油菜清選仿生篩摩擦與粘附特性的研究.pdf

1、油菜聯(lián)合收割機在作業(yè)過程中,脫出物容易在清選篩面粘連、堵塞篩孔,導致清選損失急劇增加,嚴重制約了我國油菜聯(lián)合收割機的使用和推廣。油菜脫出物粘塞篩堵孔問題屬于濕粘農(nóng)業(yè)物料與運動金屬部件之間的粘附摩擦問題。基于表面仿生減粘降阻脫附原理,探索油菜清選仿生減粘降阻技術,分析油菜脫出物與仿生清選篩面的摩擦與粘附性能,對于解決油菜機械化收獲中粘篩堵孔的瓶頸問題,具有重要的科學意義和應用前景。本文在這樣的背景下,開展了油菜脫出物基本特性、油菜脫出物與

2、仿生篩面之間的準靜態(tài)單向摩擦特性和往復摩擦特性、油菜脫出物與仿生篩面之間的粘附特性以及仿生油菜清選篩近篩層微觀氣流場等研究。
　　 (1)通過跟蹤油菜聯(lián)合收割機田間作業(yè)情況,分析了油菜脫出物在清選篩面上的粘附過程,并對油菜篩面粘附物的組成結構、尺度分布和浸潤性等基本特性進行了測試。試驗表明:篩面粘附物由角果皮、角果內(nèi)膜、隔膜、碎莖稈、莖稈內(nèi)海綿體、莖稈表皮、少量破碎的青油菜籽等組成；篩面粘附物中各成分的尺寸主要集中在0.3mm～

3、2.5mm之間,占整體的77％,大于2.5mm的占18％,小于0.3mm的僅占5％,尺寸大于10mm的沒有；收獲期的油菜莖稈和角果外表面分別為親油疏水和親油親水表面。
　　 (2)在低速(1.6mm／s)、單向條件下,以含水率、摩擦方向和表面形態(tài)等為考察因素,對油菜主莖稈、枝莖稈及角果殼與仿生非光滑篩面和普通光滑篩面之間的準靜態(tài)摩擦特性進行了測試與分析。試驗表明:油菜主莖稈、枝莖稈和角果殼與各篩面之間的摩擦因數(shù)均隨含水率的提高而

4、提高；各摩擦對象對摩擦方向不太敏感,僅主莖稈外表面摩擦特性表現(xiàn)出較明顯的方向性,且由大到小依次為0°、45°、90°；仿生篩面能對角果殼起到一定的降阻作用,在含水率較高時能對主莖稈和枝莖稈起到一定的降阻作用。
　　 (3)設計了專用船型夾具,在多頻(1.67Hz、5.0Hz、8.33Hz、11.67Hz)、往復條件下,以表面形態(tài)、往復頻率為考察因素,對油菜莖稈、角果殼與仿生非光滑篩面和普通光滑篩面之間的往復摩擦特性進行了測試,發(fā)

5、現(xiàn)并闡述了“仿生非光滑表面的增頻降阻原理”。試驗表明:往復條件下,仿生非光滑表面沒有對角果殼起到減阻作用,但莖稈與仿生篩面之間的往復摩擦因數(shù)普遍小于莖稈與普通光滑篩面之間的往復摩擦因數(shù)；莖稈與仿生凸包之間的往復摩擦因數(shù)隨著往復頻率的增加而減小,且小于與普通光滑篩面之間的往復摩擦因數(shù),角果殼與仿生凸包之間的往復摩擦因數(shù)隨往復頻率的增大而先增大后減小,但不顯示降阻特性,光滑篩面的往復摩擦因數(shù)不隨往復頻率的變化而變化。
　　 (4)以

6、殘留粘附面積r為基礎定義了“粘附率”μi與“減粘率”τi,以圖像技術為核心構建了油菜脫出混合物粘附測試系統(tǒng),將篩面形態(tài)與混合物組成作為考察因素,對油菜脫出混合物與仿生非光滑篩面和普通光滑篩面之間的粘附特性進行了測試與分析。試驗結果表明:仿生非光滑篩面對油菜脫出混合物具有顯著的減粘能力,減粘率普遍超過30％,最高可達90％；仿生凸包的減粘能力優(yōu)于仿生凹坑,且相比較與普通光滑篩面,仿生非光滑篩面的粘附狀況基本不依賴于脫出混合物的成分及比重,

7、具有優(yōu)良的適應性。
　　 (5)采用數(shù)值模擬的手段,以入風口角度(22°、25°和28°)與篩面形態(tài)為考察因素,對仿生非光滑篩面與普通光滑篩面的近篩層(0～10mm的高度范圍內(nèi))微觀氣流場進行了仿真試驗與分析,試制了仿生非光滑油菜清選篩與普通光滑油菜清選篩進行了田間對比試驗。結果表明:入風口角度對近篩層微觀氣流場基本沒有影響；仿生形態(tài)對篩孔間的小漩渦起到了一定的破壞作用,減小了細小物料與篩面的接觸機會,有利于緩解粘附的發(fā)生。田間