联合收割机清选装置中离心风机的现状及发展趋势

第４０卷　第７期２０１９年７月

中国农机化学报

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ａｇ

ｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　ＭｅｃｈａｎｉｚａｔｉｏｎＶｏｌ．４０　Ｎｏ．７

Ｊｕｌ．　２

０１９ＤＯＩ：１０．１３７３３／ｊ．ｊ

ｃａｍ．ｉｓｓｎ．２０９５－５５５３．２０１９．０７．１４联合收割机清选装置中离心风机的现状及发展趋势＊

杜洪恿，王永刚，张恒，孙海博，张国海

（山东理工大学农业工程与食品科学学院，山东淄博，２５５０００

）摘要：清选装置会影响联合收割机的收获作业，它的好坏决定着机器最终的收获效果。而离心风机作为清选装置中的关键部件，

对风机外壳、风机叶轮、多风道风机和多风机配合清选等的研究能提高清选性能。为此，从以上四方面综述国内外联合收割机清选装置中离心风机的研究现状，并阐述清选装置中离心风机的发展趋势。关键词：联合收割机；离心风机；清选装置；清选性能

中图分类号：Ｓ２２３．２ 文献标识码：Ａ 文章编号：２０９５－５５５３（２０１９）０７－００７３－０５

杜洪恿，王永刚，张恒，孙海博，张国海．联合收割机清选装置中离心风机的现状及发展趋势［Ｊ］．中国农机化学报，２０１９，４０（７）：７３－７７

Ｄｕ　Ｈｏｎｇｙｏｎｇ，Ｗａｎｇ　Ｙｏｎｇｇａｎｇ，Ｚｈａｎｇ　Ｈｅｎｇ，Ｓｕｎ　Ｈａｉｂｏ，Ｚｈａｎｇ　Ｇｕｏｈａｉ．Ｃｕｒｒｅｎｔ　ｓｔａｔｕｓ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｔｒｅｎｄ　ｏｆ　ｃｅｎ－ｔｒｉｆｕｇａｌ　ｆａｎ　ｉｎ　ｃｌｅａｎｉｎｇ　

ｄｅｖｉｃｅ　ｏｆ　ｃｏｍｂｉｎｅ　ｈａｒｖｅｓｔｅｒｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｚａｔｉｏｎ，２０１９，４０（７）：７３－７７

收稿日期：２０１８年１２月２９日 修回日期：２０１９年３月１１日

＊基金项目：

山东省农机装备研发创新计划项目（２０１６ＹＦ０２６、２０１８ＹＦ００６）；山东省高等学校优势学科人才团队培育计划项目第一作者：杜洪恿，男，１９９４年生，山东高密人，硕士研究生；研究方向为智能农机装备。Ｅ－ｍａｉｌ：１１５４２９２７７６＠ｑｑ

．ｃｏｍ通讯作者：张国海，男，１９７６年生，山东青州人，博士，副教授；研究方向为大田作物种植与收获机械化与智能化技术。Ｅ－ｍａｉｌ：ｇｕｏｈａｉｚｈａｎｇ

＠１６３．ｃｏｍ０　引言

联合收割机在作业的过程中，会产生包括割台损失、脱粒损失、分离损失、清选损失等一系列损失，其中清选损失是主要损失。目前，谷物联合收割机中应用最广泛的是风筛式清选装置，

由离心风机和清选筛组成［

１］

。风筛式清选装置利用脱粒后混合物几何尺寸的差异和悬浮速度的不同进行除杂，脱粒后的混合物进入到清选室中，在筛子的往复运动下进行筛选，同时在

离心风机的吹动下进行风选［

２

］。不同种类的谷物配备不同的清选筛，联合收割机可通过更换清选筛实现对不同作物的清选。

随着联合收割机向大型化、高效化、多功能化发展，

收获面积增加，机械化程度提高。但喂入量的不断增大和脱粒能力的不断提高，对联合收割机的清选性能提出更高的要求。离心风机作为风筛式清选装置中的重要工作部件，它能为清选室提供风力，将轻杂物直接吹走，使漂浮系数不同的混合物在筛面分层，便于筛选。加大离心风机的研究力度，

对于改善清选性能，减少含杂率和损失率，提高联合收割机的收获效果有着重要的意义。

目前，国内外科研人员根据清选需求，对清选装置

中离心风机的研究集中在改变风机外壳结构、改变风机叶轮形式、对多风道离心风机研究、多风机配合清选等四个方面。

１　改变风机外壳机构

改变风机外壳结构，探究不同外形的风机对清选效果的影响情况，当风机外形改变时，改变了进风口和出风口的风量和风压，有助于提高清选效果。

Ｇｅｂｒｅｈｉｗｏｔ等［３］

通过三维ＣＦＤ建模对清选风机

进行研究，改变风机进风口开口的大小，研究不同开口对清选性能的影响情况，结果发现进风口大的风机能够提高清选性能，

对联合收割机收获效果具有很好的改善作用。Ｔｏｆｆｏｌｏ等［４］

研究不同外壳结构的风机内

部气流场的分布情况，并用探针测量清选风机内部的风压和风速，得到风机不同外壳对风机内部气流场的

影响关系，为风机的改进工作提供参考。张建宗等［

５］创新性地设计一种离心风机，在离心风机的出风口处装有上、下板和侧板，该设计可以根据需要改变出风口的大小和尺寸，在不改变风机转速的情况下，清选室中比较靠后的筛面气流速度得到有效提高，

使杂质更容易排出机外。李海清等［６］利用ＣＦＤ流体分析软件对

风机内部的气流场进行模拟分析，发现风机存在进风

７４　中国农机化学报２０１９年

口风量不足和出风口风压分布不均匀的现象，优化风机结构，在风机中部增加进风口，对风机外形也进行优化设计，设计后的气流在清选室内分布更加均匀，清选效果更加理想。刘艳艳［７］对沃得－２型全喂入联合收割机清选装置中离心风机出风口风速进行试验研究，发现在风机不更换的情况下，将风机出风口延长３０ｃｍ后，筛面上横向气流分布更加均匀且纵向气流衰减速度明显减慢。

借助ＣＦＤ软件，对蜗壳结构进行改进工作。周水清等［８］对多翼离心风机的蜗壳进行设计改进，通过ＣＦＤ仿真试验，探究改型前后风机内流场的分布情况，结果表明，改进蜗壳结构提升了出口静压，降低了风机噪声。雷沃重工的赵光军等［９］研究发现，蜗壳形状对风机出口风量的大小影响较大，为此基于ＣＦＤ研究不同结构的两种典型风机模型，并通过模拟值与试验值的比较，发现实际测得的出风口风速值与仿真分析的风速规律和大小基本相同，误差较小，今后联合收割机可根据作业情况改变风机蜗壳结构来满足收获要求。

２　改变风机叶轮形式

通过改变风机叶轮的形式改变了离心风机横向气流的分布情况，使气流在筛面上分布更加均匀，有利于谷物的清选。

Ｋｗａｎｇ－Ｙｏｎｇ　Ｋｉｍ等［１０］为了最大限度的提高风机效率，以叶轮宽度为优化设计变量，用响应面法对前弯叶片离心风机进行了优化设计。Ｊｅｏｎ　Ｗ　Ｈ等［１１］用数值分析方法对离心风机叶轮转动情况进行分析研究并和试验数据作对比。Ｓｏｆｉａｎｅ　Ｋｈｅｌｌａｄｉ等［１２］用数值模拟工具对风机叶轮进行研究，得到了叶片式离心风机内的流动特性。王志明［１３］利用ＣＦＤ软件对圆柱形清选风机和圆锥形清选风机的清选室气流场情况进行模拟分析，利用布点法进行试验验证，得到当锥形风机锥度为３．５°时，产生使物料在筛面初始分布更均匀的横向风，清选分离的纵向风没有减少太多，锥形清选风机的清选效果明显优于柱形清选风机的结论。韩滨等［１４］对约翰·迪尔公司设计的一种卷翼型清选风扇进行试验，该风机的叶片是应用流体力学原理设计的满足谷物筛面分布要求的前向后倾的曲面结构形式，试验结果表明，该风扇可以吸入大量的气流，在出风口处产生高速气流并使气流均匀分布，使谷物损失率和含杂率大大降低。汤楚宙等［１５］针对离心风机在清选时气流沿叶轮轴向分布均匀性较差的问题，设计一种由离心风机和轴流风机组合式的清选风机，该组合风机两头为轴流叶轮，中间为离心叶轮，均由６片叶片组

成，风机工作时，轴流叶轮将气流吸入，快速地分布在叶轮各部，在离心叶轮的作用下，气流从出风口均匀地排出，应用在联合收获机上，清选总损失率比采用原离心风机减少０．２％，含杂率减少０．４％，实际清选效果比较理想。李晓丽等［１６］为探究离心风机性能变化的根本原因，采用壁面函数法对离心风机在额定转速内不同转速下进行仿真分析，得到蜗壳与叶轮之间的相互作用情况，为离心风机的优化设计提供指导。

通过改变风机的叶轮参数，对不同叶轮形式的风机作比较，探究其影响规律。Ｙｏｕｎｓｉ　Ｍ等［１７］为研究风机设计参数对风机蜗壳与叶片之间不稳性的影响，利用ＣＦＤ仿真模拟离心风机的叶片边距、叶片数、叶轮缘与风机窝舌径向距离等对非定常流动情况的影响。吕明杰等针对传统的离心风机存在横向气流分布不均匀、结构尺寸大、动力消耗大的弊端，提出在联合收获机清选装置中采用横流风机，从平均风速、特性系数、出口断面横向速度、压力分布均匀性等方面比较直径大小不同的三种叶轮，发现大直径叶轮可满足清选技术要求，且清选效果较好。王乐刚等［１８］运用Ｇａｍｂｉｔ软件对离心风机建模，建立形式不同的四种叶片模型，并用Ｆｌｕｅｎｔ软件模拟分析四种风机模型内部的气流场情况，比较叶片数目不同和有无倾角的风机对清选性能的影响情况。

３　对多风道离心风机的研究

为改变单风道风机风量小、风速不均匀、清选效果不理想的状况，国内外学者增加风机风道，对多风道风机进行相关研究。多风道离心风机的设计思路为：风机上出风口的风道产生高速气流，主要作用在筛前，预清选从抖动板上掉落的混合物，将质量较轻的杂质先排出机外；下出风口的风道主要控制筛中，筛后的气流，通过从不同风道吹风后达到理想的清选效果［１９］。

ＣＬＡＳＳ公司生产的联合收割机，采用的双风道离心风机有上下两出风口，配置两层往复式清选振动筛，有着很好的清选效果。国内学者对多风道离心风机的研究比较早，大约始于２０世纪８０年代。金承烈等［２０］通过对双风道清选构件的试验研究，从多种改变清选质量的因素分析，得出在不改变清选室结构尺寸的前提下，应用双风道离心风机能够使清选能力提高１５％～２０％左右，提高籽粒清洁度。申德超为进一步探究双风道离心风机清选参数对清选性能的作用规律，对由双风道离心风机和一层振动筛的清选装置进行研究，发现双风道风机对不同谷物清选损失影响规律一样，相对于单风道离心风机，清选损失率减少，清洁度提高。宁小波等发现单风道离心风机存在风力