種子玉米脫粒損傷機(jī)理及5TYZ-1型定向喂入式脫粒機(jī)研究.pdf

1、玉米不僅是我國(guó)乃至世界主要的糧食作物，也是優(yōu)質(zhì)飼料和醫(yī)藥、化工原料的來(lái)源。發(fā)展玉米產(chǎn)業(yè)，種子玉米是基礎(chǔ)。種子作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中特殊生產(chǎn)資料，是農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)發(fā)揮作用的載體，是農(nóng)業(yè)增產(chǎn)的主要內(nèi)因。 脫粒是種子玉米加工質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它決定了種子玉米的破損程度。種子玉米的破損影響種子玉米的儲(chǔ)藏，遭受破損的種子玉米發(fā)芽率低、易生霉菌、生蟲(chóng)、易破碎，不但降低其經(jīng)濟(jì)價(jià)值，而且對(duì)玉米產(chǎn)量有不可忽視的影響，因此降低玉米種子在脫粒過(guò)程中的破損程度

2、具有越來(lái)越重要得意義。 我國(guó)從90年代以來(lái)引進(jìn)吸收了一些國(guó)外種子玉米加工設(shè)備和技術(shù)，但我國(guó)整個(gè)種子玉米脫粒裝備相對(duì)國(guó)外水平差距很大，仍用沖擊式的普通玉米脫粒機(jī)脫粒種子玉米，造成破損比較嚴(yán)重，為此，本文以種子玉米為研究對(duì)象，針對(duì)種子玉米脫粒過(guò)程中機(jī)械損傷嚴(yán)重的問(wèn)題，在分析種子玉米的生物學(xué)特性的基礎(chǔ)上，采用有限元方法與試驗(yàn)方法對(duì)種子玉米籽粒機(jī)械損傷形成機(jī)理進(jìn)行了研究，進(jìn)而研究了種子玉米的脫粒特性，最后根據(jù)研究結(jié)論確定了脫粒工藝，脫粒

3、原理，研制了定向喂入差速式種子玉米脫粒機(jī)并進(jìn)行了脫粒裝置的性能參數(shù)優(yōu)化與整機(jī)性能的試驗(yàn)研究。 本研究?jī)?nèi)容隸屬于國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目“種子玉米脫粒損傷機(jī)理及柔性脫粒技術(shù)研究”的部分內(nèi)容。 論文的主要研究?jī)?nèi)容與結(jié)論如下： (1)通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外種子玉米脫粒技術(shù)與脫粒裝置的分析，首次提出了通過(guò)種子玉米籽粒生理特性研究進(jìn)行脫粒原理設(shè)計(jì)的思路，最后確定了定向差速脫粒原理。 (2)在種子玉米籽粒生物特性的分析研究基礎(chǔ)

4、上，對(duì)種子玉米籽粒三軸尺寸、粒重、籽粒基部果柄的橫截面積進(jìn)行了測(cè)定統(tǒng)計(jì)，結(jié)果表明：種子玉米籽粒的三軸尺寸概率分布基本呈正態(tài)分布，其基本尺寸可確定為：長(zhǎng)度L=11.90mm、寬度B=8.00mm、厚度H=4.10mm；在同一含水率下，同一品種的種子玉米穗上部籽粒果柄單位面積所承受籽粒自重最大。 (3)利用三因素隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)，以籽粒受壓力(剪切力、沖擊力)破裂時(shí)所受的最大破裂力(極限剪切力、最大沖擊力)作為試驗(yàn)指標(biāo)，選取種子玉米品種

5、、籽粒放置方式(剪切位置、沖擊位置)、含水率三個(gè)因素，研究了種子玉米籽粒的力學(xué)性質(zhì)，獲得了種子玉米籽粒在不同施力條件下的損傷機(jī)理，結(jié)果表明：最大破裂力、極限剪切力和最大沖擊力都隨含水率的增加而降低；腹面能承受的壓力(最大沖擊力)最大，頂面最小，而側(cè)面承受的極限剪切力最大，頂面最小；種子玉米品種對(duì)其力學(xué)性質(zhì)的影響也很大。 (4)在建立種子玉米籽粒幾何模型的基礎(chǔ)上，首次運(yùn)用有限單元分析方法，確定不同的約束和載荷，得到了3種靜態(tài)情況下

6、的有限單元模型。通過(guò)對(duì)這3種有限單元模型應(yīng)力與應(yīng)變分布的模擬分析，獲得了籽粒胚內(nèi)產(chǎn)生裂紋點(diǎn)的可能性少，其它部位的裂紋點(diǎn)也不宜擴(kuò)展的最佳的施力部位與施力方式是側(cè)面施加均布力。 (5)通過(guò)對(duì)種子玉米單籽粒分離試驗(yàn)研究，明確了壓力分離方式對(duì)果柄斷裂力的影響程度最大，剪切力分離方式對(duì)果柄斷裂力的影響程度最小。 (6)利用四因素隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)，以沖擊功、脫下籽粒數(shù)、籽粒破碎率作為試驗(yàn)指標(biāo)，選取種子玉米品種、沖擊位置、沖擊方向和含水率

7、四個(gè)因素，研究了種子玉米穗的脫粒特性，獲得了種子玉米穗最可行的脫粒方法是在垂直沖擊方式下從種子玉米穗的上部開(kāi)始脫粒。 (7)首次提出了定向喂入差速脫粒原理，研制了定向喂入式種子玉米脫粒裝置并同時(shí)對(duì)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)分析。 (8)利用高速圖像采集儀對(duì)種子玉米穗的脫粒過(guò)程進(jìn)行了觀察分析，進(jìn)一步揭示了種子玉米脫粒過(guò)程中的基本規(guī)律，分析表明：開(kāi)始喂入階段，由于玉米穗的飄動(dòng)、晃動(dòng)、偏轉(zhuǎn)而作用強(qiáng)烈，籽粒破碎大，越到后段，作用越弱

8、，籽粒破碎減小。 (9)應(yīng)用單因素試驗(yàn)，研究了影響籽粒破損率與未脫凈率的因素，獲得了各因素對(duì)測(cè)試指標(biāo)的影響趨勢(shì)。利用正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)進(jìn)行試驗(yàn)研究，建立了籽粒破損率、未脫凈率與影響因素間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。并利用MATLAB軟件進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化，驗(yàn)證結(jié)果證實(shí)，優(yōu)化值與驗(yàn)證值接近，證明優(yōu)化方法所得結(jié)論可信。 為適應(yīng)于生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)，綜合評(píng)定本機(jī)脫粒參數(shù)為：含水率15.8％≤z<,1>≤16.2％，喂入量1.35kg/s≤z<,2>≤1