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本课件讲述谷物清选机械，先说明谷物清选的意义与谷粒的空气动力学特性，进而按粒度、形状、比重等差异讲解筛选、风选与精选的基本原理，介绍常用清选装置的结构与运动参数，最后分析复式谷物清选机的总体配置与工作流程。
第十章 谷物清选机械 目录
第一节概述第二节清选原理第三节清选装置第四节复式谷物清选机第十章谷物清选机械
第一节 概述
一谷物清选的意义•谷粒经过清选以后
可以获得质量均匀、尺寸一致的种子。将种子清选以后再播种，可以清除小粒、破碎粒作为粮食和饲料，节约了粮食；清选后的种子均匀饱满，播种后发芽率高，长势好，一般都能增产5-10%，还可以减少播种量20%左右。特别是玉米，清选以后可用半精量或精量播种，因而更可以大量节省种子。清选后的种子已清除其中大部分病虫害的籽粒，减少了今后感染的可能性，使田间杂草含量减少，作物生长整齐，成熟一致，有利于机械化作业
二谷粒的物理特性•1谷粒的大小和形状•2
第二节 清选原理
第二节清粮原理经脱粒装置脱下的和经分离装置分离出的短脱出物中混有断、碎茎秆、颖壳和灰尘等细小夹杂物。清粮装置的功用就是将混合物中的籽粒分离出来，将其他混杂物排出机外，以得到清洁的籽粒。
一按照谷粒的空气动力特性进行分离•二按谷
第三节 清选装置
筛选•（一）筛子的种类及选择•目前应用的
编织筛：用金属丝编织而成
制造简单、气流阻力小、有效面积大、生产率高，在多层筛子配置中宜作上筛。但平面强度小，易变形。冲孔筛：在薄金属板才上冲制具有特定形状的筛孔。制造简单、不易变形、但有效面积小、生产率低，一般用作下筛
鱼眼筛：在薄金属板才上冲制出
凸起的鱼眼状筛孔。混合物在筛面上只能单向选别，向后推送的能力比较好，结构简单，生产率低，易作下筛
鱼鳞筛：是由冲压而成的鱼鳞筛
片和鱼鳞筛孔组合而成。孔口大小可调、不易堵塞、生产率高、适应性强。但结构复杂，在联合收获机上应用较多
谷物在筛面上的运动和筛子参数选择短脱出物
(二)谷物在筛面上的运动和筛子参数选择短脱出物进入由清选筛和风机组成的清粮装置后，利用风机的配合在筛面上做前后的往复运动，借以获得更多的机会通过筛孔。一般来说筛子是由筛面、吊杆组成的四边形机构和曲柄连杆机构构成，为了找出影响脱出物沿筛面运动性质的主要因素，我们假设筛子近似为一平行四边形机构。
由于吊杆和连杆长度远大于曲柄半径
可近似认为筛子的运动是振幅为A=2r（r为曲柄半径）的直线往复运动。εO/α水平面oAωωtx=－rcosωta=rω2cosωto＋－－＋xx
设：曲柄的回转中心o与筛架连
杆连接点o/的连线的延长线oo/方向为筛子的振动方向，曲柄在左侧与oo/重合位置为曲柄运动的起始位置，筛子的位移、速度、加速度与时间的关系为：x=－rcosωtvx=rωsinωta=rω2cosωtεO/α水平面oAωωtx前后
εO/α水平面oAωωtx前后o＋－－＋
x假设筛面上有一质量为m的脱出物质点和筛子一起运动，在ωt=0~π/2和3π/2~2π区间（1、4区间）时，加速度a为正，惯性力u为负，方向沿x轴向左，脱出物有沿筛面向前滑动的趋势
εO/α水平面oAωωtx前后o（续）
εO/α水平面oAωωtx前后o＋－－＋x在ωt=π/2~3π/2区间（2、3区间）时，加速度a为负，惯性力u为正，方向沿x轴向右，脱出物有沿筛面向后滑动的趋势。
假设筛面上有一质量为m的脱出物质点和筛子
一起运动，当脱出物沿筛面滑动时，作用在脱出物上的力，除了惯性力u外，还有重力mg、筛面的法向反力N和摩擦力F。uαεmgN+x＋aFαεmgN+x－aFu
脱出物沿筛面向前滑动的极限条件当加速度为
1、脱出物沿筛面向前滑动的极限条件当加速度为正值时，脱出物在惯性力的作用下有前滑的趋势，由图所示：全部外力向筛面投影得：uαεmgN+x＋aFucos（ε－α）＋mgsinα=F
ucos（ε－α）＋mgsinα=F式中
u——惯性力，u=mrω2cosωt；F——摩擦力，F=Ntgφ；N——法向反力，φ——脱出物与筛面的摩擦角，小麦：25~360；水稻：23~320；
uαεmgN+x＋aFN=usin
（ε－α）+mgcosα；
将u和F代入并整理得
ucos（ε－α）＋mgsinα=[usin（ε－α）+mgcosα]tgφ移项整理得：u[cos（ε－α）－sin（ε－α）tgφ]=mg（cosαtgφ－sinα）
等式两边同乘以cosφ得
u[cos（ε－α）cosφ－sin（ε－α）sinφ]=mg（cosαsinφ－sinαcosφ）利用sin（α±φ）=sinαcosφ±cosαsinφ和cos（α±φ）=cosαcosφsinαsinφ整理得：mrω2cosωtcos（ε－α＋φ）=mgsin（φ－α）
令K=rω2/g为筛子运动的加速度比因为
cosωt≤1，欲使脱出物沿筛面前滑，必须使筛子运动的加速度比满足如下条件
令：K1为脱出物沿筛面前滑的特征条件
当K＞K1时，脱出物将沿筛面前滑
αεmgN+x－aFu2
脱出物沿筛面向后滑动的极限条件当加速度为负值时，脱出物在惯性力的作用下有后滑的趋势，由图所示：全部外力向筛面投影得：ucos（ε－α）=F+mgsinα
αεmgN+x－aFuucos
（ε－α）=F+mgsinα法向反力：N=mgcosα－usin（ε－α）
同理整理得
K2为脱出物沿筛面后滑的特征条件，当K＞K2时，脱出物将沿筛面后滑
作为筛子运动的加速度比
他决定了脱出物在筛面上的运动特征。在前面讲过的分离装置的运动特征值也是这样描述的加速度比，二者有什么区别吗？K=rω2/g在分离装置运动分析时为脱出物抛离键面的特征值，只能做抛物体运动，决不允许脱出物在键面上前后滑动。问题：能否允许脱出物在筛面上也抛起来？NO！
脱出物抛离筛面的极限条件问题
3、脱出物抛离筛面的极限条件问题：什么条件下脱出物有可能抛离筛面？uαεmgN+x＋aFαεmgN+x－aFu前面已经介绍过，脱出物是靠惯性力运动的，当惯性力u沿X轴正向时，随着rω2的增大，法向反力N减小，脱出物有抛离筛面的趋势。脱出物抛离筛面的标志是N=0。
αεmgN+x－aFuN=mgcosα－
usin（ε－α）mgcosα－mrω2cosωtsin（ε－α）=0令：N=0
整理得：K3为脱出物抛离筛面
的特征条件当K＞K3时，脱出物将抛离筛面
讨论：通过以上分析
在不考虑其他影响因素的条件下，脱出物在筛面上的运动结果主要取决于筛子运动的加速度比：我们希望的筛子运动结果是：脱出物沿筛面既有前滑又有后滑，且后滑量大于前滑量，不允许有抛起现象发生
清粮筛正常工作的条件
K3＞K＞K1＞K2目前，清粮装置的主要参数为：K=2.2~3，R=23~30mm，ε=12~25oα=1~3o，（个别7~8o），n=200~350r/min
二气流清选•1、利用垂直气流进行清选谷物
清选机的垂直气流清选系统包括喂料装置（图10-8）、垂直气道、风机和沉降室。•工作时谷粒混合物被喂料辊送至垂直吸气道下部的筛面上。由于受到气流的作用，悬浮速度低于气流速度的轻杂物被吸向上方。当吸至断面较大的部位时，由于气流速度降低，一部分籽粒和混杂物开始落人沉降室内，被搅龙输送到机外，最轻的杂质被风吹出
图10-8垂直吸气式清选装置.喂料装置2
.喂入辊3.4.垂直气道5.沉降室6.风机7.搅龙
2利用倾斜气流进行清选如图10-10•3
利用不同空气阻力进行分离•如图10-11
图10-10倾斜气流清选装置图10-11
带式扬场机1.粮斗2.调节插板3.压辊4.胶带5.扬场辊6.抛出线
三气流筛子清选装置•
（一）清选装置的种类•气流筛子清粮装置有上下两筛和阶梯式三筛的，如图10-13、图10-14所示
图10-13风扇筛子式清选装置
(两筛上下配置)1.支杆2.阶状抖动板3.筛架4.吊杆5.上筛6.尾筛7.下筛8.风扇图10-14风扇筛子式清选装置(三筛阶梯配置).阶状抖动板2.上筛3.中筛4.下筛5.杂余滑板6.杂余螺旋推运器7.谷粒滑板8.谷粒螺旋推运器9.风扇图10-13风扇筛子式清选装置(两筛上下配置)1.支杆2.阶状抖动板3.筛架4.吊杆5.上筛6.尾筛7.下筛8.风扇图10-14风扇筛子式清选装置(三筛阶梯配置).阶状抖动板2.上筛3.中筛4.下筛5.杂余滑板6.杂余螺旋推运器7.谷粒滑板8.谷粒螺旋推运器9.风扇
清选原理：利用被清选对象各组成部分之间的
气流式清粮装置：按照谷物混合物各组成部分
1、气流式清粮装置：按照谷物混合物各组成部分的空气动力特性的不同进行选别。一般用物料的飘浮速度Vp来表示。mgPP=kρFv2式中：k——阻力系数，与物体的形状和表面特性有关，小麦：0.184~0.265ρ——空气密度，g/m3F——物体的迎风面积，m2V——气流速度，m/s，小麦的Vp=809~11.5m/s。
物料的飘浮速度Vp——将物体置于垂直向上
的气流场内，当气流对物体的作用力P等于该物体的重力mg而使该物体处于相对静止的悬浮状态时气流所具有的速度（有时也称为临界速度）
利用这一原理进行清粮的机械有气流型脱粒机
利用风机产生的气流对谷物进行分离和选别。扬场机利用高速抛掷皮带将混合物掷向空中，飘浮速度较大的籽粒掷的较远，而飘浮速度较小的轻杂物将落在距扬场机较近的地方
气流式清粮机械
筛子式清粮装置；利用混合物各组成部分的尺
2、筛子式清粮装置；利用混合物各组成部分的尺寸特性的差异进行分离和选别。具体方法是：根据谷粒的大小、形状，设计适当的筛孔，以达到筛选的目的。
气流筛子组合式清粮装置
3、气流筛子组合式清粮装置：利用混合物各组成部分的尺寸特性和空气动力特性将筛子和风机配合进行分离选别。清粮效果好，在多数脱粒机和联合收获机上采用这种配合形式。
气流与筛子组成的清粮装置机构简图
风机的类型：离心风机:结构简单
(三)风机的类型：离心风机:结构简单、便于配置，控制面域大，但气流分布不均匀。一般通过配置多个风机来均匀气流。BPBP
轴流风机
气流分布均匀、结构尺寸小，但控制面域小。横流风机：又称径流风机，气流为轴向吸入径向排出，气流在横向上分布均匀，功率消耗小，结构复杂，制造成本高
影响清选质量的因素及调整原则•1
四窝眼筒分选•窝眼筒是按籽粒长度进行分选
的工作部件。在金属板上压成多数口径一致的圆窝，将混合物平铺其上，稍加振动则较小谷粒即落入窝眼内，大者留在窝外。如将金属板倾斜至一定角度时，则长谷粒可由板上滑下，再将板移至他处反转，则短谷粒亦被倾出。利用这种方法，如将板弯成圆筒形，使窝在内侧，中间置承种槽和推运器。即为农业上广泛应用的窝眼式选粮筒（图10-25）
图10-25窝眼筒按长度分选
五比重清选•重力清选机的主要工作部件是一
个双向倾斜的三角形振动筛面（图10-29），α角称为纵向倾角，β角为横向倾角。此筛面由曲柄连杆机构（或振动电机）驱动，产生纵向振动，振动方向角ε大于筛面的纵向倾角α。三角形筛面具有孔眼，气流从筛面下方沿一定方向吹出。气流速度应使轻的籽粒处于半悬浮状态，而重的籽粒处于下层并沿筛面向上移动
图10-305XZ-1.0重力式清选机1
.吸风管2.振动筛体3.横向倾角调节装置4.纵向倾角调节杆5.风机6.进料斗7.出料口8.弹簧
六摩擦分离器分选•
图10-32回转带式摩擦分离器
图10-33螺旋分离器1.喂料斗2.机架
3.螺旋面4.大豆出口5.立轴6.夹杂物出口图10-34圆盘式摩擦分离器.喂入口1.粗糙种子2、3.中等种子4.光滑球形种子
七颜色分选机•颜色分选机由喂料部分
扫描室和控制部分组成。颜色不同而需要进行分选的物料装入喂料斗（图10-35），然后由一个振动输送器均匀地将物料送到倾斜的输送槽中。物料沿倾斜输送槽一个一个地以很高的速度通过扫描室。在扫描室内，颜色不同的物料被安装在几处的光源照射。光线通过透镜照射到物料表面，然后从表面反射到三个光电倍增管，光电管将反射的光信号转换成电压，然后与一个预先调好的标准电压相比较
图10-35颜色分选机工作原理1.传感器
2.衬底3.控制系统4.喂料斗5.振动输送器6.输料管(槽)7.气动喷头8、12.比较器9.气动喷头驱动器10、11.接料筐
第四节 复式谷物清选机
第四节复式谷物清选机•所谓复式精选机就是将筛选、气流清选和窝眼清选按一定的工艺流程组合在一台机器上，因而可以根据谷粒的几种主要特性（如长、宽、厚、空气动力学特性）同时进行清选。
图10-365XF-2.5复式精选机1.
料斗2.控制闸门3.预选风道4.前沉降斗5.前排杂活门6.前后风量调节把手7.风扇8.中沉降斗9.排风管道10.中排杂活门11.后沉降斗12.后风道13.后排杂活门14.滑板15.选粮筒16.振动槽17.出料轮18.出料槽19.清理刷20.下筛21.上筛22.摆锤23.喂料棍24.刮板
思考题：清粮装置的功用及清粮原理是什么
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