油莎豆收获机风筛选式清选机构的设计与试验.pdf

油 莎 豆 收 获 机 风 筛 选 式 清 选 机 构 的 设 计 与 试 验贾洪雷a,b,马中洋a,b,王刚a,黄东岩a,b,顾炳龙a,b,谭贺文a,b(吉林大学 a.生物与农业工程学院;b.工程仿生教育部重点实验室,长春130022)摘 要:针对油莎豆收获机清选环节草、豆、土分离不彻底、损失率高、含杂严重等难题,设计了一种风筛选式清选机构。运用动态静力学的方法研究了筛面物料的相对运动,分析了物料相对于筛面上滑、下滑和从筛面抛起的极限条件,确定了振动筛主要运动参数(其中包括振动筛振幅和振动频率)的理论域值,并通过理论计算确定了吸杂风机的转速范围;然后,以振动筛振幅、振动频率、风机转速作为试验因素,以上述得到的范围确定试验因素的水平值,设计了 3 因素 3 水平 Box-Behnken 试验,分析各因素对清选损失率、荚果含杂率的影响,并进行参数优化,寻求最优参数组合。试验结果表明:最优参数组合为振动筛振幅 11mm、振动频率 9Hz、风机转速 1442r/min,此时清选损失率为 4.35%、荚果含杂率为 5.49%。研究可以为油莎豆收获机清选机构的设计提供理论参考。关键词:油莎豆;收获机;清选机构;损失率;含杂率中图分类号:S225.6 文献标识码:A 文章编号:1003-188X(2023)12-0149-080 引言油莎豆是一种高产、优质、综合利用价值很高的粮、油、牧、饲、肥多用型新兴经济作物1-2。近年来,随着我国油莎豆产业的发展,迫切需要高质量的油莎豆收获设备3。清选机构作为油莎豆收获设备中的核心组成部分,结构复杂,研制难度大,其性能对油莎豆收获机整机的作业效果也起着决定性作用。邵阳市农机研究所4研制的小型多功能收获机,以振动筛为清选机构,运用模块化设计理念,通过调整振动模块和更换筛选模块,解决了在粘土中收获油莎豆时土、果难以分离的难题。吉林省农业机械研究院5设计的油莎豆收获机,以往复运动的振动筛作为清选装置,对油莎豆作物进行清选,可一次完成油莎豆的脱粒、筛选和风选的全部过程。为提高清选机构的清选性能,国内外相关领域专家和学者对不同作物收获的清选机构和清选机理也进行了大量研究。王立军等6-8 对玉米收获机振动筛的材料属性、结构形式和工作参数等进行了系统的研究,设计了分段式振动筛、双层不平行振动筛、贯流风收稿日期:2021-12-18基金项目:国家自然科学基金青年科学基金项目(31901408);吉林省科技发展计划项目(20200502007NC)作者简介:贾洪雷(1957-),男,长春人,教授,博士生导师,(E-mail)jiahl 。通讯作者:王 刚(1988-),男,吉林四平人,副教授,博士生导师,(E-mail)gw611004 。阶梯式振动筛等,提高了振动筛的筛分效率。周学建等9以水稻为清选对象,探究了清选装置吸杂口偏移位置参数对清选性能的影响规律。高连兴等10根据花生清选物料各成分漂浮速度的差异,设计了一种双吸风口振动式花生荚果清选装置,有效降低了花生摘果清选损失率和含杂率。李洪昌等11利用 CFD-DEM 耦合的方法,对风筛式清选装置振动筛上的物料运动数值进行了模拟。唐忠等12利用绘制等速线的方法,对水稻清选装置清选室内的涡流进行了研究,发现涡心位置变化对清选清洁率和损失率有较大影响。张敏等13通过 Plackett-Burman 试验和响应面回归试验,探究了风筛选式油菜清选机构的振动筛振幅、曲柄转速、风机转速和风机倾角对清选损失率和籽粒含杂率的影响,并确定了最终的最优参数组合。李耀明等14通过对小麦脱粒混合物进行仿真分析与台架试验,设计了一种三维并联振动筛,为提高振动筛的筛分性能提供了新的解决途径。综上所述,国内外研究的清选机构大多是针对玉米、花生、水稻等作物的,而专门针对油莎豆作物的清选机构却少见报道,且油莎豆块茎外形不规则,易被土壤包裹,清选时其运动规律与玉米、花生、水稻等也有较大差异。现阶段,因油莎豆收获机清选技术的落后一直制约着油莎豆产业的发展,如何降低油莎豆收获机清选作业时的清选损失率和荚果含杂率,已成为高质量油莎豆收获设备研制时亟需重点攻克的技术难题。为此,设计了一种风筛选式清选机构,对油莎9412023 年 12 月 农 机 化 研 究第 12 期豆收获机脱出物料进行二次清选,以期为油莎豆收获机清选机构的设计提供借鉴。1 整体结构及清选过程清选机构由振动筛和吸杂风机组成,采用振动筛与气吸组合式清选原理,其具体结构如图 1(a)所示。使用时,可将其配置于 4GQ-1.3-A 型油莎豆收获样机上,安装时筛面后倾与地面呈一定角度,以利于物料向前输送,样机可由拖拉机牵引在田间行走。整体结构如图 1(b)所示。1.吊连杆 2.上层筛 3.下层筛 4.排草口 5.吊连杆6.驱振摆臂 7.偏心套 8.驱振带轮 9.风机 10.粮斗11.网带机 12.滚筒筛 13.送料带 14.清选机构15.提升机 16.挖掘装置 17.传动系统图 1 清选机构及油莎豆收获样机结构简图Fig.1 Structure diagram of cleaning device and Cyperus Esculentus harvester prototype作业时,滚筒筛脱出物进入清选机构振动筛的上层筛,滚筒筛分离出的荚果进入下层筛,筛体在偏心传动机构驱动下按一定振幅和频率往复振动,长杂(包括长的杂草、长的油莎豆茎叶、根系)沿上层筛筛面向机器前进方向(向前)输送,从排草口排出;荚果、短杂(包括短的杂草、短的油莎豆茎叶、根系)、土杂穿过上层筛落到下层筛上,和滚筒筛分离出的荚果一起沿下层筛筛面向前输送;输送过程中部分短杂和土杂一起透过下层筛被筛出机外,剩余短杂被吸杂风机吸走带出机外,而荚果被提升机提升到粮斗内。2 关键部件设计2.1 曲柄摆杆机构设计滚筒筛脱出物经单层筛清选后无法满足油莎豆收获的要求,其物料不能充分抖散、分离,致使含杂严重,清选效果低下。为此,振动筛采用双层筛结构,筛体由上层筛和下层筛组成,两种筛体通过筛连板固接在一起,以此来完成物料的抖散、分离、去土、除杂和输送。王庆祝等15的研究表明,筛体做简谐振动可以使筛面的物料产生上下滑移和抛掷的运动。为此,本设计使筛体与各摆杆铰接构成曲柄摆杆机构,不考虑加工与安装误差,筛体的振动可看作简谐振动16-17,其具体结构如图 2 所示。工作时,拖拉机将动力传输给驱振带轮,驱振带轮带动驱动轴转动,使偏心套圆心 A 绕驱动轴轴心 O 转动,构成曲柄 OA 并带动连杆AB 运动,使连杆 AB 推动摇杆 O1B 绕机架铰接点 O1转动,并通过连杆 BC(即振动筛)带动摇杆 O2C,使摇杆 O2C 绕机架铰接点 O2转动,实现连杆 BC(即振动筛)的往复运动,达到果杂抖动分离的目的。1.上层筛 2.下层筛 3.筛连板图 2 曲柄摆杆机构结构简图Fig.2 Schematic diagram ofcrank rocker mechanism进行曲柄摆杆机构设计时,使机构做近似直线的摆动,能够提高振动筛的筛分效率、减少功率消耗17。机构做近似直线摆动时,构件设计应满足:O1BO2C、O1B=O2C、OA F(1)仅考虑物料沿筛面向下滑动而无抛起情况,则T=Psin+mgcos(2)筛面对物料的摩擦力计算公式为F=Ttan(3)式中 P为荚果所受振动惯性力(N);F筛面对荚果摩擦力(N);T筛面对荚果支撑反力(N);m荚果质量(kg);g重力加速度(m/s2);筛面倾角,();振动方向角,();筛面与荚果的静摩擦角,测得摩擦角 =27。联立式(1)式(3)可得Pcos(+)mgsin(-)(4)参考文献20中动态静力学方法对筛面物料运动的分析,可得筛面荚果 M 相对于筛面向下滑动的条件为 2KX6.7m/s2,筛面荚果 M 相对于筛面向上滑动的条件为 2KS5.2m/s2,筛面荚果 M 从筛面抛起的条件为 2KT19.5m/s2,振动筛振动加速度为 19.5 24.5m/s2,筛面振幅为 7 17mm,曲柄转速为 324565r/min,振动频率为 59Hz。2.3 吸杂风机设计清选机构的吸杂风机采用吸入型通用离心式风机。为了吸走下层筛清选过后物料中剩余的短杂,要求吸风道断面内需具有均匀的风速。因此,风机叶轮壳体采用螺旋蜗壳体,且为了便于短杂的吸出,设计加大了吸风口在筛面上的吸附面积,使吸风口面积大于出风口的面积,风机机罩后侧设置一开口,便于风机内部叶轮故障或被杂草缠绕时的维修,其具体结构如图 4 所示。1.出风口 2.风机轴 3.吸风道 4.吸风口5.风机叶轮 6.机罩开口挡板图 4 吸杂风机结构简图Fig.4 Structure diagram of centrifugal fan清选物料中包括需被风机吸走排出的杂质和剩余的油莎豆荚果,其二者悬浮速度的差异是吸杂风机参数设计的关键10。吸杂风机吸风口处风速应大于筛上所有杂质的悬浮速度,以保证杂质能被风机完全吸走排出,从而降低清选机构的荚果含杂率;吸杂风机吸风口处风速应小于筛上油莎豆荚果的悬浮速度,以避免荚果被风机吸出,加大清选机构的清选损失率。因油莎豆此方面相关研究较少,本设计通过参考其它作物的相关文献21-23并结合样机试验后,将风机吸风口处风速范围定为 5 7m/s,并且通过参考文献21,23-24中离心风机转速的计算得出吸杂风机出风口风 速 为 9.5 13.3m/s、风 机 全 压 为 39.03 76.50Pa、风机转速圆整后为 12991819r/min,最终确定吸杂风机转速为 13001800r/min 可调。3 田间试验3.1 试验条件试验于 2021 年 10 月 18-24 日在吉林省长春市农安县油莎豆种子种植示范基地进行,如图 5 所示。基地内油莎豆品种为“龙莎一号”,种植方式为机械直1512023 年 12 月 农 机 化 研 究第 12 期播,播种深度 4050mm,行距 300mm,株距 250mm,鲜豆产量 12000kg/hm2。试验在样机实车上进行,将研制的清选机构搭载在 4GQ-1.3-A 型油莎豆收获机(吉林省万龙油莎豆专用机械设备制造有限公司生产)上,由拖拉机牵引进行田间试验。选取地势平坦地块,按照 GB/T5262-2008农业机械试验条件测定方法的一般规定,选取 25m 为准备区、50m 为试验区、25m 为停车区。试验前,先用割草机将油莎豆地面部分的茎叶去除,茎叶留茬高度不超过 150mm。油莎豆收获机每次收获两行油莎豆,拖拉机前进速度为0.6m/s。图 5 田间试验Fig.5 Field test3.2 试验指标试验以清选损失率 T1、荚果含杂率 T2作为清选作业指标,测试参考收获机械联合收割机试验方法(GB/T 80972008)进行。试验过程具体如下:试验前,清空油莎豆收获机粮斗内及机内杂物,保证测试区地面无落果;用接料板接取振动筛上层筛排草口的排出物,用编织网袋接取吸杂风机出风口的排出物,以排出物中的油莎豆荚果作为清选损失计算清选损失率;荚果含杂率通过在粮斗内的油莎豆荚果中取样计算,每次取样不少于粮斗内油莎豆荚果总量的 1/3。每个试验方案进行 3 次重复试验,而后取平均值。清选损失率 T1计算公式为T1=Q1Q1+Q2 100%(5)式中 T1清选损失率(%);Q1上层筛和风机排出物中荚果的质量(g);Q2料仓内荚果的质量(g)。荚果含杂率 T2计算公式为T2=W1W1+W2 100%(6)式中 T2荚果含杂率(%);W1取样中杂质质量(g);W2取样中荚果质量(g)。3.3 试验结果与分析3.3.1 试验设计参考 其 它 风 筛 选 式 清 选 机 构 试 验 因 素 的 选取13-20,并结合前期单因素试验,以振动筛振幅 A、振动频率 B、风机转速 C 作为试验因素,设计 3 因素 3 水平 Box-Behnken 试验。其中,振动筛振幅、振动频率的水平值由 2.2 节计算得出的振动筛运动参数理论域值确定,风机转速的水平值由 2.3 节计算得出的风机理论转速确定,试验共 17 个试验点。试验具体因素水平及编码如表 1 所示,试验具体方案及结果如表2 所示。试验过程中,拖拉机以固定速度行驶,保持其动力输出轴的转速不变,振动筛的振幅通过更换偏心距不同的偏心套进行调节,振动筛的振动频率通过更换直径不同的驱振带轮进行调节,吸杂风机的转速通过更换直径不同的风机带轮进行调节。表 1 试验因素与水平Table 1 Factors and levels of experiment水平因素振幅/mm振动频率/Hz风机转速/rmin-117512002127150031791800表 2 试验方案与结果Table 2 Experiment design and result序号A/mmB/HzC/rmin-1清选损失率Y1/%荚果含杂率Y2/%112715004.725.94212715004.475.8737915004.765.8947515004.897.42517712005.426.89612518005.175.61717915005.086.0187712005.278.34912918004.815.51107718005.136.071112512005.077.211212715004.795.721312715004.725.631412912004.836.091517718006.136.741612715004.595.761717515005.436.532512023 年 12 月 农 机 化 研 究第 12 期3.3.2 回归模型建立与显著性分析根据表 2 中的数据样本,通过 Design-Expert 11软件建立清选损失率 Y1和荚果含杂率 Y2对振动筛振幅 A、振动频率 B、风机转速 C 等 3 个自变量的二次多项式响应面回归模型,即Y1=4.66+0.2513A-0.135B+0.0812C-0.055AB+0.2125AC-0.03BC+0.4497A2-0.0677B2+0.3797C2(7)Y2=5.78-0.1937A-0.4087B-0.5750C+0.2525AB+0.53AC+0.255BC+0.7917A2-0.1133B2+0.4343C2(8)由回归模型的方差分析结果(见表 3、表 4)可知:清选损失率 Y1、荚果含杂率 Y2的 P 值分别为 0.0005、振动频率风机转速,试验因素对清选机构荚果含杂率的影响大小为风机转速振动频率振幅。两回归模型决定系数 R2分别为 0.9579、0.9841,说明清选损失率和荚果含杂率拟和回归模型具有较高的可靠性,95%以上的响应值均可由这两个模型解释。表 3 清选损失率回归模型的方差分析Table 3 Variance analysis for regression model of cleaning loss rate方差来源平方和自由度均方F 值P 值模型2.440090.271217.68000.0005A0.505010.505032.91000.0007B0.145810.14589.50000.0178C0.052810.05283.44000.1059AB0.012110.01210.78860.4040AC0.180610.180611.77000.0110BC0.003610.00360.23460.6429A20.851710.851755.51000.0001B20.019310.01931.26000.2987C20.607210.607239.57000.0004残差0.107470.0153失拟项0.042330.01410.86710.5278纯误差0.065140.0163总和2.550016表 4 荚果含杂率回归模型的方差分析Table 4 Variance analysis for regression model of pods impurity rate方差来源平方和自由度均方F 值P 值模型9.530091.060048.280.0001A0.300310.300313.700.0076B1.340011.340060.970.0001C2.640012.6400120.660.0001AB0.255010.255011.630.0113AC1.120011.120051.260.0002BC0.260110.260111.870.0108A22.640012.6400120.410.0001B20.054010.05402.460.1605C20.794010.794036.220.0005残差0.153470.0219失拟项0.093330.03112.070.2469纯误差0.060140.0150总和9.68163.4 响应面分析根据表 3 和表 4 中回归模型的分析结果,利用Design-Expert 11 软件绘制各因素交互效应 3D 响应面图。3.4.1 清选损失率响应面分析交互因素对清选损失率 Y1影响响应曲面如图 6所示。由图 6(a)可以看出:当风机转速一定时,清选损失率 Y1随着振动频率 B 的增加呈现不断减小的趋势,但变化较为缓慢;而随着振幅 A 的增加,清选损失率 Y1先缓慢下降再缓慢上升。原因是增加振幅可使筛体摆动幅度加大,使荚果有更多的机会穿过料层接触筛面而顺利透筛;但当筛体摆动的幅度过大时,物料向前输送的速度加快,使荚果在筛面停留时间过短,不能及时透筛,从而造成清选损失率的增加。由图 6(b)可以看出:当振动频率一定时,减小振幅 A 有助于降低清选损失率 Y1,而随着风机转速 C 的增加,清选损失率 Y1先缓慢下降再快速上升,此结论与高连兴等10的研究结论一致。其原因如下:风机转速大小决定了吸风口处的气流速度高低,当吸风口处气流速度过大时,部分油莎豆荚果会随同短杂被风机吸出排出机外,从而造成清选损失率快速增加。由图 6(c)可以看出:当振幅一定时,清选损失率 Y1随着振动频率 B 的增加变化趋势不明显,而随着风机转速 C的增加,清选损失率 Y1先缓慢下降再快速上升,其原3512023 年 12 月 农 机 化 研 究第 12 期因也是因为风机风力过大、荚果被吸走所致。图 6 交互因素影响清选损失率的响应曲面Fig.6 Influence of interactive factors on cleaning loss rate3.4.2 荚果含杂率响应面分析交互因素对荚果含杂率 Y2影响响应曲面如图 7所示。由图 7(a)可以看出:当风机转速一定时,增加振动频率 B 对荚果含杂率影响不显著;而增加振幅 A时,荚果含杂率先缓慢下降再缓慢上升。其原因如下:增大振幅后,筛体摆动幅度加大,使杂质在筛面跃起,增加了杂质与筛面接触的机会,更有利于透筛;但振幅过大时,会使杂质在筛面上的运输速度加快,导致其在筛面停留时间过短,未能及时透筛,从而造成荚果含杂率的增加。由图 7(b)可以看出:当振动频率一定时,增加振幅 A 和风机转速 C 明显有助于降低荚果含杂率。其原因是:风机转速越大,风机吸风口处气流速度越大,越有利于杂质的吸出。由图 7(c)可以看出:当振幅一定时,随着振动频率 B 和风机转速 C 的增加,荚果含杂率也呈现明显下降趋势,此结论与张敏等13的研究结论一致,也是因为风机转速越大杂质越容易被吸出。图 7 交互因素影响荚果含杂率的响应曲面Fig.7 Influence of interactive factors on pods impurity rate4512023 年 12 月 农 机 化 研 究第 12 期3.5 参数优化与试验验证针对清选损失率 Y1和荚果含杂率 Y2的回归模型,运用 Design-Expert 11 软件的 Optimization 功能,以式(9)为约束条件,求解出清选机构的最优参数组合为振动筛振幅 11.03mm、振动频率 8.88Hz、风机转速1441.64r/min,此时回归模型预测值清选损失率为4.46%、荚果含杂率为 5.42%。minY1(A、B、C)minY2(A、B、C)s.t.7mm A 17mm5Hz B 9Hz1200r/min C 1800r/min(9)由于试验方案中并未包含综合优化后的较优参数组合,为验证模型预测结果的可靠性,2021 年 10 月28 日采用优化结果在相同地点、用同样的测试方法进行了 5 次验证试验(见图 8);考虑到设备实际作业情况,将优化后的参数进行圆整,调整振动筛振幅为11mm、振动频率为 9Hz、风机转速为 1442r/min。田间验证试验得到清选损失率和荚果含杂率的数学期望值分别为 4.35%、5.49%,与回归模型预测结果相对误差分别为 2.47%、1.29%(均小于 5%),说明上述参数优化回归模型可靠性较高,回归模型精度能满足参数优化的需要。通过与其它试验方案结果对比分析可知:优化后的清选机构的综合作业质量优于其它参数组合下的作业性能,清选效果较为理想,满足设计要求。图 8 田间验证试验Fig.8 Field validation test4 结论1)运用动态静力学方法研究了筛面物料的相对运动,分析了物料相对筛面向上滑动、向下滑动和从筛面抛起的极限条件。为保证荚果顺利穿透上层筛,振动筛主要运动参数的选取范围为振动加速度 19.524.5m/s2、筛面振幅 717mm、曲柄转速 324565r/min、振动频率 59Hz。2)以振动筛振幅、振动频率、风机转速作为试验因素,设计 3 因素 3 水平 Box-Behnken 试验,分析各因素对清选损失率、荚果含杂率的影响,并进行参数优化,寻求最优参数组合。试验结果表明:最优参数组合为振动筛振幅 11mm、振动频率 9Hz、风机转速1442r/min,此时清选损失率为 4.35%,荚果含杂率为5.49%。参考文献:1 王瑞元,王晓松,相海.一种多用途的新兴油料作物油莎豆J.中国油脂,2019,44(1):1-4.2 杨帆,朱文学.油莎豆研究现状及展望J.粮食与油脂,2020,33(7):4-6.3 张斌,刘晶,范仲学,等.盐碱地油莎豆机械化播种收获技术与装备研究进展J.山东农业科学,2019,51(4):144-148.4 刘学敏,刘志辉,梁燕,等.基于模块化设计理念的多功能收获机开发J.中国农机化,2012(4):47-50.5 刘文亮,孔令有,姜彩宇,等.油莎豆籽粒收获机的设计J.农业开发与装备,2019(10):111-112.6 王立军,马杨,冯鑫,等.玉米籽粒收获机分段式振动筛清选装置设计与试验J.农业机械学报,2020,51(9):89-100.7 王立军,李瑞,于泳涛,等.玉米籽粒收获机双层不平行振动筛设计与试验J.农业机械学报,2019,50(7):130-139.8 王立军,冯鑫,武振超,等.玉米联合收获机贯流风阶梯式振动筛设计与试验J.农业机械学报,2018,49(10):115-123.9 周学建,袁华杰,闫卫红,等.联合收获机吸杂口偏置型旋风分离清选装置试验J.农业机械学报,2014,45(8):80-85,159.10 高连兴,李献奇,关萌,等.双吸风口振动式花生荚果清选装置设计与试验J.农业机械学报,2015,46(3):110-117.11 李洪昌,李耀明,唐忠,等.风筛式清选装置振动筛上物料运动 CFD-DEM 数值模J.农业机械学报,2012,43(2):79-84.12 唐忠,李耀明,李洪昌,等.联合收获机风筛式清选装置清选室内涡流试验J.农业机械学报,2010,41(12):62-66.13 张敏,金诚谦,梁苏宁,等.风筛选式油菜联合收割机清选机构参数优化与试验J.农业工程学报,2015,31(24):8-15.14 李耀明,刘晓飞,马征,等.不同支链初始相位的三维并联筛分性能研究J.农业机械学报,2017,48(9):88-5512023 年 12 月 农 机 化 研 究第 12 期95.15 王庆祝,赵金川,刘荣昌,等.高速气流清选农作物籽粒的机理探讨J.河北职业技术师范学院学报,2002(4):44-48.16 李宝筏.农业机械学M.北京:中国农业出版社,2009.17 中国农业机械化科学研究院.农业机械设计手册(下册)K.北京:中国农业科学技术出版社,2007.18 樊晨龙,崔涛,张东兴,等.纵轴流联合收获机双层异向清选装置设计与试验J.农业机械学报,2018,49(S1):239-248.19 李骅.风筛式清选装置设计理论与方法研究D.南京:南京农业大学,2012.20 于昭洋,胡志超,曹明珠,等.切流式花生全喂入联合收获机清选机构设计J.农业工程学报,2019,35(9):29-37.21 刘正怀,郑一平,王志明,等.微型稻麦联合收获机气流式清选装置研究J.农业机械学报,2015,46(7):102-108.22 陈洋.花生荚果清选装置设计与仿真分析D.沈阳:沈阳农业大学,2020.23 杨猛,张延化,张冲,等.先揉切后分离风筛组合式花生膜秧分离装置设计与试验J.农业机械学报,2020,51(12):112-121.24 戴飞,付秋峰,赵武云,等.双风道风筛式胡麻脱粒物料分离清选机设计与试验J.农业机械学报,2021,52(4):117-125,247.Design and Experiment of Cleaning Device of Cyperus Esculentus Harvester Jia Hongleia,b,Ma Zhongyanga,b,Wang Ganga,Huang Dongyana,bGu Binglonga,b,Tan Hewena,b(a.College of Biological and Agricultural Engineering;b.Key Laboratory of Bionics Engineering,Ministry of Education,Jilin University,Changchun 130025,China)Abstract:Grain cleaning is the core technology of cyperusesculentus harvest.Therefore,in the process of cyperusescu-lentus harvesting,how to enhance operation fluency and efficiency,and to ensure technical indicators such as low loss rate of cleaning,low impurity rate of cyperusesculentus pods,has been a difficult technical problem of cyperusesculentus harvester.In order to settle the above difficulties,a cleaning device was designed,realizing the grain winnowed com-bined with screened.Utilizing kineto-statics method,in this paper,we researched relative motion of grain on the sieve surface,analyzed limiting conditions of grain upglide,downglide,jump from sieve surface,and determined the key mo-tion parameter in theory.In addition,based on Box Benhnkens central combination theory,response surface tests were carried out with three factors as influencing factors,namely,the vibrating screen amplitude,vibration frequency and re-volving speed of fan.The effects of various factors on loss rate of cleaning and impurity rate of cyperusesculentus pods were analyzed and the influencing factors were optimized.The experiment results show that the optimal parameter combi-nation is the vibrating screen amplitude of 11mm,the vibration frequency of 9hz and the revolving speed of fan of 1442r/min.The field test shows that at this time,the loss rate of cleaning is 4.35%and the impurity rate of cyperusesculen-tus pods is 5.49%.This study can provide a theoretical reference for the design of cleaning device of cyperusesculentus harvester.Key words:cyperus esculentus;harvester;leaning device;loss rate;impurity rate 6512023 年 12 月 农 机 化 研 究第 12 期