自脱穀型コンバインの生脱穀に関する研究 (第2報) : 選別作用について

自脱型 コンバイ ンの生脱穀 に関す る研究

(第

2報

)

別

作

用

に

つ

い

て

原

昂 ・ _寺 田

(鳥取大学農学部農業機械学研究室)

Smdies On wvct Threshing by Small Combines with Sclf― fccding Typc Thrcshcr

II. Funcdon oF Sclccting

Akira lsHIHARA andヽ

lasnru Tェ

RADA

ω ψ″ 紘arPチ _{げ 々 ″ゲ}σ″″″″″ M″ ι肪″?り

,脆

θ

"″ げ 独 ′ガιク賜 ″

,拘

チ歩ο力IIP7カ″sゲr/)

In this paper, we are reporting about the selective perfOrmance in the thresher and small combine. The authOrs observed the mOtion of grains in the thresher.

cOntinuously, the sending― out motion of grain On the oscillating selector was studied. On the same selectOr, the selecting notiOn Of grain was analyzed the― oretically and exPerimentally.

The studies were performed with the following results : for improving the

performAnce o￡ small combines, the designer must apply mOre effective factors

related to wet threshing in designing each parと 。f the combine.

選 優* 石 緒

言 刈取 り脱穀を同時に行な ういわゆる生脱穀は 従来の 慣行脱穀法に比べて極めて能率的であるか ら

,今

後一層 普及す るものと考え られる。 しか るに

,現

在の自脱型 コ ンバイ ンの脱穀部および生脱穀兼用の自動脱穀機は

,改

良 してあるに してもそのごく一部を改良 しているにすざ ず

,生

脱穀特有の構造的諸条件が余 り考 慮 さ れていな い。そ こで これらの生脱穀における諸問題を究明するた め

,第

1報 では脱穀作用について検討 した。引続いて本 報では生脱穀の選別作用についての検 討 結 果 を報告す る。 金 自動脱穀機内での英雑物の発生状態と 受網の選別性能実験 脱穀機で稲を脱穀す ると, 目的の脱粒7//」の外に不完全 脱粒である枝梗付着粗

,穂

切粗

,脱

存 米

,胴

割 米

,砕

米 な ど を 生 じる。また

,脱

穀言J産物 としてゎ ら屑

,塵

芥などの爽雑物を多量に生 じる。 これ ら精粗以外の爽雑 物は

,脱

穀機内で受網に より粗選別されて漏下 し,さ ら に吸引唐箕

,順

風唐箕により精選別されて機外に排出さ れる。そ して

,受

網での選別は比較的大きい爽雑物をふ るう予選別である。そこで, この受網の予選別性能を調 べ受網の目開きなどを検討するために

,脱

穀で発生す る 爽雑物 の大きさと頻度および これ らの爽雑物が ク リンプ 網で選別 される程度などを調べるために実験を行 った。 (a)実験装置および方法 実験装置は第 1報 で試作 した手扱き式の動力脱穀機で ある。 こ漁を

550rpmの

規定回転数で運転 し

,

供試稲 (品種 はヤマ ビコ

)を

バイ ンダ刈 りして後, l k9束に結 束 して30束_{を 3秒 間隔で脱穀 した。試作機の受網の下に} は区画を設けた脱穀物受箱を入れ捕集し

,脱

穀物の縦方 向分布 と横方向分布を測定 した。また

,つ

ぎに受箱を取 研究報告

XXⅣ

*現在は石川県農業短期大学

1972

自脱型 コンバインの生脱穀に関する研究 (第2報) 1600 1500 1400 1300 度

1200

数・ 00 分

1000

イF 900 fi 800 (イ固/5nm)700 600 500 400 300 200 100 0 り去 り

,可

変傾斜流穀板 (傾斜角 0∼60°

)を

使用 して 脱穀物を脱穀機底面に落下 させて

,流

穀板上の流下状態 お よび堆積物の横方向分布

,縦

方向分布を測定 した。 (b)実験結果および考察 脱穀時に発生す る爽雑物の分布は第 1図 に実線で示す 傾 向にある。本図は縦軸に爽雑物の発生個数頻度を

,横

軸に爽雑物の長軸径をとってい る。発生す る爽雑物は長 軸径が 5∼101ullの_{ものが最も多い。}5n411以下および10mlll 以上の英雑物の発生頻度は急激に減少 し

,分

布は単峰性 非対称分布を示す。受網漏下爽雑物の分布 と受網の選別 性能については

,発

生 した爽雑物が受網に より粗選別さ れて受網を漏下 し脱穀機底部に堆積す るのであるか ら, 受網を漏下 した爽雑物の分布を調べ ると受網の粗選別性 能は判 る。受網は2 nllllガ _{, 8 mm×}8 mmの正方形 目開きで ある。漏下爽雑物の分布を第 1図 に鎖線で示す。本図 よ り受網を通過 した爽雑物は長軸径が 5∼1011nlのものが最 も多 く, こんを ピークとした単峰性非対称分布を示す。 発生爽雑物曲線 と漏下爽雑物曲線 とはほぼ同様の傾向を 示 しているが

,細

部においては相逢す る。そして

,受

網 の選別能力はこの細部における相違に基因す るか ら, こ れを統計的に処理 しその結果を第 1表 に示す。 これ らの 8項目により選別性能は判断されるべきである。つ ぎに 0 10 20 30 90 100 110 120 130 140 150 160 径 ιi(mm) 第 1図 発生爽雑物

,漏

下爽雑物

,選

別後の英雑物 と長軸径の関係 第 1表 両 曲 線 の 相 異 点 ８０ 軸 ７０ 長 ６０ の ０ 物 ０ 雑 ４ 爽 左側縦軸に個数頻度を

%で ,右

側縦軸に部分分級効率 と も呼ばれる選別率を

%で

示 したのが第 2図 である。発生 爽雑物は実線のごとき分布を示 し, これを受網で選別す ると渦下爽雑物は鎖線のような分布を示す。 これより選 別率を求めると選別率曲線のようになる。図 より選別率 約15∼100%に いたる長軸径は

,約

7.5m血か ら■0硼まで ￨

浄

︻

︻

︲雑軸

_︲

瑚

爽 雑 物下爽雑物 女爽 雑 物 l I ￨

ザ

引

引

旧

桐

羊

ヽ

キ

円

旧

帽

￨ キ

_ゝ

1 マ

L

A

塩 ヘ ヽ /1 「 Ⅵ ＼ ＼ _駐 ヽ 隣 : コ 酵可 十項 目 卜敬 胞 呵 雇錫周 下爽 llAl lBll ￨

1漁

鰯 隅糀鋼柳

(40) 原 昂 ・ 寺 優 30 イ国₂₅ 数 奮20 fn 15 (%/5mm) 10

謎斎要

'I〒

拿

60∽

_こ

50 40 30 20 10 第 2表 脱 穀 物 の 物 理 的 性 質 110 120 130 ιi(mm) 第 2図 選 別 率 と 爽 雑 物 の 長 軸 径 の 関 係 の102.5mmと ぃ ぅ広範囲におよび

,選

別率は爽雑物長軸 径の大小に支配 されて

,極

めて鈍感な選別が行なわれて いることが判る。受網下の脱穀物の分布を風選なしの状 態でみると

,そ

の均一性がよく判 る。か くして測定 した 結果

,脱

穀物の縦方向分布は流穀板に規制 され

,前

方に 緩傾斜

,後

方に急傾斜の凸型分布を示 した。また

,横

方 向分布は稲の供給側に多 く

,空

秤側に少ない偏分布を示 した。 これは選別にとって都合の悪い分布である。 揺動選別機の輸送理論および実験 (a)揺動選別機の機構 と構造 揺動選別機は振動装置 として電磁石,カ ム

_,偏

心軸な どを用いて

,振

動面に こなと鉛直な面内で上下振動

,円

運動

,楕

円運動などの振動を与え

,振

動面上の物質を輸 送

,選

別す る機構をもっている。機械の構成は

,振

動 し なが ら物質を輸送す る輸送部と輸送 しなが ら選別を行な う選別部とか ら構成されている。農業機械への応用 とし ては

,外

国製の普通型 コンバイ ンにおける ドラム後方の チャフシーブやス トローラックが これであ り

,国

産の 自 脱型 コンバインではダイナ ミックシーブに揺動選別機を 応用 したのが始めてである。すなわち

,生

脱穀の選別部 として揺動選別機を応用 したことは意義が深い。 (b)輸送の理論的考察 輸送される生脱穀物の物理的性質は

,輸

送の難易を支 配す る。脱穀物の物理的性質を第 2表 に示す。揺動選別 機の運動機構 と振動面各点の軌跡を究 明するために,ま ず偏心円板の運動軌跡を求めてみる。回転軸に固定 さ淑 起振点 第 3図 振動機構 と各点の運動軌跡 ごとき運動軌跡を示す ことになる。つ ざに揺動選別機の 運動機構について, こ注を四節回転 リンクと考える。振 動面 の脱穀物供給側に

,偏

心 円板を介 して円運動を行な わせ ると同時に

,振

動面 の脱穀物放 出側では振子運動を ０１ 径 ０９ 軸 ０ ８ 長 ７ 物 ６０ 雑 ５０ 爽 項 目

_1粗

_{￨わ ら} 備 角 (°) 角 (°) た偏心軸が回転する時, は

,偏

心円板が θ=ωt 偏心 円板上の一点Pが描 く覇と跡 だけ回転 した時

,

第 3図 に示す

乳

自脱型 コンバインの生脱穀に関す る研究 (第2報

) (41)

行なわせ る。そ して

,一

端に円運動を他端に振子運動を 与え られた振動面は

,そ

の中間点では 楕 円 運 動を行な う。すなわち

,起

振点以外の振動面上の点は

,精

円運動 を行な う。楕円運動における″方向,夕方向の速度

,加

速度を求 め ると, ″t=一 a cOSωt, 夕t=― bSino

鶏 二―

ao nω

鳴

1絆

―

bωCttt

生

_毛

_与

_￨=aω

2 cOsの

_L壁

監

絡

井

_=bω2 nωt ・…・・(1) ただし

, a:楕

円の長軸径

, b:結

円の短軸径,ω :角 速度

, t:時

間

,で

ある。いま

,第

4図 に権円振動面上 第 4図 楕円振動面上の力関係 と運動軌跡 の力関係 と運動軌跡 とを示す。記号を次の通 り定める。

m:輸

送物 (脱穀物

)の

質量, 夕 :重 力の加速度, β: 振動面の傾斜角

,N:振

動面が脱穀4/2に与える抗力, F :振 動面 と脱穀物の摩擦力,の を:起振点の任意時間にお ける角度,ω

e:起

振点における 脱穀物飛行開始角度, ω

O:起

振点における脱穀物の着板時の角度, μ:振 動面 と脱穀物の摩擦係数, Pt i ωtにおけるP点の位置,

Pc:ω

9におけるP点の位置

, Po:ω

oに おけるP点の 位置,α

m:振

動面上の脱穀物の″方向 変位, 7d i振 動面上の脱穀物の夕方向変位。 第 4図 において脱穀物の運動方程式を求めると,

m dt2=F―

mg sinβ ぬ 五

F=N―

mg cosβ したが って,

N=m峰

+ng COSp…

… … ⑫

つぎに

,N≧

0と

_{し,壁許歩}

=壁

_{イナ を代み、}

する

と,

N=mg cosβ

_(1+」

些

_歩

_ゞ

_せ

_き

生

₎

=mg cosβ

(1+KV Sin

ωt) ・・………(3) ただ し

, KV=彰

_ご 6ξ_π この

KVは

最大振動強度で

,振

動面の振動強度を示す も のである。そ して

, KV Sin

ωt≦1の 時は

N>0と

な り,脱 穀物は振動面 とともに運動をする。ω

e<ω

t<の

0 の時

,N=0と

な り

,物

体は振動面を離れて飛行運動を 行な う。 この両運動を くりかえしなが ら

,脱

穀物は振動 面を輸送 されることになる。振動面の輸送能力は多 くの 要因に支配さ浄るが

,輸

送速度は輸送能力を支配す る大 きな要因である。つ ざに輸送速度を求めるために脱穀物 の運動をより詳細に考察す る。精円運動を行な う振動面 上の脱穀物の運動は

,相

対静止

,負

方向のすべ り

,正

方 向のすべ りの 3運 動 と飛行運動を加味す浄ば よ い。 これ らの運動を定常運動 とし

,そ

の他の場 合を ':定 常運動 とする。いま

,記

号を,

い

:壁

鴇

岳

井

,6:(住

孔

浄

昇一二

亀

諄

夕

>

し

,i=1, 2, 3,で

示 し, 1は 相対静止時

, 2は

負 方向すべ り運動, 3は正方向すべ り運動 とす る。 しか る 時は

,次

に示す各関係が成立つ。

側 相対静止

_(二

_撃

_￨=ど

_毛汁

_)の

時

, F■

=m(a

ω2 cOs ωt― 夕Sinβ ) b・

=等

=aぬ

sd

C・

=dド

讐

静

=0

②鋤 旬

の

すべり

_(主

_躍

_{￨>ユ岳■}

_)が

↓

]2=μ N

b2=等

=

一 bの2 sin

C2=鴨

_暑

里

_争

)

= /b(夕 COSβ 一 b ω2 sin ωt)―夕sinβ

_ a

ω2 cOs ωt 団 正 方 向 のす べ り _{(―烏 子}一

_{<J者 7-)の}

時,

F3= μ

N

囁

=辮

_―

_・

+7 SII10

F 一 ア Sinβ=μ (夕COSC ωt)― 夕Sinβ τ方 向

優 石 昂 ・ 寺 }

-1(夕

∞Sβ― b ω2

nの

+′

nβ C3=(壁 毛手￨一 二 毛与井 )

=

一 μ(′ COSβ ― b ω2sin ωι

)―

夕sinβ

_ a ω2 cOs ωt (41 飛行連動 (ω

e<ω t<。

O)の

時,

F4=0

b4=

夕Sinβ

C4=夕

Sinβ ― a ω2cOs _ωt 以上は脱穀物の単粒についての解析であるが

,揺

動選 別機 の輸送部では楕円運動の軌跡は振動面上 の各点にお いて振幅 bが 異なる。 したが って

,各

点における

KV値

が異なるか ら

,輸

送速度を求めるためには bと

KVお

よ びNとKヽ との関係を求める必要がある。 これを第 5に 示す。 20 25 30 275 375 400 425 N(rpm) 2.5 輸 2.0 送 1・5 量 1.o G O.5 (kg/10S) 0 40 50 60 問 t(sec) 30 日寺 (b) 3.0 2.5 輸 送 2.0 速 1・5 度 1.o V O.5 (cm/Sec) 0 0 輸 送 時 間 t(sec) (C) 第 6図 振動数 と輸送量の関係 われ, これは輸送速度に関係する。 したが って

,輸

送量 と振動数の関係は

,輸

送速度 と振動数の関係にもなる。 図に示されるごとく

,供

給量

Q(k9),傾

斜角 β (°) にかかわ らず

,N=350(rpm)の

時が最大の輸送量

G

(k9/10Sec)を 示す ことが判 る。

N>350(TPm),

N<350(rPm)の

場合は

,輸

送量は減少 し減少率 は定 まらない。最大輸送量の時の振動数を最適振動数 とする と

,そ

れは

N=350(■

Pm)に

なる。つ ぎに

,振

動面 の輸送状況について第 7図 に示す。振動面の脱穀物は輸 輸 1'0 送 α8 量 o。

G O.4

(kg/10S) 0.2 0 _３５ 数 く_ａ， ３２ 動 ３０ 振 起 振 点 伽 離 の ﹂ ら カ 部 選 選 別 郡 ０ ２０ 送 ０ 輸 ５ ４ ３ ．   ２ ． 振   動   強 度 _1,0 .Kv

鶴 荘

0.2 2ro0 275 31X1 325 350 375 41111 425 450 振 動 数 N(rpm) 第 5図 KV―ゼ

,Kv―

Nの

関係 (C)輸 送の実験 実験装置は

,揺

動選別機 の 上 に 設 け た ホ ッパー か ら

,爽

雑物を多量に合む脱穀物の一定量を供給す る。輸 送された脱穀物は

,振

動面末端で箕で受け箕の下におい た秤で10秒_{ごとに測る。また}

_,振

_{動面上の脱穀物の縦分} 布はカメラ撮影に よって測定 した。 これ らの実験の結果 を示す と次のごとくである。振動数と輸送量の関係につ いては第 6図

(a),(b),(C)に

示す。すなわち

,輸

送 量は振動面振動数に関係 し

,振

動数は振動強度 として表

-350rpm

_{。一―。300rpm‐} 。-0 400rpm

Q=2 kg

― β =40′

九

〆

_迷

￢ _ゝ

韓 Ц

すべり澤聖引十一――妻年 (√

み

辱

1 「

_11鞠

箕

謎 皐

￨ゑ

笏老甕多多

1:≡f':: 飛 行 開 始

軽

４ 。 。

３ ７ ５

３ ５ 。

３ ２ ５

３ 。 。

２ ７ ５

-350rpm

_。――。 300rpm O・―や400rpm Q=2 kg β=40′

‐

_や‐

十‐

∝

_l三

≧

Q=4 kg

β -1°16′

N=425rpm

白脱型 コンバインの生脱穀に関す る研究 (第2報) (43) CD● S●ρ・・V2

2m

―

… … … ① s 3

2m 4

ρ

s D

―

C

ど 1多♂ ツ V Sin α 撚 Ａ ４ 5 10 15 20 25 30 35 40 放 出端 振動面上の位置 ι(cm) 第 7図 脱穀物の輸送状況 送 されるので

,時

間的にその位置を変える。 この時間的 分布を示 したものである。図は

N=425rpmの

時であ る。つ ぎに輸送量と供給量の関 係に つ いて第 8図 に示 す。振 動 面 傾 斜角 β=4°10′

,

_{振動而振動 数}

N=

350rPmを

_{一定にした時の関係曲線である。輸送量が多} いほど多い傾 向が示されている。 y方向 第 9図 風路内の脱穀物の運動 速度, Vノ :脱穀物の夕方向の分速度

,R:脱

穀物が受 ける抗力,α :V.が Vとなす角,ρ

3:脱

穀物の密度, ρ

a:空

気密度

, CD:抵

抗係数

, S:脱

穀物の正射影面 積

,Vi圧

力風の速度,μ :空気 の粘性係数

,D:脱

穀 物の直径

(2r=D),V:脱

穀物の運動速度, ″ :脱 穀物の〆方向の変位

, 7:脱

穀物の 夕方向の変位。

A点

で落下運動を開始 した脱穀物が

,時

間 t秒 後に

B

点に達 したとして

,そ

の運動方程式を求めてみると,

mキ

ー

R∞

Sα … …… … 側

m半

事

mg年

_μ

_{tt RSin"d}

14】 脩)式の変形によって,

嗚作

=一

―

静

COS

α………

0

鶏墜 フ

●

S―

μ

_)み

―

キ

nα

…⑭

一方

)圧

力風により脱穀物の受ける抗力は,

R=CD O S oρ

aチ

CD=

二上生Y二望生 ″ これをい〉7)式に代入すると, 0.8 0.7 輸 _0.6 送 0.5 G °・4 (kg/10S)。.3 0.2 01 供給時間

-4 kg/30sec

← ―03 kg/30sec O‐‐―い0 2 kg/30sec N=‐350rpm β=4°10′

打

/世

＼

＼

づ笹

￨ゝ

、＼

ヽ、。

三

手7苧￨

さ

｀

｀

_｀

4__工

_■

°

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 輸 送 時 間 t(s ec) 第 8図 輸送量 と供給量の関係 揺動選別機の選別理論および実験 揺動選別機の選別は受網によってぷるい分ける村径選 別法 と風選に よる比重選別法を併用 したものであるが, その主体は後者である。 (a)風選の理論的考察 風路中での脱穀物の運動は

,他

の選別条件が一定の時 は脱穀物の重量

,形

状

,表

面積など物質の特性によって 異なる。そ して, この運動の相違は

,風

路中の飛行軌跡 や飛行距離の相連 となって表われる。 したが って

,風

路 中の脱穀物の運動を知 ることが重要である。いま

,風

路 内での脱穀物の運動状態を第 9図 に示す。記号を次のよ うに定める。

m:脱

穀物の質量

, t:時

間

, T:脱

穀物 を半径 rの 粒子 と仮定する, V″ :脱穀物のπ方向の分 dvr dt ただ し,COS α

= V″

_,

半 一炸 ―みンか

振 動面の軌肋｀ iク ｀ 、引ヽ行軌 」Jl

原 昂 ・ 寺 優

=夕

体 湖 体 ― ― 響 ・・・・・・

191 ttζ

見を夏 網蝋 判 的

i難

物嫉 きさにより支 181,(9)式を積分 し,

″

=す

_。

山

,7=∫

O tth

によって, ″方向, 夕方向の飛行距離が求め得 る。 いま

,数

値計算を試みるため

,次

の各 値 を 与えて み る。ρ

a=1.247(19/ぜ

), PS=550(k9/ぜ

), μ

=

0.0001808(POise),tr=10(°

C),Voプ

=1。

6(

m/S),Vor=0.5,1.0,1.5,2.0,2.5,3.0(m/S),

S=π

a b(a:楕

円長軸径

, b:短

軸径

), CD=f

(Re)=0.40∼

0.48, どt=0,01(seC)。 これにより 求めた脱穀物の飛行軌跡 と飛行距離を第10図に示す。 l102 迷6仙

侵α

∝

問 α08

格

)0・ 10 yし

緒

電

0.16

離

018

袖

0.20

上

￨;￨ (2)揺動選別機の輸送には最適振動数があ り, この振 動数において輸送量は最大 となる。単粒 としての理論計 算値 と実験値 との間には

,多

少の相違があった。 ●

)揺

動選別機の風選は

,90%以

上のよい選別性能老 示す。 しか し

,更

によリー層の性能向上のためには

,機

構上 の再検討が必要である。 参 考 文 献

1)亀

_{井三郎 :化 学機械の理論 と計算 p.407∼ 410産} 業図書 Ko K 1959

2)農

_{業機械学会 :農業機械ハ ン ドブック p.691∼}697 コロナ/N■ 1969 飛 行 距 離

Sh(m)

≒6 cm ■1lcm ■15oれ

≒219n ■27on 第10図 脱穀物 の飛行 軌跡 と飛行距離

(b)選

別の実験 生脱穀物の選別性を送風速度 との関係において調査す るために

,送

風源 として動力散粉機の送風機を利用 し, 風速分布を出来 るだけ均等に し

,送

風速度を 5段 階に調 整 した。そ して

,風

路底面に落下点直下か ら, 0,10,

20,30,40,50,60,70cmの

_{各位置にブ リキ製試料受箱} を置いて

,た

まった試料の分布を計量 した。実験の結果 を第11図_{に示す。風速} V=5,7rta/sの 場合である。図 において

,粗

は比較的飛行距離が小さく

,わ

らは大きい のは質量差によるものであり,注とと枝梗付着粒の分布は ピークを示す。

3)伊

_{井谷鋼一 :粉体工学ハ ン ドブック P,252∼}259 朝倉書店1965

4)上

_{滝具貞 :粉粒体の空気輸送 p.28∼}23日_刊工業 新聞社 1963 01020040.060080.100,126140,166180.200,220.И O.260.280.300320,34 (1)脱穀中に発4にする爽雑物には

,発

/4頻度に法則性