程 超 付 君 陳 志 任露泉

(1.吉林大學(xué)工程仿生教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 長春 130022； 2.吉林大學(xué)生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院， 長春 130022)

0 引言

水稻等高含水率谷物清選作業(yè)時(shí)，脫出物在清選篩面上的粘附、堵塞和堆積等問題是制約清選作業(yè)效率和質(zhì)量的主要原因[1]。水稻脫出物與清選篩面之間的粘篩堵孔問題本質(zhì)上屬于黏彈性生物材料與金屬部件表面之間的粘附摩擦問題，根據(jù)界面科學(xué)理論，清選篩的表面特性對脫出物-篩面界面粘附系統(tǒng)的形成具有重要影響[2-4]。針對油菜脫出物在清選篩面上的粘附、堵塞問題，李耀明團(tuán)隊(duì)[5-9]對油菜脫出物與清選篩面的粘附機(jī)理進(jìn)行了深入研究，并采用表面改形的方式設(shè)計(jì)了仿生非光滑清選篩面，試驗(yàn)表明，非光滑微結(jié)構(gòu)能夠提高篩面的減粘脫附特性。然而，表面改形只是眾多功能表面構(gòu)建技術(shù)之一[10-11]，目前，在農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域針對高濕脫出物在清選篩面上的粘附、堵塞和堆積等問題的研究缺乏其他相關(guān)表面技術(shù)的探索應(yīng)用。

涂層改性技術(shù)是近年來被廣泛應(yīng)用的表面技術(shù)，涂層能夠優(yōu)化部件的表面特性，使其具備特定的功能屬性[12-13]。水稻等谷物清選裝置中常用清選篩的材質(zhì)多為不銹鋼、鍍鋅板等金屬材料，金屬材料具有強(qiáng)度高、沖擊韌性好、不易疲勞斷裂等優(yōu)點(diǎn)，但是金屬材料的表面能普遍較高，潤濕性好，與水膜的相互作用較強(qiáng)，在清選作業(yè)時(shí)，濕黏水稻物料在金屬篩面的粘附和摩擦作用較強(qiáng)。聚四氟乙烯是一種典型的低表面能高分子材料，相比于金屬材料，雖然機(jī)械強(qiáng)度較差，但是其摩擦因數(shù)小、憎水性強(qiáng)，具有優(yōu)異的疏水疏油、防污、自清潔等性能，在各領(lǐng)域減粘降阻研究中應(yīng)用廣泛[14-18]。

本文利用特氟龍聚四氟乙烯涂層材料，在保持原有篩面結(jié)構(gòu)及金屬材質(zhì)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)具有減粘降阻性能的改性涂層篩面，從摩擦、粘附等方面探究改性涂層篩面的抗粘減阻特性，并通過水稻收獲機(jī)田間清選作業(yè)試驗(yàn)測試涂層改性篩面的實(shí)際作業(yè)效果，以期為解決高濕脫出物在清選篩面上的粘附、堵塞和堆積等問題提供新思路。

1 涂層改性篩面設(shè)計(jì)

聚四氟乙烯涂層制備包括利用改性聚四氟乙烯濃縮分散液[19]、火焰噴涂聚四氟乙烯粉末[20]等方法，但上述制備方法工藝流程復(fù)雜，涂層可靠性較差，近年來隨著涂料技術(shù)的快速發(fā)展，美國杜邦、日本大金等公司研發(fā)生產(chǎn)的聚四氟乙烯商品涂料被廣泛應(yīng)用。為保證篩面涂層的可靠性，簡化涂層制備流程，本文篩面改性設(shè)計(jì)噴涂材料選用美國杜邦科慕聚四氟乙烯涂料。涂料由面漆和底漆組成，面漆型號為PTFE 851G，顏色為綠色，底漆型號為PTFE 850G，顏色為黑色，涂料價(jià)格合理。涂層具有摩擦因數(shù)低、疏水性強(qiáng)、耐磨性好等特點(diǎn)，能夠滿足長時(shí)間摩擦作業(yè)的要求，使用近千小時(shí)不會(huì)失效。根據(jù)水稻收獲機(jī)實(shí)際作業(yè)常用清選篩面，選用304不銹鋼沖孔篩面及其基體作為涂層基材，篩面基體是制作沖孔篩面的304不銹鋼板，主要用于涂層改性篩面特性試驗(yàn)研究，聚四氟乙烯涂層篩面結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。

圖1 聚四氟乙烯涂層改性篩面結(jié)構(gòu)原理

聚四氟乙烯涂層改性篩面制備流程主要包括以下步驟：

(1)為提高涂料與基材的結(jié)合強(qiáng)度，防止涂層脫落，噴涂前需要對基材進(jìn)行預(yù)處理。首先使用脫脂溶劑對篩面進(jìn)行脫脂處理，徹底清除篩面油污；然后使用80目左右金剛砂對篩面進(jìn)行表面噴砂處理，使篩面粗糙度達(dá)到3.0～3.5 μm；最后用空氣噴槍將篩面粉塵顆粒吹凈，放入烤箱中保持40℃預(yù)熱。

(2)對完成預(yù)處理的篩面進(jìn)行底漆噴裝處理。首先將底漆攪拌30 min，使底漆均勻分散，用150目不銹鋼網(wǎng)進(jìn)行過濾處理；然后為確保涂層表面均勻，噴涂底漆前，調(diào)整噴槍霧化壓力為0.2 MPa，選取噴嘴尺寸為1.5 mm，保持噴槍與篩面25 cm距離，將底漆噴涂到篩面上；繼而將噴完底漆的篩面放入烤箱中進(jìn)行干燥處理，烤箱由40℃緩慢加熱至150℃后，保溫10 min；最后將篩面移出烤箱，篩面自然冷卻至40℃，再放入40℃烤箱進(jìn)行保溫，篩面完成底漆噴裝后表面如圖2a所示。

(3)對完成底漆噴裝的篩面進(jìn)行面漆噴裝處理。首先將面漆攪拌30 min，使其均勻分散，用150目不銹鋼網(wǎng)進(jìn)行過濾處理；然后調(diào)整噴槍霧化壓力為0.3 MPa，選取噴嘴尺寸為1.5 mm，將面漆噴涂到噴有底漆的篩面上；最后將完成噴裝的篩面放入烤箱，烤箱由40℃緩慢加熱至350℃進(jìn)行干燥燒結(jié)，保溫35 min后，將篩面移除烤箱，在室內(nèi)無塵環(huán)境下自然冷卻至常溫，篩面完成面漆噴裝后表面如圖2b所示。

圖2 聚四氟乙烯涂層噴裝

由圖2b可以看出，基于上述噴涂工藝制備的聚四氟乙烯涂層表面溫潤光滑，無灰塵、氣泡、桔皮等噴裝問題，涂層表面形貌穩(wěn)定。在實(shí)際作業(yè)過程中，涂層發(fā)揮作用的前提是漆膜能牢固地附著在篩面上，良好的附著力是保證涂層作業(yè)性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)[21]，因此聚四氟乙烯涂層制備完成后需測試其在篩面的附著效果，本文采用常用的劃格法測定聚四氟乙烯涂層的附著力，測試方法參照GB/T 9286—1998測試標(biāo)準(zhǔn)[22]，利用百格刀在聚四氟乙烯涂層上劃出格陣圖形，將測試膠帶粘貼到涂層上并緩慢剝離，根據(jù)被割劃過涂層被膠帶粘起面積比例，可以判斷涂層的附著力等級，為保證測試結(jié)果準(zhǔn)確性，根據(jù)要求測試重復(fù)3次，測試結(jié)果如圖3所示，3次測試中涂層切口邊緣均未破裂，無涂層碎屑脫落，根據(jù)測試標(biāo)準(zhǔn)可以確定本文制備的聚四氟乙烯涂層附著力等級為0級，達(dá)到工業(yè)應(yīng)用等級，滿足實(shí)際生產(chǎn)要求。

圖3 涂層附著力測試結(jié)果

2 涂層改性篩面特性試驗(yàn)

2.1 摩擦降阻特性試驗(yàn)

在實(shí)際清選作業(yè)過程中清選篩往復(fù)振動(dòng)，水稻脫出物與篩面往復(fù)摩擦運(yùn)動(dòng)，摩擦因數(shù)是反映篩面與水稻脫出物摩擦特性的重要指標(biāo)，在一定條件下，兩者間摩擦因數(shù)越小，說明摩擦阻力越小，水稻脫出物流動(dòng)越順暢。水稻脫出物中主要包括秸稈、籽粒和稻葉等成分[23]，水稻秸稈、稻葉是典型的黏彈性生物材料，由于含水率較高，被脫粒裝置擊打后，其表面會(huì)附著黏性液體，增大流動(dòng)阻力，脫落下的細(xì)小雜質(zhì)的粘附特性更強(qiáng)，如圖4所示，秸稈、稻葉是篩面粘附物的主要成分，流動(dòng)阻力過大是造成篩面粘附、堵塞問題的主要原因。

圖4 清選篩面粘附堵塞

根據(jù)上述分析，利用UMT型往復(fù)摩擦試驗(yàn)機(jī)[24]，開展涂層改性篩面與水稻秸稈、稻葉的往復(fù)摩擦減阻特性試驗(yàn)，試驗(yàn)以無涂層篩面為對照。試驗(yàn)用水稻品種為三江一號，取自收獲季節(jié)佳木斯市友誼農(nóng)場，參照《農(nóng)業(yè)機(jī)械試驗(yàn)條件、測定方法的一般規(guī)定》中物料含水率測定方法，通過田間取樣實(shí)際測得水稻秸稈含水率為71.7%～72.4%，稻葉含水率為48.5%～49.3%。往復(fù)摩擦試驗(yàn)裝置如圖5所示，下摩件為聚四氟乙烯涂層篩面基體，其尺寸為60 mm×70 mm，試驗(yàn)前利用金屬膠將其粘貼固定在下摩件夾具上，上摩件分別為秸稈和稻葉，由于農(nóng)業(yè)物料沒有專用夾具，秸稈和稻葉的固定方式分別如圖5b、5c所示，利用喉箍將長條狀樣件固定在夾具底部。

圖5 往復(fù)摩擦試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)時(shí)，參照文獻(xiàn)[6]油菜脫出物摩擦測試方法，同時(shí)結(jié)合水稻清選作業(yè)參數(shù)工況，往復(fù)摩擦試驗(yàn)機(jī)設(shè)定為連續(xù)往復(fù)滑動(dòng)模式，參數(shù)設(shè)定如下：溫度為20℃，法向載荷為2 N，往復(fù)行程為20 mm，額定頻率分別選取4、5、6 Hz，測試時(shí)間為10 s，試驗(yàn)開始后，計(jì)算機(jī)自動(dòng)記錄摩擦因數(shù)變化曲線，每組試驗(yàn)重復(fù)5次。不同摩擦頻率下涂層改性篩面與水稻秸稈摩擦因數(shù)曲線如圖6所示，平均摩擦因數(shù)測試結(jié)果如圖7所示。

圖6 涂層改性篩面與水稻秸稈的摩擦因數(shù)曲線

圖7 涂層改性篩面與水稻秸稈平均摩擦因數(shù)

由圖6可知，篩面與水稻秸稈往復(fù)摩擦?xí)r，摩擦因數(shù)呈現(xiàn)出周期性變化，在往復(fù)摩擦運(yùn)動(dòng)正、負(fù)行程轉(zhuǎn)換瞬間，摩擦因數(shù)發(fā)生驟降，這是由于水稻秸稈作為黏彈性材料，摩擦因數(shù)在動(dòng)、靜條件下會(huì)發(fā)生一定變化。隨著摩擦頻率增加，摩擦因數(shù)曲線變化周期縮短，但是不同摩擦頻率下篩面與水稻秸稈的摩擦因數(shù)變化范圍基本吻合，未改性篩面與水稻秸稈的最大摩擦因數(shù)約為1.2，最小摩擦因數(shù)約為0.4，涂層改性篩面與水稻秸稈的最大摩擦因數(shù)約為0.8，最小摩擦因數(shù)約為0.2，相比于未改性篩面，涂層改性篩面的最大摩擦因數(shù)約降低33.3%，最小摩擦因數(shù)約降低50%。

圖8 涂層改性篩面與稻葉的摩擦因數(shù)曲線

由圖7可知，隨著摩擦頻率增大，篩面與水稻秸稈的平均摩擦因數(shù)略有降低，涂層改性篩面的平均摩擦因數(shù)遠(yuǎn)低于未改性篩面。相比未改性篩面，頻率為4 Hz時(shí)，涂層改性篩面與水稻秸稈的平均摩擦因數(shù)約降低32.2%；頻率為5 Hz時(shí)，涂層改性篩面與水稻秸稈的平均摩擦因數(shù)約降低32.7%；頻率為6 Hz時(shí)，涂層改性篩面與水稻秸稈的平均摩擦因數(shù)約降低32.7%。試驗(yàn)結(jié)果表明，涂層改性篩面與水稻秸稈往復(fù)摩擦?xí)r，平均摩擦因數(shù)降幅達(dá)32.2%～32.7%，水稻秸稈在篩面摩擦阻力降低，有利于其快速流動(dòng)，可以有效地減小堵塞、堆積等問題，有助于提高篩分效率。

不同摩擦頻率下涂層改性篩面與稻葉的摩擦因數(shù)曲線如圖8所示，平均摩擦因數(shù)測試結(jié)果如圖9所示。

由圖8可知，篩面與稻葉往復(fù)摩擦?xí)r，摩擦因數(shù)同樣呈現(xiàn)出周期性變化，與秸稈相比，篩面與稻葉的摩擦因數(shù)更小。隨著摩擦頻率增加，摩擦因數(shù)曲線變化周期縮短，不同摩擦頻率下篩面與稻葉的摩擦因數(shù)的上、下幅值變化范圍基本吻合，未改性篩面與稻葉的最大摩擦因數(shù)約為0.9，最小摩擦因數(shù)約為0.2，涂層改性篩面與稻葉的最大摩擦因數(shù)約為0.6，最小摩擦因數(shù)約為0.1，與未改性篩面相比，涂層改性篩面與稻葉的最大摩擦因數(shù)約降低33.3%，最小摩擦因數(shù)約降低50%。

由圖9可知，隨著摩擦頻率增大，篩面與水稻稻葉的平均摩擦因數(shù)略有降低，利用聚四氟乙烯改性后，篩面的平均摩擦因數(shù)明顯降低。相比未改性篩面，頻率為4 Hz時(shí)，涂層改性篩面與稻葉的平均摩擦因數(shù)約降低40.2%；頻率為5 Hz時(shí)，涂層改性篩面與稻葉的平均摩擦因數(shù)約降低39.1%；頻率為6 Hz時(shí)，涂層改性篩面與稻葉的平均摩擦因數(shù)約降低39.7%。上述試驗(yàn)結(jié)果分析表明，涂層改性篩面與稻葉往復(fù)摩擦?xí)r，平均摩擦因數(shù)降幅達(dá)39.1%～40.2%，相比于水稻秸稈，涂層改性篩面對稻葉表現(xiàn)出更好的降阻性能。

圖9 涂層改性篩面與稻葉平均摩擦因數(shù)

2.2 潤濕減粘特性試驗(yàn)

水稻脫出物表面液膜的毛細(xì)作用是導(dǎo)致其粘附在清選篩面的主要原因[3]，液膜的主要成分是來自于水稻器官植物細(xì)胞的水分，因此，通過提高篩面的疏水特性，可以阻止液膜粘附在篩面上，從而破壞粘附界面的形成。接觸角是固、液、氣三相的交界點(diǎn)上固-液界面與液-氣界面切線之間的夾角，液體在固體材料表面上的接觸角是衡量該液體對材料表面潤濕性能的重要參數(shù)[25]，如圖10所示，利用KRUSS DSA25型視頻光學(xué)接觸角測定儀測定蒸餾水在涂層改性前后篩面上的接觸角，并對其潤濕性進(jìn)行比較。

圖10 接觸角測定

為減少試驗(yàn)誤差，測試重復(fù)10次，未改性篩面的接觸角測試結(jié)果如下：87.1°、87.3°、87.4°、87.0°、86.8°、86.7°、87.4°、87.2°、87.3°、87.3°，平均值為87.2°；聚四氟乙烯涂層改性篩面的接觸角測試結(jié)果如下：110.3°、110.4°、110.6°、110.5°、110.5°、110.4°、110.7°、110.8°、110.6°、110.8°，平均值為110.6°。根據(jù)界面科學(xué)理論[26]，若接觸角小于90°，說明蒸餾水能夠潤濕篩面，篩面具有親水性，接觸角越小，表示潤濕性越好；當(dāng)接觸角大于90°時(shí)，則篩面是疏水性的，即蒸餾水不容易潤濕篩面，容易在篩面上移動(dòng)，并且接觸角越大，疏水性越強(qiáng)。由分析可知，未改性篩面表現(xiàn)為親水性，聚四氟乙烯涂層改性篩面表現(xiàn)為疏水性，接觸角增幅為26.8%，涂層改性篩面疏水特性顯著增強(qiáng)，有利于抑制界面粘附。

為進(jìn)一步測試涂層改性篩面的減粘特性，在上文試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對涂層改性篩面的界面粘附力進(jìn)行測試?？紤]到界面粘附力非常小，且無專用的農(nóng)業(yè)物料粘附力測試設(shè)備，采用圖11a所示的界面粘附力測試方案。首先選取水稻秸稈和稻葉作為試樣，為盡可能保證秸稈、稻葉與篩面充分接觸，減小試驗(yàn)誤差，圓柱狀秸稈要求粗細(xì)均勻、形狀規(guī)則，片狀水稻葉片要求表面平整、無較大凸凹，秸稈長為10 mm，直徑約為5 mm，稻葉尺寸為15 mm×12 mm，由于水稻秸稈、稻葉含水率的變化幅度很小，各試樣的材質(zhì)屬性、表面結(jié)構(gòu)非常相似，不會(huì)對試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生較大影響；然后利用微量滴定管在涂層改性篩面表面定量滴入蒸餾水，選用微量滴定管量程為1 mL，均分為100刻度，即精度為0.01 mL，微量滴定管安裝有控制閥門，為保證滴入量的準(zhǔn)確性，需要對水膜液滴的質(zhì)量進(jìn)行稱量測試，為測試試樣和涂層改性篩面的不同粘附狀態(tài)，選取3組水膜滴入量，分別為0.01、0.02、0.03 mL，將制備的試樣放在水滴上形成粘附界面；最后選取吸水紙作為砝碼盤，并通過絲線將其懸掛在試樣的下方，試驗(yàn)時(shí)保持室內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定，利用微量滴定管緩慢地給吸水紙加重。

圖11 界面粘附力測試原理圖

試樣受力如圖11b所示，根據(jù)受力平衡原理，起初試樣受到的粘附力大于試樣、絲線和吸水紙的重力，試樣粘附在篩面上，但隨著吸水紙的重力不斷增大，當(dāng)試樣重力G1、絲線重力G2和吸水紙重力G3之和大于界面粘附力F時(shí)，試樣發(fā)生脫落，為減少試驗(yàn)誤差，每組試驗(yàn)重復(fù)30次，結(jié)果取平均值，秸稈和稻葉界面粘附力測試實(shí)物如圖12所示。

圖12 界面粘附力測試實(shí)物圖

圖13 界面粘附力測試結(jié)果

涂層改性篩面界面粘附力測試結(jié)果如圖13所示，不同粘附狀態(tài)下，涂層改性篩面與秸稈、稻葉的界面粘附力均明顯低于未改性篩面。分析可知，水膜滴入量為1 mL時(shí)，涂層改性篩面與秸稈的界面粘附力約降低67%，與稻葉的界面粘附力約降低65%；水膜滴入量為2 mL時(shí)，涂層改性篩面與秸稈的界面粘附力約降低65%，與稻葉的界面粘附力約降低64%；水膜滴入量為3 mL時(shí)，涂層改性篩面與秸稈的界面粘附力約降低62%，與稻葉的界面粘附力約降低63%。上述分析表明，聚四氟乙烯涂層使得改性篩面的抗粘脫附性能大幅提升，與秸稈的界面粘附力降幅為62%～67%，與稻葉的界面粘附力降幅為63%～65%，減粘效果顯著。

3 清選作業(yè)試驗(yàn)

根據(jù)涂層改性篩面的減粘降阻特性試驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)一步對田間清選作業(yè)工況下涂層改性篩面的減粘防堵性能開展測試試驗(yàn)，如圖14a所示，試驗(yàn)地點(diǎn)選取黑龍江省佳木斯市友誼農(nóng)場兩段式水稻收獲現(xiàn)場，水稻秸稈含水率為69.6%～70.7%，稻葉含水率為47.6%～48.1%。試驗(yàn)用常發(fā)佳聯(lián)CF806型水稻收獲機(jī)喂入量為6 kg/s，水稻收獲機(jī)行進(jìn)速度約為5 km/h，采用雙縱軸流脫粒分離技術(shù)，清選作業(yè)機(jī)構(gòu)為風(fēng)篩式清選裝置，采用貫流式風(fēng)機(jī)，振動(dòng)篩運(yùn)動(dòng)形式為常見的雙層異向振動(dòng)，風(fēng)機(jī)出風(fēng)口風(fēng)速約為15 m/s，清選篩振幅約為30 mm，振頻約為7 Hz，清選面積約為3.4 m2，未改性篩面和涂層改性篩面2種試驗(yàn)部件分別如圖14b、14c所示，試驗(yàn)時(shí)安裝在清選裝置中作為上清選篩。

圖14 清選作業(yè)試驗(yàn)裝備及部件

水稻收獲機(jī)田間清選作業(yè)過程中，通常清選篩的粘附堵塞現(xiàn)象是個(gè)漸變的過程，在作業(yè)初期清選篩面較為清潔，粘附、堵塞物較少，清選篩作業(yè)性能良好，但是隨著作業(yè)時(shí)間延長，作業(yè)量達(dá)到1 hm2時(shí)，篩面粘附物逐漸積累水稻，脫出物在篩面的流動(dòng)阻力增大，秸稈掛篩、堵塞問題加劇，直接導(dǎo)致清選篩作業(yè)效率降低；同時(shí)考慮到本文所用水稻收獲機(jī)的作業(yè)特點(diǎn)，約每完成0.2 hm2作業(yè)量需要進(jìn)行一次卸糧操作，為節(jié)約試驗(yàn)成本、保障試驗(yàn)進(jìn)度，試驗(yàn)過程中需合理地利用卸糧間隙，進(jìn)行清選篩拆裝、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等流程。因此根據(jù)上述分析，涂層改性篩面田間清選作業(yè)試驗(yàn)以水稻收獲機(jī)不同作業(yè)量工況下篩面粘附物的質(zhì)量為試驗(yàn)指標(biāo)，試驗(yàn)選取0.4、0.8、1.2、1.6、2.0 hm2共5組作業(yè)量，每組重復(fù)5次。試驗(yàn)指標(biāo)測定過程如圖15所示，每次試驗(yàn)結(jié)束后利用毛刷清理篩面上的秸稈、稻葉等粘附物，然后將收集的粘附物進(jìn)行稱量。

圖15 粘附物收集稱量

隨著水稻收獲機(jī)作業(yè)量增加，未改性篩面和涂層改性篩面清選作業(yè)粘附物質(zhì)量測定結(jié)果如表1、2所示，未改性篩面和涂層改性篩面上粘附物分布變化情況如圖16、17所示。

由表1、2可知，隨著水稻收獲機(jī)作業(yè)量增大，未改性篩面和涂層改性篩面上粘附物不斷增多，粘附物質(zhì)量均逐漸增大，但未改性篩面上粘附物質(zhì)量增速明顯更快；相同作業(yè)量工況下，涂層改性篩面粘附物質(zhì)量明顯低于未改性篩面。與未改性篩面相比，作業(yè)量為0.4 hm2時(shí)，涂層改性篩面上粘附物質(zhì)量降低72.8%，作業(yè)量為1.2 hm2時(shí)，涂層改性篩面上粘附物質(zhì)量降低71.8%，作業(yè)量為2.0 hm2時(shí)，涂層改性篩面上粘附物質(zhì)量降低67.8%，在實(shí)際清選作業(yè)過程中，涂層改性篩面表現(xiàn)出良好的減粘脫附特性。

表1 未改性篩面粘附物質(zhì)量測定結(jié)果

表2 涂層改性篩面粘附物質(zhì)量測定結(jié)果

圖16 未改性篩面粘附物分布情況

圖17 涂層改性篩面粘附物分布情況

由圖16、17可看出，隨著收獲機(jī)作業(yè)時(shí)間延長，未改性篩面和涂層改性篩面上粘附物均逐漸積累，粘附物覆蓋面積逐漸增大；通過對比發(fā)現(xiàn)，相同作業(yè)量工況下，涂層改性篩面的粘附程度更低，表面更為清潔、光滑，篩面上的粘附物主要是細(xì)小的碎屑，且分布零散，而未改性篩面表面雜亂，粘附物包括細(xì)小碎屑和秸稈等成分，作業(yè)后期細(xì)小碎屑積累較多，并形成一定厚度，秸稈等粘附物尺寸較大，導(dǎo)致附近篩孔堵塞，對清選篩作業(yè)質(zhì)量產(chǎn)生一定影響。

上述分析表明，聚四氟乙烯涂層能夠增強(qiáng)清選篩面的減粘降阻特性，在水稻收獲機(jī)較長時(shí)間作業(yè)過程中，涂層改性篩面可以有效地減少篩面粘附、堵塞問題，保持篩面清潔、光滑，田間試驗(yàn)結(jié)果表明，水稻收獲機(jī)總損失率約為1.21%，含雜率約為0.89%，涂層改性篩面具有良好的篩分性能，清選含雜率、損失率能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)要求，試驗(yàn)中涂層改性篩面累計(jì)作業(yè)面積約30 hm2，累計(jì)有效作業(yè)時(shí)長超過50 h，篩面涂層無脫落現(xiàn)象，試驗(yàn)后期也能保持良好的減粘降阻性能，涂層改性篩面表現(xiàn)出良好的耐久特性。

4 結(jié)論

(1)利用聚四氟乙烯涂層對水稻清選篩面進(jìn)行改性設(shè)計(jì)，進(jìn)行了涂層改性篩面與水稻秸稈、稻葉的往復(fù)摩擦特性試驗(yàn)，涂層改性篩面與水稻秸稈的平均摩擦因數(shù)降幅達(dá)32.2%～32.7%，與稻葉的平均摩擦因數(shù)降幅達(dá)39.1%～40.2%，涂層改性篩面表現(xiàn)出良好的減阻特性。

(2)涂層改性篩面的潤濕減粘特性試驗(yàn)結(jié)果表明，涂層改性篩面的接觸角為110.6°，接觸角增幅為26.8%，與水稻秸稈的界面粘附力降幅為62%～67%，與稻葉的界面粘附力降幅為63%～65%，涂層改性篩面減粘脫附特性顯著增強(qiáng)。

(3)利用水稻收獲機(jī)進(jìn)行了涂層改性篩面田間清選作業(yè)性能試驗(yàn)，作業(yè)量為2.0 hm2時(shí)，與未改性篩面相比，涂層改性篩面上粘附物質(zhì)量降低67.8%，涂層改性篩面能夠有效地解決水稻脫出物粘附、堵塞問題，并且具有良好的耐久性。