王勛威，謝方平,2,3*，任述光,2,3，王修善,3，張正中

橫軸流脫粒分離裝置的數(shù)學模型的建立與試驗

王勛威1，謝方平1,2,3*，任述光1,2,3，王修善1,3，張正中1

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學機電工程學院，湖南 長沙 410128；2.南方糧油作物協(xié)同創(chuàng)新中心，湖南 長沙 410128；3.智能農(nóng)機裝備湖南省重點實驗室，湖南 長沙 410128)

橫軸流脫粒分離裝置滾筒長度限制了其脫粒分離能力，僅被應用于中小型聯(lián)合收割機。為研究橫軸流脫粒分離裝置脫粒滾筒轉(zhuǎn)速、喂入量、脫粒間隙等因素對脫粒分離性能的影響，優(yōu)化裝置結(jié)構(gòu)，利用概率學理論建立了橫軸流脫粒分離裝置的未脫凈率和夾帶損失率數(shù)學模型。對模型正確性驗證試驗表明，模型對未脫凈率的預測相對誤差為8.23%，對夾帶損失率的預測相對誤差為2.90%。仿真分析和試驗表明，該模型可反映籽粒軸向分布和脫粒滾筒轉(zhuǎn)速、喂入量、脫粒間隙等參數(shù)對脫粒分離性能的影響。

橫軸流脫粒分離裝置；數(shù)學模型；滾筒轉(zhuǎn)速；喂入量；脫粒間隙

脫粒分離裝置是聯(lián)合收割機的核心部件，它直接影響整機的工作性能[1–3]。對脫粒分離過程進行理論分析，對于脫粒分離裝置的優(yōu)化設(shè)計至關(guān)重要。建立脫粒分離模型是深入研究脫粒分離理論的有效方法[4]。脫粒分離裝置的數(shù)學模型研究有兩類方法：一類是通過試驗進行回歸分析，得到回歸模型；另一類則是對脫粒分離過程分析假設(shè)，推導構(gòu)造數(shù)學模型。前者理論基礎(chǔ)完善，應用廣泛，但缺乏對脫粒分離過程本質(zhì)的描述，對裝置設(shè)計結(jié)構(gòu)優(yōu)化指導意義受到限制。HUYNH[5]提出了脫粒分離服從指數(shù)分布的概率模型，利用概率學理論建立脫粒分離數(shù)學模型的方法得到廣泛認可。MIU等[6–8]建立了縱軸流脫粒分離裝置的概率模型，并通過試驗分析了滾筒轉(zhuǎn)速、脫粒間隙、喂入量、作物含水率等因素對脫粒分離性能的影響。萬金保等[9]導出了切流脫粒分離裝置的脫粒分離概率模型，并建立了模型與裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)、作物特性參數(shù)的數(shù)學關(guān)系，模型能反映實際脫粒分離過程。張金海等[10]分析了切流脫粒分離裝置的脫粒分離過程，構(gòu)造了概率模型的系數(shù)函數(shù)，并結(jié)合試驗方法確定了模型系數(shù)，試驗驗證模型有較好的預測性能。李杰等[11]建立了縱軸流脫粒分離裝置的概率模型，并用計算機進行模型曲線模擬，分析了籽粒沿滾筒軸向的分布規(guī)律。唐忠等[12]、李耀明等[13]建立了切流和縱軸流組合式脫粒分離裝置的概率模型，并以此分析了不同脫粒元件的脫粒分離性能，為組合式脫粒分離裝置數(shù)學模型建立提供了研究方法。這些研究對于不同結(jié)構(gòu)形式的脫粒分離數(shù)學模型研究來說，模型與裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)、作物特性的數(shù)學關(guān)系構(gòu)造過于經(jīng)驗化。

小型聯(lián)合收割機結(jié)構(gòu)緊湊，均采用切向喂料的橫軸流脫粒分離裝置，MIU等[14]雖進行了切向喂料的軸流脫粒分離模型研究，與李耀明等[13]建立的復脫式橫軸流脫粒分離模型方法相同，但對于喂入口處籽粒喂入位置對脫粒分離影響的處理有些簡單化，且未分析模型中脫粒分離系數(shù)與裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)和作物特性的關(guān)系。

筆者以4LZ–1.0型小型聯(lián)合收割機脫粒分離裝置[15]為研究對象，基于概率學理論，建立橫軸流脫粒分離概率模型，分析籽粒的軸向分布規(guī)律及滾筒轉(zhuǎn)速、脫粒間隙、喂入量等參數(shù)對脫粒分離損失形成的影響，以期改進脫粒分離裝置結(jié)構(gòu)，提升工作性能。

1　橫軸流脫粒分離數(shù)學模型的建立

1.1　橫軸流脫粒分離裝置的工作過程

橫軸流脫粒分離裝置，其物料由輔助喂入輪從脫粒滾筒一端沿切向喂入，物料進入脫粒空間后迅速形成薄層，在脫粒滾筒和導向板的共同作用下，在脫?？臻g內(nèi)作螺旋運動[16–17]。與此同時，物料層受到打擊、梳刷、搓擦、碾壓等作用，籽粒從穗頭脫落，完成脫粒過程。脫粒后的籽粒，不再受穗頭連接力束縛，成為自由籽粒。自由籽粒在離心力作用下穿過物料層，到達凹板篩篩面，完成分離過程。由此可見，籽粒在脫粒空間內(nèi)任意軸向長度位置處被脫?；蛘叻蛛x是隨機的，每個籽粒在喂入前狀態(tài)是相同的，因而每粒籽粒在脫?？臻g內(nèi)某一位置處被脫?；蛘叻蛛x的概率是相同的。脫粒裝置的脫粒齒均勻分布，軸向脫粒間隙、滾筒轉(zhuǎn)速相同；因此，可認為脫?？臻g軸向任意位置處的脫粒能力相同，即在已知籽粒運動至軸向某一位置未被脫粒的前提下，在該位置被脫粒的概率相同，軸向位置距離喂入點距離越長，籽粒運動至該位置仍未被脫粒的概率越小。

1.2　脫粒分離模型的建立

為便于數(shù)學模型推導，以喂入口滾筒軸端點為原點，滾筒軸為軸，物料運動方向為軸正方向，物料喂入方向為軸正方向，建立坐標系，如圖1所示。用軸坐標表示物料位于脫粒空間內(nèi)軸向位置，研究脫粒分離過程的軸向分布。

圖1　物料切向喂入軸流脫粒滾筒

()=1－e(1)

()=e(2)

同理，自由籽粒分離事件發(fā)生的概率分布函數(shù)()和概率密度函數(shù)()分別為：

()=1－e(3)

()=e(4)

式中：為脫粒系數(shù)；為分離系數(shù)。

為便于數(shù)學建模，作以下假設(shè)：1) 物料自喂料口喂入后立即進入脫?？臻g進行脫粒，無物料反吐現(xiàn)象；2) 喂料口脫?？臻g與其他區(qū)域脫粒分離能力相同；3) 在喂料口寬度區(qū)域內(nèi)，物料能被均勻連續(xù)喂入。

根據(jù)假設(shè)3)，可知籽粒喂入概率密度函數(shù)()服從均勻分布。

脫粒分離必須在喂入發(fā)生后進行，因此籽粒完成脫粒的概率密度函數(shù)1()為喂入概率密度函數(shù)()與脫粒概率密度函數(shù)()的卷積，其函數(shù)為分段函數(shù)。

當時，3()即為脫粒分離裝置的脫粒分離率。

在脫粒裝置軸向處已完成脫粒未分離的自由籽粒函數(shù)為：

4()=1()－3() (11)

4()=1()－3() (12)

1.3　脫粒分離性能的影響因素

1.3.1脫粒系數(shù)函數(shù)構(gòu)造

在釘齒式軸流脫粒分離裝置中，籽粒主要因釘齒打擊作用而脫粒，其次為物料與凹板篩搓擦作用脫粒。籽粒在脫?？臻g內(nèi)的打擊次數(shù)和每次打擊傳遞能量是影響打擊脫粒性能的主要因素。

物料在脫?？臻g內(nèi)掃過的滾筒表面積與釘齒在滾筒表面的分布密度乘積即為物料受打擊次數(shù)。物料相對滾筒表面掃過面積為1。

單個籽粒在脫?？臻g內(nèi)的當量打擊次數(shù)

由碰撞理論可知，單個籽粒每次受打擊吸收的能量：

式中：k、為系數(shù)；0為單粒籽粒脫粒時克服穗頭連接力所需的功。

搓擦作用脫粒主要依靠凹板篩和物料之間的摩擦作用脫粒，凹板篩與物料的摩擦作用越強，搓擦效果越好。摩擦力的大小與物料對凹板篩的壓力有關(guān)。物料進入空間由蓬松狀態(tài)厚度δ被壓縮為脫粒間隙厚度，可假設(shè)每粒籽粒對凹板篩的當量壓力P。

蓬松狀態(tài)下物料厚度

則單粒籽粒與凹板篩之間的摩擦力可表示為

式中：v為物料軸向運動速度。

式中：為脫粒滾筒轉(zhuǎn)速；為脫粒滾筒半徑；為比例系數(shù)；為螺旋升角。

草谷比、籽粒千粒質(zhì)量、籽?；謴拖禂?shù)、單粒籽粒脫粒所需能量0等為物料特性，脫粒齒齒數(shù)、脫粒滾筒半徑為脫粒分離裝置的結(jié)構(gòu)參數(shù)，物料與凹板篩之間的摩擦系數(shù)與凹板篩結(jié)構(gòu)和物料特性均有關(guān)系。為研究脫粒滾筒轉(zhuǎn)速、脫粒間隙、喂入量3個主要因素對脫粒分離性能的影響，將以上物理量均定為常數(shù)，對脫粒分離系數(shù)表達式進行化簡，即得：

式中：1、2、、3均為待定系數(shù)。

1.3.2分離系數(shù)函數(shù)構(gòu)造

假設(shè)籽粒在穿越物料層時所受外力恒定不變，籽粒在脫粒前受枝梗連接力約束沿滾筒徑向受力平衡且無沿滾筒徑向位移，脫粒后在離心力和重力作用下，在滾筒徑向作初速度為0的勻加速運動。

籽粒穿越物料層的阻力與物料密度有關(guān)，物料密度越大，孔隙度越小，則籽粒受到的阻力越大。

實際分離過程并不是勻加速運動，且重力加速度在滾筒徑向的分量和秸稈阻力產(chǎn)生的加速度也不恒定，因此用系數(shù)進行修正，求解分離過程勻加速運動的徑向加速度a：

式中：1、2、3為修正系數(shù)；為重力加速度。

式中：0為常數(shù)，反映籽粒穿過物料層后凹板篩篩孔大小等因素對分離性能的影響。

滾筒轉(zhuǎn)速、喂入量、脫粒間隙是影響脫粒分離性能的主要工作參數(shù)，僅考慮這些參數(shù)的影響，將脫粒滾筒半徑和螺旋升角視為常數(shù)，對分離系數(shù)方程進行化簡，則

1.4　模型系數(shù)求解

已經(jīng)建立的籽粒未脫凈率、夾帶損失率、脫粒分離率的數(shù)學模型中，脫粒分離系數(shù)值尚不確定，為確定取值，在4LZ–1.0型小型聯(lián)合收割機上進行脫粒試驗。試驗水稻為Y兩優(yōu)900，測得籽粒含水率為21%，莖稈含水率為65%，籽粒千粒質(zhì)量為26.65 g，草谷比為0.82。以喂入量、滾筒轉(zhuǎn)速、脫粒間隙為影響因素，以未脫凈率、夾帶損失率為評價指標，按照正交試驗設(shè)計方法，選取26組參數(shù)不同均勻分布的試驗點進行試驗，其中20組用于求解模型系數(shù)，其余均布的6組用于模型驗證。

表1　脫粒系數(shù)分離系數(shù)計算值

使用非線性回歸，求得脫粒系數(shù)模型式(22)和分離系數(shù)模型式(25)的系數(shù)：1=0.029 6，=0.388 4，2=4.088 3，3=0.895 6，1=0.023 5，2=1 458.409 4，3=2 201.542 4，0=5.997。

2　試驗驗證

為檢驗模型的準確性，用模型進行未脫凈率和夾帶損失率理論值計算，將理論值和實測值進行比較，判斷模型的可靠性。對6個均勻試驗點進行預測，對比結(jié)果如表2所示。

表2　驗證試驗的未脫凈率和夾帶損失率

經(jīng)統(tǒng)計，未脫凈率的相對誤差均值為8.23%，夾帶損失率的相對誤差均值為2.90%。

3　模型應用

3.1　脫粒分離軸向分布

用Matlab繪制4LZ–1.0型小型聯(lián)合收割機脫粒分離裝置數(shù)學模型的仿真曲線，由表1的結(jié)果可知，脫粒系數(shù)∈[7.4,11.1]，分離系數(shù)∈[7.8,9.6]。取=9.25、=8.7繪制未脫凈籽粒率、自由籽粒率、累積脫粒分離率沿滾筒長度方向的分布曲線，結(jié)果如圖2所示。

圖2　切向喂料軸流脫粒分離模型的未脫凈率、自由籽粒率、累計脫粒分離率

由圖2可以看出，由于喂入口段物料均勻喂入，前端籽粒僅少量脫粒，隨著喂入增加，累計脫粒分離量在喂入口段快速上升，隨著脫粒分離過程的逐步完成，累計脫粒分離率趨近于100%；滾筒長度為[0.2，0.4]，約50%的籽粒被脫粒分離。自由籽粒率與未脫凈率均先增后減。由于籽粒分離過程在脫粒過程之后，自由籽粒率始終滯后于未脫凈率，在滾筒末端值遠大于未脫凈率，因此，脫粒損失以夾帶損失為主。

3.2　滾筒轉(zhuǎn)速對未脫凈率和夾帶損失率的影響

滾筒轉(zhuǎn)速是脫粒分離性能的顯著影響因素，滾筒轉(zhuǎn)速提高，可顯著增強脫粒分離性能[18]。保持喂入量、脫粒間隙等不變，進行滾筒轉(zhuǎn)速的單因素試驗得到的結(jié)果如圖3和圖4所示。

圖3　不同滾筒轉(zhuǎn)速的脫粒系數(shù)和分離系數(shù)

圖4　不同滾筒轉(zhuǎn)速的未脫凈率和夾帶損失率

隨著滾筒轉(zhuǎn)速的提高，未脫凈損失和夾帶損失均呈下降趨勢，因此，可以通過適當提高滾筒轉(zhuǎn)速來改善整機脫粒分離性能，但從脫粒系數(shù)和分離系數(shù)的變化來看，滾筒轉(zhuǎn)速的提高僅僅改善了脫粒性能，分離性能反而有小幅下降。由此可見，滾筒轉(zhuǎn)速提高后夾帶損失減少是由于脫粒性能改善的緣故。轉(zhuǎn)速提高，物料與脫粒滾筒間的相對運動速度也相應提高，物料受打擊的頻率也隨之增加；因此，脫粒性能改善，籽粒在脫粒空間內(nèi)脫粒提前，讓籽粒有足夠的時間分離，從而夾帶損失減少。滾筒轉(zhuǎn)速的提高，使物料在脫?？臻g內(nèi)的運動速度增加，籽粒的分離時間縮短，裝置分離能力有小幅降低。脫粒轉(zhuǎn)速的提高雖然可以減少脫粒損失，但是轉(zhuǎn)速過高，打擊力過大，將導致籽粒破損嚴重，且功耗增加。

3.3　喂入量對未脫凈率和夾帶損失率的影響

喂入量的單因素試驗結(jié)果如圖5、圖6所示。未脫凈率、夾帶損失率隨著喂入量增加均呈上升趨勢，脫粒系數(shù)、分離系數(shù)也都相應降低。當喂入量增加，脫粒滾筒轉(zhuǎn)速、脫粒齒齒數(shù)等參數(shù)一定時，總打擊次數(shù)不變，則單粒籽粒受打擊脫粒的概率降低，每粒籽粒獲得的平均打擊能量減少，因此脫粒性能下降。喂入量增加，使得脫?？臻g內(nèi)物料密度增加，物料層孔隙度減小，因此分離性能也有所下降。

圖5　不同喂入量的脫粒系數(shù)和分離系數(shù)

圖6　不同喂入量的未脫凈率和夾帶損失率

3.4　脫粒間隙對未脫凈率和夾帶損失率的影響

減少脫粒釘齒與凹板篩之間的間隙，可以使物料層變薄，釘齒作用于物料層的打擊能量更容易傳遞至凹板側(cè)，打擊能量傳遞至凹板側(cè)，凹板側(cè)籽粒獲得更多動能，籽粒與凹板的搓擦作用更強，也有助于脫粒。由式(18)可知，脫粒間隙減小，物料被壓縮得更嚴重，對凹板篩的壓力越大，有利于搓擦作用脫粒。從分離系數(shù)的表達式(25)可知，脫粒間隙減小，物料層密度增加，不利于分離；同時物料層變薄，減小了籽粒穿越物料層徑向運動的距離，有助于分離。試驗表明脫粒間隙減小，分離性能有所改善，僅說明在該試驗條件下物料層厚度對分離的影響占主導地位，物料密度對分離影響較小(圖7，圖8)。因物料密度的變化與喂入量、滾筒轉(zhuǎn)速也有關(guān)聯(lián)，由式(25)可知，當喂入量、轉(zhuǎn)速變化，脫粒間隙減小，并不一定使分離性得到改善。脫粒間隙減小，有助于脫粒，但是間隙過小，凹板篩對物料的搓擦作用過大，物料運動速度降低，物料與滾筒的相對運動速度增加，打擊作用過強，導致籽粒破損增加。搓擦作用與打擊作用增強也使功耗增加，當所需功耗過大，動力供應不足，將導致滾筒堵塞。

圖7　不同脫粒間隙的脫粒系數(shù)和分離系數(shù)

圖8　不同脫粒間隙的夾帶損失率和未脫凈率

4　結(jié)論

通過分析滾筒轉(zhuǎn)速、喂入量、脫粒間隙對脫粒分離性能的影響，建立了包含這些因素的切向喂料的橫軸流脫粒分離裝置數(shù)學模型。對模型正確性進行試驗驗證，分析模型理論值與試驗實測值誤差，未脫凈損失率的平均相對誤差為8.23%，夾帶損失率的平均相對誤差為2.90%。該模型可反映出未脫凈率、自由籽粒量、累積脫凈率在滾筒軸向的分布規(guī)律和滾筒轉(zhuǎn)速、喂入量、脫粒間隙等參數(shù)對脫粒分離性能的影響。

[1] 張認成，桑正中．軸流脫粒空間谷物運動仿真研究[J]．農(nóng)業(yè)機械學報，2000，31(1)：55–57． ZHANG R C，SANG Z Z．Simulation research on the motion of cereal in axial threshing space[J]．Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2000，31(1)：55–57．

[2] 李耀明，李洪昌，徐立章，等．短紋桿–板齒式軸流脫粒分離裝置性能試驗[J]．農(nóng)業(yè)機械學報，2009，40(7)：88–92． LI Y M，LI H C，XU L Z，et al．Performance test of short-rasp-bar of axial flow threshing and separating unit[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2009，40(7)：88–92．

[3] 鐘挺，胡志超，顧峰瑋，等．4LZ–1.0 Q型稻麥聯(lián)合收獲機脫粒清選部件試驗與優(yōu)化[J]．農(nóng)業(yè)機械學報，2012，43(10)：76–81． ZHONG T，HU Z C，GU F W，et al．Optimization and experiment for threshing and cleaning parts of 4LZ-1.0 Q cereal combine harvester[J]．Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2012，43(10)：76–81．

[4] 唐忠．切縱流結(jié)構(gòu)谷物脫粒分離理論與試驗研究[D]．鎮(zhèn)江：江蘇大學，2013． TANG Z．Theoretical and experimental investigations of cereals threshing and separating on tangential- longitudinal axial device[D]．Zhenjiang：Jiangsu University，2013．

[5] HUYN H M，POWELL V T，SIDDAL N J．Threshing and separating process-amathematical model[J]. Transactions of the ASAE，1982，25(1)：65–73．

[6] MIUP I，KUTZBACH H-D．Modeling and simulation of grain threshing and separation in threshing units-Part I[J]. Computers and Electronics in Agriculture，2008(60)：96–104．

[7] MIU P I，WACKE P，KUTZBACH H-D．A comprehensive simulation model of threshing and separating process in axial units Part I．Further model development[J]. AGENG Paper，1998，No AE98–A1–354．

[8] MIU P I，WACKE P，KUTZBACH H-D．A comprehensive simulation model of threshing and separating process in axial units．Part II．Model validation [J]．AGENG Paper，1998，No AE98–A_475．

[9] 萬金保，趙學篤，紀春千．傳統(tǒng)型脫粒裝置的數(shù)學模型及應用[J]．農(nóng)業(yè)機械學報，1990，21(2)：21–29． WAN J B，ZHAO X D，JI C Q．A mathematical model for conventional grain threshing and it’s application[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，1990，21(2)：21–29．

[10] 張金海，都麗萍．脫粒部件數(shù)學模型的建立與模擬[J]．農(nóng)業(yè)機械學報，1994，25(1)：56–60． ZHANG J H，DU L P．Theoretical study of mathematical model on threshing and separating process[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，1994，25(1)：56–60．

[11] 李杰，閻楚良，楊方飛．縱向軸流脫粒裝置的理論模型與仿真[J]．江蘇大學學報(自然科學版)，2006，27(4)：299–302． LI J，YAN C L，YANG F F．Theoreticalmodel and simulation of threshing of axial unit with axial feeding[J]. Journal of Jiangsu University(Natural Science Edition)，2006，27(4)：299–302．

[12] TANG Z，LI Y M，XU L Z，et al．Modeling and design of a combined transverse and axial flow threshing unit for rice harvesters[J]．Spanish Journal of Agricultural Research，2014，12(4)：973–983．

[13] 李耀明，徐立章，鄧玲黎，等．復脫分離裝置的理論分析及試驗[J]．農(nóng)業(yè)機械學報，2005，36(11)：61–64． LI Y M，XU L Z，DENG L L，et al．Theoretical analysis and experimental study on rethreshingseparation unit[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2005，36 (11)：61–64．

[14] MIUP I，KUTZBACH H-D．Modeling and simulation of grain threshing and separation in threshing units-Part II. Application to tangential feeding[J]．Computers and Electronics in Agriculture，2008(60)：105–109．

[15] 謝方平，王修善，任述光，等．4LZ–0.8型小型水稻聯(lián)合收割機的設(shè)計[J]．湖南農(nóng)業(yè)大學學報(自然科學版)，2015，41(4)：435–439． XIE F P，WANG X S，REN S G，et al．Design of 4LZ-0.8 type mini rice combined harvester[J]．Journal of Hunan Agricultural University (Natural Sciences)，2015，41(4)：435–439．

[16] 衣淑娟，蔣恩臣．軸流脫粒與分離裝置脫粒過程的高速攝像分析[J]．農(nóng)業(yè)機械學報，2008，39(5)：52–55． YI S J，JIANG E C．High-speed photography analysis on process of threshing of axial flow threshing and separating installation[J]．Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2008，39(5)：52–55．

[17] 楊方飛，閻楚良，楊炳南，等．聯(lián)合收獲機縱向軸流脫粒谷物運動仿真與試驗[J]．農(nóng)業(yè)機械學報，2010，41(12)：67–71． YANG F F，YAN C L，YANG B N，et al．Simulation and testing of cereal motion in threshing unit of combine harvester with axial feeding[J]．Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2010，41(12)：67–71．

[18] 康棟，吳崇友，梁蘇寧，等．谷子聯(lián)合收獲機脫粒裝置設(shè)計與試驗[J]．中國農(nóng)業(yè)大學學報，2017，22(2)：135–143． KANG D，WU C Y，LIANG S N，et al．Design and test of the threshing device of millet combine harvester[J]. Journal of China Agricultural University，2017，22(2)：135–143．

A mathematical model and test of the horizontal axial flow threshing separation device

WANG Xunwei1, XIE Fangping1,2,3*, REN Shuguang1,2,3, WANG Xiushan1,3, ZHANG Zhengzhong1

(1.College of Mechanical and Electrical Engineering, Hunan Agricultural University, Changsha, Hunan 410128, China; 2.Collaborative Innovation Center of Southern Chinese Grain and Oilseed, Changsha, Hunan 410128, China; 3.Hunan Provincial Key Laboratory of Intelligent Agricultural Equipment, Changsha, Hunan 410128, China)

The cylinder length limits the threshing and separating ability of the horizontal axial flow threshing separation device, which is only used in the small and medium-sized combined harvesters. In order to study the effect of the cylinder speed, the feed rate and the concave clearance on the threshing performance of the horizontal flow threshing unit, a mathematical model was established to optimized its structure by using the probability theory.The verification tests were carried out, and the results showed that the average relative error of the prediction of the unthreshing rate is 8.23%, and the average relative error of the unseparated rate is 2.90%. Simulation analysis and single factor test showed that the model could reflect the influence of the threshing cylinder speed, the feed rate, the concave clearance and other parameters on the threshing separation performance.

horizontal axial flow; mathematical model; cylinder speed; feed rate; concave clearance

S225.3

A

1007-1032(2020)04-0480-08

10.13331/j.cnki.jhau.2020.04.016

王勛威，謝方平，任述光，王修善，張正中．橫軸流脫粒分離裝置的數(shù)學模型的建立與試驗[J]．湖南農(nóng)業(yè)大學學報(自然科學版)，2020，46(4)：480–487．

WANG X W, XIE F P, REN S G, WANG X S, ZHANG Z Z. A mathematical model and test of the horizontal axial flow threshing separation device[J]. Journal of Hunan Agricultural University(Natural Sciences), 2020, 46(4): 480–487.

http://xb.hunau.edu.cn

2019–09–06

2020–03–08

國家自然科學基金項目(51175173)；湖南省科學技術(shù)廳重點項目(2016NK2120)

王勛威(1993—)，男，湖南衡陽人，碩士研究生，主要從事機械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計與試驗研究，719269025@qq.com；

，謝方平，博士，教授，主要從事農(nóng)業(yè)機械性能試驗與創(chuàng)新設(shè)計研究，hunanxie2002@163.com

責任編輯：羅慧敏

英文編輯：吳志立