CN101618381A - 一种仿生非光滑清选筛面 - Google Patents

Abstract

本发明属于一种农业机械用仿生非光滑清选筛面，主要用来解决潮湿农业物料清选筛分时粘筛堵孔问题，特点是在清选筛基体表面制成具有凸起或凹陷单元体的非光滑表面，所说的凸起或凹陷单元体高度(H)为0.5～2毫米，与筛分物料几何尺寸相对应；凸起或凹陷单元体在筛面基体上的几何投影面积之和与筛面基体面积之比为30－70％。本发明的仿生非光滑清选筛面与普通光滑清选筛相比，筛分物料与筛面的粘附性降低40％－80％，有效筛分时间增加6－20倍，具有抗粘防堵作用，该发明可用普通机械加工方式得到，结构简单，与普通光滑冲孔筛比较成本增加不多。

Description

一种仿生非光滑清选筛面

技术领域

本发明属于一种农业机械用筛面，特别是一种仿生非光滑清选筛面。

背景技术

机械化联合收获过程是将田间成熟作物植株割下，经输送槽喂入到脱粒装置，将籽粒从作物穗头或角果中脱出，清选装置从脱出混合物中获得干净的籽粒，而将杂余排出机外。随着经济社会的发展，劳动力成本的增加，农作物机械化收获的需求越来越大，与此同时，农作物产量的不断增加，收获时作物含水量越来越高，如油菜机械化收获时主茎秆含水率一般在50％～72％，角果壳含水率54％～66％，角果成熟度差异显著；南方晚粳稻或北方霜前水稻收获时，茎秆的含水率在30-60％。作物含水率的增加造成脱粒中湿脱湿分离困难，更困难的是潮湿物料的清选筛分。田间试验发现：在连续2-3个小时收获作业中，油菜脱出混合物清选时容易粘在筛面上，形成粘附物，堵塞筛孔，甚至将筛面完全覆盖(俗称糊筛)，使筛面有效清选面积减小，清选损失率大幅增加。总之潮湿物料筛分时在筛面上的粘连、进而造成筛孔堵塞问题已成为我国油菜、水稻等机械化收获亟需解决的最关键问题，具有重要的理论意义和广阔的应用前景。

美、德、日等国学者先后进行了海洋生物体表和植物叶表面的仿生研究。1936年，Gray J发现了海豚的实际游泳速度和生理上所能达到的游泳速度之间存在着巨大的差别。经过多年的研究，理论学家和试验学家共同证明：当海豚游动时随着滑过海豚体表的水流剪切阻力增大，海豚皮肤逐渐由光滑转变成具有一定几何形状的非光滑形态，实现减阻。随后，这一技术被澳大利亚Speedo公司所采用，研制开发了Fastskin系列的布料与泳衣，帮助了世界上许多优秀游泳运动员获得佳绩。德国科学家Nitschke等对鲨鱼的皮肤进行细致的观察和研究发现：鲨鱼皮肤表面具有典型的冠状结构，每一块冠状组织上具有3-5径向沟槽，研究证实当紊流流经这种具有纵向沟槽的非光滑表面时会比流经光滑表面时产生的剪切阻力要小。土壤动物体表的许多部位经常与土壤直接接触，它们经过亿万年的进化而形成的防粘特性突出地表现于其体表。研究表明，几何非光滑体表是土壤动物减粘降阻的原因之一。吉林大学任露泉院士、佟金教授通过对洗螂研究发现，锐螂出入于粘性较大的粪便和泥土中，能自由行动，身体并未粘附粪便和泥土，体表必然进化成与之相适应的结构。这种现象主要归结于蟋螂体表触土部位随机地或规律地分布着一定几何形状的结构单元体，单元态呈凸包型或凹坑型，凸包直径在12-16微米，凸包高度在6-8微米。锐螂体表这种结构，一方面能有效地减少其体表与土壤接触面积，减少发生化学吸附点的数量，另一方面破坏了水膜的连续性，使其体表与土壤表面间存在空气膜，从而达到不粘的效果。任露泉院士、佟金教授等将该研究成果应用于触土部件、不粘炊具、模具，形成了多项专利，如仿生减粘脱附非光滑表面部件(公告号：CN1211005C)、不粘炊具(公告号：CN1240331C)、具有仿生非光滑表面的模具(公告号：CN100360272C)等。但到目前为止还未发现国内、外学者对潮湿农业物料清选筛分时在筛面上的粘附、堵塞筛孔等问题的解决方案。

发明内容

本发明的目的是为农业机械提供一种能适应潮湿物料筛分的仿生非光滑清选筛面。受蟋螂体表结构形态具有减粘脱附效果等研究成果的启发，形成了适应潮湿物料筛分仿生非光滑清选筛面的设计思想。根据待筛分物料与筛面的粘附特性，同时考虑制造和使用成本，取筛面非光滑表面结构形态尺度在亚毫米级到毫米级范围。

本发明的目的是采用以下技术方案实现的：

一种仿生非光滑清选筛面，包括筛面基体和基体上的筛孔，清选筛基体的表面上具有若干凸起或凹陷单元体，所说的凸起或凹陷单元体高度(H)为0.5～2毫米，凸起或凹陷单元体在筛面基体上的几何投影面积之和与筛面基体面积之比为30-70％。

所述的仿生非光滑清选筛面，其特征在于所述的凸起或凹陷单元体为球冠、圆柱或圆锥等旋成体，其球冠半径(SR)、圆柱形或圆锥大端直径(

)为0.5-2毫米，单元体按交错栅格式排列，单元体间距为1.5～7毫米。

所述的仿生非光滑清选筛面的制造方法为：先在筛面基体上利用机械冲压的方法形成凸起或凹陷单元体后，所说的凸起或凹陷单元体高度(H)为0.5～2毫米，凸起或凹陷单元体在筛面基体上的几何投影面积之和与筛面基体面积之比为30-70％，然后再在基体上加工形成筛孔。

本发明中所说的筛面基体面积，是指未加工形成筛孔前的基体投影面积。

本发明的仿生非光滑清选筛面，具有加工简单，性能可靠，成本低，与普通光滑清选筛相比，将筛分物料与筛面的粘附性降低40％-80％，有效筛分时间增加6-20倍，具有抗粘防堵作用。

附图说明

图1是本发明仿生非光滑清选筛面的结构示意图；

图2是图1中所示的一种球冠型凸起单元体形态示意图；

图3是图1中所示的一种球冠型凸起单元体的另一形态示意图；

图4是图1中所示的一种圆柱形凸起单元体的形态示意图；

图5是图1中所示的一种圆锥形凸起单元体的形态示意图；

图6是图1中所示的一种球冠型凹陷单元体的形态示意图；

图7是图1中所示的一种圆柱形凹陷单元体的形态示意图；

图8是图1中所示的一种圆锥形凹陷单元体的形态示意图。

图中：1.筛面基体2.筛孔3.凸起或凹陷单元体

具体实施方式

以下结合附图给出的仿生非光滑清选筛面作进一步详细说明。

仿生非光滑清选筛面是在普通光滑筛面的基础上，根据筛分物料的特性，通过简单机械加工的方法，先在筛面基体加工出具有各种几何形态的凸起或凹陷单元体，然后再加工筛孔，解决潮湿农业物料筛分时粘筛堵孔的问题。

实施例1

图1、2为一种适合潮湿油菜脱出物的仿生非光滑清选筛面，筛面基体1上分布着球冠型凸起单元体3，球冠直径SR为0.5mm、高度H为0.5mm，球冠型凸起单元体3成交错式栅格排列，单元体3横向间距x为2mm，单元体3纵向间距y为1.5mm，凸起单元体3的分布密度为其在基体表面上的几何投影面积之和与基体表面积之比为35％，筛面基体1上设置有筛孔2，与普通光滑清选筛相比，待筛分的油菜脱出物与筛面的粘附性降低了80％，有效筛分时间增加15倍；

实施例2

图1、3为一种适合潮湿玉米清选的仿生非光滑清选筛面，筛面基体1上分布着球冠型凸起单元体3，球冠直径SR为2mm、高度H为2mm，球冠型凸起单元体3成交错式栅格排列，单元体3横向间距x为7mm，单元体3纵向间距y为6mm，凸起单元体3的分布密度为其在基体表面上的几何投影面积之和与基体表面积之比为42％，筛面基体1上设置有筛孔2，与普通光滑清选筛相比，待筛分的玉米脱出物与筛面的粘附性降低了40％，有效筛分时间增加6倍；

实施例3

图1、4为一种适合潮湿水稻脱出物的仿生非光滑清选筛面，筛面基体1上分布着圆柱型凸起单元体3，圆柱直径

为1.6mm、高度H为1mm，圆柱型凸起单元体3成交错式栅格排列，单元体3横向间距x为2.9mm，单元体3纵向间距y为3mm，凸起单元体3的分布密度为其在基体表面上的几何投影面积之和与基体表面积之比为30％，筛面基体1上设置有筛孔2，与普通光滑清选筛相比，待筛分的水稻脱出物与筛面的粘附性降低了50％，有效筛分时间增加8倍；

实施例4

图1、5为一种适合潮湿油菜脱出物清选的仿生非光滑清选筛面，筛面基体1上分布着圆锥型凸起单元体3，圆锥大端直径

为1.0mm、高度H为0.6mm，圆锥型凸起单元体3成交错式栅格排列，单元体3横向间距x为1.5mm，单元体3纵向间距y为2mm，凸起单元体3的分布密度为其在基体表面上的几何投影面积之和与基体表面积之比为35％，筛面基体1上设置有筛孔2，与普通光滑清选筛相比，待筛分的油菜脱出物与筛面的粘附性降低了60％，有效筛分时间增加10倍；

实施例5

图1、6为一种适合潮湿油菜脱出物清选的仿生非光滑清选筛面，筛面基体1上分布着球冠型凹陷单元体3，球冠直径SR为0.8mm、深度H为0.8mm，球冠型凹陷单元体3成交错式栅格排列，单元体3横向间距x为2.45mm，单元体3纵向间距y为2mm，凹陷单元体3的分布密度为其在基体表面上的几何投影面积之和与基体表面积之比为70％，筛面基体1上设置有筛孔2，与普通光滑清选筛相比，待筛分的油菜脱出物与筛面的粘附性降低了80％，有效筛分时间增加20倍；

实施例6

图1、7为一种适合潮湿水稻脱出物的仿生非光滑清选筛面，筛面基体1上分布着圆柱型凹陷单元体3，圆柱直径

为2mm、深度H为1mm，圆柱型凹陷单元体3成交错式栅格排列，单元体3横向间距x为3.5mm，单元体3纵向间距y为3mm，凹陷单元体3的分布密度为其在基体表面上的几何投影面积之和与基体表面积之比为43％，筛面基体1上设置有筛孔2，与普通光滑清选筛相比，待筛分的水稻脱出物与筛面的粘附性降低了55％，有效筛分时间增加9倍；

实施例7

图1、6为一种适合潮湿油菜脱出物清选的仿生非光滑清选筛面，筛面基体1上分布着圆锥型凹陷单元体3，圆锥大端直径SR为2mm、深度H为0.6mm，圆锥型凹陷单元体3成交错式栅格排列，单元体3横向间距x为3mm，单元体3纵向间距y为3mm，凹陷单元体3的分布密度为其在基体表面上的几何投影面积之和与基体表面积之比为54％，筛面基体1上设置有筛孔2，与普通光滑清选筛相比，待筛分的油菜脱出物与筛面的粘附性降低了60％，有效筛分时间增加10倍；

以上实施例中所列举的几种具有不同形状的凸起和凹陷单元体3之仿生非光滑清选筛面，仅仅是为了举例说明制造仿生非光滑清选筛面的机理所在，其凸起或凹陷单元体3亦可加工成圆柱型、正方形、菱形、长方形等，尺寸限定在亚微米级到微米级，可呈多种分布形态分布于仿生非光滑清选筛面表面，难以穷举，因此，对上述实施例的描述不应视为对本发明的唯一限定。

Claims (4)

1.一种仿生非光滑清选筛面，包括筛面基体(1)和基体上的筛孔(2)，其特征在于，筛面基体(1)的表面上具有若干凸起或凹陷单元体(3)，所说的凸起或凹陷单元体(3)高度H为0.5～2毫米，凸起或凹陷单元体(3)在筛面基体(1)上的几何投影面积之和与筛面基体(1)面积之比为30-70％。

2.根据权利要求1所述的仿生非光滑清选筛面，其特征在于所述的凸起或凹陷单元体(3)旋成体。

3.根据权利要求2所述的仿生非光滑清选筛面，其特征在于所述的旋成体为球冠、圆柱或圆锥，其球冠半径SR、圆柱形或圆锥大端直径

为0.5-2毫米，凸起或凹陷单元体(3)按交错栅格式排列，间距为1.5～7毫米。

4.一种权利要求1所述的仿生非光滑清选筛面的制造方法，其特征在于：先在筛面基体(1)上利用机械冲压的方法形成凸起或凹陷单元体(3)，所说的凸起或凹陷单元体高度为0.5～2毫米，凸起或凹陷单元体在筛面基体上的几何投影面积之和与筛面基体面积之比为30-70％，然后再在基体上加工形成筛孔(2)。

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