國內外種子清選機發展概況淺析*

張會娟，吳峰，謝煥雄，王建楠，劉敏基，顏建春

(農業農村部南京農業機械化研究所，南京市，210014)

0 引言

種子是先進技術的載體，在農業生產中起舉足輕重作用；種子是農業的生命之源，其產業發展關系到國家農業興衰。種子清選是種子采后加工處理過程必不可少的工序之一。收獲后的農作物種子中存在秸稈、雜草種子、石子等夾雜物，采用種子清選機可有效去除夾雜物，從而提高種子質量[1]。經過清選后的種子再進行播種，可明顯提高出芽率、出苗整齊度[2-4]。隨著我國種業的飛速發展，種子清選機在種子加工中得以廣泛應用。

歐美等發達國家種子清選裝備目前已實現產品化、系列化，具有清選凈度高、性能穩定、可靠性強、噪音相對較低等特點。我國一些高校、科研院所等也積極研發出一些性能較好的種子清選機，但與國外產品相比，仍存在性能不穩、可靠性差、作業質量差等缺點，制約了我國種子清選等加工技術裝備的推廣應用[5]。近年來，隨著國家對機械農業、科技農業的重視程度不斷提高，“種子工程”已成為科教興農和我國實現新時期農業發展的戰略目標。

本文在介紹市場上常用的4種種子清選機類型、工作原理等基礎上，分析比較了國內外種子清選機的發展概況以及國內外部分種子清選設備性能，并針對目前我國種子清選機存在問題，提出了相關發展建議，對于加快我國種子清選技術及裝備研發，促進我國種業發展具有重要意義。

1 種子清選機工作原理與分類

種子清選按清選原理劃分，主要有常規清選法和電分離法，前者利用種子的幾何尺寸、空氣動力學特性及比重等物理機械特性進行清選，有風篩選、比重選、窩眼選等幾十種產品；后者利用種子生物學特性(種子發芽率、活力等)進行清選，主要有水稻、谷物、蔬菜、林木、油料等種子專用清選機[6-10]。

目前，市場上常用的種子清選機主要有4大類，分別為風篩式、比重式、窩眼筒式和復式清選機[11-12]。風篩式清選機主要由鼓風系統和一系列篩網等組成，主要根據種子與夾雜物的外形、尺寸以及懸浮速度差異，依據空氣動力學特征進行風選和篩選；比重式清選機有吹氣式和吸氣式2種(一般均采用吹氣式)，由風機、工作臺、調節機構等部分組成，主要根據種子與混雜物的密度和比重差異來進行分離；窩眼筒式清選機主要根據種子長度進行清選；復式清選機主要根據種子的外形尺寸、籽粒長度和空氣動力學特征進行清選。以上4種種子清選機的工作原理、特點、適用范圍及代表機型如表1所示[13-14]。

表1 4種種子清選機的工作原理、特點、適用范圍及代表機型Tab. 1 Working principle, characteristics, applicable scope and representative models of 4 kinds of seed cleaner

2 國內外種子清選機發展概況

國外在種子加工發面研發起步早，發展快。目前，歐美等發達國家種子清選機技術成熟，在對種子的外形尺寸、比重大小等物理特性清選方面，其種子清選機自動化、系列化程度高，具有清選凈度高、工藝精良、性能穩定等特點。國外種子清選設備多數采用傳統的機械式，但也有采用液壓調節系統，靈敏且易于操作，已在部分清選設備上應用。在種子介電分選技術研究方面，國外始于20世紀60年代末，但實際用于農業種子分選的生產是20世紀80年代以后[15]。近年來，歐美部分發達國家不斷將高、精、尖技術應用到農機上，重力式清選機大多都設置儀表盤，作業期間不停機可實現集中控制，操作方便，智能化更強；其采用光電技術，根據物料表面色澤不同進行色選；采用X射線影像技術進行清選分離，有一定技術難度；根據種子極化帶電特性進行雜質分離，該方法是基于高壓靜電下種子與摻雜物的帶電量不同的原理。隨著生物技術的發展和生產技術的提高，國外種子清選機向機電一體化、智能化的方向發展。

我國對種子清選機的研究與生產起步晚、發展慢。20世紀50年代，從前蘇聯、匈牙利等國引進若干臺種子清選機，我國種子清選機從傳統的手工簸箕、手篩、風車、電動揚場機、種子振動分選機和滾筒篩選機逐漸進入了研究新階段[16]。20世紀90年代之后，我國種子清選機新產品不斷涌現，形成了1.0～15 t/h等不同規格系列產品[17-18]。

2.1 風篩式清選機

自20世紀70年代起，風篩式清選機在美國、德國、丹麥、意大利等國取得較快發展，在設備生產和使用方面均居領先地位，產品性能優良，可靠性高[19]。如美國UB-1250型風篩式種子清選機結構(圖1)，可根據不同物料選擇不同型號清選篩，且種子喂入量和調節風量操作簡單快捷，穩定性較高。篩箱分上篩和下篩，即可調節調整物料在上篩的停留時間，又增加了調頻機構和鏈式清潔機構，種子物料清選質量高[20]。丹麥DELTA-104型風篩式清選機結構(圖2)，喂料系統可實現連續喂料，有效降低物料下降速度；吸風系統有良好的分離性能；篩選系統可使物料均勻分配，保證了清選篩能最佳地開展工作；該機清選效果好、性能穩定可靠，已在世界范圍得到廣泛推廣[16-21]。

國內酒泉5XQ-5.0型風篩式種子清選機(圖3)，利用種子和其它夾雜物物理機械性能的不同來實現清選，既可單機使用，也可與其它設備配套使用，是種子加工成套設備中主要設備之一；農業農村部南京農業機械化研究所和開封某公司共同研發的5X-12型風篩清選機(圖4)，進料速度、清選風速等作業參數可根據實際作業效果實時調節，并配置5層篩床，實現3次風選，有效保證了設備清選效果，顯著提高種子加工生產效率與效益。

圖1 UB-1250型風篩式種子清選機結構Fig. 1 UB-1250 type air-screen separator

圖2 DELTA-104型風篩式種子清選機結構Fig. 2 DELTA-104 type air-screen separator

圖3 5XQ-5.0型風篩式清選機Fig. 3 5XQ-5.0 type air-screen separator

圖4 5X-12型風篩式清選機Fig. 4 5X-12 type air-screen separator

相比普遍采用的雙篩箱、多風道、多層篩結構，多為大型化設備、生產率高且部分設備超過100 t/h的國外先進機型，我國仍以中小型為主，單篩箱居多，成本低，價格低，同樣生產效率也低，在種子加工生產中實際應用的大型設備多為進口設備。總之，我國風篩式清選機在關鍵部件、設備性能、可靠性等方面還需進一步提高完善[22]。

2.2 比重式清選機

在歐美發達國家，比重式清選機取得較快發展，在設備生產和使用方面均居領先地位，生產能力從1～5 t/h已形成多種系列化，工藝精良、性能穩定、可靠性強、噪音相對較低。除傳統的機械調節外，已開發出液壓調節系統，操作更加靈敏。德國新一代G系列比重清選機，振動頻率可調，臺面更換快速簡便，其采用最先進的空氣動力學，確保均勻的氣壓和氣流分布；運用現代化模擬工具使風機和臺面之間的部分得到優化，產生的層狀氣流，使臺面每個點的壓力和速度保持一致，且采用全新的自平衡設計，改善了工作狀態，能保證作業過程產生極小振動(圖5)。美國比重式清選產品中的三角形或矩形臺面，采用多聯離心風機，噪音高但分選效果明顯；液壓調節裝置，操作靈活，適用于大型設備的操作；其小噸位產品采用混合型臺面，尤其適合于蔬菜等小粒種子的清選，能耗及噪音適中；其中GVX1050比重式清選機(圖6)，應用人性化的設計和液壓、傳感等先進技術，采用PLC控制平臺，可實現風速、工作面傾角、振動頻率及喂料速率等技術參數的快速調整，適應性能力強，清選作業效果好，且設備的操作與維護簡單易行[22]。

圖5 G系列比重清選機Fig. 5 G series gravity separator

圖6 GVX1050比重式清選機Fig. 6 GVX1050 gravity separator

我國上海某機械廠在消化吸收國外先進技術的基礎上，開發出了5XZ-1.0和5XZ-2.5負壓重力式清選機，但由于能耗、噪音較大，振動不易平衡，操作不便，已逐步被淘汰。目前，國內市場上推廣應用的主要設備有酒泉5ZX-3.0型重力篩選機；黑龍江5XZ-5.0 型正壓重力式種子分選機等；河北5XZ-3重力種子清選機；石家莊5XZ-1.0型重力種子精選機；河南某公司與農業農村部南京農業機械化研究所在消化吸收國外先進技術設備的基礎上研發生產的5XZ型比重式精選機(圖7)；石家莊5XZ-5A型清選機(圖8)。其中，5XZ型比重式精選機整機自平衡性能好，采用蜂窩式垂直進氣均分裝置，確保了進氣方向以及工作臺面范圍內空氣的均勻分布；單個風機風量可實現單獨無極調節。5XZ-5A型清選機采用矩形臺面，利用氣流和振動摩擦對物料產生的綜合作用達到分離目的，配套有斗式提升機和回料輸送機，實現二次精選，生產率高，清選作業質量較好[22-23]。

圖7 5XZ型比重式精選機Fig. 7 5XZ type series gravity separator

圖8 5XZ-5A型比重式清選機Fig. 8 5XZ-5A type gravity separator

國外比重式清選機臺面有多種形式、多系列，更換快速簡便，且有些機型采用PLC控制平臺，實現了設備技術參數快速可調，液壓、傳感等先進技術也得到廣泛應用，清選質量好，操作和維護簡單。相比國外，國內近些年在比重式清選機研發方面取得了很大進步，部分產品的性能、作業質量也已接近國外同類產品，成本低，可替代進口產品，但國內的設備結構形式較單一，適應性差，設備調控的自動化、智能化水平低，產品系列化、標準化程度低，還需進一步改進提升[22]。

2.3 窩眼筒式清選機

歐美等發達國家清選設備研發歷史久，投入大且設備性能好。典型代表機型為丹麥HSR12020窩眼筒式清選機(圖9)，其在窩眼滾筒結構形式、結構和運動參數及制作材料等核心部件上技術先進，通過提高滾筒窩眼密度和配置窩眼清理裝置，大幅提升分選能力、作業效率；采用高強度材料，有效減緩零部件磨損，確保設備生產效率。

圖9 HSR12020窩眼筒式清選機Fig. 9 HSR12020 indented cylinder separator

我國的窩眼式清選機起步晚，1957—1959年，沈陽農具廠研制出我國第一臺3.0型復式清選機，但由于多方面原因，均未得到生產推廣。1976—1977年，我國從瑞士引進風篩選+窩眼筒清選機。目前，國內市場上應用的設備有黑龍江5XW-3.0型窩眼種子清選機；黑龍江5XW-3.0型錐形窩眼筒分選機；河南5XW-5型窩眼滾筒式清選機等。其中，5XW-5型窩眼滾筒式清選機(圖10)，采用上、下兩個滾筒并聯，實現滾筒單獨調速；高效除塵裝置確保了設備正常運轉，可有效清除小麥、水稻等種子中的長短雜[13-17]。

圖10 5XW-5型型窩眼筒式清選機Fig. 10 5XW-5 indented cylinder separator

相比國外先進機型，國內在企業加工能力與制造水平、原材料質量、清選加工范圍、新技術開發應用等方面與國外先進水平仍有一定差距。因此，國內企業常采用多滾筒并聯以解決窩眼筒清選機生產效率低的問題，但即使生產率相同，國產設備不但外形尺寸大，而且傳動相對復雜，技術含量低，作業質量難以保證，在加工工藝、材料選用、新技術應用等方面還有待進一步加強。

2.4 復式清選機

國外種子加工已有近百年發展史，典型代表機型為德國種子復式清選機(圖11)，其在自有生產車間制造，采用封閉、螺絲固定的鋼結構設計，使用平衡補償有效地減少了噪音和振動，排料攪龍和喂料器的驅動電機容易接觸，清選作業效果好，特別適用于自由流動的顆粒狀物如谷物、豆類及小粒種子等；設備制造水平高，農機企業對市場需求反應及時，且設備作業質量和安全性能好，適應能力強。

我國的復式清選機起步晚，1957年至1959年，沈陽農具廠研制出我國第一臺3.0型復式清選機，但由于多方面原因，均未得到生產推廣。1976至1977年，我國從原東德引進K-541型復式清選機。借鑒引進的技術，1978年，由中國林產工業設計院等單位聯合測繪的5XF-1.3復式種子清選機完成研制。目前，國內市場上應用的設備有佳木斯5XF-14、5XF-25復式清選機；酒泉5XF-15型復式清選機等。其中，5XF-15型復式清選機(圖12)，根據谷粒比重和外形尺寸特性相結合而設計，通過改變吸風道截面的大小得到不同氣流速度，達到輕重雜余的分離目的；大篩面面積提高了加工效率；清糧、選種和分級等多功能于一體，篩片更換更方便，降低了設備成本，且可根據物料種類靈活選用提升機或攪龍上料器。相比國外，我國產品在制造水平、加工工藝、設備性能、適應性等方面還需要進步提升完善。

圖11 PETKUS種子復式清選機Fig. 11 PETKUS multiple seed separator

圖12 5XF-15型復式清選機Fig. 12 5XF-15 type multiple seed separator

此外，國內一些高校如北京農業工程大學、江蘇理工大學、東北農業大學、浙江農業大學等，也先后對風選、篩選、比重清選、窩眼清選、帶式摩擦清選、介電分選、脈動氣流流化分選、磁力分選、光電分選等開展過相關試驗研究和基礎理論系統分析，對提高機具性能、開發新部件、新機型提供了相關指導意義。近年來，中國農機院、黑龍江農機研究所、農業農村部南京農業機械化研究所等科研院所紛紛與相關企業合作攻關，先后研制成功了風篩清選機、重力清選機、窩眼筒精選機、圓筒篩分級機和小型通用精選機等10多種新機型，逐步得到推廣應用且部分機型有少量出口[24]。綜上，我國種子清選機的研究工作雖取得了很大成績，但與國外產品相比，在生產、技術、產品研發、制造質量、自動檢測與控制技術等方面還存在很大差距[25]。我國市場上的大部分產品性能指標能達到企業明示標準要求，也基本能滿足用戶需求，但依然存在性能低下、清選加工范圍不大、整體制造與裝配質量不高、可靠性差、清選效果差等缺點。因此，只有不斷改善我國種子清選機的技術性能、制造水平、適應性等，不斷提高機型的生產效率和可靠性，才能有效滿足我國實際需求[26-27]。

3 存在問題

3.1 中小型清選機性能不穩，適應性不強、可靠性差

由于我國東部、中部和西部地區經濟發展不平衡，對種子清選機產品和技術需求也不同，加之生產體制和地區生產特點，致使國內市場種子企業規模較小，中小型清選機居多，存在性能不夠穩定，技術水平低，適應性不強、可靠性差、安全性差等問題，市場上應用中的大型設備仍多為進口設備，難以滿足國內實際需求。我國種子加工市場上高效種子清選機的缺失，嚴重制約了我國種子公司市場競爭力和經濟效益的提高。

3.2 原材料質量、加工工藝等技術水平落后，產品整體制造、裝配質量不高

我國種子加工技術起步晚，基于對國外先進設備的借鑒和研究，在種子清選等加工技術與產業方面取得了很大進步，但就我國現有的種子清選機與國外產品相比，在原材料質量、加工工藝、加工成套設備的配套性、新技術開發應用方面都存在一定差距。我國大多企業加工能力低，生產設備落后，工藝水平落后，技術和管理水平落后，在原材料選用和采購上存在嚴重以次充優現象，且由于缺乏系統性研究，沒有專業化研究機構和專業質量檢測機構，以致研制出的不同規格的種子清選機系列產品，整體制造、裝配質量不高，工藝設備落后，振動大，技術水平低。

3.3 缺乏嚴格的質量把關機構與專業技術人員，產品加工質量難以保證

我國從事種子加工技術研制的企業、高校數量多，但規模小而分散，缺乏專業人才，自控技術水平低、設備落后。近年來，部分種業公司根據發展需求，在擴大生產車間的同時建立了多條生產線，但投資成本大，且在零部件加工和整機裝配過程中普遍缺乏嚴格的質量把關機構與專業技術人員，以致于研發的種子清選產品對物料的清選加工范圍不大，加工質量難以保證。其研發的大部分產品僅適用于水稻、小麥、玉米、大豆等清選加工，對花卉、煙草、牧草等種子清選效果不佳，與國外清選效果好、高系列化、高生產率、高自動測控的種子清選機專用產品相比還存在很大差距，需針對作物品種開發相應的專用設備。

3.4 企業缺乏前瞻性眼光，降質壓價，產品多處于低水平重復狀態

國外進口設備技術性能先進、質量優良，但價格昂貴。我國種子清選機的研發起步晚、發展慢，與國外發達國家差距大。國產設備價格雖便宜，但產品性能、制造質量、安全性、可靠性等方面存在諸多問題，加之國內諸多企業缺乏前瞻性眼光，對種子清選機等加工設備未作長遠打算，多仿制國外相關機型，缺乏相關研發數據和技術積累，制造的產品多處于低水平重復狀態，且采取降低質量、壓低價格的方式來搶占市場、搶占客戶給回扣等不良手段，嚴重影響我國種子清選等加工設備的提高和發展。

4 我國種子清選機發展思考

4.1 因地制宜研發國產化新型高效種子清選機

隨著世界生物與生產技術的提高，各種農作物產量亦不斷增加。要發展我國種業，需以科技為先導，以生產體制、地區生產特點以及市場對清選機產品和技術需求為目標。目前，應加強科研力量，將種子清選技術同種業生產緊密結合，充分利用國內現有種子清選機和技術，同時結合我國清選機現狀，提高機具生產率，因地制宜研發性能穩定、適應性強、可靠、安全的新型高效種子清選機，以適于不同地區、不同作物的小、中、大型種子清選技術裝備。

4.2 加快新技術、新材料、新工藝升級換代與應用

近年來，發達國家不斷將高精尖技術應用到農業機械，其農業機械正向大型化、機電一體化、更可靠、更安全的方向發展。要提高我國種子清選等加工設備技術水平，需建立專業研究機構和質量檢測機構，不僅需要注重生產制造上的現有問題，還要在新產品的開發設計上加以改進。針對不同規格種子清選機產品，需不斷改善清選機技術性能，提高生產效率、清選質量，同時進行系統性研究，促進我國清選機品種的升級與換代，逐步縮小與國外差距。提升農產品加工技術水平，加快新材料、新工藝、自動檢測與控制等新技術在我國種子清選機行業的應用，加大關鍵部件及專用設備的研發力度，以提高設備可靠性、安全性和適應性等。

4.3 提升企業加工能力，加快培養專業技術研究人員，發展和壯大一批種子清選機龍頭企業

我國原有種子清選等加工企業主要由一些小型農業機械廠、糧油加工設備廠和個體戶等組成，其設備陳舊、加工能力低下、工藝水平落后。雖有一些大型種業公司通過擴大生產來提高生產率，但難以保證加工質量，生產的種子清選機難以參與國際競爭。因此，我國種子加工企業需建立現代企業管理制度，加強加工工藝質量把關，提升企業加工能力，提高產品技術水平，拓寬清選加工范圍；加大種子清選設備標準化、系列化研究力度，同時加快培養專業技術研究人員，發展和壯大一批市場競爭力強的種子清選加工龍頭企業。

4.4 加大政府支持力度，快速提高種子產業化水平

我國是一個農業大國，對種子生產加工等方面人力、物力投入不足，在種子清選技術與裝備方面的研究相對薄弱。進入21世紀，我國種子清選機與國外產品技術性能相比仍存在一定差距。因此，為改變我國種業生產與清選加工滯后現狀，政府相關部門需加大政策扶持力度，加強產學研結合，實現優勢互補，培養高素質種子清選加工技術研究、生產和開發的新型人才隊伍，對種子清選機作業過程中的共性關鍵技術等開展相關研究，以提高種子清選機的技術性能，為已有設備的改進設計和新產品的研究開發提供依據，以加快實現我國種業的優質、高產、高效、安全生產，帶動種子產業化水平的全面提高。