第十章谷物清选机械

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。
气流式清粮机械
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。
图10-25 窝眼筒按长度分选
五 比重清选
• 重力清选机的主要工作部件是一个双向倾斜的 三角形振动筛面（图10-29），α角称为纵向倾 角，β角为横向倾角。此筛面由曲柄连杆机构 （或振动电机）驱动，产生纵向振动，振动方 向角ε大于筛面的纵向倾角α。三角形筛面具有 孔眼，气流从筛面下方沿一定方向吹出。气流 速度应使轻的籽粒处于半悬浮状态，而重的籽 粒处于下层并沿筛面向上移动。
r 2
K g
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。
清粮筛正常工作的条件 ：
K3＞K＞K1＞K2
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 ~ 350 r / min。
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。
＋a
+x
－a
+x
N F
ε
α
Nu
ε
α
u
mg
F mg
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：
+x ＋a
N F
ε
α
u来自百度文库
mg
u cos（ε－α）＋mg sinα= F
u cos（ε－α）＋mg sinα= F
式中：u——惯性力，u = m rω2cosωt； F——摩擦力，F = N tgφ； N——法向反力，
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。
气流与筛子组成的清粮装置机构简图
(三) 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。
P = kρF v2
P
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
mg
V——气流速度，m/s，小麦 的 Vp=809~11.5m/s。
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
φ——脱出物与筛面的摩擦角，小麦： 25~360；水稻：23~320；
＋a N
F
u mg
+x
ε
α
N = u sin（ε－α）+mg cosα；
将u和F代入并整理得：
u cos（ε－α）＋mg sinα= [ u sin（ε－α）+mg cosα] tgφ
移项整理得： u[cos（ε－α）－sin（ε－α）tgφ] = mg（cosαtgφ－sinα）
二 气流清选
• 1、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（图10-8）、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。
二 谷粒的物理特性
• 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
第二节 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。
法向反力：N = mg cosα－u sin（ε－α）
同理整理得：r
g
2
＞
sin＋ cos－－
＝K
2
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。
K r 2
g
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？
• （一）筛子的种类及选择
• 目前应用的筛子有四种形式：编织筛、 鱼眼筛、冲孔筛、鱼鳞筛。清粮装置上 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。
三 气流筛子清选装置
• （一）清选装置的种类 • 气流筛子清粮装置有上下两筛和
阶梯式三筛的，如图10-13、图 10-14所示
图10-13 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
图10-13 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
P
P
B
B
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。
(四) 影响清选质量的因素及调整 原则
• 1、收获和清选不同作物时的调整 • 2、收获与清选不同湿度作物时的调整 • 3、收获与清选杂草较多作物时的调整 • 4、当滚筒脱出物破碎程度较大时的调整 • 5、依自然条件变化进行调整
6.杂余螺旋推运器 7.谷粒滑板 8.谷粒螺旋推运器 9.风扇
(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。
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。
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：m rω2cosωt cos（ε－α＋φ） =mg sin （φ－α）
x
Aω
ωt
o
O/
αε
水平面
x
＋－
x=－rcosωt
＋ o－
a=rω2 cosωt
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
前
A
ω
ωt
o
O/
后
αε
水平面
x = －rcosωt
四 窝眼筒分选
• 窝眼筒是按籽粒长度进行分选的工作部件。在 金属板上压成多数口径一致的圆窝，将混合物 平铺其上，稍加振动则较小谷粒即落入窝眼内， 大者留在窝外。如将金属板倾斜至一定角度时， 则长谷粒可由板上滑下，再将板移至他处反转， 则短谷粒亦被倾出。利用这种方法，如将板弯 成圆筒形，使窝在内侧，中间置承种槽和推运 器。即为农业上广泛应用的窝眼式选粮筒（图 10-25）
6.尾筛 7.下筛 8.风扇
图10-14 风扇筛子式清选装置(三筛阶梯配置) .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
图10-14 风扇筛子式清选装置(三筛阶梯配置)
.阶状抖动板 2.上筛 3.中筛 4.下筛 5.杂余滑板
图10-8 垂直吸气式清选装置 .喂料装置 2.喂入辊 3.4.垂直气
道
5.沉降室 6.风机 7.搅龙
2 利用倾斜气流进行清选 如图10-10
• 3 利用不同空气阻力进行分离
•
如图10-11
图10-11 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
图10-10 倾斜气流清选 装置
vx= rωsinωt a = rω2cosωt
前
Aω
ωt
o
O/
α
x
＋－
＋ o－
x
后
ε
水平面
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。
前
Aω
ωt
o
O/
α
－a
N
u
F
+x
ε
α
mg
N = mg cosα－u sin（ε－α）
令：N = 0
mg cosα－m rω2cosωt sin（ε－α）= 0
整理得：
r
g
2
＞
s
cos
in－
K
3
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，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 ：
第十章 谷物清选机械
第一节 概述 第二节 清选原理 第三节 清选装置 第四节 复式谷物清选机
第一节 概述
• 一 谷物清选的意义 • 二 谷粒的物理特性
一 谷物清选的意义
• 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。
r
g
2
cost
sin－ cos－＋
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：
r 2 ＞ sin－ g cos－＋
r 2 ＞ sin－ g cos－＋
令：
sin－ cos－＋
K1
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。
2、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：
+x －a
Nu
ε
α F
mg
u cos（ε－α）=F + mg sinα
+x －a
Nu
ε
α F
mg
u cos（ε－α）=F + mg sinα
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？
NO！
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？
＋a
N F
+x
ε
α
－a Nu
+x
ε
α
u
mg
F mg
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。
一 按照谷粒的空气动力特性进行分离
• 二 按谷粒的尺寸特性分离 • (按厚度,宽度,长度分离) • 三 利用气流和筛子配合进行分离
第三节 清选装置
• 一 筛选 • 二 气流清选 • 三 气流筛子清选装置 • 四 窝眼筒分选 • 五 比重清选 • 六 摩擦分离器分选 • 七 颜色分选
• 一、筛选
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。
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。
(二) 谷物在筛面上的运动和筛 子参数选择
x
＋－
＋ o－
x
后
ε
水平面
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。
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。