油菜聯(lián)合收獲機(jī)種子籽粒脫粒裝置結(jié)構(gòu)及運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化

王 剛，關(guān)卓懷，沐森林，湯 慶，吳崇友

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油菜聯(lián)合收獲機(jī)種子籽粒脫粒裝置結(jié)構(gòu)及運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化

王 剛，關(guān)卓懷，沐森林，湯 慶，吳崇友※

（農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，南京 210014）

為探究油菜聯(lián)合收獲機(jī)脫粒系統(tǒng)對(duì)油菜籽粒的收獲效果，尋求較優(yōu)的脫粒裝置結(jié)構(gòu)及運(yùn)行參數(shù)，以喂入量、脫粒滾筒間隙、脫粒滾筒轉(zhuǎn)速和脫粒元件型式種類為影響因素，油菜種子籽粒發(fā)芽率、脫粒損失為評(píng)價(jià)指標(biāo)，開(kāi)展油菜聯(lián)合收獲脫粒試驗(yàn)、發(fā)芽率試驗(yàn)及無(wú)損傷籽粒發(fā)芽率對(duì)比試驗(yàn)，探究了聯(lián)合收獲油菜籽粒的脫粒損傷機(jī)理。結(jié)果表明：影響油菜種子籽粒脫粒損傷的主次因素依次為脫粒元件型式、脫粒滾筒間隙、脫粒滾筒轉(zhuǎn)速、喂入量；所選因素水平下，綜合考慮脫粒損傷及損失，采用喂入量3.2 kg/s、脫粒滾筒間隙9 mm、脫粒滾筒轉(zhuǎn)速856 r/min、全釘齒時(shí)為較優(yōu)組合。分析表明：聯(lián)合收獲脫粒會(huì)對(duì)油菜種子籽粒造成損傷，影響脫粒損傷的直接因素為種子籽粒在滾筒內(nèi)受打擊次數(shù)及打擊力大小；通過(guò)調(diào)整脫粒系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行參數(shù)，能夠顯著降低油菜的脫粒損傷及損失，本文為脫粒裝置結(jié)構(gòu)及運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化提供參考。

機(jī)械化；優(yōu)化；農(nóng)作物；油菜籽粒；脫粒損傷；聯(lián)合收獲；發(fā)芽率

0 引 言

油菜是重要的油料作物，是優(yōu)質(zhì)食用植物油的主要來(lái)源。油菜種子發(fā)芽率直接關(guān)系到油菜產(chǎn)量，是評(píng)價(jià)油菜種子優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一。聯(lián)合收獲顯著提高了收獲效率，但是籽粒在機(jī)械脫粒過(guò)程中若受到過(guò)大的應(yīng)力就會(huì)破裂或永久變形，破壞籽粒的生長(zhǎng)點(diǎn)，產(chǎn)生裂紋的籽粒易受到微生物和昆蟲的侵害，從而影響了籽粒的利用率和種子的發(fā)芽率[1-4]，造成種子浪費(fèi)、增加生產(chǎn)成本，同時(shí)也會(huì)影響到機(jī)械化精量播種質(zhì)量，造成減產(chǎn)，降低經(jīng)濟(jì)效益。

機(jī)械化收獲造成的籽粒損傷問(wèn)題已經(jīng)引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注，并針對(duì)水稻、小麥、玉米、大豆等作物開(kāi)展了研究，研究方法主要包括射線觀察法[5]、發(fā)芽率判斷法[6]、圖像處理法[7-12]等。研究表明，收獲損傷主要發(fā)生在脫粒環(huán)節(jié)，脫粒部件的沖擊會(huì)造成籽粒裂紋從而導(dǎo)致了籽粒的損傷[13-19]，改變脫粒裝置結(jié)構(gòu)和運(yùn)行參數(shù)能有效降低籽粒損傷[20-23]。因此，研究油菜籽粒脫粒損傷，對(duì)油菜籽粒的利用具有重要意義。

為探究油菜聯(lián)合收獲機(jī)種子籽粒脫粒裝置結(jié)構(gòu)及運(yùn)行參數(shù)，本文以喂入量、脫粒滾筒間隙、脫粒滾筒轉(zhuǎn)速和脫粒元件型式種類為影響因素，以發(fā)芽率及損失率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，開(kāi)展了油菜聯(lián)合收獲脫粒試驗(yàn)、發(fā)芽率試驗(yàn)及無(wú)損傷籽粒發(fā)芽率對(duì)比試驗(yàn)。為說(shuō)明油菜種子籽粒損傷率和發(fā)芽率的相關(guān)性，排除其他因素對(duì)籽粒發(fā)芽率的干擾，以同時(shí)期、同品種、同地塊及長(zhǎng)勢(shì)相同的人工收獲的無(wú)損傷油菜籽粒的發(fā)芽率作為對(duì)照。通過(guò)對(duì)比和分析不同脫粒裝置結(jié)構(gòu)和運(yùn)行參數(shù)下機(jī)收油菜籽粒的發(fā)芽率和損失率，探究脫粒裝置結(jié)構(gòu)和運(yùn)行參數(shù)對(duì)油菜籽粒脫粒效果的影響。獲得損傷率及損失率綜合評(píng)價(jià)下的較優(yōu)參數(shù)組合。以期探究油菜聯(lián)合收獲機(jī)脫粒系統(tǒng)的較優(yōu)裝置結(jié)構(gòu)及運(yùn)行參數(shù)，并為油菜聯(lián)合收獲機(jī)脫粒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和參數(shù)的優(yōu)化提供參考。

1 材料與方法

1.1 油菜聯(lián)合收獲試驗(yàn)

油菜聯(lián)合收獲試驗(yàn)于2016年6月5日至6月6日在江蘇省東臺(tái)市弶港鎮(zhèn)進(jìn)行，油菜品種為寧雜1818，種植方式為機(jī)械直播。按照GB/T 8097-2008《收獲機(jī)械聯(lián)合收割機(jī)試驗(yàn)方法》、NY/T12 31-2006《油菜聯(lián)合收獲機(jī)質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定，進(jìn)行作物的基本特性信息采集，結(jié)果如表1所示。

試驗(yàn)機(jī)具為農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所研制的NJS-2.2型移動(dòng)式聯(lián)合收獲脫粒清選試驗(yàn)臺(tái)，如圖1所示。

表1 油菜基本特性參數(shù)

圖1 NJS-2.2型移動(dòng)式聯(lián)合收獲機(jī)脫粒清選試驗(yàn)臺(tái)

根據(jù)已有研究，影響油菜聯(lián)合收獲脫粒效果的主要因素有喂入量、脫粒滾筒間隙、脫粒滾筒轉(zhuǎn)速和脫粒元件型式種類[24-27]。根據(jù)文獻(xiàn)所述，李耀明等[28]試制短紋桿-板齒脫粒滾筒并進(jìn)行脫粒對(duì)比試驗(yàn)；宗望遠(yuǎn)等[29]分析滾筒轉(zhuǎn)速對(duì)脫出物質(zhì)量的影響[28-29]。選取常用的脫粒滾筒轉(zhuǎn)速范圍為760～1 010 r/min；移動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的脫粒滾筒由鏈輪傳動(dòng)，更換中間軸上的鏈輪可獲得不同的轉(zhuǎn)速。改變脫粒滾筒齒桿在脫粒滾筒幅板上安裝位置可以調(diào)節(jié)脫粒間隙，如圖2所示。通過(guò)前期研究，選取脫粒間隙調(diào)節(jié)范圍為9～13 mm，當(dāng)脫粒間隙大于13 mm時(shí)含雜率顯著增加，當(dāng)脫粒間隙小于9 mm時(shí)會(huì)提高功耗，且造成滾筒堵塞。

圖2 脫粒間隙調(diào)節(jié)

目前油菜聯(lián)合收獲常用脫粒元件為釘齒式、紋桿式及組合式，采用全釘齒、全紋桿及半釘齒半紋桿組合3種形式進(jìn)行試驗(yàn)，齒桿整體拆卸后替換。喂入量通過(guò)測(cè)定測(cè)區(qū)內(nèi)收獲的籽粒、莖稈和清選排出物的總量除以通過(guò)測(cè)區(qū)的時(shí)間進(jìn)行計(jì)算。在滿幅收割下改變聯(lián)合收獲機(jī)的前進(jìn)速度從而改變喂入量。

以脫粒滾筒脫粒元件型式、脫粒滾筒轉(zhuǎn)速、脫粒間隙和喂入量為影響因素，每個(gè)影響因素選取3個(gè)水平開(kāi)展正交試驗(yàn)L9（34），試驗(yàn)因素水平如表2所示。

表2 聯(lián)合收獲試驗(yàn)因素水平

選取長(zhǎng)勢(shì)均勻，密度、植株高度產(chǎn)量水平一致性較好的油菜進(jìn)行聯(lián)合收獲試驗(yàn)。在作業(yè)地塊中確定試驗(yàn)區(qū)域并分為準(zhǔn)備區(qū)、測(cè)定區(qū)和停車區(qū)。準(zhǔn)備區(qū)長(zhǎng)度10 m，測(cè)定區(qū)長(zhǎng)度20 m，停車區(qū)長(zhǎng)度10 m，均不臨地邊。機(jī)具在準(zhǔn)備區(qū)和測(cè)定區(qū)內(nèi)滿幅作業(yè)、割茬高度保持一致，試驗(yàn)過(guò)程中不改變工況。每次到達(dá)試驗(yàn)區(qū)前，先清空糧箱；試驗(yàn)結(jié)束后，人工將糧箱內(nèi)的籽粒攪拌均勻，采用五點(diǎn)取樣法，從每個(gè)點(diǎn)獲取200 g籽粒，共1 kg，裝入接樣袋中保存并編號(hào)。聯(lián)合收獲試驗(yàn)共9組，每組試驗(yàn)重復(fù)4次，共36次，獲得聯(lián)合收獲籽粒樣本36袋。每次試驗(yàn)時(shí)收集滾筒脫出物料，篩選出物料內(nèi)的油菜籽粒稱重得出脫粒損失。

聯(lián)合收獲的同時(shí)，人工收獲相同地塊長(zhǎng)勢(shì)相同的油菜。進(jìn)行人工割倒、晾曬，待角果干燥可以脫出籽粒時(shí)進(jìn)行人工脫粒，每株全部角果脫粒干凈，收集脫出籽粒并攪拌均勻，從籽粒中隨即取出1 kg裝入接樣袋中保存編號(hào)。選取4塊區(qū)域重復(fù)人工收獲試驗(yàn)4次，獲得籽粒樣本4袋，收獲試驗(yàn)共獲得籽粒樣本40袋。

1.2 油菜籽粒發(fā)芽試驗(yàn)

從每個(gè)接樣帶中隨即選取400顆籽粒，分為2組，每組200顆，分別放入帶有雙層紙床的培養(yǎng)皿中并編號(hào)記錄，共80組。將雙層紙床吸足水分后瀝去多余水分放置在編號(hào)的培養(yǎng)皿內(nèi)，紙床pH值為6.0～7.5，種子籽粒均勻鋪放在紙床上并保持一定距離。將培養(yǎng)皿放入人工氣候箱中，按照國(guó)家經(jīng)濟(jì)作物種子發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)GB4407.2-2008進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)。氣候箱內(nèi)保持20°恒溫，濕度為70%～80%，每天光照12 h，試驗(yàn)周期為7 d。

7 d后，從氣候箱中取出培養(yǎng)皿，數(shù)出已發(fā)芽和未發(fā)芽的油菜籽粒數(shù)。設(shè)發(fā)芽率為，則

式中為未發(fā)芽的籽粒數(shù)，為發(fā)芽試驗(yàn)的籽?？倲?shù)。

在沒(méi)有其他因素影響發(fā)芽率的情況下，損傷率可表達(dá)為

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。人工收割、脫粒的油菜種子籽粒發(fā)芽率為99.8%。機(jī)收籽粒發(fā)芽率范圍為85.7%～97.6%，且變化較大。根據(jù)機(jī)收籽粒發(fā)芽率與無(wú)損籽粒的發(fā)芽率進(jìn)行比較可以看出，機(jī)械化收獲的油菜籽粒發(fā)芽率明顯低于人工收獲的無(wú)損傷油菜籽粒，脫粒裝置結(jié)構(gòu)及運(yùn)行參數(shù)的差異會(huì)導(dǎo)致油菜種子籽粒不同的發(fā)芽率。脫粒損失率范圍為0.18%～0.51%，在所選參數(shù)范圍內(nèi)脫粒損失都在較低水平[30]。

表3 發(fā)芽率試驗(yàn)方案與試驗(yàn)結(jié)果

2.2 油菜籽粒發(fā)芽率與籽粒損傷之間的關(guān)系

由表3可知，人工收獲、脫粒的油菜籽粒發(fā)芽率為99.8%，說(shuō)明油菜籽粒發(fā)芽試驗(yàn)所設(shè)置的環(huán)境條件合理，能夠滿足油菜發(fā)芽所需的外界條件。在當(dāng)前發(fā)芽率試驗(yàn)條件下，人工收獲、脫粒的無(wú)機(jī)械損傷油菜籽粒發(fā)芽率接近100%，排除了其他因素對(duì)油菜籽粒發(fā)芽率的影響。說(shuō)明油菜籽粒發(fā)芽率與籽粒損傷之間呈正相關(guān)，可以用發(fā)芽率來(lái)評(píng)價(jià)油菜籽粒的損傷。

2.3 油菜聯(lián)合收獲與籽粒損傷之間的關(guān)系

由表3可知，聯(lián)合收獲的油菜籽粒發(fā)芽率為85.7%～97.6%，低于人工收獲無(wú)損傷油菜種子籽粒的發(fā)芽率99.8%。通過(guò)人工收獲無(wú)損傷油菜籽粒的對(duì)比試驗(yàn)已經(jīng)排除了其他因素對(duì)發(fā)芽率的影響，所以機(jī)械化聯(lián)合收獲確實(shí)會(huì)對(duì)油菜籽粒造成損傷。這種損傷直接影響油菜籽粒的發(fā)芽率，并且損傷程度與脫粒裝置結(jié)構(gòu)及運(yùn)行參數(shù)相關(guān)。在當(dāng)前收獲試驗(yàn)參數(shù)下，損傷率范圍為2.4%～14.3%。

2.4 脫粒裝置結(jié)構(gòu)及運(yùn)行參數(shù)與籽粒損傷之間的關(guān)系

對(duì)聯(lián)合收獲的油菜籽粒發(fā)芽率結(jié)果進(jìn)行極差分析，結(jié)果如表4所示。根據(jù)極差R的大小,可以判斷影響油菜籽粒發(fā)芽率的主次因素依次為脫粒元件形式>脫粒間隙>滾筒轉(zhuǎn)速>喂入量。依據(jù)試驗(yàn)指標(biāo)k的大小可以判斷損傷率較小的水平組合為脫粒元件為全釘齒，脫粒滾筒間隙9 mm，脫粒滾筒轉(zhuǎn)速1 010 r/min，喂入量2.2 kg/s。

表4 發(fā)芽率極差分析

對(duì)聯(lián)合收獲的油菜籽粒發(fā)芽率結(jié)果進(jìn)行方差分析，結(jié)果如表5所示。由方差分析可知，喂入量對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響不顯著，脫粒滾筒間隙和元件型式對(duì)結(jié)果影響極其顯著（<0.01），脫粒滾筒轉(zhuǎn)速對(duì)結(jié)果影響顯著（<0.05）。

表5 發(fā)芽率方差分析

注：<0.01（極顯著，**），<0.05（顯著，*）。

Note:<0.01(highly significant, **),<0.05(significant,*).

通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果極差分析和方差分析可知：

1）脫粒元件為全釘齒時(shí)發(fā)芽率為97.3%，全紋桿時(shí)發(fā)芽率為88.3%。在采用不同的脫粒元件時(shí)，油菜的發(fā)芽率相差達(dá)9個(gè)百分點(diǎn)，脫粒元件型式對(duì)油菜籽粒的收獲損傷影響極大。根據(jù)文獻(xiàn)[9]的研究，籽粒的損傷率與其和脫粒元件碰撞時(shí)所吸收能量成正比，表面自由能越大，損傷越嚴(yán)重，圓形斷面的脫粒零件比矩形斷面的脫粒零件產(chǎn)生的表面自由能小，更不容易造成籽粒的損傷。所以在進(jìn)行油菜收獲時(shí)，釘齒比紋桿對(duì)油菜種子籽粒的碰撞損傷小。應(yīng)盡量選擇釘齒作為脫粒元件。

2）在不同的脫粒間隙下，油菜籽粒的發(fā)芽率相差4.9個(gè)百分點(diǎn)，脫粒間隙對(duì)油菜籽粒的收獲損傷有較大的影響。在當(dāng)前試驗(yàn)參數(shù)下，隨著脫粒間隙的增大，發(fā)芽率先減小后增大，損傷率先增大后減小，與文獻(xiàn)[3]中的試驗(yàn)結(jié)果一致。根據(jù)文獻(xiàn)[9]的研究，籽粒損傷與其所受打擊力的大小和次數(shù)有關(guān)。打擊力越大、次數(shù)越多，越容易損傷。脫粒間隙越小，籽粒受到的打擊力越大，同時(shí)籽粒也更容易脫出離開(kāi)脫粒系統(tǒng)，受到打擊的次數(shù)越少。脫粒間隙為9 mm時(shí)，由于滾筒內(nèi)空間小，物料在滾筒內(nèi)的揉搓作用明顯，籽粒更容易從莢果中脫出，脫出的籽粒從滾筒內(nèi)篩出后不再受到滾筒的打擊，籽粒受打擊次數(shù)少，所以損傷低，發(fā)芽率高。油菜籽粒的損傷率與脫粒間隙之間并非正相關(guān)，需要進(jìn)一步的研究才能定性說(shuō)明。在當(dāng)前試驗(yàn)參數(shù)下，脫粒間隙的較優(yōu)水平為9 mm。

3）在不同的滾筒轉(zhuǎn)速下，油菜籽粒的發(fā)芽率相差4.3個(gè)百分點(diǎn)。脫粒滾筒轉(zhuǎn)速對(duì)油菜籽粒的收獲損傷有較大的影響。在當(dāng)前試驗(yàn)參數(shù)下，隨著滾筒轉(zhuǎn)速的升高，發(fā)芽率先減小后增大，損傷率先增大后減小，與文獻(xiàn)[3]中的試驗(yàn)結(jié)果一致。根據(jù)文獻(xiàn)[17]的能量理論和文獻(xiàn)[18]的加載理論，滾筒轉(zhuǎn)速越快，脫粒元件和籽粒之間碰撞的產(chǎn)生的表面能越大，籽粒越容易損傷；但是滾筒轉(zhuǎn)速越快，籽粒離開(kāi)脫粒系統(tǒng)的速度越快，受到打擊的次數(shù)越少。滾筒轉(zhuǎn)速為1 010 r/min時(shí)，打擊力較大，籽粒從莢果中更容易脫出，脫出的籽粒從滾筒內(nèi)篩出后不再受到滾筒的打擊，籽粒受打擊次數(shù)少，所以損傷率低，發(fā)芽率高。所以，油菜籽粒的損傷率與滾筒轉(zhuǎn)速之間也非正相關(guān)，需要進(jìn)一步的研究才能定性說(shuō)明。在當(dāng)前試驗(yàn)參數(shù)下，脫粒滾筒轉(zhuǎn)速的較優(yōu)水平為1 010 r/min。

4）在不同的喂入量下，發(fā)芽率的變化范圍在1.1個(gè)百分點(diǎn)以內(nèi)。根據(jù)文獻(xiàn)[23]，在不同的喂入量下，脫粒元件的扭矩變化并不大。所以在其他條件不變的情況下，喂入量幾乎不影響脫粒元件對(duì)籽粒的打擊力、打擊次數(shù)和籽粒的表面能。所以，相較于其他因素，喂入量對(duì)油菜籽粒損傷的影響較小。

2.5 脫粒損失及脫粒損傷綜合分析

前文分析了不同參數(shù)下籽粒脫粒損傷情況，得出了損傷率較小的參數(shù)組合，為了兼顧脫粒損失及損傷2種指標(biāo)，使脫粒效果達(dá)到最優(yōu)，采用加權(quán)評(píng)分法對(duì)表3中損傷及損失試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。以100分為總權(quán)重，通過(guò)加權(quán)綜合指標(biāo)Z來(lái)進(jìn)行評(píng)分，其計(jì)算公式如式（3）所示。

式中Z為表3中第號(hào)試驗(yàn)所得計(jì)算值（加權(quán)評(píng)分指標(biāo)，較小為優(yōu)），=1,2,3,…,9；W為第個(gè)指標(biāo)的“權(quán)”值，=1,2；Y為第個(gè)試驗(yàn)中第個(gè)指標(biāo)；Ymax為所有9組試驗(yàn)中，第個(gè)指標(biāo)的最大值。

若所收油菜籽粒作為種子源，為保證種子出苗率，則以損傷率為重，將損傷率定為1=70分，損失率2=30分，最優(yōu)結(jié)果為加權(quán)綜合指標(biāo)9=23.3分，最優(yōu)組合為正交試驗(yàn)第9組3321；若所收油菜用于食用或加工，損傷則為次要因素，以損失率為重，將損傷率定為1=30分，損失率2=70分。最優(yōu)結(jié)果為加權(quán)綜合指標(biāo)9=30.2分，最優(yōu)組合亦為正交試驗(yàn)第9組3321。

由表3可知，在所選因素水平內(nèi)損失率變化范圍0.18%～0.51%相較于損傷率處于較低水平，對(duì)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果影響較小。在加權(quán)評(píng)價(jià)方法下?lián)p失率權(quán)重從30分至70分范圍內(nèi)最優(yōu)組合皆為第9組。此時(shí)損失率為0.18%，損傷率為2.6%，機(jī)器在此參數(shù)下作業(yè)喂入量大，收獲效率高、籽粒損失及損傷在較低水平、機(jī)器功耗也較低。

3 結(jié)論與討論

1）油菜籽粒發(fā)芽率與籽粒損傷之間呈正相關(guān)，可以用發(fā)芽率來(lái)評(píng)價(jià)油菜籽粒的損傷。機(jī)械化脫粒會(huì)對(duì)油菜籽粒造成損傷，在試驗(yàn)所選的參數(shù)范圍內(nèi)，脫粒損傷率為2.4%～14.3%。影響油菜籽粒損傷的主次因素依次為脫粒元件型式、脫粒滾筒間隙、脫粒滾筒轉(zhuǎn)速、喂入量。

2）在試驗(yàn)所選的參數(shù)范圍內(nèi)，綜合考慮脫粒損傷及損失情況下，采用喂入量3.2 kg/s、滾筒間隙9 mm、滾筒轉(zhuǎn)速856 r/min、全釘齒時(shí)為較優(yōu)組合。此時(shí)損失率為0.18%，損傷率為2.6%，喂入量較大，收獲效率高、機(jī)器功耗較低。通過(guò)調(diào)整脫粒系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及參數(shù)，能夠達(dá)到較好的收獲脫粒效果。

影響脫粒損傷的直接因素為籽粒在滾筒內(nèi)受打擊次數(shù)及打擊力大小。由于試驗(yàn)次數(shù)、參數(shù)水平的限制，要明確脫粒滾筒轉(zhuǎn)速、脫粒間隙與油菜種子籽粒損傷之間的關(guān)系還需要更加深入的研究。

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Optimization of operating parameter and structure for seed thresher device for rape combine harvester

Wang Gang, Guan Zhuohuai, Mu Senlin, Tang Qing, Wu Chongyou※

(210014,)

Rapeseed germination rate is directly related to rapeseed yield, which is one of the most important indices to evaluate the rapeseed quality. Combine harvesters have greatly improved the harvest efficiency, but rapeseeds would be damaged by the mechanical threshing equipment during harvesting, and mechanical damage extent of rapeseeds was directly correlated to the design characteristics of the threshing apparatus, such as the movement speed of rasp bars, feeding rate, clearance between the drum and the concave. The rapeseed damage caused by mechanized harvest has aroused the concern of scholars, but there is no study on the rape harvest. In order to explore the damage of rapeseed caused by combine harvester during threshing process and the superior parameters of the threshing mechanism, rape combine harvest comprehensive experiment and germination rate experiment were carried out. Germination rate was used as an index to evaluate the damage. The type of rasp bars, the movement speed of rasp bars, the clearance between the drum and the concave and the feeding rate were taken as the influencing factors in the rape combine harvest comprehensive experiment and each factor had 3 levels. The evaluation indices were the germination rate and loss rate, the undamaged rapeseeds grown in the same plots were used as the comparison. The germination of mechanically harvested rapeseeds and hand harvested rapeseeds was tested in the same environment. The parameters of threshing apparatus with the highest germination rate (lower damage rate) were obtained through the comparison of germination rates between undamaged rapeseeds and mechanically harvested rapeseeds. The results showed that the germination rate of hand harvested rapeseeds was 99.8%, and the highest germination rate for mechanically harvested rapeseeds was 97.6% and the lowest was 85.7%. Therefore, mechanized harvest did cause damage to rapeseed and the damage rate was 2.4%-14.3% within the range of parameters selected. Through the range analysis of germination rate experiment, the factors affecting the damage of rapeseed were the threshing component form, the clearance between the drum and the concave, the movement speed of rasp bars and the feeding rate in turn. Through the variance analysis of germination rate experiment, the feeding rate (=0.727) had no significant effect on the test results, the threshing gap (=0.004) and threshing component form (0.001) had highly significant effect on the results, the drum speed (=0.012) had a significant effect on the results, and the repeated experiment error (=0.202) had no significant effect on the test results, and the test results were reliable. The threshing component form had a great influence on the harvest damage of rapeseed. The germination rate was 88.3% when using striped rod and was 97.3% when using full nailed tooth, which had 9 percentage points difference. For the rapeseed, striped rod was more likely to cause threshing damage than nails. Due to the limitation of the number of experiments, the relationship among drum rasp bars speed, clearance between the drum and the concave and rapeseed damage couldn’t be concluded. But the optimal parameters should exist between drum rasp bars speed and clearance between the drum and the concave. It needed further research to clarify the relationship among drum rasp bars speed, clearance between the drum and the concave and rapeseed damage. The effect of feeding rate was not significant. The change range of germination rate was less than 1.1 percentage points under different feeding rates. The optimal combination of threshing parameters was: nailed tooth, threshing drum clearance of 9 mm, drum rasp bars speed of 856 r/min, and feeding rate of 2.2 kg/s, and the damage rate was lower. In order to verify the accuracy of the combination of superior parameters, the artificially harvested rapeseed was threshed by experiment bench and different combinations of parameters were used for the comparison. The germination rate under the optimum parameters combination was 97.4%, which was the highest. Combine harvest damage could be reduced to a very small extent through adjusting the threshing system parameters. The study provides a reference for the design of combine harvester threshing system.

mechanization; optimization; crops; rapeseed; threshing damage; combine harvest; germination rate

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.24.007

S225.31

A

1002-6819(2017)-24-0052-06

2017-06-09

2017-11-03

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2016YFD0702101）：油菜智能化低損失收獲技術(shù)與裝備研究

王 剛，安徽阜陽(yáng)人，助理研究員，主要從事收獲機(jī)械的研究。Email：421404047@qq.com

吳崇友，研究員，博士，博士生導(dǎo)師，國(guó)家油菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系收獲機(jī)械化崗位專家，主要從事耕作與收獲機(jī)械的研究。 Email：542681935@qq.com

王 剛，關(guān)卓懷，沐森林，湯 慶，吳崇友. 油菜聯(lián)合收獲機(jī)種子籽粒脫粒裝置結(jié)構(gòu)及運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2017，33(24)：52－57. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.24.007 http://www.tcsae.org

Wang Gang, Guan Zhuohuai, Mu Senlin, Tang Qing, Wu Chongyou. Optimization of operating parameter and structure for seed thresher device for rape combine harvester[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(24): 52－57. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.24.007 http://www.tcsae.org