花生種子帶式清選設備關鍵作業參數優化

王建楠，劉敏基，胡志超，謝煥雄，彭寶良，顏建春，陳有慶

?

花生種子帶式清選設備關鍵作業參數優化

王建楠，劉敏基，胡志超，謝煥雄※，彭寶良，顏建春，陳有慶

（農業部南京農業機械化研究所，南京 210014）

針對帶式清選設備清選花生種子合格率低、帶出率高，關鍵作業參數研究空白的現狀，該文結合花生種子物理特性，研究了整粒花生在帶式清選設備帆布帶的滾動摩擦角及半粒花生在帆布帶的靜摩擦角，并運用中心組合試驗設計理論開展關鍵作業參數優化，重點分析了帶式清選設備的縱向傾角、橫向傾角、帆布帶轉速對清選合格率、帶出率的影響規律，并以合格率、帶出率為響應指標進行優化。首先對主產區山東的典型品種花育33物理特性進行研究，并探明了以帶式清選設備帆布帶為摩擦面的整粒花生滾動摩擦角、半粒花生靜摩擦角，然后采用二次正交旋轉組合試驗方法設計試驗并用Design-Expert進行數據處理，建立合格率、帶出率的回歸數學模型并進行方差分析，分析得出影響花生種子帶式清選合格率與帶出率的主次因素均依次為：帆布帶帶速＞縱向傾角＞橫向傾角。通過響應曲面方法分析各因素交互作用對合格率、帶出率的影響，并根據優化目標的重要程度（合格率較帶出率更重要）對回歸模型進行多目標優化，得出花生種子帶式清選設備關鍵作業參數的最優組合為：縱向傾角23.22°，橫向傾角25.21°，帆布帶帶速0.70 m/s，在該條件下合格率、帶出率分別為97.20%、2.73%。將優化參數在花生種子清選加工生產線上進行驗證及批量化流水加工作業，流水加工作業合格率達95.8%、帶出率3.9%，作業質量大幅提升，達到行業標準優等品設備作業性能。該研究可為提升花生種子帶式清選設備作業質量提供參考。

農業機械；優化；農作物；花生種子；作業參數；物料特性；關鍵部件；響應曲面法

0 引 言

花生是中國最具國際競爭力的優質優勢油料作物和優質的蛋白資源[1-3]，常年種植面積約467萬hm2，產量約1 700萬t，種植面積和產量分別居世界第二位和第一位，其中產量約占全球40%[4-7]，已成為中國產量最大的油料作物[8-9]。在中美貿易戰的背景下，保障油料供給安全、減少中國油料作物的對外依存度，花生產業的重要性將更加不可替代。

花生種子清選加工是花生產業持續健康發展的重要保障[10]，是提高種子質量、實現種子商品化的關鍵[11-14]。但花生種子與水稻、小麥、大豆等種子相比，物理性狀差異懸殊[15-18]，加工工序差別較大，通常在含水率9%左右帶殼貯藏[19-20]，在播種前1個月左右進行脫殼、半粒種子清選、包衣等加工作業。花生種子在較低含水率條件下脫殼極易產生破碎和損傷，破碎種子多以半粒為主，其比例因脫殼設備作業質量不同差異較大[21-22]，最高可達30%，破碎的花生種仁發芽率低且易受田間病害侵擾不能作為種用。因此，脫殼后半粒種子清選是花生種子加工的重要環節，也是提高種子質量、保證發芽率的關鍵。國內對花生加工技術裝備研究集中在油用、食用等花生方面，針對花生種子專用加工技術裝備研究較少，在花生半粒種子清選技術裝備及工藝參數研究方面完全空白，花生種子清選作業仍主要依靠人工，生產中見少部分用戶采用食用花生分級用的平面振動篩進行花生半粒種子清選作業，但由于花生種子尺寸差異懸殊，采用單層篩清選時合格率低，約40%~60%（因品種及原始物料情況而異）；采用多層篩對花生種子進行清選時，由于食用花生清選設備振動篩振幅較大、振頻較高，在此參數下通過多層篩對花生半粒種子選別極易造成紅衣損傷、胚根破損，致使發芽率降低。大豆等形狀規則的豆類顆粒類物料中半粒籽仁清選通常采用帶式清選設備，清選作業質量高，但現有帶式清選設備工藝參數、技術參數也均針對該類物料設計，花生種子與大豆等豆類種子物理特性差異明顯，利用該類設備清選花生種子時合格率較低（約60%～70%）、帶出率較高（約20%～25%），難以滿足實際生產要求。韓紅兵等[23-24]開展了針對大豆、紅小豆、綠豆半粒籽仁清選機的設計與試驗，試驗參數難以為花生種子清選提供參考，致使花生種子帶式清選關鍵參數仍處于空白，已成為制約花生種業快速健康發展的主要技術瓶頸問題之一。

針對上述問題，本文利用現有帶式清選設備，采用二次正交旋轉組合設計試驗及響應曲面分析法，開展花生種子帶式清選試驗研究及參數優化，探明花生種子帶式清選作業最佳參數，以期為提升花生種子帶式清選設備作業質量提供參考。

1 帶式清選設備工作原理與參數分析

1.1 工作原理

試驗采用的帶式清選設備為開封市海德機械有限公司生產的5DX-4型大豆帶式清選設備，相關結構及工作參數見表1。該設備由電機、機架、帆布帶、傳動系統等組成，總體結構如圖1所示。花生帶式清選工作過程為：物料由提升機進入料斗8，經分料裝置9勻料后經過進料口7滑落至帆布帶4上，帆布帶被傳動軸3及從動軸6張緊，并由傳動軸3驅動。帆布帶4表面粗糙且與水平投影向及（詳見俯視圖）向均呈一定角度，整粒花生和半粒花生與帆布帶摩擦特性差異懸殊，使得其在帆布帶上運動狀態差異顯著。整粒花生呈橢球形，在帆布帶上滾動至最低處的成品出料口15以成品方式收集，半粒花生在帆布帶上與帆布帶保持相對靜止并隨帆布帶被運送至帆布帶末端最高處的廢料主出料口12以廢料方式收集，實現整粒、半粒花生的分離。少許整粒、半粒混合料經過出料口13、14收集并可進行二次清選。

表1 5DX-4型帶式清選設備結構參數及工作參數

1.2 作業質量影響參數分析

花生種子清選合格率、帶出率是花生種子清選設備作業質量的主要衡量指標。由上述工作原理可知，帶式清選設備實現整粒、半粒花生的分離，帆布帶的縱向傾角、橫向傾角及帆布帶帶速必須在滿足正常生產率的同時，合理設置縱向傾角（帆布帶與方向夾角）、橫向傾角（帆布帶與方向夾角）以使得清選合格率最大、帶出率最小，因此須通過試驗研究與優化，探明三者最優參數組合以實現花生種子高質量帶式清選作業。為此，將花生種子簡化為質點并對其進行受力分析，以確定帶式清選設備正常工作時其縱向傾角、橫向傾角所須滿足的條件，質點受力簡圖如圖2所示。

1. 機架 2. 軸承座 3. 傳動軸 4. 帆布帶 5. 防護罩 6. 從動軸 7. 進料口 8. 料斗 9. 分料裝置 10. 傳動鏈輪 11. 傳動帶輪 12. 廢料主出料口 13. 整粒半粒混合料口1 14. 整粒半粒混合料口2 15.成品主出料口 16. 支承地腳 17. 電機 18. 減速器 19. 主動帶輪

1. 傳動軸 2. 角度基準線 3. 帆布帶 4. 花生種子質心

1. Transmission shaft 2.Base line of the angle 3. Canvas 4. Mass center of peanut seed

注：為重力，N；為支持力，N；2為下滑力，N；為摩擦力，N；1為正壓力，N；為帆布帶傾角，（°）；為帶速，m.s-1。

Note:is gravity, N;is supporting force, N;2is sliding pressure, N;is friction, N;1is downslide force, N;is velocity of canvas belt, m.s-1.

圖2 清選過程中花生種子受力簡圖

Fig.2 Force diagram of peanut seeds during separation

由清選工作原理分析可知，正常作業時整粒花生在帆布帶上須呈滾動狀態，也即與帆布帶發生滾動摩擦，因此整粒花生受力須滿足

式中1為整粒花生的滾動摩擦角，（°）；1為整粒花生滾動摩擦系數；1為整粒花生的質量，kg；為重力加速度，9.8 N/s2

半粒花生與帆布帶保持相對靜止，也即與帆布帶發生靜摩擦，因此半粒花生受力須滿足：

式中max為最大靜摩擦力，N；2為半粒花生的靜摩擦角，（°）；2為半粒花生的靜摩擦系數，2為半粒花生的質量，kg。

由清選工作原理分析可知清選作業正常進行時，須使整粒花生在帆布帶上呈滾動狀態、半粒花生與帆布帶保持相對靜止狀態，故帶式清選設備帆布帶縱向傾角、橫向傾角須滿足

因此，試驗前須探明花生種子的物理特性以及其在帶式清選帆布帶上的滾動摩擦角與靜摩擦角。

2 材料與方法

2.1 試驗儀器與設備

為探明帶式清選設備清選花生種子的最佳作業參數組合，本研究通過調節試驗用帶式清選設備4個支承地腳的高度來調節帶式清選設備縱向傾角、橫向傾角，通過變頻器調節帆布帶帶速。

試驗所需儀器設備：電子秤（測量精度0.1 kg），自制斜面儀、直尺（精度1 mm）、量角器（精度0.1°）、DELIXI DE1-5激光水平儀、ABB ACS550-01-06A9-4變頻器、千斤頂、常用調節工具（扳手、鉗子）若干。

2.2 試驗材料及基本參數測定

供試花生種子品種為花育33，隨機取經機械脫殼后的花生種子，根據中華人民共和國機械行業標準（JB/T 5688.2-2007）花生剝殼機試驗方法[25]測得原始物料破碎率27.6%。隨機取200粒完好整粒花生種子作為研究對象，其基本物理特性測量結果如下：花生種子形狀為橢圓形，種皮光滑且表面蠟質勻而厚；根據中華人民共和國國家標準糧食、油料檢驗水分測定法（GB5497-85）測得含水率在9.3%；花生的長度、寬度及厚度尺寸分布主要集中在16.23～19.17 mm、8.07～10.37 mm、7.17～8.36 mm，千粒質量為812.10 g，流動性較好。

利用斜面儀測定該品種花生籽粒的滾動摩擦角1及靜摩擦角2，測試時，將帆布帶張緊并固定在測試板上，單個整粒花生放在斜面上，緩慢搖動手柄使斜板傾角逐漸增大，當整粒花生開始向下滾動時，用量角儀測量該傾角即為滾動摩擦角1。按同樣方法將半粒花生破碎胚與帆布帶接觸，當半粒花生開始在帆布帶上向下滑動時，測量靜摩擦角2。以上測量重復200次取均值，測得整粒花生滾動摩擦角1為14.3°，半粒花生的靜摩擦角為35.7°，并以此作為帶式清選設備花生清選縱向傾角、橫向傾角調整依據，保證帶式設備清選花生種子時整粒花生能順利滾動而半粒花生與帆布帶相對靜止，實現清選作業。

同時，根據農業機械設計手冊查得帶式清選機的帶速通常在在0.35～1.0 m/s[26]，試驗帶速在該范圍內進行調整。

1. 支架 2. 提升繩 3. 緊固螺釘 4. 測試板 5. 安裝架 6. 鉸接銷釘 7. 底座 8. 手柄 9. 搖臂 10. 轉軸

2.3 試驗響應參數

本試驗以花生種子清選合格率和帶出率為主要響應參數，以縱向傾角、橫向傾角、帆布帶帶速為主要影響因素，開展花生種子帶式清選設備清選試驗及相關參數優化。目前尚無帶式清選設備的試驗及作業標準，由其工作原理分析可知帶式清選設備實現了半粒及整粒花生分離，故其作業質量判定可以綜合參考中華人民共和國行業標準種子分級機試驗鑒定方法（NY/T366-1999）及色選機帶出率的判定方法計算清選合格率、帶出率，具體如下

式中為清選合格率；%；為帶出率；%；G為成品出料口測定樣品中整粒花生質量，g；G為廢料出口測定樣品中整粒花生質量，g；G為成品出料口測定樣品總質量，g；G為廢料出料口測定樣品總質量，g。

2.4 試驗設計

為確定參數最佳組合，根據單因素試驗結果，采用正交旋轉組合設計試驗方法，開展三因素三水平試驗，共計17組[27-31]，試驗因素及編碼水平如表2所示。

表2 因素水平編碼表

在Design-Expert中，按照中心組合響應曲面設計（central composite design，CCD）試驗方案，試驗結果見表3。對表3結果進行分析并分別建立合格率、帶出率與各因素之間關系的數學模型，同時采用響應面分析法，考察2因素間交互作用效應。

3 結果與分析

試驗方案與結果如表3所示，根據試驗結果對響應參數進行分析并建立數學模型。

表3 試驗設計方案及結果

3.1 合格率

1）合格率的回歸結果分析

根據表3試驗結果得到合格率的編碼值簡化回歸數學模型為

采用逐步回歸法對表3結果進行合格率方差分析，結果見表4。

由表4方差分析可知，模型的值極顯著（<0.000 1）、失擬項不顯著、模型的決定系數R=0.989 6，說明該模型能夠反應出98.96%的響應值變化，回歸數學模型與實際結果擬合精度高，可用此模型對合格率進行分析和預測。

回歸方程中，系數絕對值大小決定該因素對合格率的影響大小，因此可知各因素對合格率的影響大小次序依次為帆布帶帶速（）縱向傾角（）橫向傾角（）這與方差分析的結果一致。

2）合格率與各參數響應曲面分析

根據表3試驗數據，各因素對合格率響應曲面如圖4所示，根據圖中等高線可判定二者交互效應的強弱[32-35]，交互強弱的順序依次為：縱向傾角與帆布帶帶速（）、橫向傾角與帆布帶帶速（）、縱向傾角與橫向傾角（），且縱向傾角與橫向傾角交互作用不顯著（>0.05），這與表4方差分析結果一致。根據交互作用的顯著性分析，由于縱向傾角與橫向傾角交互作用不顯著，故只對縱向傾角與帆布帶帶速（）、橫向傾角與帆布帶帶速（）交互作用進行分析。

表4 合格率方差分析

注：*（<0.05）為顯著，**（<0.01）為極顯著，下同。

Note: *（<0.05）means significant, **（<0.01）means highly significant, the same below.

由圖4a可知縱向傾角和帆布帶帶速交互作用對合格率影響顯著。當橫向傾角處于0水平時，合格率隨帆布帶帶速增大先增至最大后逐漸減小，這是因為帆布帶帶速較低時花生種子難以隨帆布帶及時輸送，致使物料在帆布帶堆積，從而堆積的整粒花生滾動過程中易夾帶半粒花生致使清選合格率降低；當帆布帶帶速過高時，致使整粒花生尚未有足夠時間滾落至出料口即隨帆布帶運送至出料口，從而清選合格率降低。合格率隨縱向傾角增大先逐漸增至最大后又逐漸變小，這是因為縱向傾角逐漸增大時有利于整粒花生滾落至成品出料口，但縱向傾角進一步增大時致使整粒花生滾動速度加快，在帆布帶上較快速度的整粒花生易對半粒花生產生沖擊，致使半粒花生在這種沖擊下易產生運動至成品出口，致使合格率下降。由圖4a可看出帆布帶帶速在0.5～0.7 m/s、縱向傾角在25°附近，合格率取得極大值95.28%。

由圖4b可知橫向傾角和帆布帶帶速交互作用對合格率影響顯著。且橫向傾角對合格率的影響趨勢與縱向傾角對其的影響趨勢相當，也即合格率在隨橫向傾角增大的過程中先增大到極值后又逐漸減小，這是因為橫向傾角的增大有利于整粒花生向成品出料口滾動，但過大時易使部分半粒花生在運動的整粒花生的作用下滑動至成品出口，致使合格率降低。由圖4b可看出帆布帶帶速在0.68 m/s附近、橫向傾角在25°附近，合格率取得極大值97.85%。

注：響應面試驗因素、水平見表2，響應值見表3，下同。

3.2 帶出率

1）帶出率的回歸結果分析

同理，根據表3結果進行三元二次回歸分析及方差分析可得帶出率的編碼值簡化回歸數學模型為：

方差分析結果見表5，分析結果可知，模型的值極顯著、失擬項不顯著、模型的修正系數2=0.997 3，說明該模型能夠反應出99.73%的響應值變化，回歸數學模型與實際結果擬合精度高，可用此模型對帶出率進行分析和預測。

回歸方程中，系數絕對值大小決定該因素對帶出率的影響大小，因此可知各因素對帶出率的影響大小次序依次為：。且由顯著性檢驗可知，帆布帶帶速（）、縱向傾角（）對帶出率的影響顯著，橫向傾角（）對帶出率影響不顯著。

表5 帶出率數學模型方差分析

2）帶出率與各參數響應面分析

根據表3試驗數據，各因素對帶出率響應曲面如圖5所示。據響應曲面圖可判斷縱向傾角、橫向傾角、帆布帶帶速任意二者交互作用對帶出率影響均較明顯，且交互作用強到弱的順序為：縱向傾角與帆布帶帶速（）、縱向傾角與橫向傾角（）、橫向傾角與帆布帶帶速（），這與表5方差分析結果一致。

由圖5a可知縱向傾角和帆布帶帶速交互作用對帶出率影響顯著。當橫向傾角處于0水平時，帶出率隨縱向傾角、橫向傾角的變化均產生較大的波動，且當縱向傾角處于高水平時，帆布帶帶速的變化對帶出率的影響非常顯著，這主要是因為較快的帆布帶帶速致使整粒花生隨帆布帶較快運送至廢料出口，致使帶出率增加。由圖5a亦可看出當縱向傾角最大，帆布帶帶速最低時，帶出率取得最小值0.42%。

由圖5b可知縱向傾角與橫向傾角交互作用對帶出率影響顯著。在縱向傾角最小、橫向傾角最大時帶出率達到最大值，在縱向傾角、橫向傾角均最大時帶出率達到最小值，這主要是因為縱向傾角較小時，整粒花生滾動速度較慢，在尚未滾動到成品出口即被帆布帶運送至廢料出口，致使帶出率較高；而當縱向傾角、橫向傾角均最大時，此時整粒花生在縱向、橫向均較易產生快速滾動至成品出口，從而產生較低的帶出率。在帆布帶帶速處于0水平時，縱向傾角在較低水平時，帶出率隨橫向傾角增大逐漸增大，而在縱向傾角在高水平時，帶出率隨橫向傾角增大逐漸減小，由圖亦可較直觀的看出縱向傾角對帶出率的影響規律與橫向傾角相同。

由圖5c可知橫向傾角和帆布帶帶速交互作用對帶出率影響顯著，且顯見帆布帶帶速對帶出率的影響較橫向傾角顯著。當縱向傾角處于0水平時，無論橫向傾角處于低水平還是高水平，帶出率均隨帆布帶帶速增加呈逐漸增大的趨勢，這主要是因為帆布帶帶速決定整粒花生在帆布帶橫向及縱向的運動時間，帶速過快時整粒花生在帆布帶上滾動路程較短，難以滾落至成品出口，從而被帆布帶運送至廢料出口，致使帶出率較高。由圖5c亦可看出，不管帆布帶帶速在低水平還是高水平，帶出率隨橫向傾角變化時波動較小。由圖5c可知在帆布帶帶速0.6～0.7 m/s之間、橫向傾角在25°附近帶出率出現極小值2.9%。

圖5 各因素交互作用對帶出率的響應曲面

4 參數優化

綜合上述分析，為使花生種子帶式清選設備作業質量達到最佳，需使清選合格率達到最大，同時帶出率達到最低。根據帶式清選設備清選花生種子的作業現狀，期望通過優化最大幅度提升設備清選合格率，為此建立合格率、帶出率雙目標函數的數學模型，并將優化求解方程中的合格率的重要性設置為最大（5個“+”），帶出率次之（4個“+”），在以上情況下進行求解。目標函數及邊界條件如下

求解可得合格率H最大、帶出率D最小時最優解為：a=23.22°，b=25.21°，v=0.70 m/s。此時，合格率H為97.20%，帶出率為2.73%。2018年3月5日在農業部南京農業機械化研究所農業農村部南方種子加工工程技術中心實驗室以花育33為試驗物料進行驗證試驗，驗證試驗為4層清選帆布帶，有效作業面積8.32 m2。根據優化結果及試驗的可操作性，對生產設備4個支承地腳的高度分別進行調整，采用量角器并輔以DELIXI DE1-5激光水平儀確定水平基準，將帶式清選設備縱向傾角a、橫向傾角b分別調整至23.22°、25.21°，通過變頻器將頻率設置在46 Hz使帶速在0.70 m/s下運行，在此條件下進行試驗驗證。試驗時，在設備帶料運行15 min進入穩態后進行取樣，驗證試驗重復3次，計算取樣結果并取平均值，試驗現場見圖6。驗證試驗表明該最優參數條件下清選設備合格率為95.90%、帶出率為3.37%，與理論最優解差異較小，進一步說明優化結果具有較高可信度，本研究模型可靠。根據中華人民共和國行業標準種子分級機試驗鑒定方法（NY/T366-1999）判定作業質量達到優等品設備性能。

為進一步檢驗上述優化試驗結果的實際應用效果，根據驗證試驗中設備參數調節方法將設備參數設置為：=23.22°，=25.21°，=0.70 m/s，并將花生種子帶式清選設備在山東臥龍種業公司花生種子加工生產線與花生種子脫殼機配套進行花育33的種子加工作業，累計加工量不低于10 t，待設備作業連續穩定時按照試驗標準隨機取樣進行合格率及帶出率檢驗，生產線作業現場見圖7。檢驗結果表明，清選合格率由優化前70.5%提升至為95.8%（增幅17.8%），帶出率由20.5%降至3.9%（降幅82.4%），作業質量較優化前大幅改善，且與采用同樣層數及同樣帆布帶面積的食用花生清選設備對花生種子清選時作業質量較好，詳見表6。試驗表明優化參數可較好應用于生產實際，生產線作業現場見圖7。

表6 作業參數對比

圖7 生產線作業現場

5 結 論

1）研究了花育33與清選作業質量相關的物理特性，并探明了該品種帶式清選時整粒花生的滾動摩擦角及半粒花生的靜摩擦角。其形狀為橢圓形，含水率在9.3%，花生的長度、寬度及厚度尺寸分布主要集中在16.23～19.17、8.07～10.37、7.17～8.36 mm，千粒質量為812.10 g，流動性較好。整粒花生滾動摩擦角為14.3°，半粒花生的靜摩擦角為35.7°。

2）根據中心組合響應曲面試驗設計方案進行試驗，采用響應曲面分析法對試驗結果進行了分析，采用多目標優化分析對各參數進行了優化，通過優化得到合格率最大、帶出率最小的最優解為縱向傾角為23.22°，橫向傾角為25.21°，帆布帶帶速為0.70 m/s。在此最優解條件下合格率為97.20%、帶出率為2.73%，作業質量達到優等品設備的性能。

3）驗證試驗結果與優化結果基本一致，將優化后參數應用于山東臥龍種業花生種子脫殼生產線上進行生產實證，清選合格率達到95.8%（增幅17.8%），帶出率降至3.9%（降幅82.4%），作業質量較改進前大幅改善，進一步表明優化參數可滿足花生種子清選作業實際生產要求。

[1] 胡志超，王海鷗，胡良龍. 我國花生生產機械化技術[J]. 農機化研究，2010，32(4)：240－243. Hu Zhichao, Wang Haiou, Hu Lianglong. Technologies of peanut production mechanization in China[J]. Journal of Agricultural Mechanization Research, 2010, 32(4): 240－243. (in Chinese with English abstract)

[2] 胡志超，陳有慶，王海鷗，等. 我國花生田間機械化生產技術路線[J]. 中國農機化學報，2011(4)：32－37. Hu Zhichao, Chen Youqing, Wang Haiou, et al. Mechanization technical route for peanut production of China[J]. Chinese Agricultural Mechanization, 2011(4): 32－37. (in Chinese with English abstract)

[3] 謝煥雄，王建楠，胡志超，等. 我國種用花生機械化脫殼技術路線[J]. 花生學報，2012，41(2)：32－36. Xie Huanxiong, Wang Jiannan, Hu Zhichao, et al. Sheme of peanut seeds shelling in China[J]. Journal of Peanut Science, 2012, 41(2): 32－36. (in Chinese with English abstract)

[4] 王建楠，謝煥雄，胡志超，等. 復式花生脫殼機振動分選裝置試驗及參數優化[J]. 江蘇農業科學，2015，43(2)：365－370.

[5] 邱玲. 中國食用植物油貿易競爭力研究[D].哈爾濱：東北農業大學，2017. Qiu Ling. Study on the Trade Competitiveness of Chinese Edible Vegetable Oil[D]. Harbin: Northeast Agricultural University, 2017. (in Chinese with English abstract)

[6] 胡志超. 半喂入花生聯合收獲機關鍵技術研究[D]. 南京：南京農業大學，2011. Hu Zhichao. Study on Key Technologies of Half-feed Peanut Combine Harvester[D]. Nanjing: Nanjing Agricultural University, 2011. (in Chinese with English abstract)

[7] 萬書波. 花生產業形勢與對策[J]. 山東農業科學，2014，46(10)：128－132. Wan Shubo. Situation and developing strategies of peanut industry[J]. Shandong Agricultural Sciences, 2014, 46(10): 128－132.

[8] 孫海燕. 基于能值分析的我國花生生產系統可持續發展研究[D]. 長沙：湖南農業大學，2015. Sun Haiyan. Emergy Analysis on Peanut Production Sustainable Development in China[D]. Changsha: Hunan Agricultural University, 2015. (in Chinese with English abstract)

[9] 廖伯壽，殷艷，馬霓. 中國油料作物產業發展回顧與展望[J]. 農學學報，2018，8(1)：107－112. Liao Boshou, Yin Yan, Ma Ni. Review and future prospects of oil crops industry development in China[J]. Journal of Agriculture, 2018, 8(1): 107－112. (in Chinese with English abstract)

[10] 張延秋. 對當前種業改革發展幾個問題的認識[J]. 中國種業，2014(10)：1－3.

[11] 朱明，陳海軍，李永磊. 中國種業機械化現狀調研與發展分析[J]. 農業工程學報，2015，31(14)：1－7. Zhu Ming, Chen Haijun, Li Yonglei. Investigation and development analysis of seed industry mechanization in China[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2015, 31(14): 1－7. (in Chinese with English abstract)

[12] 胡晉. 種子貯藏加工學[M]. 北京：中國農業大學出版社，2010.

[13] 胡志超，王海鷗，彭寶良. 我國種子加工技術與設備概況及發展[J]. 農業裝備技術，2005，31(5)：14－17. Hu Zhichao, Wang Hai'ou, Peng Baoliang. Status and development of seeds processing technique and equipment in China[J]. Agriculture Equipment &Technology, 2005, 31(5): 14－17. (in Chinese with English abstract)

[14] 胡晉. 種子貯藏加工學[M]. 北京：中國農業大學出版社，2010.

[15] 李洪昌，高芳，李耀明，等. 水稻籽粒物理特性測定[J]. 農機化研究，2014(3)：23－27. Li Hongchang, Gao Fang, Li Yaoming, et al. Determination of rice grain physical Properties. Journal of Agricultural Mechanization Research, 2014(3): 23－27. (in Chinese with English abstract)

[16] Tabatabaeefar A. Moisture-dependent physical properties of wheat[J]. International Agrophysics, 2003, 17(4): 28－31.

[17] Deshpande S D, Bal S, Ojha T P. Physical properties of soybean[J]. Journal of Agricultural Engineering Research, 1993, 56(2): 89–98.

呂小蓮，胡志超，于昭洋，等.花生籽粒幾何尺寸及物理特性的研究[J].揚州大學學報：農業與生命科學版，2013，34(03): 61－64.

[18] Lü Xiaolian, Hu Zhichao, Yu Zhaoyang, et al. Experimental research on the geometric dimensions and physical properties of peanut seeds[J]. Journal of Yangzhou University: Agricultural and Life Science Edition, 2013, 34(03): 61－64.

[19] 那雪姣，劉明國，張文，等. 機械脫殼時花生仁損傷特征及規律[J]. 農業工程學報，2010，26(5)：117－121. Na Xuejiao, Liu Mingguo, Zhang Wen, et al. Damage characteristics and regularity of peanut kernels under mechanical shelling[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2010, 26(5): 117－121. (in Chinese with English abstract)

[20] 劉姍姍. 滾筒式花生脫殼機脫殼部件優化設計[D].長春：吉林農業大學，2017.Liu Shanshan. Optimization Design of the Shelling Components of the Roller Peanut Sheller [D]. Changchun: Jilin Agricultural University, 2017. (in Chinese with English abstract)

[21] 劉明國. 花生脫殼與損傷機理及立錐式脫殼機研究[D].沈陽：沈陽農業大學，2011. Liu Mingguo. Study on Peanut Shelling Damage Mechanism and Development of the Vertical Cone Type Shelling Machine[D]. Shenyang: Shenyang Agriculturol University, 2011. (in Chinese with English abstract)

[22] 安家新. 螺旋式花生脫殼機關鍵部件設計與仿真分析[D].沈陽：沈陽農業大學，2017. An Jiaxin. Design and Simulation Analysis on Spiral Peanut Sheller[D]. Shenyang: Shenyang Agricultureol University, 2017. (in Chinese with English abstract)

[23] 韓紅兵，張燕梁，萬霖. 5XD-2.0型帶式清選機的設計與試驗[J]. 黑龍江八一農墾大學學報，2010，22(4)：41－43. Han Hongbing, Zhang Yanliang，Wan Lin. Design and experiment of the 5XD-2.0 belt separator[J]. Journal of Heilongjiang Bayi Agricultural University, 2010, 22(4): 41－43. (in Chinese with English abstract)

[24] 胡志超，謝煥雄，王海鷗，等. 豆類選別加工流水線的設計[J]. 糧食加工，2007，32(6)：65－68.Hu Zhichao, Xie Huanxiong, Wang Haiou, et al. Design of peas cleaning flowline[J]. Grain Processing, 2007, 32(6): 65－68. (in Chinese with English abstract)

[25] 中華人民共和國電子工業部，JB/T 5688.2-2007，花生剝殼機試驗方法[S]．北京：機械科學研究院，1991.

[26] 陳志. 農業機械設計手冊（上下冊）[M]. 北京：中國農業科技出版社，2007.

[27] 徐向宏，何明珠. 試驗設計與Design-Expert SPSS應用[M].北京：科學出版社責任有限公司，2016.

[28] 潘麗軍，陳錦權. 試驗設計與數據處理[M]. 南京：東南大學出版社，2008.

[29] 王建楠，謝煥雄，胡志超，等. 甩盤滾筒式花生種子機械化包衣工藝參數優化[J]. 農業工程學報，2017，33(7)：43－50. Wang Jiannan, Xie Huanxiong, Hu Zhichao, et al. Parameter optimization on mechanical coating processing of rotary table-roller coating machine for peanut seeds[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(7): 43－50. (in Chinese with English abstract)

[30] 陳魁. 試驗設計與分析[M]. 北京：清華大學出版社，2005.

[31] 楊德. 試驗設計與分析[M]. 北京：中國農業出版社，2002.

[32] 王建楠，劉敏基，曹明珠，等. 薏苡脫殼機關鍵部件作業參數優化與試驗[J]. 農業工程學報，2018，34(13)：288－295. Wang Jiannan, Liu Minji, Cao Mingzhu, et al. Working parameter optimization and experiment of key components ofsheller[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(13): 288－295. (in Chinese with English abstract)

[33] 高國華，王凱，孫曉娜. 嫁接機鋼針頂起穴盤苗過程EDEM 模擬驗證及參數優化 [J]. 農業工程學報，2017，33(21)：29－35. Gao Guohua, Wang Kai, Sun Xiaona. Verification for EDEM simulation of process of jacking tray-seedling by steel needle ingrafting machine and parameter optimization[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(21): 29－35. (in Chinese with English abstract)

[34] 吳騰，胡良龍，王公仆，等. 步行式甘薯碎蔓還田機的設計與試驗[J]. 農業工程學報，2017，33(16)：8－17. Wu Teng, Hu Lianglong, Wang Gongpu, et al. Design and test of walking sweet potato () vines crushing and returning machine[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(16): 8－17. (in Chinese with English abstract)

[35] 丁素明，薛新宇，蔡晨，等. 梨樹枝條切割裝置刀片參數優化與試驗[J]. 農業工程學報，2015，31(增刊2)：75－82. Ding Suming, Xue Xinyu, Cai Chen, et al. Optimization and experiment of blade parameter for pear branches cutting device[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2015, 31(Supp.2): 75－82. (in Chinese with English abstract)

Optimization of key working parameters of belt separator for peanut seeds

Wang Jiannan, Liu Minji, Hu Zhichao, Xie Huanxiong※, Peng Baoliang, Yan Jianchun, Chen Youqing

(210014,)

The qualified rate and the entrainment rate was caused by the unreasonable working parameters of the key working parameters of the belt separator for peanut seeds, in order to make them to be a reasonable level, the central composite experiments were conducted to optimize the working parameters. Firstly, the physical properties of peanut seeds were studied, and the study object was “Huayu 33” planted widely in Shandong province. The shape of “Huayu 33” peanut seeds was oval, the thousand seeds weight of which was 812.10 g, the length, width and thickness were mainly at 16.23-19.17, 8.07-10.37, 7.17-8.36 mm, respectively. The moisture content of peanut seeds was 9.3%. The rolling friction angle of high quality peanut seeds was 14.3°, and the angle of static friction angle of crushed half seeds was 35.7°, which were tested by inclined surface device. The effects of key working parameters of peanut seed belt separator, including longitudinal angle, heeling angle, velocity of canvas belt on qualified rate and entrainment rate, were analyzed. And then the composite experiment methods of quadratic orthogonal rotation were adopted, the data were analyzed based on the design-expert software, the mathematical regression models of qualified rate and entrainment rate were built, and their corresponding variance analysis were conducted too. A regression equation of the relationship between variation coefficient of the 3 key working parameters was obtained. Analysis of variance showed that the velocity of canvas belt was the biggest factor that affects the qualified rate and entrainment rate, and the smallest impact factor was the distance between rotary and stationary plate; regarding to the breakage rate, the biggest factor was working face width of stationary plate, and the smallest factor was heeling angle. The response surface method was utilized to analyze the effects of factors’ interaction on qualified rate and entrainment rate, and the multi-objective optimizations were conducted for the regression models to obtain the working parameters of high qualified rate and low entrainment rate. The optimal combination working parameters of peanut seed belt separator were as follows: velocity of canvas belt was 0.7 m/s, longitudinal angle was 23.22°, and heeling angle was 25.21°. All of those were obtained by the optimization solution of all factors with the quadratic regression model equation of performance evaluation indices in the range of experimental parameters constraints. Under the condition of the optimal combination working parameters, the qualified rate and the entrainment rate were 97.20% and 2.73%, respectively, which met the premium grade of belt separator according national standard and the need of peanut seeds processing industry. The results of verification test were highly consistent with the results of optimization solution. The production verification test was conducted on the peanut seed production line in the factory, the working parameters of belt separator were adjusted according to the optimization results in the test. Through optimizing the parameters of the belt separator, the qualified rate was greatly improved, and the qualified rate and entrainment rate were 95.8% and 3.9% respectively, which were very close to the previous simulation results. The results of optimization are helpful for the improvement of belt separator for peanut seeds.

agricultural machinery; optimization; crops; peanut seeds; working parameters; physical properties; key components; response surface methodology

王建楠，劉敏基，胡志超，謝煥雄，彭寶良，顏建春，陳有慶. 花生種子帶式清選設備關鍵作業參數優化[J]. 農業工程學報，2018，34(23)：33－41.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.23.004 http://www.tcsae.org

Wang Jiannan, Liu Minji, Hu Zhichao, Xie Huanxiong, Peng Baoliang, Yan Jianchun, Chen Youqing. Optimization of key working parameters of belt separator for peanut seeds[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(23): 33－41. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.23.004 http://www.tcsae.org

10.11975/j.issn.1002-6819.2018.23.004

S226

A

1002-6819(2018)-23-0033-09

2018-07-17

2018-08-08

中國農科院創新工程農產品分級與貯藏團隊、國家花生產業技術體系產后加工機械化崗位（CARS14）聯合支持

王建楠，副研究員，主要從事農產品加工技術裝備研究。Email：wjnsunrise@126.com

謝煥雄，研究員，主要從事農產品加工技術與裝備的研究。Email: nfzhongzi@163.com。

中國農業工程學會高級會員：謝煥雄（E041200496S）