玉米脱粒混合物不均匀分布下的区域气流速度精准调控系统设计与性能优化

针对玉米脱粒混合物在清选筛表面横向分布不均导致的局部过载/欠载问题，研究人员设计了一种由三组独立调速离心风机组成的组合式清选风机（GBDT模型控制），通过实时监测物料负载并预测最佳风速，实现了筛面三区域气流的差异化精准调控。实验表明该系统较传统风机显著降低损失率（<1%）和含杂率，为农业机械智能化发展提供了创新解决方案。

　　

玉米作为全球三大粮食作物之一，其清选环节对粮食质量和生产效率至关重要。然而在实际生产中，脱粒混合物（含籽粒、茎秆、苞叶等）在清选筛表面的横向分布不均始终是行业痛点——喂入量波动或筛孔堵塞会导致局部物料堆积或稀疏。传统单风机系统虽能产生均匀气流，却无法应对这种"东边日出西边雨"的分布失衡，最终导致过载区域清选不彻底（杂质残留）、欠载区域气流浪费（籽粒被吹飞）的双重困境。

针对这一技术瓶颈，吉林大学团队在《Biosystems Engineering》发表研究，创新性地提出"分区治理"策略。他们设计的组合式清选风机如同三位默契的"气流指挥家"——三个独立控制的离心风机（impeller直径400 mm）分别对应筛面左、中、右区域，通过梯度提升回归树（Gradient Boosting Regression Tree, GBDT）建立的预测模型，实时计算各区域所需最佳转速（输入参数包括物料厚度、筛体振动频率30-50 Hz、筛孔开度15-25 mm）。配套开发的物料负载监测装置（基于压力传感器阵列）则像"鹰眼"般捕捉分布异常，形成闭环控制系统。

关键技术突破体现在三方面：首先，双锥离心风机（double-cone centrifugal fan）与K型叶片（K-shaped blade）设计产生横向气流，解决传统风机"中间弱两侧强"的流速分布；其次，GBDT模型预测误差控制在±15 r/min，较传统PID控制响应速度提升40%；最后，四出口风道（four-outlet duct）结构使气流均匀性变异系数从28%降至9%。

实验结果令人振奋：在物料含水率18%-22%的工况下，组合风机系统能动态调整各区域风速（4.03-4.76 m/s），使损失率始终低于1%（传统风机平均2.3%），含杂率降低至0.8%（对照组1.5%）。特别值得注意的是，当左区域出现30%超量喂入时，系统能在0.5秒内将对应风机提速200 r/min，而中右区域维持基准转速，真正实现"精准滴灌"式气流分配。

这项研究的价值不仅在于硬件创新，更开创了基于机器学习的农机自适应控制范式。其技术路线可推广至小麦、水稻等作物的清选作业，为农业机械智能化提供了可复用的方法论。正如作者Zhang Meng在讨论部分强调的，该系统的核心突破是"将均匀气流供给思维转变为需求响应型供给"，这种理念转变或将引领下一代农机设计革命。未来研究可进一步探索多作物通用模型，以及结合5G技术的远程运维系统开发。