先揉切后分離風篩組合式花生膜秧分離裝置設計與試驗

楊 猛 張延化 張 沖 顧峰瑋 于昭洋 胡志超

(農業農村部南京農業機械化研究所， 南京 210014)

0 引言

花生秧作為畜牧飼料具有營養豐富、質地松軟、價格低廉等特點[1-2]。中國部分花生主產區常采用覆膜種植方式，覆膜種植具有保溫、保墑等功能，可顯著提高花生產量[3]。目前，中國花生覆膜種植面積已超過233萬hm2[4]。覆膜種植花生收獲后的花生秧會纏帶殘膜，如果直接粉碎作為畜牧飼料使用，動物(尤其是反芻動物)攝入后會產生各種消化系統病癥，甚至危及牲畜生命。因此，含殘膜花生秧需要通過人工或機械手段清除殘膜，以提高其利用價值。

在花生機械化收獲作業過程中，由于輸送、摘果等作業部件的擠壓和揉搓，殘膜與秧蔓之間纏繞緊實、打結成團，人工操作很難將殘膜直接從花生秧上摘除干凈。花生秧揉切除膜機是一種兼具揉切、除膜功能的花生秧飼料化加工設備，能夠對花生秧及殘膜進行揉切作業，并將殘膜從揉切后的混合物料中分離出來，從而滿足花生秧飼料化加工的要求。膜秧分離作業是含殘膜花生秧飼料化加工的重要組成部分，其作業質量將直接影響花生秧揉切除膜機的作業性能。農產品物料清選分離方法包括風選法、電選法和磁選法等，其中風選法在多種農產品物料清選分離設備中被廣泛應用[5-6]。膜秧分離作業與物料清選作業原理相類似，國內外對含殘膜花生秧膜秧分離的研究相對較少，在設計時可參考借鑒農作物收獲機械和產后加工設備清選裝置等相關研究成果[7-17]。含殘膜花生秧經揉切除膜機揉切后，其物料成分復雜、外形尺寸多樣、物理狀態多變、物理屬性差異較大，使膜秧分離作業難度較高。現有機型存在除膜率低、秧料損失率高等問題(其中除膜率不足85%，損失率超過12%)。因此，研究花生膜秧分離特性、優化膜秧分離裝置、提高膜秧分離率、降低損失率是當前花生秧揉切除膜機亟待解決的關鍵技術問題。

本文結合花生秧揉切后物料的尺寸特征和懸浮特性設計一種風篩組合式膜秧分離裝置，并以花生秧揉切除膜機為試驗平臺，進行膜秧分離特性試驗與參數優化，研究膜秧分離裝置結構及運動參數對除膜率和損失率的影響規律，尋求較優參數組合，并進行驗證試驗，為花生秧揉切除膜機膜秧分離裝置結構設計及優化提供參考。

1 總體結構與作業原理

花生秧揉切除膜機一次可完成喂料、揉切、膜秧分離、復碎和秧料輸送收集等功能，動力輸出由電機提供。作業時，含殘膜花生秧從機具前端喂入裝置均勻喂入，經推料軸輸送至揉切裝置進行揉切作業。經揉切后殘膜與秧料的混合物料向下落至膜秧分離裝置的雙層振動篩上，并在其作用下進行分級、清土、除膜并向后輸送。未切碎的秧料從上層編織篩尾部側邊出口輸送至復碎裝置，經復碎裝置輸送至前端喂入裝置進行二次揉切，切碎的秧料從下層沖孔篩上向后輸送至物料提升輸送裝置，在上層篩后上方以及物料提升輸送裝置與沖孔篩間布置有離心風機，用于分離從篩上輸送的混合物料中夾雜的殘膜，潔凈的秧料由物料提升輸送裝置向后輸送至出料口進行裝袋。設備總體結構如圖1所示。

圖1 設備總體結構示意圖Fig.1 Schematic of machine1.喂入裝置 2.復碎裝置 3.揉切裝置 4.上層篩離心風機 5.下層篩離心風機 6.物料提升輸送裝置 7.出料口 8.行走輪 9.雙層振動篩 10.機架 11.電機

2 物料特性試驗與關鍵部件設計

2.1 揉切物料懸浮速度測定

含殘膜花生秧經揉切后物料中殘膜與秧料在懸浮速度上的差異，是設計花生秧揉切除膜機膜秧分離裝置離心風機的重要依據。因此在離心風機參數設計之前有必要進行揉切后物料懸浮速度的測定。

試驗用花生秧為花生覆膜種植主產區的主栽品種“魯花11”、“四粒紅”和“花育22”，所覆地膜規格為常用的厚度0.008 mm的標準聚乙烯塑料膜。摘果后的花生秧自然晾曬至含水率20%以下，以保證揉切除膜后在儲存與運輸過程中不產生霉變。參考油菜、谷子等[18-20]農作物聯合收獲機收獲時脫出物懸浮特性的研究方法以及懸浮速度測定方法國家標準[21]。從花生秧揉切除膜機試驗現場隨機取揉切后的混合物料進行尺寸特征分析并對物料分撿，通過分析發現：在揉切后的混合物料中，長度小于30 mm的物料質量占比90%以上，這類物料作為畜牧飼料適口性較好，去除殘膜后可以直接裝袋；長度超過30 mm的物料，需進入復碎裝置進行二次揉切處理。對混合物料分撿得到粗莖稈(徑向尺寸大于3 mm的段狀花生秧莖稈)、細莖稈(徑向尺寸小于3 mm的段狀花生秧莖稈)、根、果柄、葉和粉碎后的殘膜等物料，分別進行懸浮速度測定試驗。懸浮速度測定試驗使用DFPF-25型物料懸浮速度試驗裝置，試驗設備、方法及計算公式參考文獻[6，20]，3種試驗花生秧揉切后各物料成分懸浮速度試驗結果如表1所示。

表1 花生秧揉切后各物料成分懸浮速度Tab.1 Suspension velocity of shredded materials of peanut seedlings m/s

由表1可見，同一品種花生秧不同物料間懸浮速度存在明顯差異，而不同品種花生秧揉切后的同種物料懸浮速度基本一致；經揉切粉碎后的殘膜懸浮速度除略小于花生葉以外，與其他物料懸浮速度差異顯著。殘膜與花生秧物料間懸浮速度差異顯著，有利于花生秧揉切除膜機將殘膜從揉切后的物料中分離出來。說明本設計采用風篩組合式分離原理進行含殘膜花生秧膜秧分離的方案可行。

2.2 結構與主要參數設計

為保證加工后的花生秧在滿足牲畜適口性的同時使花生秧揉切除膜機達到較好的膜秧分離效果，所設計的膜秧分離裝置采用一前一后、一上一下的兩級離心風機與雙層振動篩組合進行膜秧分離作業，該組合可根據篩上物料的尺寸特征以及懸浮特性，確定膜秧分離裝置較優作業參數，實現物料與殘膜的“分級雙吸”。如圖2所示，膜秧分離裝置主要由離心風機、雙層振動篩以及其他零部件組成，動力由電機帶動帶輪提供。作為花生秧揉切除膜機的核心工作部件，其工作原理是：機具作業時，經揉切裝置揉切后的膜秧混合物料落至膜秧分離裝置雙層振動篩上層編織篩前端，在編織篩的振動作用下進行分級并向后輸送，混合物料中尺寸超過編織篩篩孔尺寸的物料在上層編織篩上繼續向后輸送至后端，編織篩后端上方布置有離心風機，當編織篩上物料輸送至離心風機吸風口下方時，殘膜在離心風機葉片高速旋轉形成的氣流作用下被吸走并吹出，上層篩尾部是復碎進料口，分離出殘膜的上層物料由復碎進料口進入復碎裝置；混合物料中尺寸較小的物料在上層編織篩的分級作用下落至下層沖孔篩進行清土并向后輸送，下層沖孔篩與物料提升輸送裝置之間也布置有離心風機，對輸送至吸風口處的下層混合物料進行除膜作業，分離出殘膜的潔凈秧料由物料提升輸送裝置輸送至出料口裝袋。

圖2 膜秧分離裝置結構示意圖Fig.2 Schematic of residual film-seedling separating device1.曲柄連桿機構 2.振動篩 3.下層篩風機 4.搖稈 5.上層篩風機

2.2.1離心風機主要參數設計

揉切后的殘膜與花生秧物料間懸浮速度的差異是離心風機參數設計的主要依據[22]。離心風機吸風口處氣流速度應大于殘膜的懸浮速度且小于篩上花生秧物料的懸浮速度。通過樣機試驗研究分析振動篩上物料分布情況得到：當膜秧混合物料在雙層振動篩的振動作用下分級并向后輸送至離心風機下方時，上層編織篩上的物料幾乎全部是長度超過30 mm的花生秧粗莖稈和待分離的殘膜，而下層沖孔篩上的物料則是滿足牲畜適口性的花生秧揉切后的混合物料。因此，上層篩風機吸風口處風速應小于粗莖稈懸浮速度最小值，為1.03～3.67 m/s，下層篩風機吸風口處風速應小于花生葉懸浮速度最小值，為1.03～1.08 m/s，但考慮到進食含殘膜花生秧飼料對牲畜的危害高于作業過程中損失部分花生秧造成的經濟損失，在設計時為將殘膜除去，應適當提高下層篩風機吸風口處風速，因此本設計中將下層篩風機吸風口處風速范圍定為1.03～2.79 m/s。離心風機結構如圖3所示，上層篩風機與下層篩風機除轉速不同外，結構參數基本一致，此處以上層篩風機為例。

圖3 離心風機結構簡圖Fig.3 Structural diagram of centrifugal fans1.吸風道 2.出風口 3.內側進風口 4.風機葉輪 5.吸風口調節套 6.吸風口高度調節旋鈕 7.吸風口

風機采用徑向直葉片通用型離心風機，葉輪外徑D一般為250～400 mm[14]，取D=400 mm。風機出風口理論風速計算公式為

v=avc

(1)

式中v——風機出風口風速，m/s

a——速度增大系數，范圍為1.9～3.9，取1.9[22]

vc——吸風口風速，m/s

離心風機全壓[23]計算式為

pq=pi+pb

(2)

(3)

(4)

式中pq——風機全壓，Pa

pi——風機靜壓，Pa

pb——風機動壓，Pa

ξ——氣流摩擦因數，取0.35[22]

l——吸風道長度，設計值0.5 m

ρ——空氣密度，取1.293 kg/m3

r0——水力半徑，取0.038 m[22]

g——重力加速度，取9.8 m/s2

ψ——管道對氣流阻力系數，取0.35[22]

λ——風機進出口對氣流阻力系數，取0.6[22]

代入數據得：上層篩風機全壓pq1為1.66～20.98 Pa，下層篩風機全壓pq2為1.66～12.13 Pa。

離心風機轉速n為

(5)

式中ε——計算系數，為0.35～0.4，取0.4[14]

將離心風機全壓數據代入式(5)中，圓整后得上層篩風機轉速范圍n1為268～952 r/min，下層篩風機轉速范圍n2為268～724 r/min。樣機試驗表明，當上層篩風機轉速低于700 r/min，下層篩風機轉速低于500 r/min時，設備損失率雖然較低，但除膜率會驟降至80%以下，不能滿足生產需要； 而當上層篩風機轉速高于900 r/min，下層篩風機轉速高于700 r/min時，設備除膜率雖能滿足要求，但損失率會增加至10%以上，綜合考慮設備除膜率與損失率作業指標，結合樣機試驗，最終確定上層篩風機轉速為700～900 r/min可調，下層篩風機轉速500～700 r/min可調。吸風口距篩面高度為150～350 mm可調。

2.2.2雙層振動篩主要參數設計

樣機試驗表明：花生秧經揉切裝置一次揉切后物料尺寸不能完全滿足花生秧飼料化加工的要求，部分花生秧未經充分揉切即掉落至振動篩上。針對此問題，設計了雙層振動輸送裝置，采用雙層振動篩來完成揉切后物料的分級、清土、除膜與輸送。經上層編織篩分級，充分揉切后的秧料、殘膜以及塵土落至下層沖孔篩進行清土、輸送與除膜，未經充分揉切的秧料、殘膜在上層編織篩的振動作用下進行除膜并向后輸送至復碎裝置。在上層編織篩后端上部以及下層沖孔篩尾部布置有離心風機，經揉切裝置切碎的殘膜在離心風機作用下被吸走并吹出。根據花生秧經揉切后物料的尺寸特征，雙層振動篩上層采用篩孔邊長為20 mm的編織篩，長×寬為1 680 mm×930 mm，下層設計成篩孔孔徑2 mm的沖孔篩，長×寬為1 960 mm×930 mm，篩孔采用六角形配置法[24]，前部有孔、后部無孔，如圖4所示，其中上層篩與下層篩間距離為330 mm。在試驗的基礎上參考文獻[22],確定振動篩振幅為60 mm,即振動篩驅動機構中曲柄半徑為30 mm。振動篩振動運動分析如圖5所示。

圖4 振動篩結構簡圖Fig.4 Structural diagram of vibrating sieve1.曲柄連桿機構 2.篩體 3.搖桿 4.上層編織篩 5.下層沖孔篩

圖5 篩上物料受力分析Fig.5 Mechanical analysis of forces acting upon material particle on sieve

不考慮加工與安裝誤差，篩體的運動可看作簡諧運動[24-25]。設OA方向為篩體運動正方向，沿篩面向上為物料沿篩面相對運動正方向，則篩體的運動可表示為

x=-rcos(ωt)

(6)

(7)

(8)

式中x——篩體位移，m

vs——篩體速度，m/s

as——篩體加速度，m/s2

r——曲柄半徑，設計值0.03 m

ω——曲柄角速度，rad/s

t——時間，s

(9)

其中

I=mrω2cos(ωt)

(10)

F=Ntanφ

(11)

式中I——物料所受慣性力，N

xAB——物料沿篩體滑動位移，m

G——重力，N

F——摩擦力，N

N——物料所受篩面法向反力，N

α——篩面傾角，設計值2°

θ——篩體振動方向角，設計值5.5°

φ——摩擦角，取31.8°[22]

(12)

(13)

同理可得曲柄位于Ⅰ、Ⅳ象限內時物料向下滑動的曲柄極限轉速為

(14)

結合上述分析，將相關數據代入式(13)、(14)中得，物料向上滑動曲柄轉速n3>146.36 r/min，向下滑動曲柄轉速n4>127.45 r/min。在樣機試制過程中發現，當曲柄轉速小于150 r/min時，篩上物料不能順暢地輸送至物料提升輸送裝置，導致花生秧物料擁堵，設備已無法正常作業；當曲柄轉速大于270 r/min時，整機抖動幅度過大，長時間作業會損壞設備零部件，也無法正常作業。結合試驗結果，最終確定曲柄轉速180～240 r/min可調，即振動篩振動頻率3～4 Hz可調。

經過樣機初步試驗以及前期物料懸浮特性試驗基礎，測得揉切后物料中殘膜與花生秧間懸浮速度差異明顯，此外，根據殘膜質量輕、易飄浮等特性，揉切后物料在膜秧分離裝置振動篩上運動時殘膜會被離心風機吸風口處氣流吸走并吹出，達到殘膜與花生秧物料的分離效果。要得到膜秧分離的較優效果，需要后續試驗研究膜秧分離裝置各因素的影響關系以及因素間的交互作用，確定作業參數較優配比。

3 膜秧分離特性試驗

3.1 試驗材料與設備

膜秧分離特性試驗在山東臨沭東泰機械有限公司進行，以取自東泰機械有限公司試驗田覆膜種植的“花育22”花生收獲后自然晾曬的花生秧為試驗材料，花生秧含水率14%～16%，含膜率0.8%～1.2%(測量方法：每次測量隨機取5 kg試驗材料，人工摘除秧上纏繞的殘膜進行稱量并計算樣品中殘膜所占比例)。試驗花生秧按照設備設計值以0.5 kg/s的喂入量由人工均勻喂入。試驗主要設備與儀器包括：花生秧揉切除膜機、電子秤、DGF30/7-IA型電熱鼓風干燥箱、FA1004型電子天平、DT-2236型數顯轉數表、密封袋等。試驗現場如圖6所示。

圖6 試驗現場Fig.6 Test site

3.2 試驗因素與指標

在花生秧揉切除膜機作業過程中，有很多影響設備作業性能的因素，基于前期設計與單因素試驗基礎，確定上層篩風機轉速、下層篩風機轉速和振動篩頻率對機具作業性能影響顯著。因此選取上述3個作業參數作為試驗因素，以除膜率和損失率為試驗指標，開展花生秧揉切除膜機膜秧分離特性試驗。考慮到參數變化范圍較大，開展試驗時需要準確、有效調整各作業參數水平。在花生秧揉切除膜機的試驗中，通過變頻電機控制上層篩風機轉速；通過改變下層篩風機驅動帶輪直徑來調節下層篩風機轉速；通過改變曲柄驅動帶輪的直徑來改變曲柄的轉速，進而改變振動篩頻率。除膜率計算公式為

(15)

式中R——除膜率，%

M0——每次試驗喂入的含殘膜花生秧的總質量，kg

M1——每次試驗喂入含殘膜花生秧中殘膜的質量，kg

M2——作業后從出料口取樣質量，kg

M3——作業后所取樣品中未除凈的殘膜質量，kg

損失率計算公式為

(16)

式中L——損失率，%

Ma——每次試驗喂入的含殘膜花生秧中花生秧的總質量，kg

Mb——每次作業后從出料口處收集已除膜花生秧的質量(未除凈殘膜的質量忽略不計)，kg

3.3 試驗設計與方法

根據Design-Expert 8.0.6軟件中的Box-Behnken三因素三水平試驗設計方案，開展花生秧揉切除膜機膜秧分離特性試驗研究。結合前述分析與設計結果，以除膜率R和損失率L為響應值，對上層篩風機轉速、下層篩風機轉速、振動篩頻率開展三因素三水平試驗研究。各試驗因素編碼如表2所示。

表2 試驗因素編碼Tab.2 Codes of test factors

正交試驗方案包括17個試驗點，其中包括12個分析因子和5個零點估計誤差。試驗設計方案及結果如表3所示(X1、X2、X3為上層篩風機轉速、下層篩風機轉速、振動篩頻率的編碼值)。

3.4 回歸模型與顯著性分析

根據表3中的正交試驗數據，采用Design-Expert 8.0.6軟件對試驗數據進行多元回歸擬合分析[26-29]，建立除膜率R、損失率L對上層篩風機轉速、下層篩風機轉速、振動篩頻率3個自變量的二次多項式回歸模型

(17)

(18)

表3 試驗設計方案及結果Tab.3 Test design scheme and results

對回歸模型進行方差分析，結果如表4所示。由表4可知，除膜率和損失率的回歸模型顯著性水平P均小于0.01，可知兩模型均極顯著。失擬項顯著性水平P均大于0.05(分別為0.585 4和0.119 6)，表明除膜率和損失率回歸模型擬合度均較高，擬合效果較好。模型決定系數R2均大于0.97(分別為0.973 8和0.973 0)，說明上述兩模型可以解釋97%以上的評價指標。所以花生秧揉切除膜機膜秧分離裝置的作業參數可以用此模型進行參數優化。

對上述回歸模型進行優化，剔除回歸模型中的不顯著項，回歸模型優化結果為

(19)

(20)

分析優化后的模型，除膜率、損失率模型P<0.000 1，失擬項P值分別為0.619 6和0.101 6，模型決定系數R2分別為0.962 9和0.950 2，可知優化后的回歸模型極顯著且擬合效果較好，模型可靠。

表4 回歸模型方差分析Tab.4 Variance and analysis of regression model

參數對回歸模型方程的影響程度可以通過顯著性水平P評價。上層篩風機轉速、下層篩風機轉速和振動篩頻率3個試驗因素對除膜率影響的顯著性順序為：下層篩風機轉速、上層篩風機轉速、振動篩頻率；試驗因素對損失率影響的顯著性順序為：下層篩風機轉速、振動篩頻率、上層篩風機轉速。

3.5 響應面分析

利用Design-Expert 8.0.6軟件的Model Graphs模塊得到3D Surface響應面圖如圖7所示，根據響應面圖分析上層篩風機轉速、下層篩風機轉速和振動篩頻率因素間交互作用對除膜率和損失率響應值的影響。

圖7 試驗因素對除膜率和損失率影響的響應曲面Fig.7 Response surfaces of test factors on residual film removal rate and materials loss rate

圖7a為振動篩頻率位于中心水平(3.5 Hz)時，上層篩風機轉速與下層篩風機轉速兩因素交互作用對除膜率影響的響應面圖。由圖可知，在兩因素交互作用影響下，當下層篩風機轉速逐漸增加時，除膜率逐漸升高且變化幅度較為明顯，而當上層篩風機轉速逐漸增加時除膜率先升高后降低，并且變化幅度相對平緩。除膜率的響應面曲線沿下層篩風機轉速方向的變化較明顯，這表明振動篩頻率位于中心水平時，下層篩風機轉速對除膜率的影響效果比上層篩風機轉速的影響效果顯著。圖7b為上層篩風機轉速位于中心水平(800 r/min)時，下層篩風機轉速與振動篩頻率兩因素交互作用對損失率影響的響應面圖。由圖可知，在下層篩風機轉速與振動篩頻率兩因素交互作用下，當振動篩頻率逐漸增加時損失率先降低后升高，并且變化幅度比較平緩，而當下層篩風機轉速逐漸增加時，損失率逐漸升高且變化幅度比較明顯。損失率的響應面曲線沿下層篩風機轉速方向的變化較明顯，這表明上層篩風機轉速位于中心水平時，下層篩風機轉速對損失率的影響效果比振動篩頻率的影響效果顯著。

4 參數優化與試驗驗證

4.1 參數優化

為使花生秧揉切除膜機膜秧分離作業效果達到最佳狀態，需要花生秧揉切除膜機的除膜率較高，同時損失率較低，通過因素間交互作用對除膜率和損失率影響的響應面圖分析可知：當上層篩風機轉速偏低、下層篩風機轉速偏高、振動篩頻率適中時可以達到較高的除膜率；當上層篩風機轉速適中、下層篩風機轉速偏低、振動篩頻率偏高時，可以實現較低的損失率。考慮到各因素及因素間交互作用對試驗指標響應值的影響效果有所差異，需要對回歸模型進行多目標優化。

利用Design-Expert 8.0.6軟件的Optimization模塊對試驗指標的回歸模型進行多目標優化設計[30-31]，針對響應值除膜率和損失率進行分析，考慮到花生秧揉切除膜機加工后的花生秧料將直接用作牲畜飼料使用，所以需要優先保證除膜率高，其次保證損失率低，此外如果將損失率權重設定過低，將不能滿足實際生產需要。為綜合評價花生秧揉切除膜機膜秧分離作業性能，本文在進行目標優化計算時，給定約束條件，對兩試驗指標增加權重，其中除膜率占60%，損失率占40%，最終得出目標函數優化值。

根據前述對試驗指標回歸模型的分析結果以及花生秧揉切除膜機膜秧分離作業條件，在Design-Expert 8.0.6軟件Optimization模塊中，對各試驗因素的約束條件進行設定：上層篩風機轉速700～900 r/min，下層篩風機轉速500～700 r/min，振動篩頻率3～4 Hz。除膜率R取目標函數的最大值100%，損失率L取目標函數的最小值0。軟件分析得到3個因素水平的優化結果為：當上層篩風機轉速為758.06 r/min、下層篩風機轉速為668.73 r/min、振動篩頻率為4.00 Hz時，回歸模型曲面響應值最大，此時模型預測值除膜率為93.38%，損失率為8.85%。

4.2 試驗驗證

為驗證模型預測結果可靠性，2019年10月中旬，采用優化結果在東泰機械有限公司試驗田進行了5次驗證試驗，試驗結果取平均值。考慮到設備實際作業情況，將優化后的參數進行圓整，調整上層篩風機轉速為760 r/min，下層篩風機轉速為670 r/min，振動篩頻率為4 Hz。依照參數調整后的方案進行膜秧分離驗證試驗，試驗結果如表5所示。

表5 模型預測值與驗證試驗結果對比Tab.5 Comparison of model prediction and validation test results %

由表5可知，膜秧分離作業驗證試驗結果與回歸模型預測結果相對誤差均小于5%，試驗結果與模型預測值較為接近，說明上述參數優化回歸模型可靠性較高。當花生秧揉切除膜機膜秧分離裝置參考優化結果調整為上層篩風機轉速760 r/min、下層篩風機轉速670 r/min、振動篩頻率4 Hz進行作業時，花生秧揉切除膜機除膜率相較于現有機型的85%以下提高至91.24%，損失率由12%以上降低至8.51%，設備膜秧分離性能得到提高。設備作業效果如圖8所示。

圖8 設備作業效果Fig.8 Working effects of equipment

5 結論

(1)針對覆膜花生收獲后的花生秧在飼料加工過程中膜秧分離不徹底、損失率高等問題，結合揉切后各物料成分尺寸特征和懸浮特性，設計了一種風篩組合式膜秧分離裝置，確定了膜秧分離裝置主要參數取值范圍：上層篩風機轉速700～900 r/min，下層篩風機轉速500～700 r/min，振動篩頻率3～4 Hz。

(2)各因素對除膜率影響的顯著性由大到小依次為：下層篩風機轉速、上層篩風機轉速、振動篩頻率；各因素對損失率影響的顯著性由大到小依次為：下層篩風機轉速、振動篩頻率、上層篩風機轉速。各因素間的交互作用影響結果為：上層篩風機轉速與下層篩風機轉速間的交互作用對除膜率影響顯著，下層篩風機轉速與振動篩頻率間的交互作用對損失率影響顯著，其他因素間交互作用對除膜率和損失率影響不顯著。

(3)運用Design-Expert 8.0.6軟件進行了正交試驗和試驗結果分析，并對回歸模型進行了優化。優化后膜秧分離裝置較優參數組合為：上層篩風機轉速760 r/min，下層篩風機轉速670 r/min，振動篩頻率4 Hz，此時，除膜率為91.24%，損失率為8.51%，設備的膜秧分離性能得到提高。