谷物清选、干燥和种子加工机械讲解

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
一、筛选
谷
（一）筛子的种类和选择
物
四种形式：编织筛、鱼眼筛、冲孔筛、鱼鳞
清 筛。清选装置上较多的采用鱼鳞筛与冲孔筛。
选
⑴编织筛：用金属丝编织而成，制造简单、
机 械
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。
谷 寸一致的种子。将种子清选以后再播种，可以清
物 清 选
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
机 播种，因而更可以大量节省种子。清选后的种子
械 已清除其中大部分病虫害的籽粒，减少了今后感
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。
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谷物清选原理和清选装置
+x －a
谷
N
u
ε
物
清
F
α
选
机
mg
械
N = mg cosα －u sin（ε －α ）
令：N = 0
mg cosα －m rω 2cosω t sin（ε －α ）= 0
连左的线 侧 位A的 与 移设o延 、：前o长 速曲/重线 度柄合、o的位o加回/置方速转为向度中曲为与心柄筛时o运子与间动的筛O的/的振架关起动α连系始方杆为位向连ε：置，水接平，曲点面筛柄o后/子在的 ω
选 ωt
o
机
械
x = -rcosωt
vx= rωsinωt a = rω 2cosω t
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谷物清选、干燥和 种子加工机械
王金武
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清 内容结构
选
、
干
第一节 谷物清选机械
燥
、
第二节 谷物干燥机械
加
工
第三节 种子加工机械
机
械
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概述
谷粒经过清选以后，可以获得质量均匀、尺
谷物清选原理和清选装置
由于吊杆和连杆长度远大于曲柄半径，可近
谷 物
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。
x
清
选
机
械
A
ω
ωt
o
O/
ε α
水平面
x
＋－
x=－rcosωt
＋ o－
a=rω2 cosωt
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谷物清选原理和清选装置
x
谷 物 清
物 气流清选系统包括喂料装置、垂直气道、风机和
清 沉降室。
选
工作时谷粒混合物被喂料辊送至垂直吸气道
机 械
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
和混杂物开始落人垂沉直降吸气室式内清选，装被置 搅龙输送到机外， 最轻的杂质被风1.喂吹料装出置。2.喂入辊 3.垂直气道
谷物清选原理和清选装置
假设筛面上有一质量为m的脱出物质点和筛子
谷 物 清 选
一起运动，在ω t=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x向沿x 轴向左，前脱出物有沿筛面向前滑O/ 动的趋势。 后
αε
机
A
x
水平面
械 ωt
ω o
＋－
＋ o－
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经脱粒装置脱下的和经分离装置分离出的短脱
谷 出物中混有断、碎茎秆、颖壳和灰尘等细小夹杂物。
物 清
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。
选 机
常用的清选原理有：
械
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。
谷物清选原理和清选装置
作为筛子运动的加速度
谷 物
2 比，他决定了脱出物在筛面
r 上的运动特征。在前面讲过
K 的分离装置的运动特征值也
清
g
是这样描述的加速度比，二
选
者有什么区别吗？
机 械
K=rω 2/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
选
机
械
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⑷鱼鳞筛：是由冲压而成的鱼鳞筛片和鱼鳞
谷 物
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。
清
选
机
械
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(二) 谷物在筛面上的运动和筛子参数选择
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。
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概述
谷物清选最常利用的几种物理特性：
谷
物
清
1、谷粒的大小和形状
选
2、谷粒比重和体积密度
机
械
3、谷粒表面特性
4、谷粒的空气动力特性
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谷物清选原理和清选装置
谷物清选原理和清选装置
在ω t=π /2~3π /2区间（2、3区间）时，加
谷 物 清
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。
x
选
前
机
械
Aω
ωt
o
O/
α
x
＋－
＋ o－
后
ε
水平面
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假设筛面上有一质量为m的脱出物质点和筛子
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。
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⑶鱼眼筛：在薄金属板才上冲制出凸起的鱼
谷 眼状筛孔。混合物在筛面上只能单向选别，向后
物 清
推送的能力比较好，结构简单，生产率低，易作 下筛。
选 机
N——法向反力，
械
φ ——脱出物与筛面的摩擦角，小
麦：25~360；水稻：23~320；
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+x
谷
＋a
物
N
ε
清 选
F α
机
u
械
mg
N = u sin（ε－α）+mgcosα
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2、脱出物沿筛面向后滑动的极限条件
谷
当加速度为负值时，脱出物在惯性力的作用
物 清
下有后滑的趋势，由图所示：全部外力向筛面投 影得：
+x
选
－a
机
Nu
ε
械
α
F mg
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物 下有前滑的趋势，由图所示：全部外力向筛面投
清 影得： 选
＋a
+x
机
N
ε
械
F α
u
mg
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u cos（ε －α ）＋mg sinα = F
谷
物
式中：u——惯性力，u = m rω 2cosω t；
清
F——摩擦力，F = N tgφ ；
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(二) 清选原理：利用被清选对象各组成部分
谷 之间的物理机械性质的差异将他们分离开来。
物 清
清选装置的类型主要有：
选
气流式、筛子式
机
气流筛子组合式。
械
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1、气流式清粮装置：按照谷物混合物各组
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整理得：
谷
物 清 选
r
g
2
＞
cos
sin－


K3
机
械
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。
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讨论：通过以上分析，在不考虑其他影响因
谷
短脱出物进入由清选筛和风机组成的清粮装
物 置后，利用风机的配合在筛面上做前后的往复运
清 动，借以获得更多的机会通过筛孔。一般来说筛
选 机 械
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。
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4.垂直气道 5.沉降室 6.风机 7.搅龙
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谷 物
利用倾斜气流进行清选
清
选 利用不同空气
机 阻力进行分离
械
带式扬场机 1.粮斗 25..调扬倾节场斜插辊气板流6.3清抛.压选出辊装线置4.胶带
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K3＞K＞K1＞K2
清
清选装置的主要参数为：
选
机
K=2.2~3， R=23~30mm， ε=12~25o
械
α=1 ~ 3o，（个别7 ~ 8o），
n = 200 ~ 350 r / min。
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二、气流清选
谷
利用垂直气流进行清选 谷物清选机的垂直
在筛面上也抛起来？
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3、脱出物抛离筛面的极限条件
谷 物 清 选 机
u
问题：什么条件下脱出物有可能抛离筛面？
＋a N
+ xε
－a Nu
+ xε
F
α
α
F
mg
mg
械
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rω 2的增大，法向反
谷 物 清
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。
选
＋a
+x
－a
+x
机
N
ε
Nu
ε
械
F
α
α
u
mg
F mg
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1、脱出物沿筛面向前滑动的极限条件
谷
当加速度为正值时，脱出物在惯性力的作用
r 2 ＞ sin－ g cos－＋
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谷 物
r 2 ＞ sin－ g cos－＋
清 选 令： 机
sin－ cos－＋


K1
械
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。
等式两边同乘以cosφ得：
谷 u[cos（ε －α ）cosφ －sin（ε －α ）Hale Waihona Puke Baiduinφ ]
物
= mg（cosα sinφ －sinα cosφ ）
清
选 利用sin（α ±φ ）=sinα cosφ ±cosα sinφ
机 械
和cos（α ±φ ）= cosα cosφ sinα sinφ
整理得：m rω 2cosω t cos（ε －α ＋φ ）
谷 素的条件下，脱出物在筛面上的运动结果主要取 物 决于筛子运动的加速度比 ：
清 选
K r 2
机
g
械
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。
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清选筛正常工作的条件 ：
谷 物
u cos（ε －α ）=F + mg sinα
谷
物
法向反力：N = mg cosα －u sin（ε －α ）
清 选 机
同理整理得：
r 2
g
＞
sin＋ ＝K cos－－ 2
械
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。
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将u和F代入并整理得：
谷
u cos（ε －α ）＋mg sinα =
物
清
[ u sin（ε －α ）+mg cosα ] tgφ
选
机
移项整理得：
械
u[cos（ε －α ）－sin（ε －α ）tgφ ]
= mg（cosα tgφ －sinα ）
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=mg sin （φ －α ）
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谷 物
r
g
2
cost

sin－ cos－＋

清
令K = rω 2/g为筛子运动的加速度比
选
因为cosω t≤1，欲使脱出物沿筛面前滑，
机 必须使筛子运动的加速度比满足如下条件：
械
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三、气流筛子清选装置
谷
（一）清选装置的种类
物
气流筛子清选装置有上下两筛和阶梯式三筛。
清
选
机
械
风1.支扇5杆筛.上子2筛.式阶清6状.尾6选抖.杂筛装动余1置板7.阶螺.(下两3状旋.筛筛筛风抖推架上扇8动运.风下筛板器4.扇配子吊27置式杆..上谷)清筛粒选滑3装.板中置筛(8三.谷4筛.粒下阶螺筛风1梯.旋支扇配55推.杆筛杂.置上运子余)2筛器.式滑阶6清板状9.尾.风选抖筛扇装动置7板.下(两3筛.筛筛8架上.风下4扇.配吊置杆)