小型菘藍(lán)種子脫皮清選機(jī)的研制

楊豫新，陳 勇，高江龍，郭建富

（1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，新疆 烏魯木齊 830091；2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院瑪納斯農(nóng)業(yè)試驗(yàn)站）

0 引言

菘藍(lán)屬于十字花科菘藍(lán)屬二年生草本植物，其干燥根和干燥葉能夠入藥，干燥根俗稱板藍(lán)根，干燥葉為大青葉，主要化學(xué)成分具有抗菌、抗病毒、抗內(nèi)毒素、抗腫瘤、抗炎、免疫增強(qiáng)等藥理作用，是傳統(tǒng)草本藥物制品和保健品的基礎(chǔ)藥物[1]。菘藍(lán)效益遠(yuǎn)高于大宗作物，加之產(chǎn)量高、需求量大，凈利潤(rùn)可達(dá)2.2萬元/hm2以上。在病毒廣泛傳播的環(huán)境下，具備良好的保健和預(yù)防作用，因此其種植面積、產(chǎn)量及消費(fèi)量在逐年增長(zhǎng)[2-3]。隨著板藍(lán)根種植產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展，種子的收獲和加工難題日益凸顯[4]。

脫粒部件的結(jié)構(gòu)與不同作物物料特性密接相關(guān)，現(xiàn)階段多使用揉搓、擠壓和破碎為主的傳統(tǒng)脫皮形式[5-6]。張日紅等[7]基于單體銀杏脫殼過程運(yùn)動(dòng)規(guī)律及受力特點(diǎn)設(shè)計(jì)了水平碾搓式銀杏脫殼機(jī)。李心平[8]等基于脫粒玉米籽粒過程設(shè)計(jì)了玉米種子仿生脫粒機(jī)，有效提高了脫凈率、降低了破碎率。王升升等[9]設(shè)計(jì)了彈性短紋桿-板齒組合式大白菜種子脫粒裝置，研究了喂入量、脫粒間隙和滾筒轉(zhuǎn)速對(duì)脫粒損失的影響，實(shí)現(xiàn)了白菜種子的低損失的機(jī)械化作業(yè)。

菘藍(lán)批量化種植作為新興的區(qū)域性特色農(nóng)產(chǎn)品，在播種、采收作為規(guī)?；a(chǎn)的必要條件尚缺乏相關(guān)設(shè)備?，F(xiàn)有播種機(jī)以播種圓粒或橢圓粒種子為主，應(yīng)用于菘藍(lán)種植時(shí)需輔以人工補(bǔ)種，使得勞務(wù)費(fèi)高、投資大和苗期長(zhǎng)勢(shì)不均勻，對(duì)菘藍(lán)田間管理和采收產(chǎn)生影響。因此通過脫皮獲得丸粒菘藍(lán)種子是實(shí)現(xiàn)機(jī)械化種植的關(guān)鍵，本文在前期菘藍(lán)的引種試種的基礎(chǔ)上研制一種菘藍(lán)種子脫皮清選機(jī)，通過對(duì)菘藍(lán)種子進(jìn)行脫皮處理，使菘藍(lán)胚種外包的翅膜破碎分離成為便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化種植的單粒，加快出苗時(shí)間，為提升出苗效率、防止空殼播種、降低生產(chǎn)成本提供基礎(chǔ)。

1 菘藍(lán)種子的外形特征

菘藍(lán)種子較小，脫皮前整體為短角果長(zhǎng)圓形，扁平翅狀，基部狹窄，表面黑紫色，外形呈現(xiàn)為不規(guī)則扁平長(zhǎng)片（圖1），總體長(zhǎng)度約15 mm、寬度約3 mm、厚度約1.5 mm，種皮（膜翅）貼近于種子處較邊緣薄翅處較厚，不利于機(jī)械化播種；脫皮后總體呈現(xiàn)為橢球狀，胚種（種子）結(jié)構(gòu)與小茴香和孜然等調(diào)味品籽粒結(jié)構(gòu)相似，長(zhǎng)度2～3 mm，粒徑不足1.5 mm。正常采收下菘藍(lán)種子均帶有膜翅型種皮，種皮與種子粘連，帶種皮的種子自然堆積狀態(tài)下空隙大、易返潮，貯存和轉(zhuǎn)運(yùn)不便，在為適應(yīng)實(shí)際生產(chǎn)需將種皮剝離，得到球度相對(duì)較高的籽粒便于后續(xù)播種。

圖1 菘藍(lán)種子

2 整機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理

2.1 整機(jī)結(jié)構(gòu)

菘藍(lán)種子脫皮清選機(jī)結(jié)構(gòu)如圖2，主要由上罩殼（含料斗）、篩分裝置、破皮刀輥、風(fēng)機(jī)、凹板篩、電機(jī)和機(jī)架等組成。其中破皮刀輥由多組鋸齒盤和甩刀構(gòu)成，由上罩殼和凹板篩扣合形成粉碎室。風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的風(fēng)引流至凹板篩和篩分裝置之間，振動(dòng)篩自電機(jī)分配動(dòng)力驅(qū)動(dòng)對(duì)自凹板篩落下的物料進(jìn)行篩分的同時(shí)風(fēng)選。

圖2 菘藍(lán)種子脫皮清選機(jī)

2.2 工作原理

菘藍(lán)種子自上罩殼側(cè)邊的料斗喂入，軸向流入粉碎室，破皮刀輥中的鋸齒盤和刀片作用于未脫皮的種子，二者在脫皮過程中對(duì)菘藍(lán)向破碎外種皮的方向施加一個(gè)力，從而便于將菘藍(lán)向錘片甩刀上甩動(dòng)，避免菘藍(lán)種子在破碎外殼體內(nèi)空轉(zhuǎn)，在凹板篩內(nèi)側(cè)鋼條的支撐下多點(diǎn)切割，斬碎種子外部種皮（膜翅），種皮逐步破碎為與種子大小相近或體積更小的粉狀顆粒，種子和破碎的種皮自凹板篩孔部逐漸排出粉碎室，破皮和種子掉落至篩分機(jī)構(gòu)，篩分裝置傾斜拋送種子和種皮的混合物，混合物內(nèi)質(zhì)量較輕的種皮被側(cè)向風(fēng)吹出機(jī)外，菘藍(lán)種子逐步翻轉(zhuǎn)沿著傾斜的篩板面回流，流動(dòng)至篩板一側(cè)引流口后排出并裝袋，完成脫皮作業(yè)。

2.3 結(jié)構(gòu)參數(shù)

上罩殼和凹板篩弧形內(nèi)壁布置鋼條，破皮刀輥貫穿內(nèi)腔的破皮刀輥構(gòu)成粉碎室。上罩殼側(cè)置料斗，便于承接菘藍(lán)種子。刀輥入料口處布置曲形葉片撥轉(zhuǎn)料斗內(nèi)物料進(jìn)入粉碎室，刀輥內(nèi)側(cè)直至另一端部采用5組鋸齒盤分隔，避免喂料過多產(chǎn)生阻塞，相鄰鋸齒盤間對(duì)稱循環(huán)布置兩組甩刀，單組甩刀周向夾角120°。凹板篩內(nèi)弧面均布鋼條15根，凹板篩鋼條間隔區(qū)開設(shè)篩孔，上罩殼內(nèi)內(nèi)弧面均布鋼條5根。篩分機(jī)構(gòu)為四桿機(jī)構(gòu)構(gòu)成，電機(jī)動(dòng)力分流后驅(qū)動(dòng)篩分曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)，其中篩板承接種、皮混合物，拋送的同時(shí)進(jìn)行風(fēng)選。

菘藍(lán)種子結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低，破皮功耗小[10-11]，整機(jī)采用電機(jī)提供動(dòng)力，風(fēng)機(jī)自帶電機(jī)和主要破皮部件非同源驅(qū)動(dòng)。以脫皮后脫皮后種子長(zhǎng)度設(shè)計(jì)篩孔直徑，整機(jī)參數(shù)如下：

3 試驗(yàn)

為驗(yàn)證菘藍(lán)種子脫皮清選機(jī)效果，于新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院瑪納斯試驗(yàn)站制作物理樣機(jī)并進(jìn)行種子脫皮機(jī)性能測(cè)試（圖3）。

圖3 試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)

經(jīng)測(cè)試，機(jī)構(gòu)運(yùn)行無卡頓，籽粒破損量小于2%。逐步調(diào)整進(jìn)風(fēng)口開度測(cè)試可知，當(dāng)風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口開度75%時(shí)，清選效果較優(yōu)。脫皮后雜余中無飽滿種粒，種子表面無種皮粘連。

收集排料口脫皮后的物料，統(tǒng)計(jì)出料口胚種質(zhì)量，收集物料取樣經(jīng)人工分選、處理后，記錄雜余中及胚種籽粒中雜質(zhì)質(zhì)量，計(jì)算脫皮后胚種凈度與生產(chǎn)效率[11]，進(jìn)行胚種發(fā)芽率檢測(cè)，并與同批次不脫皮的菘藍(lán)種子和人工脫皮處理的種子進(jìn)行測(cè)試項(xiàng)對(duì)比，結(jié)果見表1。

表1 測(cè)試結(jié)果

據(jù)課題組前期試驗(yàn)可知，不脫皮種子發(fā)芽率僅為85%，不利于機(jī)械化種植，生產(chǎn)效率低，易造成空穴現(xiàn)象。根據(jù)脫皮試驗(yàn)和芽率測(cè)試結(jié)果可知，人工揉搓種子脫皮速度慢，種子純度低。用菘藍(lán)種子脫皮機(jī)脫皮的種子，較人工揉搓脫粒的純度提高，生產(chǎn)效率提高28.75倍，發(fā)芽率低1%。

4 結(jié)論及展望

本方案菘藍(lán)種子脫皮分選機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，操作簡(jiǎn)便，通過對(duì)菘藍(lán)種子進(jìn)行脫皮分選處理，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化種植，種子大小均勻，解決了原有機(jī)器播種還需人工補(bǔ)種、播種困難的難題，便于精量播種，解決間苗環(huán)節(jié)費(fèi)工、費(fèi)時(shí)的難題；有效加快出苗時(shí)間，提升出苗效率，去皮后種子含雜率小于2%、發(fā)芽率可達(dá)74%，大大的減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，有效防止空殼播種，提高了出種率，可為菘藍(lán)大面積種植和繁育提供基礎(chǔ)。

人工脫皮靈活度高、損失小，相比機(jī)械脫工作效率過低，因此使用機(jī)械化脫皮有突出性優(yōu)勢(shì)。在脫皮機(jī)使用方面，因菘藍(lán)種子種皮薄，脫皮部件主要為剛性零件、破皮輥轉(zhuǎn)速快，種皮破碎程度高易分離，但要提高種子的發(fā)芽率，必須合理調(diào)配轉(zhuǎn)速或使用柔性零件以降低胚芽損傷。另外，籽粒較小、質(zhì)量輕，篩板拋送頻率、風(fēng)機(jī)開度或轉(zhuǎn)速需調(diào)控以獲得更優(yōu)作業(yè)效果。