联合收割机结构原理点滴谈6：麦收前夕话脱粒损失

联合收割机田间作业的目的，就是将作物植株上的籽粒或果实全部干净无损失（伤）地收集到粮箱。作业中有割台、脱粒和清选损失发生，本篇先说脱粒损失。

脱粒质量和效率与作物性质、脱粒装置技术状态和作物喂入滚筒速度有关，脱粒过程重要的要求是谷粒损失要少。笔者经过多年对联合收割机设计、试验和田间作业有如下验证和体会。

过桥宽度

对于配置有切流脱粒滚筒的脱粒装置，使用宽的过桥设计可以提供薄的物料层促进预脱粒，并有利籽粒分离。而对于没有配置切流脱粒滚筒的单纵轴流脱粒装置，物料必须从宽的过桥向窄的喂入口内的滚筒压缩，这将导致喂入问题，即过桥宽度与滚筒喂入搅龙叶片前端回转直径尺寸相差越大越难喂入，且易在过桥与滚筒交接口左侧死角处涌堵。

迪尔、凯斯等厂家使用窄过桥设计的轴流联合收割机，在过桥内会产生一个厚的物料层，通过作物之间的挤压揉搓促进物料间的提前脱粒，可提高纵轴流机的谷物分离效率，减少谷粒未脱净和夹带损失。

履带水稻机过桥宽度与滚筒直径尺寸相差很小，收获水稻时不易产生作物在滚筒喂入口两侧滞留而发生堵塞现象。

滚筒与转速

纹杆滚筒适应各种不同作物的复杂情况，易于调节和保养，并且比较简单和耐久。装有开式栅格凹板的纹杆滚筒较钉齿滚筒对收获小麦有较强的脱粒分离谷粒能力。钉齿滚筒较纹杆滚筒有较强的抓取作物的能力，不易堵塞，消耗功率较少，是纹杆的75-85%，主要用于水稻和割晒的大豆脱粒上。

开式滚筒对作物的拖入能力比闭式强。高纹杆可以增加作物的蓬松振幅，分离效果好。 但当纹杆从6根增加到8根（550毫米直径）抓取能力会下降。             

脱粒最主要是靠作物在自由悬浮状态下纹杆对穗头的打击作用，而纹杆和凹板对穗头的搓擦作用是很次要的。增强纹杆打击次数而减小打击力度是有利于减少谷粒损伤和损失。 纹杆对谷物层连续打击并形成一定的压缩，使谷物在两纹杆间膨胀，形成径向振动有利谷粒分离，而振动频率取决于纹杆和隔条相遇的次数。

早上比午后的滚筒转速要高或脱粒间隙要小。增加滚筒转速和减小脱粒间隙使作物层蓬松、变薄，脱粒下来的籽粒容易从茎秆层分离出来，可使谷粒进入凹板数量增加，会减少脱粒损失，茎秆的破碎也会少，但也会增加谷粒损伤。在这里转速比间隙的作用要强。

相对切流滚筒，轴流滚筒有很多优点： 1、脱净率高。作物在滚筒内停留时间长，打击次数多，这对解决难脱作物水稻的湿脱、湿分特别有利。2、破碎率低。可以低速柔和脱粒，有利于脱易破碎的籽粒，特别是对降低大豆破碎率、减少水稻破壳非常有利。3、抢农时。由于脱粒时间长，打击次数多，因此对早期收割青湿、早晚收割带露水作物或雨后收割潮湿作物等适应性强，能有效延长每天收获时间 。4、适应性强。能适应多种作物，尤其是各种豆类经济作物。5、结构简单。由于取消了逐稿器，使整机传动系统简化，结构紧凑，减轻机器往复振动。

当然也有问题：作物在滚筒内停留时间长、转速高、打击次数多，茎秆破碎较多，分离后清选负荷增加，谷粒损失增大。转速低打击力不足植株上易产生未脱净谷粒，同时谷粒离心力小夹带损失增大。

在其他因素一定的情况下，脱出物(籽粒、茎杆、断穗)沿轴向分布受籽粒分布的影响较大。籽粒沿轴向分布有一个最高值之后开始下降，且下降曲线规律明显，但断穗、茎杆分布规律不显著。籽粒沿轴向分布规律是：在20cm 处为籽粒总量的80%左右。

发芽率试验证明，轴流脱粒同手工脱粒籽粒的发芽率相比，柔性脱粒没有使发芽率降低，而刚性齿脱粒的籽粒发芽率却比柔性脱粒的籽粒低得多。试验证明纵轴流柔性脱粒系统能有效降低破碎率，但其性能参数与结构原理还值得进一步研究。

关于滚筒长度，有的机型滚筒后端面与尾筛平齐，使滚筒后端分离出的碎秸秆和籽粒混合物直接下落到尾筛上。因没有足够长的筛面分离，易造成落地损失。理论上讲类似这种超长滚筒在分离凹板下应设有回程板将混合物导入筛面前端再下落分离，迪尔机型即如此。久保田等轴流水稻机则将混合物导入后栅条上进入杂余滑板后返回再脱粒。

鉴于上述，凯斯机型采用缩短的脱粒滚筒。至于因脱粒滚筒缩短而出现脱不净的现象如何办？用减小滚筒前段出口脱粒间隙实现强脱粒，滚筒圆周实现谷粒全分离。这也就是迪尔与凯斯设置长、短脱粒滚筒的根本区别。

迪尔机型为适应水稻柔性脱粒而使用长脱粒滚筒，并增设滚筒回程板。凯斯机型为适应玉米收获增大滚筒直径而缩短滚筒长度，都是为了减少未脱净和夹带损失的措施。

轴流脱粒滚筒结构要保证在前段有较高的脱粒分离率，滚筒后段则应当有较强分离效果，如此才可保证未脱净和夹带损失减小，尤其是在收获小麦、水稻等小籽粒作物时尤其重要。至于滚筒长度，应视对农户对秸秆长度的要求而确定。

关于滚筒直径，将滚筒直径由550毫米减小至380毫米时，有使谷粒分离量增加的趋势。虽然大直径滚筒和大包角凹板对分离谷粒有优越性，但试验证明：直径大于550毫米时的影响甚微。不同直径的滚筒在线速度 、脱粒间隙一样的情况下对破碎率有影响，但其影响比打击次数、脱粒间隙等因素的影响要小 。

凯斯4088、4099没有设置回程板，而是将滚筒直径加大，长度缩短，即使滚筒后端脱出物可以下落到清选筛前段，保证混合物中籽粒在筛面上从前向后有足够分离过程，减少清选损失。同时滚筒喂入口结构设计也便于作物拥挤中的籽粒收集，防止落地损失。

滚筒缩短可以带来很多好处：脱粒负荷轻，动力消耗少，增长脱粒混合物在清选筛面通过的路径，减少清选损失，有利切碎机布置等等，这在凯斯机上已证实。

克拉斯联合收割机上有一个特点就是脱粒滚筒直径较小，大多数为450毫米。他们认为这样大小的滚筒是最理想的尺寸。理由是：1、由于滚筒的脱粒速度要求一定，因而小直径滚筒时转速高，在同样的圆周速度下可以产生较大的离心力，有利于分离；2、小直径滚筒加速性能好，转速容易恢复到所需值，同时由于滚筒有较高的转速，茎秆缠绕滚筒的可能性并不比大直径滚筒多；3、功率消耗小。该公司认为，滚筒直径的大小对脱粒效果无太大的影响，而脱粒效果主要取决于凹板脱粒面积的大小。因而，设计时考虑采用适当的滚筒长度和凹板包角大小是可以满足性能需要的。  

凹板与间隙

麦收作业喂入量增大时发现，滚筒尾段凹板内仍然存在籽粒。该机滚筒后段凹板间隙不可调整，所以夹带损失时有超标。

理论上，使谷物脱粒主要是依靠高速运动的纹杆或钉齿对穗头的冲击和振落作用。虽然揉搓肯定也起脱粒作用，但凹板的主要功用是将作物保持在或纳入滚筒的运动轨迹上，隔板对作物进行阻挡，以便对其进行多次冲击。同时滚筒与凹板之间逐渐缩小的间隙使作物之间产生挤压实现完全脱粒。进入脱粒装置的秸秆不能太短，否则脱粒困难出现未脱净穗头。但作物秸秆长、滚筒转速低则消耗功率大产生夹带多。

轴流脱粒为防止出现未脱净和夹带损失，首要解决在滚筒前端更多的完成籽粒的脱分。一般在出现损失时都采用小的脱粒间隙。而脱粒试验证明籽粒破碎率在凹板出口的第2、3格内较多。说明脱粒时间长，脱粒间隙越来越小是影响破碎率的较大因素。所以在保证脱净的情况下放大脱粒间隙，加大栅格间距来提高脱粒质量。

增加凹板包角，改变栅格间距是提高脱粒性能的有效途径。通过凹板弧长和栅格间距的变换证明脱粒性能随其弧长和栅格间距的加大而变化的规律很明显。适当加大凹板入口第2、3格的栅格间距，即可增加凹板的分离率，而不会降低脱粒性能，这是提高凹板分离率的一种有效途径。

缩小凹板间隙可以提高分离率，特别是脱粒干燥的小麦。增加凹板的长度可以增加分离能力，但会递减。这些措施都会增加茎杆破碎和籽粒损伤。    

试验证明：纹杆滚筒的开式栅格凹板大约可实现95%的谷粒脱净，可分离出72%的谷粒，而钉齿滚筒只能分离出来50%。

喂入量

喂入量增加，作物层变密，会减少谷粒损伤，但分离谷粒量明显减少。非谷粒部分的喂入量增加一倍，谷粒分离由72%降到63%。

通过试验分析得出：影响轴流脱粒与分离性能主要因素显著性的依次是喂入量、滚筒线速度、脱粒间隙、导向板导角。增大喂入量对各因素影响最大，尤其干枯小麦影响较大，即大量脱出物进入清选装置，给清选装置带来的负荷增加。

作物干燥时，喂入量加大和滚筒转速增高，茎杆破碎增加。减小脱粒间隙，对秸秆破碎影响不大。喂入量增加，通过凹板的非谷粒部分会减少。

脱粒状况取决于籽粒湿度，脱粒效果多少决定于茎秆湿度：湿度由15%增加到25%时，脱粒损失增加一倍；湿度为12%时与湿度为33%相比，茎秆破碎相差一倍。小麦籽粒的破碎与损失程度主要决定小麦的品种与湿度：潮湿比干作物摩擦系数高，对纹杆和凹板的附着力较大，移动减慢，受纹杆打击次数较少；弹性小振动频率和振幅减小，脱粒所需力增大；谷粒通过秸秆困难，所以脱粒间隙要小。

在不同喂入量的情况下，籽粒沿轴向分布形式相似，且曲线峰值位置受喂入量影响较大。喂入量大，曲线的峰值高。籽粒分布的峰值位置一般出现在滚筒脱粒段轴线的500~600 毫米左右。

纵置单轴流滚筒脱粒与分离装置的功耗影响最显著的因素是滚筒转速，各因素及其交互作用对功耗主要影响为喂入量与导向板导角。柔性脱粒滚筒扭矩小喂入量增加，各脱粒滚筒的扭矩变化不大。但滚筒转速增加，各脱粒滚筒的扭矩下降。而喂入速率增加，扭矩却增加。纵置单轴流滚筒脱粒与分离装置的功耗影响最显著的因素是滚筒转速。喂入量、滚筒转速、导向板导角及其交互作用对功耗主要影响为喂入量与导向板导角。

作物喂入方向

与穗头在前并位于作物层上部的喂入方式相比较，作物根部在前时滚筒脱粒损失要多一倍，凹板未分离出来的谷粒百分数也高一倍。作物紊乱喂入与穗头在前效果相当。但喂入愈均匀，滚筒消耗的功率愈少。穗头先喂入能提高滚筒的抓取能力，脱粒损失比茎秆先喂的脱粒损失少一半之多。主要是穗头的暴露性好，而茎秆的破碎率会略多一些。作物喂入滚筒的方向对小麦籽粒破碎没有影响。

理想的脱粒方式应当是：穗头朝前且位于作物层的底部，较穗头在作物层上部喂入要好。如此穗头与凹板上栅格板接触，能加快作物脱粒分离，减少夹带与脱不净损失。但目前联合收割机很难做到这一点（受拨禾轮工作原理限制），而新结构方案正在成熟中。

玉米脱粒      

玉米穗横向喂入的损伤率在各种含水量的实验中都是最小的。其次是不定向喂入，即把玉米穗随意喂入脱粒滚筒。损伤率最高的是使玉米穗轴线与滚筒垂直喂入的（竖向喂入）。但当含水率为20-22%之间时，三种喂入的损伤率都是最低的。

竖向喂入的损伤最高因为：1、和横向喂入方式比较，玉米穗竖向喂入，撞击力作用面积要小作用力要强些。2、玉米粒承受力在一个方向上可能比另一个方向上要高一些。

果穗在凹板前部受力最大。所以减少损伤的可行办法就是使玉米穗在通过外形变化的通道时减少强力冲击。改进脱粒装置，减少反复碰撞，都可以降低损伤率的。因为在剥下一些玉米粒后，脱粒就变的容易些了，所有开始是碰撞而后搅动较少的脱粒装置能降低机械损伤率。       

在适当的湿度范围内。纹杆滚筒脱粒玉米效果是令人满意的。而钉齿滚筒在含水率较高和较低时会有更好的效果。  

玉米穗从凹板入口大约20度角的地方主要是靠挤压的法向力，其次是切向力。在整个凹板长度上，作用于横向玉米穗上的法向力比作用于竖向玉米穗上的法向力稍微高些。因为竖向造成的损伤率高，所以可以断定：竖向时，和纹杆接触的面积要比横向时小的多。这样，对于竖向的玉米粒的挤压应力要比作用于横向玉米穗上的力大一些。

玉米穗在凹板前部经受的力最大。而脱粒一经开始，就容易多了。所以减少损伤率的一个可行方法便是使脱粒的玉米穗在通过外形有所变化的凹板时免受强力冲撞。损伤率都是随凹板上距离的增加而增加，当含水率在20%左右时，所有区段上的损伤率都是最低的。

综上所述，就可以知道切流纹杆脱粒滚筒比纯单纵轴流脱粒滚筒作业中玉米籽粒损伤多的原因。