第四节 清粮装置及理论分析 (2)

一.清粮原理二.清粮装置的功率消耗三.脱出物在筛面上的运动分析第四节清粮装置及理论分析一.清粮原理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。清粮原理：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。清粮装置的类型主要有：气流式、筛子式、气流筛子组合式。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。mgP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）。式中：k—阻力系数，与物体的形状和表面特性有关，小麦：0.184~0.265；ρ—空气密度，g/m3；F—物体的迎风面积，m2；V—气流速度，m/s，小麦的Vp=8.09~11.5m/s。2PkFV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。气流型脱粒机工作原理滚筒凹板风扇谷物搅龙滑板杂余2.筛子式清粮装置；利用混合物各组成部分的尺寸特性的差异进行分离和选别。具体方法是：根据谷粒的大小、形状，设计适当的筛孔，以达到筛选的目的。3.气流筛子组合式清粮装置：利用混合物各组成部分的尺寸特性和空气动力特性将筛子和风机配合进行分离选别。清粮效果好，在多数脱粒机和联合收获机上采用这种配合形式。筛子与风机配合的清粮装置1.阶梯板2.传动机构3.上筛4.下筛5.尾筛6.杂余推运器7.籽粒推运器8.风机清粮装置的机构简图4.筛子的类型：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：在薄金属板材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。⑶鱼眼筛：在薄金属板材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，宜作下筛。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。5.风机的类型：离心风机：结构简单，便于配置，控制面域大，但气流分布不均匀。一般通过配置多个风机来均匀气流。农用离心风扇与清选筛的配合关系BPBP轴流风机：气流分布均匀、结构尺寸小，但控制面域小。横流风机：又称径流风机，气流为轴向吸入径向排出，气流在横向上分布均匀，功率消耗小，结构复杂，制造成本高。二.清粮装置的功率消耗式中：Qs—单位时间进入清粮装置的脱出物质量（kg/s）；Np—单位脱出物质量清选筛所需的功率（kW/kg/s）上筛：0.4~0.5，下筛：0.25～0.3；η—选别能力系数，0.8~0.9。1,sspNQNkW三.脱出物在筛面上的运动分析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。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。α水平面oAωO/xεωto＋－－＋x振动方向设：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：cosxrtsinxVrt2cosartα水平面oAωO/xεωt前后o＋－－＋xα水平面oAωO/xεωt前后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。o＋－－＋xα水平面oAωO/xεωt前后在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。uαεmgN+x＋aFαεmgN+x－aFu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。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cossinumgF2cosumrtFNtgφ—脱出物与筛面的摩擦角，小麦：25~360；水稻：23~320。sincosNumg将u和F代入并整理得：cossinsincosumgumgtg移项整理得：cossincossinutgmgtg等式两边同乘以cosφ得：coscossinsincossinsincosumgsinsincoscossincoscoscossinsin利用：整理得：2coscossinmrtmg2sincoscosrtg令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：2rKg2sincosrg＞1sincosK令：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。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：cossinuFmgcossinNmgu同理整理得：2sincosrg＞令：2sincosK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。3.脱出物抛离筛面的极限条件当脱出物在筛面上运动满足上抛的特征条件时，脱出物将抛离筛面。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。αεmgN+x－aFucossinNmgu令：N=02coscossin0mgmrt同理整理得：2cossinrg＞令：3cossinK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。讨论：通过以上分析，当清选筛结构参数和安装参数确定后，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：2rKg结论：只要K值达到了K1、K2、K3值就能前滑、后滑和抛离筛面。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，但不允许有抛离筛面的现象发生。清粮筛正常工作的条件：312KKKK＞＞＞目前，清粮装置的主要参数为：K=2.2~3；r=23~30mm；ε=12~25o；α=1~3o，（个别7~8o）；n=200~350r/min。思考题1.清粮装置的功用及清粮原理是什么？2.常见的三种清粮装置各有何特点？3.飘浮速度的概念？4.试导出脱出物沿筛面后滑及抛起的极限条件？5.某脱粒机清粮筛筛架接近于平行四杆机构，已知筛子曲柄半径r=50mm，筛面倾角=6°，振动方向角=12°，物料与筛面的摩擦角=25°，试推导并计算物料在筛面上有向上和向下滑移但不发生抛起的转速范围。东风联合收获机与东德E—512联合收获机上采用四键逐稿器，其有关参数如下：东风联合收获机与东德E—512联合收获机上采用四键逐稿器，其有关参数如下：6.东风联合收获机采用四键逐稿器，其有关参数如下：