風選式種子篩選加工裝置*

隋洪亮，張恭民，劉瑞歌，李 君，張清博

（濱州學院機電工程系，山東濱州 256600）

風選式種子篩選加工裝置*

隋洪亮，張恭民，劉瑞歌，李 君，張清博

（濱州學院機電工程系，山東濱州 256600）

設計開發的風選式種子篩選機適應于小麥、玉米、豆類等糧食的篩選操作，對篩選槽體的清選能力和運動特性方面做了詳細的計算，確定了主要的結構部件和性能參數。該機的研發成功，提高了經濟效益，降低了種子加工的成本，對保證糧食穩定增產有重要的意義。

風選式；種子篩選機；結構部件；性能參數

0 引言

隨著現代農業機械化的發展，各種機械設備被運用到農業生產當中去以提高效率，種子篩選機的設計就是這樣的一種新型設備。由于糧食種子收獲后，其中有許多不需要的夾雜物，如雜草種子、秸稈、石子和其他作物子粒以及未成熟的、退化的、病害損失和機械損傷的種子，導致無法獲得高質量的種子。種子篩選機可以根據種子的長、寬、厚3個尺寸和比重以及其他物理特性進行精選，將種子分選為若干等級。新型種子篩選機是一款集種子篩選分離、收集、稱重于一體的自動化裝置，本裝置的設計以機械結構為核心，AVR單片機及各傳感器件組成控制部分，獨特的機械結構由進料模塊、篩選分離模塊和稱重模塊等組成[1]。電氣控制部分則由AVR單片機作為控制中樞，運用光電開關、壓力傳感器等傳感器件，并與電機、舵機和12864液晶顯示屏完美配合，實現人機交互、實時顯示等不同功能。機械結構與電氣控制部分交互配合，智能高效，簡便易操作，且成本低、效率高，經性能測試與生產試驗證明，本篩選機符合設計要求，對種子中的碎半種子，蟲蝕嚴重粒清選效果極佳，一次清選凈度可達99%，且傳動平穩，低噪音，性能穩定。為清選機械的產業化進程奠定了技術基礎。

1 結構及性能特點

1.1 主要結構

如圖1、2所示，風選式種子篩選加工裝置由機架、漏料槽、鼓風機、篩選槽體、拌藥系統以及稱重模塊組成。該機適應性廣，主要利用種子與雜物的幾何尺寸和懸浮速度差異進行篩選和風選，通過更換適合規格的篩網和調節不同的風速，在篩選槽體往復運動下達到分離的目的，適應于小麥、玉米、大豆、水稻等糧食產物的預選，精選階段，具有結構緊湊，操作方便，機動靈活等特點。

1.2 技術性能

風選式種子篩選加工裝置是將風選和篩選組合在一起的風-篩類種子加工裝置，篩選槽體上下雙層篩網結構，下層篩網為楞面篩網，其中楞面篩網的篩選效率是普通篩網的2～3倍[2]。為了滿足清選不同類別種子的需求，風選的風量調節要廣，篩網的規格要多，其目的就是清除混雜在種子中的雜質物，例如：碎莖葉、泥土砂石等，同時清除不滿足需求規格尺寸以及較輕質量的種子，并且對種子進行分級。可以使加工后的種子子粒均勻飽滿容重、千粒質量、凈度和發芽率都有極大的提高，而且節約種子，有利于種子的運輸和儲藏，增強市場競爭力，對糧食的增產具有重要的意義。

圖1 整體結構正視圖

圖2 整體結構側視圖

裝置總體性能指標如表1所示。

表1 性能指標

2 工作原理及工作流程

2.1 工作原理

風選式分離方案是利用輕雜及病變種子在重量上明顯輕，且尺寸大小與好種子有明顯差別的特點，將不同等級的種子進行分離。其原理是利用在振動篩的振動作用下，不同等級種子的振動幅度不同，經過風機的吹風作用，不同等級的種子逐漸分離開[3]。經過篩選分離后，種子凈度已明顯提高，且粒度比較均勻。該方案控制簡單，成本較低，分離效果明顯，在農業機械方面應用廣泛。篩選分離模塊通過雙層篩網分隔為三層，上層篩面為平面篩，下層篩面為棱面篩，棱面篩的效率要比平面篩效率提高2～3倍。整個模塊的振動依靠電機帶動6曲柄連桿的搖動，使其作有規律的往復運動，從而實現整個篩選分離模塊的振動[4]。在進料口下部裝有風選裝置，由鼓風機等部分構成，PWM調速可以調節風速，可以吹走質量較輕和干癟的種子。 篩選分離部分的振動與風選裝置配合工作，能夠將不同等級的種子分離開，粒徑大的種子通過振動作用經過上層平面篩網過濾掉，從一號出口流出，粒徑小的從二號出口流出，質量符合標準的種子從三號出口流出，從而完成種子的篩選分離。

圖3 風選原理圖

2.2 工作流程

工作流程示意圖如圖4所示，打開電源開始工作，首先是稱重托盤右移及拌藥桶底部的出料閥門閉合，完成機械裝置的初始化；然后進料部分的出料口閉合，等待放料，待放料完成后，電機帶動絲桿轉動控制出料口的開閉幅度，以控制種子的流速大小；種子進入篩選分離模塊后，振動電機和鼓風機同時工作，進行篩選分離，不同質量等級的種子分別從三個對應出口流出。

篩選出的質量符合標準的種子進入到拌藥桶，當光電傳感器檢測到拌藥桶內種子達到一定高度時，進料部分的出料口閉合，篩選分離模塊和鼓風機均停止工作，攪拌電機開始正反交替旋轉，同時噴藥裝置對種子進行噴藥。

拌藥工作完成后，拌藥桶底部開口閥打開，稱重托盤上的壓力傳感模塊開始工作，待收集到的種子重量達到預設值時，托盤向左移動將種子移出，同時蜂鳴器報警提示取袋，此次工作流程完成。

3 理論計算

（1）要求篩子的前部風速達到7～8 m/s，中部達5～6 m/s，后部達1～2 m/s，風扇出風口的平均風速需4～5 m/s[5]。

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（2）篩子面積可由進入篩選裝置的種子Qs確定篩的寬度B，在傳統型聯合收割機上一般為逐稿器寬度的0.9～0.95，取B逐=2.4 m，則篩子長度

Q——機器進料量（kg/s）；

Qs——進入篩選裝置的種子(kg/s)；

B——篩子的寬度(mm)。

(kg/(s·m2))——篩子單位面積可以承擔的種子進料量 (kg/(s·m2))，對編織篩約為1.5～2.5 kg/(s·m2)，取qs=1.5 kg/(s·m2)。

取 B=0.95×2.4=2.28 m，選取B=2 400 mm，其中Qs=Q×60%=12×60%=7.2。

圖4 工作流程示意圖

Np——單位生產率清選篩所需功率kW/(kg·s-1)，取0.4～0.55；

4 使用方法

（1）機器最好安裝在室內使用，停放地點最好選在平坦堅實的地方，停放地點應該考慮喂入、排出以及排塵的方便。

（2）工作時應該檢查各部件是否牢固，檢查電機工作是否異常。

（3）在更換種子品種和篩網時候，要先讓機器停止工作，再將篩選槽體的種子清除干凈或者更換篩網，然后開機讓篩選槽體工作5～10分鐘。

（4）每次工作前要先將機器各潤滑點加注潤滑油，工作結束后，應進行清掃，檢查和保養，并及時排除機械故障及隱患。

5 結論

智能種子篩選機由12864液晶顯示屏、漏料槽、篩選槽拌藥系統和稱重系統組成，設計依靠AVR單片機與各傳感器間的信息傳遞，實現智能控制。流速控制功能，保證篩選過程中進料的均勻性，從而保證篩選質量。雙層篩網過濾，上篩面為平面篩，下篩面為棱面篩的設計，更換方便，篩選效果明顯。在攪拌桶內有攪拌扇葉，桶的上部裝有智能化噴頭，能夠控制進藥量，能夠對篩選出的質量符合標準的種子進行拌藥，效率高，攪拌更均勻。稱重托盤底部裝有壓力傳感器，可以對裝袋重量實時監測，達到預設重量時自動報警。智能種子篩選機適合家庭生產活動，滿足篩選不同種類種子的需求，擁有廣闊的市場前景。

［1］徐益民，范紅剛，蘇鳳武.零基礎學AVR單片機［M］.北京：機械工業出版社，2011.

［2］鄒必昌，彭三河，湯小凝.谷物清選機構主要參數優化設計實驗研究［J］.湖北農學院學報，2003，23（2）：108-112.

［3］徐錦康.機械設計［M］.北京：高等教育出版社，2004.

［4］宗華光，楊洋，唐伯雁.機器人控制電子學［M］.北京：科學出版社，2004.

［5］劉鴻文.材料力學［M］.北京：高等教育出版社，2004.

Winnowing Seed Screening Processing Device

SUI Hong-liang，ZHANG Gong-min，LIU Rui-ge，LI Jun，ZHANG Qing-bo
（Department of Mechanical and Electrical Engineering，Binzhou University，Binzhou256600，China）

The filtering operation winnowing seed screening machine is designed and developed to adapt to the wheat，corn，beans and other food，for the screening of tank cleaning ability and motion characteristics of a detailed calculation，the main structural elements and determine the performance parameters.Research and development of the machine's success，improve economic efficiency，reduce the cost of seed processing，to ensure a stable increase in grain production has important significance.

winnowing；seed screening machine；structure；performance parameter

S226

B

1009－9492(2015)10－0023－04

10.3969/j.issn.1009-9492.2015.10.006

隋洪亮，男，1993年生，山東高密人，大學本科。研究領域：機械設計制造及其自動化。

(編輯：阮 毅)

*濱州學院國家級大學生創新訓練計劃項目（編號：201410449039）

2015－04－07