科研育種單株單穗脫粒機的研制*

胡陳君 ，姜 鋮 ，楊廣文

（宜賓市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，四川 宜賓 644000）

0 引言

育種是作物高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的基礎(chǔ)和保障，而種子脫粒是作物育種的重要環(huán)節(jié)，不同于大田作物，科研育種面積小，種植試驗品種珍貴繁多，樣本量小，脫粒時既要求提高脫粒效率，又要保證各品種之間無混雜。目前，絕大多數(shù)科研單位單株單穗脫粒以人工脫粒方式為主，脫粒效率低，勞動強度大，費時費力。若采用普通脫粒機進行育種種子脫粒，種子的破碎率高，機械內(nèi)部清理困難，結(jié)構(gòu)復(fù)雜易殘留種子、損失種子，且易造成不同品種的籽粒混雜，導(dǎo)致考種不純[1-5]。

為此，課題組研制了一款科研育種單株單穗脫粒機，其結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，易于移動，且機具內(nèi)部易于清理，脫粒時機內(nèi)未有殘留，確保了種源純凈，脫粒效果良好。此外，通過電機速度的調(diào)節(jié)，可適用于不同單株單穗作物，適用性較廣，為科研育種提高脫粒作業(yè)效率及減輕勞動強度提供了適用機具。

1 總體結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 總體結(jié)構(gòu)

科研育種單株單穗脫粒機主要由進料蓋板、脫粒滾筒組件、出料蓋板、機架、電機等組成，其結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。

其中，進料蓋板與出料蓋板各自焊接為一個整體，通過螺栓相連。調(diào)速電機與脫粒滾筒組件主軸采用鍵直接方式連接，脫粒滾筒組件主要由主軸、支撐板、滾筒、板齒等組成，板齒焊接在滾筒上，滾筒通過支撐板與主軸連接。機架與電機和進料出料蓋板通過螺栓連接固定，構(gòu)成整機。

圖1 科研育種單株單穗脫粒機總體結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 工作原理

科研育種單株單穗脫粒機是一種手持上脫式脫粒裝置。脫粒作業(yè)時，通過調(diào)速電機帶動脫粒滾筒組件轉(zhuǎn)動，手持作物單株單穗莖稈將穗端喂入進料口，在脫粒滾筒組件旋轉(zhuǎn)離心力的作用下，通過板齒的打擊、搓揉等動作將作物籽粒脫下。

脫粒機采用直流式脫粒方式，脫粒腔除脫粒滾筒組件外沒有其他裝置，脫粒時通過板齒與蓋板的相互作用實現(xiàn)脫粒，結(jié)構(gòu)緊湊、簡單，籽粒殘留可能性幾乎為零。此外，可通過停機時開啟進料蓋板對其進行無死角清理作業(yè)，完全確保種源的純凈度。試驗表明，該機結(jié)構(gòu)簡單、不混雜，種子純凈度高、易清理，能有效減輕育種工作人員的勞動強度。

2 主要零部件的設(shè)計

2.1 脫粒滾筒組件的設(shè)計

脫粒滾筒組件是脫粒機的重要部件，它直接決定著脫粒機的脫粒效果，該機脫粒滾筒組件的結(jié)構(gòu)如圖2 所示，主要由主軸、支撐板、滾筒、板齒等組成，板齒與脫粒滾筒中心軸之間設(shè)置了60°夾角，在脫粒過程中，傾斜板齒不僅能大面積地接觸作物進行打擊脫粒，還能讓作物在滾筒上橫向運動，使得作物與板齒及蓋板之間相互擠搓進行脫粒，提高作物籽粒脫凈率。

圖2 脫粒滾筒組件結(jié)構(gòu)示意圖

脫粒滾筒全長138 mm，直徑為160 mm，由薄鋼板卷曲焊接而成。為保障作物纏繞脫粒齒，選用橫截面積大的板齒進行脫粒，設(shè)計4 排板齒分布在脫粒滾筒上，其排列方式如圖3 所示。板齒齒底長30 cm，齒高40 mm，齒厚3 mm。為避免脫粒籽粒在脫粒滾筒中殘留，設(shè)計脫粒滾筒組件為全封閉結(jié)構(gòu)。為避免脫粒板齒損傷作物，脫粒機的頂端線速度選取不超過10 m/s，通過計算，選取滾筒的最大轉(zhuǎn)速為75 0 r/min[6]。

圖3 脫粒板齒排列圖

2.2 電機的選擇

為實現(xiàn)不同作物的最佳脫粒速度，該機選用工作電壓220 V、頻率50 Hz 的調(diào)速電機作為脫粒機的動力設(shè)備，通過計算，選取電機功率為600 W，調(diào)速范圍為0~750 r/min。

2.3 脫粒腔體的設(shè)計

脫粒機腔體由進料蓋板與出料蓋板通過螺栓連接形成，腔體內(nèi)壁光滑，如圖4 所示。進料蓋板上進料口傾斜角度設(shè)計既要滿足種子籽粒慣性落入腔體，不殘留在進料口上，又要滿足進料口高度符合人體正常工作，不增加負擔(dān)，基于此，該機設(shè)計進料口傾斜角為30°，整機高度為850 mm。出料蓋板上出料口圓滑，不增加其他的彎折處，避免種子殘留。進料蓋板與出料蓋板由螺栓連接，均為半圓的連接處連接緊密，不留空隙，因半圓為180°，種子能直接落下，不會殘留種子。此外，因脫粒腔體上下蓋板連接成型，還可在停機時開啟進料蓋板對其內(nèi)部進行無死角清理作業(yè)，完全確保種源的純凈度[7-9]。

圖4 脫粒腔體

3 試驗結(jié)果與分析

完成機具設(shè)計后，制作樣機并對樣機進行性能試驗，驗證樣機生產(chǎn)率、種子脫凈率、種子破碎率、含雜率及機內(nèi)種子殘留量等是否達到設(shè)計要求。課題組以油菜種子作為試驗材料[10]，試驗結(jié)果如表1 所示，試驗現(xiàn)場如圖5 所示。

以上試驗結(jié)果表明：本文所研制的科研育種單株單穗脫粒機采用油菜種子作為試驗材料，手持單穗喂料方式，測定生產(chǎn)率平均值為1 031 穗/h，種子平均脫凈率為99.26%，種子平均破損率為0.09%，平均含雜率為0.31%，機內(nèi)種子殘留量為0，達到設(shè)計要求，取得了預(yù)期的效果。

表1 試驗結(jié)果

圖5 單穗種子脫粒試驗現(xiàn)場

4 結(jié)論

為解決農(nóng)業(yè)科研院所育種種子人工脫粒勞動力需求量大、勞動強度較大、生產(chǎn)效率較低等問題，課題組研制了一款科研育種單株單穗脫粒機，通過對整機結(jié)構(gòu)的分析及對脫粒滾筒組件、進料出料蓋板、電機等主要零部件的設(shè)計，實現(xiàn)整機結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，移動方便，且能開啟進料蓋板對其進行無死角清理作業(yè)，保證種源的純凈。并通過樣機制造與性能試驗驗證整機脫粒效果，測定生產(chǎn)率平均值為1 031穗/h，種子平均脫凈率為99.26%，種子平均破損率為0.09%，平均含雜率為0.31%，機內(nèi)種子殘留量為0。表明整機脫粒效果良好，脫粒時機內(nèi)零殘留，達到了設(shè)計要求，且實現(xiàn)了減輕科研育種人工脫粒作業(yè)勞動強度與提高生產(chǎn)效率的目的，具有一定的使用價值，為以后種子脫粒機的設(shè)計提供一定的參考。