基于正交試驗組合式螺旋板齒脫粒裝置參數優化

常博文+趙武云

摘要：為尋求組合式螺旋板尺脫離裝置工作時最優參數組合，以脫凈率、含雜率、破損率作為指標，利用4因素3水平的正交試驗分析方法對螺旋板齒式脫粒裝置的螺旋角度、滾筒轉速、喂入量、排芯口壓力工作參數及參數交互作用進行多因素分析。結果表明，對脫凈率、含雜率、破損率影響的因素大小分別為螺旋角度、滾筒轉速、喂入量、排芯口壓力，最佳工作參數為喂入量3.1 kg/s、脫粒軸轉速245 r/min、螺旋角9°、排芯口壓力50 N。

關鍵詞：螺旋板尺脫粒裝置；正交試驗；多因素分析；工作參數；優化

中圖分類號： S226.1+9

文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2016）04-0405-04

玉米是我國三大糧食作物之一，其穩產、高產一直是國家關注的焦點之一。玉米精量播種可有效減少用種量并提高玉米產量，因此在全國的應用范圍越來越廣，而種子質量則成為保證其播種質量的重要前提和物質基礎。種子是一種特殊的生產資料，其不同程度的損傷將加大運輸儲藏難度、降低發芽率，脫粒環節則是決定種子生產質量的關鍵環節之一[1]，如何降低種子損傷率、提高種子產量成為種子機械脫粒的主要問題[2-3]。趙武云設計了1種組合式螺旋板齒式種子脫粒機[4]，工作參數優化時考慮了脫粒破碎率這個單一性能指標，對多指標優化則沒有過多考慮[5]。現以其原有工作參數為變量，采用正交試驗的方法確定各因素及其交互作用對脫凈率、含雜率、破損率的影響大小，并找到最優工作參數來獲取最佳脫粒效果，對于降低脫粒損失、提高糧食產量具有一定意義。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

試驗材料為甘肅省種子玉米種植主導品種金穗4號（甘審玉2005006），由甘肅白銀金穗種業有限公司提供。試驗所用裝置為5TYJ-10A種子玉米脫粒裝置，見圖1，主要由變徑變間距組合式螺旋板齒脫粒軸、排芯口變剛度壓板裝置及動力、傳動系統等組成。種子玉米脫粒作業時，剝去苞葉的種子玉米果穗由人工投入喂料斗快速進入脫粒倉，在脫粒軸端部螺旋板齒的旋轉帶動下，玉米果穗隨著脫粒軸上的螺旋平板齒及螺旋冠狀齒繞板齒滾筒作軸向螺旋擠搓運動。在擠搓脫粒過程中，玉米籽粒通過漏籽板進入出料斗進而排出機外；果穗軸芯向前運動，滯留在排芯口附近，當穗軸芯大量堆積在脫粒區內產生一定壓力后，頂起脫粒機排芯口變剛度壓板裝置而排出，從而完成種子玉米果穗的揉搓脫粒。

1.2 試驗方案

為了反映所有主要參數對性能指標聯合影響的規律，而進行正交參數優選試驗，本試驗選取喂入量、脫粒軸轉速、板齒螺旋角度和排芯口壓力4個因素，每個試驗因素選取的3個水平分別為：喂入量2.8、3.1、3.4 kg/s，脫粒軸轉速220、245、270 r/min，板齒螺旋角度6°、9°、12°，排芯口壓板壓力40、50、60 N，選取脫凈率、含雜率、破碎率為試驗指標，在同樣的條件下破碎率、含雜率越低越好，脫凈率越高越好[7]。影響脫粒質量的因素及水平見表1。

試驗所用玉米為金穗4號，其果穗特性為：平均長 15.3 cm，果穗平均直徑4.25 cm，行數14～16行，行粒數32粒，千粒質量286 g，偏馬齒型，含水率在17.3%～18.5%之間[8]。由于試驗因素兩兩之間具有交互作用，因此在正交設計時應考慮選取帶有交互作用的正交設計。

2 結果與分析[9]

2.1 單指標試驗結果分析

2.1.1 脫凈率試驗結果分析 脫粒裝置正交參數優選試驗方案與結果見表2。由表3極差大小可以看出影響脫凈率指標各因素排列順序，綜合考慮最優組合為A1B1C2D1。由表4脫凈率方差分析可知，A、B、C、AC、BC具有顯著或極顯著影響。影響脫凈率的各因素主次排列順序為C>B>A>D。

2.1.2 含雜率試驗結果分析 由表5極差大小可以看出影響含雜率指標的各因素排列順序，綜合考慮最優組合應是A1B1C2D2。由表6含雜率方差分析可知，B、C、D、BD具有顯著或極顯著影響，影響含雜率的各因素主次排列順序為C>A>B>D。

2.1.3 破損率試驗結果分析 由表7極差大小可以看出影響破損率指標的各因素排列順序，綜合考慮其最優組合應該是A1B2C2D1。由表8含雜率方差分析可知，B、C、D、BD具有顯著或極顯著影響，影響破損率的各因素主次排列排列為C>B>A>D 。

綜上所述，從脫凈率、含雜率、破損率的方差分析中可以得到各個試驗指標參數的顯著性檢驗結果，詳見表9。

2.2 多指標綜合試驗結果與分析

從3種較優組合即脫凈率、含雜率、破損率的分析來看，為兼顧平衡各項指標的得失，采用加權評分法進行分析，使選出的3項指標都盡可能達到最優組合，考慮到各因素對衡量指標的重要程度及實際生產經驗，以100分為總權，其中破損率為40分、脫凈率分40分、含雜率為20分，則以10分為1個單位進行簡化，那么每個試驗的總分計算公式為：

總分=4×脫凈率+4×破損率+2×含雜率。

3 結論

參考文獻：

[1]李心平，高連興. 差速式玉米種子脫粒機的性能試驗[J]. 農業工程學報，2009，25（12）：102-106.

[2]李心平，馬福麗，高連興. 差速式玉米種子脫粒機的設計[J]. 農業機械學報，2008，39（8）：192-195.

[3]候守印，陳海濤. 立式軸流大豆育種脫粒機參數優化[J]. 農業工程學報，2012，28（5）：19-25.

[4]趙武云. 組合式螺旋板齒種子玉米脫粒裝置研究[D]. 楊凌：西北農林科技大學，2012：98-116.

[5]趙武云，郭康權. 組合式螺旋板齒種子玉米脫粒機工作參數優化[J]. 農業機械學報，2012，43（12）：56-61.

[6] GB/T 3543.7—1995 農作物種子檢驗規程 其他項目檢驗[S].

[7]高連興，李心平. 玉米種子脫粒損傷機理與脫粒設備研究[M]. 北京：北京師范大學出版社，214-221.

[8]畢辛華，戴心維. 種子學[M]. 北京：中國農業出版社，1993：475-479.

[9]陳 魁. 試驗設計與數據分析[M]. 2版.北京：清華大學出版社，2005：1-138.朱 蓓，趙博超，王弘元. 基于1DTempPro的水熱運移模型及試驗研究[J]. 江蘇農業科學，2016，44（4）：409-412.