聯(lián)合收割機結構原理點滴談6：麥收前夕話脫粒損失

聯(lián)合收割機田間作業(yè)的目的，就是將作物植株上的籽?；蚬麑嵢扛蓛魺o損失（傷）地收集到糧箱。作業(yè)中有割臺、脫粒和清選損失發(fā)生，本篇先說脫粒損失。

脫粒質(zhì)量和效率與作物性質(zhì)、脫粒裝置技術狀態(tài)和作物喂入滾筒速度有關，脫粒過程重要的要求是谷粒損失要少。筆者經(jīng)過多年對聯(lián)合收割機設計、試驗和田間作業(yè)有如下驗證和體會。

過橋?qū)挾?/strong>

對于配置有切流脫粒滾筒的脫粒裝置，使用寬的過橋設計可以提供薄的物料層促進預脫粒，并有利籽粒分離。而對于沒有配置切流脫粒滾筒的單縱軸流脫粒裝置，物料必須從寬的過橋向窄的喂入口內(nèi)的滾筒壓縮，這將導致喂入問題，即過橋?qū)挾扰c滾筒喂入攪龍葉片前端回轉(zhuǎn)直徑尺寸相差越大越難喂入，且易在過橋與滾筒交接口左側死角處涌堵。

迪爾、凱斯等廠家使用窄過橋設計的軸流聯(lián)合收割機，在過橋內(nèi)會產(chǎn)生一個厚的物料層，通過作物之間的擠壓揉搓促進物料間的提前脫粒，可提高縱軸流機的谷物分離效率，減少谷粒未脫凈和夾帶損失。

履帶水稻機過橋?qū)挾扰c滾筒直徑尺寸相差很小，收獲水稻時不易產(chǎn)生作物在滾筒喂入口兩側滯留而發(fā)生堵塞現(xiàn)象。

滾筒與轉(zhuǎn)速

紋桿滾筒適應各種不同作物的復雜情況，易于調(diào)節(jié)和保養(yǎng)，并且比較簡單和耐久。裝有開式柵格凹板的紋桿滾筒較釘齒滾筒對收獲小麥有較強的脫粒分離谷粒能力。釘齒滾筒較紋桿滾筒有較強的抓取作物的能力，不易堵塞，消耗功率較少，是紋桿的75-85%，主要用于水稻和割曬的大豆脫粒上。

開式滾筒對作物的拖入能力比閉式強。高紋桿可以增加作物的蓬松振幅，分離效果好。 但當紋桿從6根增加到8根（550毫米直徑）抓取能力會下降。             

脫粒最主要是靠作物在自由懸浮狀態(tài)下紋桿對穗頭的打擊作用，而紋桿和凹板對穗頭的搓擦作用是很次要的。增強紋桿打擊次數(shù)而減小打擊力度是有利于減少谷粒損傷和損失。 紋桿對谷物層連續(xù)打擊并形成一定的壓縮，使谷物在兩紋桿間膨脹，形成徑向振動有利谷粒分離，而振動頻率取決于紋桿和隔條相遇的次數(shù)。

早上比午后的滾筒轉(zhuǎn)速要高或脫粒間隙要小。增加滾筒轉(zhuǎn)速和減小脫粒間隙使作物層蓬松、變薄，脫粒下來的籽粒容易從莖稈層分離出來，可使谷粒進入凹板數(shù)量增加，會減少脫粒損失，莖稈的破碎也會少，但也會增加谷粒損傷。在這里轉(zhuǎn)速比間隙的作用要強。

相對切流滾筒，軸流滾筒有很多優(yōu)點： 1、脫凈率高。作物在滾筒內(nèi)停留時間長，打擊次數(shù)多，這對解決難脫作物水稻的濕脫、濕分特別有利。2、破碎率低。可以低速柔和脫粒，有利于脫易破碎的籽粒，特別是對降低大豆破碎率、減少水稻破殼非常有利。3、搶農(nóng)時。由于脫粒時間長，打擊次數(shù)多，因此對早期收割青濕、早晚收割帶露水作物或雨后收割潮濕作物等適應性強，能有效延長每天收獲時間 。4、適應性強。能適應多種作物，尤其是各種豆類經(jīng)濟作物。5、結構簡單。由于取消了逐稿器，使整機傳動系統(tǒng)簡化，結構緊湊，減輕機器往復振動。

當然也有問題：作物在滾筒內(nèi)停留時間長、轉(zhuǎn)速高、打擊次數(shù)多，莖稈破碎較多，分離后清選負荷增加，谷粒損失增大。轉(zhuǎn)速低打擊力不足植株上易產(chǎn)生未脫凈谷粒，同時谷粒離心力小夾帶損失增大。

在其他因素一定的情況下，脫出物(籽粒、莖桿、斷穗)沿軸向分布受籽粒分布的影響較大。籽粒沿軸向分布有一個最高值之后開始下降，且下降曲線規(guī)律明顯，但斷穗、莖桿分布規(guī)律不顯著。籽粒沿軸向分布規(guī)律是：在20cm 處為籽粒總量的80%左右。

發(fā)芽率試驗證明，軸流脫粒同手工脫粒籽粒的發(fā)芽率相比，柔性脫粒沒有使發(fā)芽率降低，而剛性齒脫粒的籽粒發(fā)芽率卻比柔性脫粒的籽粒低得多。試驗證明縱軸流柔性脫粒系統(tǒng)能有效降低破碎率，但其性能參數(shù)與結構原理還值得進一步研究。

關于滾筒長度，有的機型滾筒后端面與尾篩平齊，使?jié)L筒后端分離出的碎秸稈和籽?；旌衔镏苯酉侣涞轿埠Y上。因沒有足夠長的篩面分離，易造成落地損失。理論上講類似這種超長滾筒在分離凹板下應設有回程板將混合物導入篩面前端再下落分離，迪爾機型即如此。久保田等軸流水稻機則將混合物導入后柵條上進入雜余滑板后返回再脫粒。

鑒于上述，凱斯機型采用縮短的脫粒滾筒。至于因脫粒滾筒縮短而出現(xiàn)脫不凈的現(xiàn)象如何辦？用減小滾筒前段出口脫粒間隙實現(xiàn)強脫粒，滾筒圓周實現(xiàn)谷粒全分離。這也就是迪爾與凱斯設置長、短脫粒滾筒的根本區(qū)別。

迪爾機型為適應水稻柔性脫粒而使用長脫粒滾筒，并增設滾筒回程板。凱斯機型為適應玉米收獲增大滾筒直徑而縮短滾筒長度，都是為了減少未脫凈和夾帶損失的措施。

軸流脫粒滾筒結構要保證在前段有較高的脫粒分離率，滾筒后段則應當有較強分離效果，如此才可保證未脫凈和夾帶損失減小，尤其是在收獲小麥、水稻等小籽粒作物時尤其重要。至于滾筒長度，應視對農(nóng)戶對秸稈長度的要求而確定。

關于滾筒直徑，將滾筒直徑由550毫米減小至380毫米時，有使谷粒分離量增加的趨勢。雖然大直徑滾筒和大包角凹板對分離谷粒有優(yōu)越性，但試驗證明：直徑大于550毫米時的影響甚微。不同直徑的滾筒在線速度 、脫粒間隙一樣的情況下對破碎率有影響，但其影響比打擊次數(shù)、脫粒間隙等因素的影響要小 。

凱斯4088、4099沒有設置回程板，而是將滾筒直徑加大，長度縮短，即使?jié)L筒后端脫出物可以下落到清選篩前段，保證混合物中籽粒在篩面上從前向后有足夠分離過程，減少清選損失。同時滾筒喂入口結構設計也便于作物擁擠中的籽粒收集，防止落地損失。

滾筒縮短可以帶來很多好處：脫粒負荷輕，動力消耗少，增長脫?；旌衔镌谇暹x篩面通過的路徑，減少清選損失，有利切碎機布置等等，這在凱斯機上已證實。

克拉斯聯(lián)合收割機上有一個特點就是脫粒滾筒直徑較小，大多數(shù)為450毫米。他們認為這樣大小的滾筒是最理想的尺寸。理由是：1、由于滾筒的脫粒速度要求一定，因而小直徑滾筒時轉(zhuǎn)速高，在同樣的圓周速度下可以產(chǎn)生較大的離心力，有利于分離；2、小直徑滾筒加速性能好，轉(zhuǎn)速容易恢復到所需值，同時由于滾筒有較高的轉(zhuǎn)速，莖稈纏繞滾筒的可能性并不比大直徑滾筒多；3、功率消耗小。該公司認為，滾筒直徑的大小對脫粒效果無太大的影響，而脫粒效果主要取決于凹板脫粒面積的大小。因而，設計時考慮采用適當?shù)臐L筒長度和凹板包角大小是可以滿足性能需要的。  

凹板與間隙

麥收作業(yè)喂入量增大時發(fā)現(xiàn)，滾筒尾段凹板內(nèi)仍然存在籽粒。該機滾筒后段凹板間隙不可調(diào)整，所以夾帶損失時有超標。

理論上，使谷物脫粒主要是依靠高速運動的紋桿或釘齒對穗頭的沖擊和振落作用。雖然揉搓肯定也起脫粒作用，但凹板的主要功用是將作物保持在或納入滾筒的運動軌跡上，隔板對作物進行阻擋，以便對其進行多次沖擊。同時滾筒與凹板之間逐漸縮小的間隙使作物之間產(chǎn)生擠壓實現(xiàn)完全脫粒。進入脫粒裝置的秸稈不能太短，否則脫粒困難出現(xiàn)未脫凈穗頭。但作物秸稈長、滾筒轉(zhuǎn)速低則消耗功率大產(chǎn)生夾帶多。

軸流脫粒為防止出現(xiàn)未脫凈和夾帶損失，首要解決在滾筒前端更多的完成籽粒的脫分。一般在出現(xiàn)損失時都采用小的脫粒間隙。而脫粒試驗證明籽粒破碎率在凹板出口的第2、3格內(nèi)較多。說明脫粒時間長，脫粒間隙越來越小是影響破碎率的較大因素。所以在保證脫凈的情況下放大脫粒間隙，加大柵格間距來提高脫粒質(zhì)量。

增加凹板包角，改變柵格間距是提高脫粒性能的有效途徑。通過凹板弧長和柵格間距的變換證明脫粒性能隨其弧長和柵格間距的加大而變化的規(guī)律很明顯。適當加大凹板入口第2、3格的柵格間距，即可增加凹板的分離率，而不會降低脫粒性能，這是提高凹板分離率的一種有效途徑。

縮小凹板間隙可以提高分離率，特別是脫粒干燥的小麥。增加凹板的長度可以增加分離能力，但會遞減。這些措施都會增加莖桿破碎和籽粒損傷。    

試驗證明：紋桿滾筒的開式柵格凹板大約可實現(xiàn)95%的谷粒脫凈，可分離出72%的谷粒，而釘齒滾筒只能分離出來50%。

喂入量

喂入量增加，作物層變密，會減少谷粒損傷，但分離谷粒量明顯減少。非谷粒部分的喂入量增加一倍，谷粒分離由72%降到63%。

通過試驗分析得出：影響軸流脫粒與分離性能主要因素顯著性的依次是喂入量、滾筒線速度、脫粒間隙、導向板導角。增大喂入量對各因素影響最大，尤其干枯小麥影響較大，即大量脫出物進入清選裝置，給清選裝置帶來的負荷增加。

作物干燥時，喂入量加大和滾筒轉(zhuǎn)速增高，莖桿破碎增加。減小脫粒間隙，對秸稈破碎影響不大。喂入量增加，通過凹板的非谷粒部分會減少。

脫粒狀況取決于籽粒濕度，脫粒效果多少決定于莖稈濕度：濕度由15%增加到25%時，脫粒損失增加一倍；濕度為12%時與濕度為33%相比，莖稈破碎相差一倍。小麥籽粒的破碎與損失程度主要決定小麥的品種與濕度：潮濕比干作物摩擦系數(shù)高，對紋桿和凹板的附著力較大，移動減慢，受紋桿打擊次數(shù)較少；彈性小振動頻率和振幅減小，脫粒所需力增大；谷粒通過秸稈困難，所以脫粒間隙要小。

在不同喂入量的情況下，籽粒沿軸向分布形式相似，且曲線峰值位置受喂入量影響較大。喂入量大，曲線的峰值高。籽粒分布的峰值位置一般出現(xiàn)在滾筒脫粒段軸線的500~600 毫米左右。

縱置單軸流滾筒脫粒與分離裝置的功耗影響最顯著的因素是滾筒轉(zhuǎn)速，各因素及其交互作用對功耗主要影響為喂入量與導向板導角。柔性脫粒滾筒扭矩小喂入量增加，各脫粒滾筒的扭矩變化不大。但滾筒轉(zhuǎn)速增加，各脫粒滾筒的扭矩下降。而喂入速率增加，扭矩卻增加。縱置單軸流滾筒脫粒與分離裝置的功耗影響最顯著的因素是滾筒轉(zhuǎn)速。喂入量、滾筒轉(zhuǎn)速、導向板導角及其交互作用對功耗主要影響為喂入量與導向板導角。

作物喂入方向

與穗頭在前并位于作物層上部的喂入方式相比較，作物根部在前時滾筒脫粒損失要多一倍，凹板未分離出來的谷粒百分數(shù)也高一倍。作物紊亂喂入與穗頭在前效果相當。但喂入愈均勻，滾筒消耗的功率愈少。穗頭先喂入能提高滾筒的抓取能力，脫粒損失比莖稈先喂的脫粒損失少一半之多。主要是穗頭的暴露性好，而莖稈的破碎率會略多一些。作物喂入滾筒的方向?qū)π←溩蚜Ｆ扑闆]有影響。

理想的脫粒方式應當是：穗頭朝前且位于作物層的底部，較穗頭在作物層上部喂入要好。如此穗頭與凹板上柵格板接觸，能加快作物脫粒分離，減少夾帶與脫不凈損失。但目前聯(lián)合收割機很難做到這一點（受撥禾輪工作原理限制），而新結構方案正在成熟中。

玉米脫粒      

玉米穗橫向喂入的損傷率在各種含水量的實驗中都是最小的。其次是不定向喂入，即把玉米穗隨意喂入脫粒滾筒。損傷率最高的是使玉米穗軸線與滾筒垂直喂入的（豎向喂入）。但當含水率為20-22%之間時，三種喂入的損傷率都是最低的。

豎向喂入的損傷最高因為：1、和橫向喂入方式比較，玉米穗豎向喂入，撞擊力作用面積要小作用力要強些。2、玉米粒承受力在一個方向上可能比另一個方向上要高一些。

果穗在凹板前部受力最大。所以減少損傷的可行辦法就是使玉米穗在通過外形變化的通道時減少強力沖擊。改進脫粒裝置，減少反復碰撞，都可以降低損傷率的。因為在剝下一些玉米粒后，脫粒就變的容易些了，所有開始是碰撞而后攪動較少的脫粒裝置能降低機械損傷率。       

在適當?shù)臐穸确秶鷥?nèi)。紋桿滾筒脫粒玉米效果是令人滿意的。而釘齒滾筒在含水率較高和較低時會有更好的效果。  

玉米穗從凹板入口大約20度角的地方主要是靠擠壓的法向力，其次是切向力。在整個凹板長度上，作用于橫向玉米穗上的法向力比作用于豎向玉米穗上的法向力稍微高些。因為豎向造成的損傷率高，所以可以斷定：豎向時，和紋桿接觸的面積要比橫向時小的多。這樣，對于豎向的玉米粒的擠壓應力要比作用于橫向玉米穗上的力大一些。

玉米穗在凹板前部經(jīng)受的力最大。而脫粒一經(jīng)開始，就容易多了。所以減少損傷率的一個可行方法便是使脫粒的玉米穗在通過外形有所變化的凹板時免受強力沖撞。損傷率都是隨凹板上距離的增加而增加，當含水率在20%左右時，所有區(qū)段上的損傷率都是最低的。

綜上所述，就可以知道切流紋桿脫粒滾筒比純單縱軸流脫粒滾筒作業(yè)中玉米籽粒損傷多的原因。