扭矩變化與喂入速率沒有很大的關系,扭矩變化比較穩(wěn)定.2.3弓齒脫粒齒的發(fā)芽率測定試驗比較了不同脫粒齒脫粒的籽粒發(fā)芽率與手工扯脫的籽粒發(fā)芽率的情況.試驗中隨機選取100粒稻谷種子,在放置有濾紙的玻璃皿上進行發(fā)芽試驗,定期給水,保證各脫粒稻谷的發(fā)芽條件基本一致.結果測得剛性脫粒齒中弓齒脫粒后水稻發(fā)芽率與直徑為8mm的柔性齒的區(qū)別不大,分別為84%和85%,而直徑為4mm和6mm的發(fā)芽率較大,分別為87%和89%,桿齒的發(fā)芽率為80%,手工脫粒的發(fā)芽率為86%.試驗結果表明,柔性齒脫粒的籽粒發(fā)芽率比剛性齒脫粒的高,在試驗誤差范圍內,跟手工脫粒的比較接近,而脫粒齒直徑為6mm時的籽粒發(fā)芽率比桿齒多了9%,比弓齒也多了5%.3柔性齒脫粒特性a.從不同脫粒齒質量的測量中可知道,符合脫粒要求的相同齒長比較時,弓齒和桿齒質量較大,柔性齒質量較前兩者小.b.柔性齒的斷穗率、破碎率比剛性弓齒、桿齒的低,直徑4mm的柔性脫粒齒的未脫凈率比剛性弓齒、桿齒的高,但脫粒率低,不適合脫粒,直徑8mm的柔性齒與剛性弓齒相比,含雜率、脫粒率相差不大,但未脫凈率低于剛性弓齒,直徑6mm的柔性齒的斷穗率、未脫凈率和破碎率相對較低,脫粒率接近剛性弓齒,對直徑6,8mm的柔性齒脫粒特性值得進一步研究.c.柔性脫粒滾筒