农业机械学-谷物清选、干燥和种子加工机械

东北农业大学2007级校级精品课——农业机械学谷物清选、干燥和种子加工机械东北农业大学2007级校级精品课——农业机械学内容结构清选、干燥、加工机械第一节谷物清选机械第二节谷物干燥机械第三节种子加工机械东北农业大学2007级校级精品课——农业机械学概述谷物清选机械谷粒经过清选以后，可以获得质量均匀、尺寸一致的种子。将种子清选以后再播种，可以清除小粒、破碎粒作为粮食和饲料，节约了粮食；清选后的种子均匀饱满，播种后发芽率高，长势好，一般都能增产5-10%，还可以减少播种量20%左右。特别是玉米，清选以后可用半精量或精量播种，因而更可以大量节省种子。清选后的种子已清除其中大部分病虫害的籽粒，减少了今后感染的可能性，使田间杂草含量减少，作物生长整齐，成熟一致，有利于机械化作业。东北农业大学2007级校级精品课——农业机械学概述谷物清选机械谷物清选最常利用的几种物理特性：1、谷粒的大小和形状2、谷粒比重和体积密度3、谷粒表面特性4、谷粒的空气动力特性东北农业大学2007级校级精品课——农业机械学谷物清选原理和清选装置谷物清选机械经脱粒装置脱下的和经分离装置分离出的短脱出物中混有断、碎茎秆、颖壳和灰尘等细小夹杂物。清粮装置的功用就是将混合物中的籽粒分离出来，将其他混杂物排出机外，以得到清洁的籽粒。常用的清选原理有：按照谷粒的空气动力特性进行分离；按谷粒的尺寸特性分离(厚度、宽度、长度)；利用气流和筛子配合进行分离。东北农业大学2007级校级精品课——农业机械学谷物清选原理和清选装置谷物清选机械一、筛选（一）筛子的种类和选择四种形式：编织筛、鱼眼筛、冲孔筛、鱼鳞筛。清选装置上较多的采用鱼鳞筛与冲孔筛。⑴编织筛：用金属丝编织而成，制造简单、气流阻力小、有效面积大、生产率高，在多层筛子配置中宜作上筛。但平面强度小，易变形。⑵冲孔筛：在薄金属板才上冲制具有特定形状的筛孔。制造简单、不易变形、但有效面积小、生产率低，一般用作下筛。东北农业大学2007级校级精品课——农业机械学谷物清选原理和清选装置谷物清选机械⑶鱼眼筛：在薄金属板才上冲制出凸起的鱼眼状筛孔。混合物在筛面上只能单向选别，向后推送的能力比较好，结构简单，生产率低，易作下筛。东北农业大学2007级校级精品课——农业机械学谷物清选原理和清选装置谷物清选机械⑷鱼鳞筛：是由冲压而成的鱼鳞筛片和鱼鳞筛孔组合而成。孔口大小可调、不易堵塞、生产率高、适应性强。但结构复杂，在联合收获机上应用较多。东北农业大学2007级校级精品课——农业机械学谷物清选原理和清选装置谷物清选机械(二)谷物在筛面上的运动和筛子参数选择短脱出物进入由清选筛和风机组成的清粮装置后，利用风机的配合在筛面上做前后的往复运动，借以获得更多的机会通过筛孔。一般来说筛子是由筛面、吊杆组成的四边形机构和曲柄连杆机构构成，为了找出影响脱出物沿筛面运动性质的主要因素，我们假设筛子近似为一平行四边形机构。东北农业大学2007级校级精品课——农业机械学谷物清选原理和清选装置谷物清选机械由于吊杆和连杆长度远大于曲柄半径，可近似认为筛子的运动是振幅为A=2r（r为曲柄半径）的直线往复运动。εO/α水平面oAωωtx=－rcosωta=rω2cosωto＋－－＋xx东北农业大学2007级校级精品课——农业机械学谷物清选原理和清选装置谷物清选机械设：曲柄的回转中心o与筛架连杆连接点o/的连线的延长线oo/方向为筛子的振动方向，曲柄在左侧与oo/重合位置为曲柄运动的起始位置，筛子的位移、速度、加速度与时间的关系为：x=-rcosωtvx=rωsinωta=rω2cosωtεO/α水平面oAωωtx前后东北农业大学2007级校级精品课——农业机械学假设筛面上有一质量为m的脱出物质点和筛子一起运动，在ωt=0~π/2和3π/2~2π区间（1、4区间）时，加速度a为正，惯性力u为负，方向沿x轴向左，脱出物有沿筛面向前滑动的趋势。εO/α水平面oAωωtx前后o＋－－＋x谷物清选原理和清选装置谷物清选机械东北农业大学2007级校级精品课——农业机械学在ωt=π/2~3π/2区间（2、3区间）时，加速度a为负，惯性力u为正，方向沿x轴向右，脱出物有沿筛面向后滑动的趋势。εO/α水平面oAωωtx前后o＋－－＋x谷物清选原理和清选装置谷物清选机械东北农业大学2007级校级精品课——农业机械学谷物清选原理和清选装置谷物清选机械假设筛面上有一质量为m的脱出物质点和筛子一起运动，当脱出物沿筛面滑动时，作用在脱出物上的力，除了惯性力u外，还有重力mg、筛面的法向反力N和摩擦力F。uαεmgN+x＋aFαεmgN+x－aFu东北农业大学2007级校级精品课——农业机械学1、脱出物沿筛面向前滑动的极限条件当加速度为正值时，脱出物在惯性力的作用下有前滑的趋势，由图所示：全部外力向筛面投影得：uαεmgN+x＋aF谷物清选原理和清选装置谷物清选机械东北农业大学2007级校级精品课——农业机械学ucos（ε－α）＋mgsinα=F式中：u——惯性力，u=mrω2cosωt；F——摩擦力，F=Ntgφ；N——法向反力，φ——脱出物与筛面的摩擦角，小麦：25~360；水稻：23~320；谷物清选原理和清选装置谷物清选机械东北农业大学2007级校级精品课——农业机械学uαεmgN+x＋aFN=usin（ε－α）+mgcosα谷物清选原理和清选装置谷物清选机械东北农业大学2007级校级精品课——农业机械学将u和F代入并整理得：ucos（ε－α）＋mgsinα=[usin（ε－α）+mgcosα]tgφ移项整理得：u[cos（ε－α）－sin（ε－α）tgφ]=mg（cosαtgφ－sinα）谷物清选原理和清选装置谷物清选机械东北农业大学2007级校级精品课——农业机械学等式两边同乘以cosφ得：u[cos（ε－α）cosφ－sin（ε－α）sinφ]=mg（cosαsinφ－sinαcosφ）利用sin（α±φ）=sinαcosφ±cosαsinφ和cos（α±φ）=cosαcosφsinαsinφ整理得：mrω2cosωtcos（ε－α＋φ）=mgsin（φ－α）谷物清选原理和清选装置谷物清选机械东北农业大学2007级校级精品课——农业机械学＋－－tgrcossincos2令K=rω2/g为筛子运动的加速度比因为cosωt≤1，欲使脱出物沿筛面前滑，必须使筛子运动的加速度比满足如下条件：＋－－＞grcossin2谷物清选原理和清选装置谷物清选机械东北农业大学2007级校级精品课——农业机械学＋－－＞grcossin2令：1cossinK＋－－K1为脱出物沿筛面前滑的特征条件，当K＞K1时，脱出物将沿筛面前滑。谷物清选原理和清选装置谷物清选机械东北农业大学2007级校级精品课——农业机械学αεmgN+x－aFu2、脱出物沿筛面向后滑动的极限条件当加速度为负值时，脱出物在惯性力的作用下有后滑的趋势，由图所示：全部外力向筛面投影得：谷物清选原理和清选装置谷物清选机械东北农业大学2007级校级精品课——农业机械学ucos（ε－α）=F+mgsinα法向反力：N=mgcosα－usin（ε－α）谷物清选原理和清选装置谷物清选机械同理整理得：22cossin＝K－－＋＞grK2为脱出物沿筛面后滑的特征条件，当K＞K2时，脱出物将沿筛面后滑。东北农业大学2007级校级精品课——农业机械学grK2作为筛子运动的加速度比，他决定了脱出物在筛面上的运动特征。在前面讲过的分离装置的运动特征值也是这样描述的加速度比，二者有什么区别吗？K=rω2/g在分离装置运动分析时为脱出物抛离键面的特征值，只能做抛物体运动，决不允许脱出物在键面上前后滑动。问题：能否允许脱出物在筛面上也抛起来？谷物清选原理和清选装置谷物清选机械东北农业大学2007级校级精品课——农业机械学3、脱出物抛离筛面的极限条件问题：什么条件下脱出物有可能抛离筛面？uαεmgN+x＋aFαεmgN+x－aFu前面已经介绍过，脱出物是靠惯性力运动的，当惯性力u沿X轴正向时，随着rω2的增大，法向反力N减小，脱出物有抛离筛面的趋势。脱出物抛离筛面的标志是N=0。谷物清选原理和清选装置谷物清选机械东北农业大学2007级校级精品课——农业机械学αεmgN+x－aFuN=mgcosα－usin（ε－α）mgcosα－mrω2cosωtsin（ε－α）=0令：N=0谷物清选原理和清选装置谷物清选机械东北农业大学2007级校级精品课——农业机械学整理得：32sincosK－＞grK3为脱出物抛离筛面的特征条件当K＞K3时，脱出物将抛离筛面。谷物清选原理和清选装置谷物清选机械东北农业大学2007级校级精品课——农业机械学讨论：通过以上分析，在不考虑其他影响因素的条件下，脱出物在筛面上的运动结果主要取决于筛子运动的加速度比：grK2我们希望的筛子运动结果是：脱出物沿筛面既有前滑又有后滑，且后滑量大于前滑量，不允许有抛起现象发生。谷物清选原理和清选装置谷物清选机械东北农业大学2007级校级精品课——农业机械学清选筛正常工作的条件：K3＞K＞K1＞K2清选装置的主要参数为：K=2.2~3，R=23~30mm，ε=12~25oα=1~3o，（个别7~8o），n=200~350r/min。谷物清选原理和清选装置谷物清选机械东北农业大学2007级校级精品课——农业机械学谷物清选原理和清选装置二、气流清选利用垂直气流进行清选谷物清选机的垂直气流清选系统包括喂料装置、垂直气道、风机和沉降室。工作时谷粒混合物被喂料辊送至垂直吸气道下部的筛面上。由于受到气流的作用，悬浮速度低于气流速度的轻杂物被吸向上方。当吸至断面较大的部位时，由于气流速度降低，一部分籽粒和混杂物开始落人沉降室内，被搅龙输送到机外，最轻的杂质被风吹出。谷物清选机械垂直吸气式清选装置1.喂料装置2.喂入辊3.垂直气道4.垂直气道5.沉降室6.风机7.搅龙东北农业大学2007级校级精品课——农业机械学利用倾斜气流进行清选利用不同空气阻力进行分离谷物清选原理和清选装置谷物清选机械倾斜气流清选装置带式扬场机1.粮斗2.调节插板3.压辊4.胶带5.扬场辊6.抛出线东北农业大学2007级校级精品课——农业机械学三、气流筛子清选装置（一）清选装置的种类气流筛子清选装置有上下两筛和阶梯式三筛。谷物清选原理和清选装置谷物清选机械风扇筛子式清选装置(两筛上下配置)1.支杆2.阶状抖动板3.筛架4.吊杆5.上筛6.尾筛7.下筛8.风扇风扇筛子式清选装置(两筛上下配置)1.支杆2.阶状抖动板3.筛架4.吊杆5.上筛6.尾筛7.下筛8.风扇风扇筛子式清选装置(三筛阶梯配置)1.阶状抖动板2.上筛3.中筛4.下筛5.杂余滑板6.杂余螺旋推运器7.谷粒滑板8.谷粒螺旋推运器9.风扇东北农业大学2007级校级精品课——农业机械学(二)清选原理：利用被清选对象各组成部分之间的物理机械性质的差异将他们分离开来。清选装置的类型主要有：气流式、筛子式气流筛子组合式。谷物清选原理和清选装置谷物清选机械东北农业大学2007级校级精品课——农业机械学1、气流式清粮装置：按照谷物混合物各组成部分的空气动力特性的不同进行选别。一般用物料的飘浮速度Vp来表示。mgPP=kρFv2式中：k——阻力系数ρ——空气密度，g/m3F——物体的迎风面积，m2V——气流速度，m/s谷物清选原理和清选装置谷物清选机械东北农业大学2007级校级精品课——农业机械学物料的飘浮速度Vp——将物体置于垂直向上的气流场内，当气流对物体的作用力P等于该物体的重力mg而使该物体处于相对静止的悬浮状态时气流所具有的速度（有时也称为临界速度）。利用这一原理进行清粮的机械有气流型脱粒机，利用风机产生的气流对谷物进行分离和选别。扬场机利用高速抛掷皮带将混合物掷向空中，飘浮速度较大的籽粒掷的较远，而飘浮速度较小的轻杂物将落在距扬场机较近的地方。谷物清选原理和清选装置谷物清选机