鮮食大豆機(jī)械化生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)研究

修德龍

摘 要：近年來，隨著鮮食大豆種植面積的不斷擴(kuò)大，對(duì)其機(jī)械化生產(chǎn)水平的要求也越來越高，影響鮮食大豆產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵機(jī)械化技術(shù)主要包括豆莢脫莢技術(shù)、高效清選技術(shù)、剝殼技術(shù)等。分別對(duì)上述關(guān)鍵技術(shù)工作原理進(jìn)行了研究分析，為我國(guó)鮮食大豆生產(chǎn)機(jī)械化程度的提高提供了參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：鮮食大豆;機(jī)械化;研究

中圖分類號(hào)：S266.4 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.08.004

鮮食大豆亦稱為菜用大豆或毛豆，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高，可謂物美價(jià)廉，人們對(duì)鮮食大豆的需求量也逐年增加，隨著種植面積的不斷擴(kuò)大，對(duì)其機(jī)械化生產(chǎn)水平的要求也越來越高。近年來，國(guó)內(nèi)許多高校、科研院所及企業(yè)積極投身到鮮食大豆全程機(jī)械化裝備的研究中，市場(chǎng)上也不斷涌現(xiàn)出各式各樣的鮮食大豆機(jī)械化裝備，為我國(guó)鮮食大豆產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了較強(qiáng)的技術(shù)保障和產(chǎn)品支持。

目前，我國(guó)鮮食大豆全程機(jī)械化生產(chǎn)中的耕整、播種、施肥和植保等機(jī)械化裝備較為完善和成熟，鮮食大豆采收和成品加工等裝備也得到明顯的進(jìn)步和發(fā)展，其中，影響鮮食大豆產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵機(jī)械化技術(shù)及裝備主要包括豆莢脫莢技術(shù)、高效清選技術(shù)、剝殼技術(shù)等，本文在綜合國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，分別對(duì)上述關(guān)鍵技術(shù)工作原理進(jìn)行了研究分析。

1 鮮食大豆豆莢脫莢技術(shù)

豆莢脫莢技術(shù)是鮮食大豆收獲過程中的關(guān)鍵技術(shù)，它將直接影響到鮮食大豆產(chǎn)品品質(zhì)。摘莢過程中摘凈率高、摘莢損傷小、摘莢損失少，是高效摘莢技術(shù)的核心要素，廣大科研人員對(duì)摘莢技術(shù)的研究主要圍繞這些核心要素進(jìn)行開展，主要有以下幾種脫莢型式。

1.1 螺旋刷子式滾筒豆莢脫莢技術(shù)

主要工作原理是：首先滾筒前端的扶禾機(jī)構(gòu)將鮮食大豆整株喂入滾筒內(nèi)，在滾筒上螺旋狀固定排列剛性螺旋桿，滾筒中軸線上安裝焊接圓盤，滾筒內(nèi)壁設(shè)有由6圈螺旋桿組成的螺旋刷子，兩者旋轉(zhuǎn)方向相反，組成了脫莢機(jī)構(gòu)的執(zhí)行部件，在進(jìn)行脫莢作業(yè)時(shí)，兩者由于存在速度差且方向相反，從而將喂入到滾筒內(nèi)的鮮食大豆豆莢梳刷下來，實(shí)現(xiàn)豆莢脫莢。該技術(shù)主要是美國(guó)在21世紀(jì)初期研究的產(chǎn)物。

1.2 滾筒單彈齒式脫莢技術(shù)

脫莢工作原理是：在滾筒內(nèi)部裝配有彈齒，此脫莢彈齒圍繞滾筒中軸線做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)整株莖稈喂入進(jìn)來后，其上豆莢從莖稈上被彈齒梳脫下來，豆莢與豆稈分離，滾筒后方的無損輸送裝置將豆莢運(yùn)送至料箱，從而完成鮮食大豆豆莢脫莢。美國(guó)OXBO公司和日本勇士公司都是采用此種豆莢脫莢技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)脫莢機(jī)械化，但由于價(jià)格過高、落莢和漏采損失較大，非常不合適我國(guó)國(guó)情。

1.3 雙脫莢輥式脫莢技術(shù)

脫莢機(jī)的脫莢裝置主要由兩個(gè)脫莢輥組構(gòu)成，脫莢輥組軸線與輸送方向分別呈70°和 45°的夾角，如圖1所示。每個(gè)輥組由上、下脫莢輥組成，每個(gè)輥軸上安裝間隔分布且90°相互交錯(cuò)排列延伸的柔性脫莢齒。其工作原理是：鮮食大豆植株喂入到上脫莢輥和下脫莢輥之間后，交錯(cuò)排列的柔性脫莢齒對(duì)其擊打，豆莢脫落，實(shí)現(xiàn)脫莢，未脫莢的鮮食大豆植株在脫莢過程中經(jīng)過兩次兩種方向的柔性脫莢齒擊打，進(jìn)一步提高了脫莢率。此項(xiàng)柔性脫莢技術(shù)有效解決了脫莢過程中的脫莢不凈和堵塞等問題，很大程度上降低了脫莢破損率。該技術(shù)是由農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所的秦廣明、肖宏儒、宋志禹等科研人員提出的并設(shè)計(jì)了脫莢裝置，經(jīng)過田間試驗(yàn)，進(jìn)行了性能測(cè)試，對(duì)鮮食大豆脫莢機(jī)生產(chǎn)率、清潔度、脫凈率及破碎率等性能指標(biāo)進(jìn)行了分別測(cè)試，均達(dá)到了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。不足的是該機(jī)器是臺(tái)式場(chǎng)上作業(yè)機(jī)，需要提前把鮮食大豆收割，增加了工序，而且該脫莢機(jī)是單株喂入式，工作效率不夠高。

1.4 雙彈指式鮮食大豆采摘技術(shù)

該技術(shù)采用的是雙彈指結(jié)構(gòu)，固定彈指和伸縮架安裝在采摘滾筒上，伸縮架上安裝有伸縮彈指，并在其上的固定板兩端安裝滾輪，滾輪設(shè)置在偏心輪盤的輪槽中，這樣，偏心輪槽使得伸縮彈指與滾筒上的固定彈指不斷的配合與分開，兩者相對(duì)運(yùn)動(dòng)，仿生人工采摘，從而達(dá)到摘莢和卸載豆莢并達(dá)到無損傷毛豆莢的目的。毛豆采摘原理，如圖2所示。采用雙彈指式采摘裝置，提高了摘凈率，降低了破損率，雙彈指相互作用配合不斷開合，大大降低了雜物堵塞率，為后續(xù)豆、葉的分離提供了方便。武漢科技大學(xué)的涂福泉教授及其團(tuán)隊(duì)經(jīng)過不懈努力，在分析國(guó)內(nèi)外毛豆采摘機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，改進(jìn)創(chuàng)造了此項(xiàng)技術(shù)，并制造了相應(yīng)的農(nóng)機(jī)裝備，經(jīng)過田間試驗(yàn)驗(yàn)證，雙彈指式鮮食大豆采摘裝置的效果非常明顯，符合設(shè)計(jì)要求。

2 高效清選技術(shù)

傳統(tǒng)的清選系統(tǒng)（如圖3所示）組成部分主要有振動(dòng)篩、清選風(fēng)機(jī)、滾軸篩及輸送帶等。清選類型有篩子式、氣流式及氣流篩子組合式等，篩子主要有沖孔篩、編織篩和魚眼篩等類型。鮮食大豆用傳統(tǒng)的清選裝置效果普遍不好，分析其原因是鮮食大豆豆莢水分大，還有絨毛，導(dǎo)致其豆莢之間、豆莢與清選部件之間摩擦力相比普通物料較大，而且在采摘豆莢時(shí)，掉落的莖葉和雜草與豆莢摻雜在一起，非常不利于清雜。

河南農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院的余永昌教授團(tuán)隊(duì)，主要從事菜用大豆收獲機(jī)械化研究，設(shè)計(jì)了一種高效的清選裝置，即采用滾軸篩（如圖4所示）。該滾軸篩即設(shè)計(jì)一排光軸，光軸間距為11 mm，間距略大于豆莢厚度，由于光軸之間的摩擦力很小，在齒輪的帶動(dòng)下，落在光軸上的物料及莖葉等向后運(yùn)動(dòng)，同時(shí)豆莢被分散開，從光軸之間的縫隙掉落到下面的振動(dòng)篩上，掉落到振動(dòng)篩上的物料除了豆莢，還有小石頭等，在振動(dòng)篩的作用下，小石頭被振動(dòng)落下排出，豆莢沿傾斜篩面滑落到后面的集料箱中，完成豆莢清選，其中較大的雜草和豆莖葉隨著光軸一直向后滾動(dòng)，從而滑落到田里。這種清選裝置使帶有雜質(zhì)的物料得以分開，同時(shí)把莖葉和雜草等較大尺寸雜物清除掉，能夠非常近似滿足傳統(tǒng)清選裝置的工作條件。

3 鮮食大豆剝殼技術(shù)

鮮食大豆剝殼機(jī)主要有割刀式和軋輥式兩類。20世紀(jì)80年代，我國(guó)從日本進(jìn)口割刀式鮮食大豆剝殼機(jī)，該型剝殼效果良好，也存在一些缺點(diǎn)，該機(jī)設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)較繁瑣，維修困難，價(jià)格不菲，直接制約了該機(jī)在我國(guó)的大量使用。

現(xiàn)階段，我國(guó)鮮食大豆剝殼機(jī)普遍應(yīng)用的產(chǎn)品為軋輥式鮮食大豆剝殼機(jī)。該型式鮮食大豆剝殼機(jī)的主要組成部分包括儲(chǔ)料倉(cāng)、軋輥、機(jī)架、引流板、導(dǎo)流板和傳動(dòng)裝置等部件，其工作原理是首先把豆莢通過送料裝置喂入到儲(chǔ)料倉(cāng)中，偏心軸在電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，由于偏心的作用，偏心軸持續(xù)發(fā)生上下浮動(dòng)，豆莢均勻分布在橡膠輸送帶上，輸送帶將豆莢輸送至導(dǎo)流板，從而掉落到軋輥之間，根據(jù)豆莢的物理特性，設(shè)置軋輥間隙，兩者反向旋轉(zhuǎn)，通過兩軋輥對(duì)豆莢的擠壓作用，對(duì)豆莢進(jìn)行仿生脫殼，模擬人工，豆莢中豆粒受到軋輥的擠壓，將豆粒從豆莢中擠出來，豆粒和豆殼發(fā)生分離，實(shí)現(xiàn)脫粒剝殼。

4 結(jié)論

重點(diǎn)分析了鮮食大豆豆莢脫莢技術(shù)的原理，主要包括螺旋刷子式滾筒豆莢脫莢技術(shù)、滾筒單彈齒式脫莢技術(shù)、雙脫莢輥式脫莢技術(shù)和雙彈指式鮮食大豆采摘技術(shù)等。通過對(duì)鮮食大豆關(guān)鍵機(jī)械化技術(shù)包括豆莢脫莢技術(shù)、高效清選技術(shù)、剝殼技術(shù)等技術(shù)的研究與分析，為我國(guó)鮮食大豆高效全程機(jī)械化裝備的研制提供了基礎(chǔ)技術(shù)理論，有利于我國(guó)鮮食大豆產(chǎn)業(yè)化程度的進(jìn)一步提高。

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