风筛式清选装置非均布气流清选原理与试验

工作示意图
口２、“２和卢２（结构角，３２＝ Ｆｉｇ．１ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｆｉｇｕｒｅ
６０。）可求得庐２［７］
ｏｆ ｃｌｅａｎｉｎｇ ｆａｎ ｉｍｐｅｌｌｅｒ
ｓｉｎ铲警
铲ａｒｃｓｉｎ警 （３）
ｌ
２
３
图２非均布气流风速分解示意图
Ｆｉｇ．２ Ｆｉｇｕｒｅ ｏｆ ｎｏｎ—ｕｎｉｆｏｒｍ ａｉｒ－ｆｌｏｗ ｖｅｌｏｃｉｔｙ １．圆锥形离心风扇２．脱出混合物３．振动筛
式风扇直径沿风扇轴线方向是相等的，轮叶母线所 形成的轨迹为圆柱形，在整个出风口宽度内，同一水 平线上的风速基本一致，并要求筛面上的横向风速 也基本一致【３￣４ Ｊ，即均布气流。但因所面对的脱出 物不同，脱出物多的部位风速、风压偏小，少的部位 反之。为了将下落的脱出混合物适当均布，有的学 者曾设置导风板，但效果不佳。传统的小麦联合收 获机脱出混合物经抖动板送入振动筛可均布混合 物，但全喂入水稻联合收获机因结构所限而无法设
２ ０ ０ ９焦
对非均布气流清选进行试验研究
１理论分析
口２ｌ＝１８０。一（卢２＋乒２１）＝４２．１８。 口２２＝１８０。一（卢２＋声２２）＝５４．５０。
１．１ 圆锥形叶轮大小端的风压差
将上述数据代入式（２），得叶轮大端风压为
圆锥形离心风机的叶轮在高速旋转时，从进风 口进入叶轮的空气和叶轮一起旋转，在离心力作用
％＝５．０－－６．０ｍ／ｓ，取孙＝４ｍ／ｓ 口——系数，出口平均风速应是轻杂质飘浮
速度的口倍，对于颖壳口＝１．９～３．９，
３非均布气流与均布气流筛面风速和物料 分布测定分析
谷糠口＝２．５～５，取口＝３
３．１上筛面风速分布及分析
则
口＝口口☆＝４×３＝１２ ｍ／ｓ
上筛面风速分布如图３、４所示，图中分子表示
２ ０ ０ ９年４月
农业机械学报
第４０卷第４期
风筛式清选装置非均布 气流清 选原理与试验＊
陈 霓１ 黄东明２ 陈德俊１ 田晓军１ 张建荣１
（１．金华职业技术学院机电工程学院，金华３２１０１７；２．金华市农业机械研究所，金华３２１０００）
【摘要】 脱出物从横置的轴流式脱粒装置下落到纵置的清选筛上时，在筛面入口段堆积成堆影响清选。提出
ｗｉｄｔｈ
（ａ）０ｍｒｓ（ｂ）３５０ｍｍ（ｃ）７００ｍｍ
Ｂ／ｍｍ （ｃ）
万方数据
７６
农业机械学报
２ ０ ０ ９正
一 —一—一圆圆柱锥形形风风扇扇
…厕锥形风扇
，，１～·一ｒ、 卫
≈静。Ｉ｛藩：、一＝
。呐１．４
０．９量
０．７萨０．５
Ｌ／ｍｍ （ｂ）wenku.baidu.com
图４不同宽度处横向风速％沿筛长分布曲线
Ｆｉｇ．４＇Ｏｂ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｃｕｒｖｅ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｗｉｄｔｈ ａｌｏｎｇ ｓｅｉｖｅ ｌｅｎｇｔｈ （ａ）２５０ ｍｉｌｌ（ｂ）５００ ｎｌｎｌ（ｃ）７５０ ｍｍ
据文献［５］知，由于气流通过风扇时产生涡流对 叶片冲击和摩擦等引起了能量损失，每立方米空气 实际所获的能量为
叶轮大小端风压差为
Ａｐ＝Ｐ２１一Ｐ２２＝１６９．３９—１０９．０３＝６０．３６ Ｐａ
１．２横向风速口６ 假设圆锥形风扇大、小端的动压差的１／４转换
为动压Ａｐｄ并由大端向小端（高压端流向低压端） 传递，则压力差产生的横向风速％可由下式计算
（３）清选风扇全压ｐ
圆锥形风扇数值，分母表示圆柱形风扇数值。风速
ｐ＝Ａ－Ｉ－Ｐｄ
（７） 测定在无物料状态下进行，使用仪器为ＡＶＭ一０１型风
静压九用于克服流动中各种阻力，对于联合收
速仪，图中数据为３次测定的平均值。
获机，双清选筛Ｐ，＝１９６－２４７ Ｐａ，取九＝２００ Ｐａ；加 为动压头，为气流运动提供动能。在一定条件下，如
（１）空气流量Ｑ
的外径为Ｄ２２，叶轮内径（叶片内侧至轴心的距离） 为Ｄ１，大小端相同。根据文献［８］，可求得各部结构 参数如表１所示。
Ｔａｂ．１
表１结构参数计算表
Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ
Ｑ：墨：里
（５）
｝译
｝￡ｐ
式中ｇ——喂入量，取ｑ＝２ ｋｇ／ｓ
ｅ——含杂质率，％，经测定￡＝５％～１５％，
（１）纵向风速铆。 圆锥形风扇，振动筛前部（图３ａ）、中部（图３ｂ），
空气流道截面变小时，ｈ，可以转化为ｈｄ，反之也一 在筛宽方向上，中部的风速比两侧的大，正好满足筛
样。据文献［５］
ｘ焉＝８６．４７ 加＝ｙ瓦．０２＝１１．７７
Ｐａ（８）
面中部混合物较多时清选需要。而尾部（图３ｃ）风 速低则可防止籽粒被吹出机外。
幻＝ａｒｃｓｉｎ型丝＝ａｒｃＳｉｎ紫－７ ．８２Ｖ １ 将口２１、口２２、Ｕ２１和Ｕ２２值代入式（３）可求得 ‘１ ｌ子·ｊ
２圆锥形清选风扇设计
２．１工作参数确定
。
计算离心式清选风扇的原始参数是空气的流量
万方数据
第４期
陈霓等：风筛式清选装置非均布气流清选原理与试验
７５
Ｑ，全压力夕和出口平均风速口。流量Ｑ根据联合 收获机清选过程中需清除的杂质数量ｑｌ确定并与 之成正比。出口平均风速口根据被清除杂质的空 气动力学特性确定［５Ｉ。
获机的清选性能。
关键词：联合收获机清选非均布气流 圆锥形风扇 验证
中图分类号：￥２２６．５
文献标识码：Ａ
Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｏｎ Ｎｏｎ－ｕｎｉｆｏｒｍ Ａｉｒ－－ｆｌｏｗ Ｃｌｅａｎｉｎｇ ｏｆ Ａｉｒ－ｓｃｒｅｅｎ Ｃｌｅａｎｉｎｇ Ｕｎｉｔ
Ｃｈｅｎ Ｎｉｌ Ｈｕａｎｇ Ｄｏｎｇｍｉｎ９２ Ｃｈｅｎ Ｄｅｊｕｎｌ Ｔｉａｎ Ｘｉａｏｊｕｎｌ Ｚｈａｎｇ Ｊｉａｎｒｏｎ９１ （１．Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃａｍｐｕｓ，Ｊｉｎｈｕａ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆＰｒｏｆｅｓｓｉｏｎ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｊｉｎｈｕａ ３２１０１７，Ｃｈｉｎａ
圆柱形风扇，前部风速尚可（图３ａ），尾部风速
则Ｐ＝Ｐ，＋Ｐｄ＝２００＋８６．４７＝２８６．４７ Ｐａ
太大（４．２ ｍ／ｓ，图３ｃ）易引起损失。
·
２．２结构参数 风扇采用并联结构，２个单体风扇的外壳距离
（２）横向风速口６ 圆锥形风扇在振动筛前部的横向风速，从叶轮
为９０ ｍｍ，设圆锥形叶轮大端外径为Ｄ２１，小端叶轮
１
ｙ．
Ａｐｄ。４Ａｐ２瓦秽２
旷％、２ ／１『半：＿厂—２５ｘ９．８—×１５．０９－５．０１ ｍ／ｓｓ
ｍ／０１
舻妒｝ｚ＂ｚＣＯＳ旷｝２ＲｗｃＯＳ“２）
式中叩——风机效率，叩＝０．４５～０．６，取０．５ Ｒ——叶轮半径，取大端Ｒｌ＝０．１６ ｍ，小端
Ｒ２＝０．１４ ｍ
ｃ￡，——叶轮角速度，ｃ￡’＝１３０ ｒａｄ／ｓ
了非均布气流清选原理，设计了圆锥形离心风扇以产生非均匀气流。理论分析和试验验证表明：由圆锥形离心风
扇大、小端的直径差形成的非均布气流产生了风压差，使振动筛前部出现了较大的横向风速（最高处２．６ ｍ／ｓ），将
下落中的脱出物向另一端吹送。使脱出物在振动筛面的初始分布明显改观，从而改善了横置轴流式全喂入联合收
在没有流场干扰和进风口影响的情况下，横向 风速也可理解为出口风速的分速度。因出口风速与 叶轮叶片母线垂直，圆锥形叶轮轮叶出口平均风速 移的方向与纵向存在偏角，故可分解为纵向风％ （用于清选物料）和横向风口６（用于均布物料），如 图２所示。
如图１所示，在速度 图１清选风扇叶轮
烀气
％
三角形Ｕ２０ｖ２中，已知
大端的口。＝２．６ ｍ／ｓ沿筛宽度（叶轮的小端）方向逐
一一一圆锥形风扇
一 —一 —一圆圆柱锥形形风风扇扇
一 —一 —一圆圆柱锥形形风风扇扇
剧ｍｍ （ａ）
Ｂ／ｍｍ （ｂ）
；
昙０７２．３
．图３不同筛长处纵向风速％沿筛宽分布曲线
Ｆｉｇ．３
ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ
Ｖａ
ｃ１１ｒｖｅ
ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌｅｎｇｔｈ ａｌｏｎｇ ｓｅｉｖｅ
收稿日期：２００８—０７—２２修回日期：２００８—１０—０６ ＊浙江省科技计划重点资助项目（２００４Ｃ２１０１２） 作者简介：陈霓，讲师，主要从事机电一体化和农业机械研究，Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｙｉｎｙ＠１６３．ｃｏｒｎ
万方数据
乒２２＝ａｒｃｓｉｎ警＝ａｒｃｓｉｎ紫＿６５．５０。 ７４
农业机械学报
置抖动板。为此，本文设计圆锥形离心式清选风扇，
Ｐ２Ｉ＝÷口２１ ２ Ｕ２１ＣＯＳ口２１
１６９．３９
Ｐａ
下被排出机壳。外界的机械功理论上使每立方米空
叶轮小端风压为
气获得的能量九（压力）由风扇的基本方程式即欧 拉方程确定［５－６】，即
Ｐ２２＝｛１２２Ｕ２２ＣＯＳｆＹ２２＝１０９．０３ Ｐａ
Ｐ。＝＂三－＇Ｕ２Ｕ２ＣＯＳａ２
（１）
式中ｙ——空气容重，ｙ＝１１．７７ Ｎ／ｍ３ ｇ——重力加速度，９．８ ｍ／ｓ２ ·ｖ２——空气离开叶轮时的绝对速度，ｍ／ｓ Ｕ２——叶轮外圆切线速度，ｍ／ｓ ａ２——口２与越２的夹角
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ Ｃｏｍｂｉｎｅ，Ｃｌｅａｎｉｎｇ，Ｎｏｎ—ｕｎｉｆｏｒｍ ａｉｒ—ｆｌｏｗ，Ｃｏｎｉｃａｌ ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ ｆａｎ，Ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ
引言
在稻麦联合收获机上广泛应用风筛式清选装 置，其功能是将混杂在谷粒中的各种杂质清除出机 外。对于横置轴流式脱粒装置，作物从轴流滚筒一 端切向进入到另一端切向排出，绝大部分脱出物在 滚筒前半段已得到分离并堆积在振动筛入口 段［Ｉ－－２］。振动筛上脱出物初始分布不均匀，不但使 振动筛偏负荷工作，且影响清选质量。传统的离心
２．Ｊｉｎｈｕａ Ａｇｒｉ—ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｊｉｎｈｕａ ３２１０００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｔｈｅ ｇｒａｉｎ ｄｒｏｐｐｅｄ ｔＯ ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｃｌｅａｎｉｎｇ ｓｉｅｖｅ ｆｒｏｍ ｔｈｒｅｓｈｉｎｇ ｕｎｉｔ ｍｏｕｎｄ ｉｎ ｔｈｅ ｒｉｇｈｔ ｃｏｒｎｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｓｃｒｅｅｎ ｄｅｃｋ ｗｉｌｌ ｂｌｏｃｋ ｃｌｅａｎｉｎｇ．Ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｎｏｎ—ｕｎｉｆｏｒＩｎ ａｉｒ－ｆｌｏｗ ｃｌｅａｎｉｎｇ ｗａｓ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｎｉｃａｌ ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ ｆａｎ，ｒｅｓｏｕｒｃｅ ｏｆ ｎｏｎ—ｕｎｉｆｏｒｍ ａｉｒ—ｆｌｏｗ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ．ａｓ ｔｈｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｓｍａｌｌ—ｅｎｄ ａｎｄ ｂｉｇ—ｅｎｄ ｏｆ ｃｏｎｉｃａｌ ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ ｆａｎ，ｔｈｅ ｗｉｎｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ ｎｏｎ－ｕｎｉｆｏＩＴｎ ａｉｒ－ｆｌｏｗ ｆｏｒｍｓ，ｗｈｉｃｈ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎ ｈｉｇｈ ｔｒａｎｓｖｅｒｓａｌ ｗｉｎｄ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｉｎ ｔｈｅ ｆｒｏｎｔ ｏｆ ｖｉｂｒａｔｉｎｇ ｓｃｒｅｅｎ（ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｓｔ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｉｓ ２．６ ｍ／ｓ）．Ｔｈｅ ｗｉｎｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｐｕｆｆｓ ｆａｌｌｉｎｇ ｇｒａｉｎ ｔｏ ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ｓｉｄｅ，ｗｈｉｃｈ ｃｈａｎｇｅｓ ｉｎｉｔｉａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｐｐａｒｅｎｔｌｙ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅｓ ｃｌｅａｎｉｎｇ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｔｒａｎｓｖｅｒｓａｌ ａｘｉｓ—ｆｌｏｗ ｆｅｅｄ ｃｏｍｂｉｎｅ．
Ｌ／ｍｍ （ｃ）
渐下降，说明在脱出物分离下落最多的部位横向风 速最大，实现了脱出物筛面上均匀分布（图４ａ）。圆 锥形风扇在筛面中部的横向风速达２．０ ｍ／ｓ，说明 横向风速在筛面中部继续将脱出物从多向少的部位 均布（图４ｂ）。
取ｅ＝１０９６
』Ｄ——空气密度，取ＩＤ＝１．２０ ｋｇ／ｍ３
ｐ——含杂质气流的质量比，户＝０．２～０．３，
取卢＝０．２２
则Ｑ＝詈＝鑫特＝０．７６ ｍ３／Ｓ
（２）出口平均风速
口＝口。声
（６）
式中 口。一杂质中某种物料的飘浮速度，稻麦颗
壳％＝０．６－－５．０ ｍ／ｓ，短茎杆（＜１０ ｃｍ）
外壳形状
阿基米德细线，中心方边长ｚ＝告
空气离开叶轮时绝对
速度，实测大端为口２１＝ １８．３ ｍ／ｓ，小端为口２２＝ １７．２ ｍ／ｓ。叶轮外圆切线 速度，大端为“２１＝Ｒ１ ｃｃ，＝ ０．１６×１３０＝２０．８ ｍ／ｓ，小 端为“２２＝Ｒ２ ｃｃ，＝０．１４× １３０＝１８．２ ｍ／ｓ。
厉惑２
‘心乡
即由于叶轮大小端所形成的风压差Ａｐ最大可产生 ５．０１ ｍ／ｓ的横向风速。 １．３图解分析