水稻联合收割机脱分选系统工作机理及设计方法研究

The rice combine harvester is one of the main equipment in the constructurement of national agricultural modernization and it is one of the most complex agricultural machinery.The performance standards of rice combine harvester depend on quality of threshing-separating unites and airflow cleaning apparatus.But the progress of threshing and cleaning rice is very complicated. The research reported about the theory of threshing and cleaning by the modern design method is not too much because physical experiment technology develops slowly. "The average link force" between grain and spike handle as the basic parameter will be used to calculate the speed of threshing unit,which take the place of the traditional way of experiment.The coaxial differential threshing rotor will be designed by the principle of "differential threshing speed",which take the place of traditional single speed threashing.The conical cleaning fan will be designed by the theory of" non-uniform distribution air flow",which take the place of uniform distribution air flow,and will resolve the problems in the system of axis air flow threshing unit sets .Through the theoretical analysis and work simulation，interaction rules and control methods of the loss rate, the damage rate and impurity loss performance are revealed and the way to design and calculate threashing，clean unit sets will be established， which will provide the way to design innovatively the rice combine harvester and related fields.

水稻联合收割机是国家现代化农业建设中的主要装备之一，水稻联合收割机的性能指标主要取决于脱粒、分离和清洗机构的优劣。而水稻脱粒及筛分过程是一个极为复杂的随机过程，限于物理实验技术的发展水平等因素，对脱粒机理及筛分特性的研究报道较少。本项目拟采用水稻籽粒与穗柄的"平均连结力"作为基本参数计算脱粒滚筒转速，取代传统的以实验方法确定脱粒滚筒转速；拟采用"差速脱粒"原理，取代传统单速脱粒原理设计同轴差速脱粒滚筒；拟采用"非均布气流"清选原理替代传统的"均布气流"原理，优化圆锥形清选风机清选风场等技术手段，来解决轴流式脱分选系统存在的问题。通过对联合收割机脱分选系统各部件工作过程的理论分析和仿真，探寻水稻籽粒损失率、破碎率和含杂率三者之间的交互作用规律和控制方法，揭示水稻联合收割机脱分选系统工作机理，并分别建立脱粒、清选、复脱装置的设计理论与方法，为水稻联合收割机及相关领域的创新设计提供依据。

由脱粒分离装置和清选装置组成的脱分选系统是联合收割机的核心工作部件，其工作性能直接影响水稻收获质量。本项目围绕横置轴流全喂入联合收割机，聚焦脱粒分离和清选两道关键作业工序，以降低脱分选过程中籽粒的损失率、破碎率和含杂率为目标，对脱分选系统工作机理及工作性能进行了系统研究。针对横轴流联合收割机横向宽度受限，传统单速脱粒滚筒工作时存在的脱粒不尽问题，基于“利用差速滚筒低速段脱粒降低籽粒破碎，利用差速滚筒高速段脱粒降低脱不净损失”的新思路，以籽粒连接力分布频谱为依据，提出了同轴差速脱粒原理，阐明了差速脱粒工作机理，设计了同轴差速脱粒滚筒，并通过差速脱粒与单速脱粒的对比试验，验证了差速脱粒工作性能的优越性，结果表明：同轴差速脱粒技术通过合理利用脱粒滚筒转速，能有效解决损失率（脱不净与夹带）与破碎率的矛盾。针对传统圆柱形风机清选时，滚筒脱出物容易在振动筛入口段堆积的问题，基于“利用圆锥形风机产生的横向风来均布振动筛入口脱出物”的新思路，提出了非均布气流清选原理，阐明了圆锥形风机清选工作机理，设计了圆锥形清选风机，并通过圆锥形风机和圆柱形风机的清选对比试验，验证了圆锥形风机清选工作性能的优越性，结果表明：利用圆锥形风机产生的横向风来优化清选室气流场分布，能有效提升清选性能。针对传统横轴流脱分选系统籽粒含杂率高的问题，基于“将吹不出机外的小穗头、短茎杆回收后进行复脱，以降低清选含杂率”的新思路，设计了一种新型的横置差速轴流脱分选系统。根据实际结构和尺寸研制了横置差速轴流脱分选系统工作性能试验台，采用二次正交旋转组合设计法进行工作性能试验，建立了损失率、破碎率、含杂率、脱粒功耗的回归数学模型，并对回归数学模型进行了多目标优化计算，获得了最佳参数组合和对应的工作性能指标。台架试验和田间试验结果均表明，横置差速轴流脱分选系统工作性能指标优于行业标准。