小型菘藍種子脫皮清選機的研制

楊豫新，陳 勇，高江龍，郭建富

（1.新疆農業科學院農業機械化研究所，新疆 烏魯木齊 830091；2.新疆農業科學院瑪納斯農業試驗站）

0 引言

菘藍屬于十字花科菘藍屬二年生草本植物，其干燥根和干燥葉能夠入藥，干燥根俗稱板藍根，干燥葉為大青葉，主要化學成分具有抗菌、抗病毒、抗內毒素、抗腫瘤、抗炎、免疫增強等藥理作用，是傳統草本藥物制品和保健品的基礎藥物[1]。菘藍效益遠高于大宗作物，加之產量高、需求量大，凈利潤可達2.2萬元/hm2以上。在病毒廣泛傳播的環境下，具備良好的保健和預防作用，因此其種植面積、產量及消費量在逐年增長[2-3]。隨著板藍根種植產業不斷發展，種子的收獲和加工難題日益凸顯[4]。

脫粒部件的結構與不同作物物料特性密接相關，現階段多使用揉搓、擠壓和破碎為主的傳統脫皮形式[5-6]。張日紅等[7]基于單體銀杏脫殼過程運動規律及受力特點設計了水平碾搓式銀杏脫殼機。李心平[8]等基于脫粒玉米籽粒過程設計了玉米種子仿生脫粒機，有效提高了脫凈率、降低了破碎率。王升升等[9]設計了彈性短紋桿-板齒組合式大白菜種子脫粒裝置，研究了喂入量、脫粒間隙和滾筒轉速對脫粒損失的影響，實現了白菜種子的低損失的機械化作業。

菘藍批量化種植作為新興的區域性特色農產品，在播種、采收作為規模化生產的必要條件尚缺乏相關設備。現有播種機以播種圓粒或橢圓粒種子為主，應用于菘藍種植時需輔以人工補種，使得勞務費高、投資大和苗期長勢不均勻，對菘藍田間管理和采收產生影響。因此通過脫皮獲得丸粒菘藍種子是實現機械化種植的關鍵，本文在前期菘藍的引種試種的基礎上研制一種菘藍種子脫皮清選機，通過對菘藍種子進行脫皮處理，使菘藍胚種外包的翅膜破碎分離成為便于實現機械化種植的單粒，加快出苗時間，為提升出苗效率、防止空殼播種、降低生產成本提供基礎。

1 菘藍種子的外形特征

菘藍種子較小，脫皮前整體為短角果長圓形，扁平翅狀，基部狹窄，表面黑紫色，外形呈現為不規則扁平長片（圖1），總體長度約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，不利于機械化播種；脫皮后總體呈現為橢球狀，胚種（種子）結構與小茴香和孜然等調味品籽粒結構相似，長度2～3 mm，粒徑不足1.5 mm。正常采收下菘藍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下空隙大、易返潮，貯存和轉運不便，在為適應實際生產需將種皮剝離，得到球度相對較高的籽粒便于后續播種。

圖1 菘藍種子

2 整機結構和工作原理

2.1 整機結構

菘藍種子脫皮清選機結構如圖2，主要由上罩殼（含料斗）、篩分裝置、破皮刀輥、風機、凹板篩、電機和機架等組成。其中破皮刀輥由多組鋸齒盤和甩刀構成，由上罩殼和凹板篩扣合形成粉碎室。風機產生的風引流至凹板篩和篩分裝置之間，振動篩自電機分配動力驅動對自凹板篩落下的物料進行篩分的同時風選。

圖2 菘藍種子脫皮清選機

2.2 工作原理

菘藍種子自上罩殼側邊的料斗喂入，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菘藍向破碎外種皮的方向施加一個力，從而便于將菘藍向錘片甩刀上甩動，避免菘藍種子在破碎外殼體內空轉，在凹板篩內側鋼條的支撐下多點切割，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構，篩分裝置傾斜拋送種子和種皮的混合物，混合物內質量較輕的種皮被側向風吹出機外，菘藍種子逐步翻轉沿著傾斜的篩板面回流，流動至篩板一側引流口后排出并裝袋，完成脫皮作業。

2.3 結構參數

上罩殼和凹板篩弧形內壁布置鋼條，破皮刀輥貫穿內腔的破皮刀輥構成粉碎室。上罩殼側置料斗，便于承接菘藍種子。刀輥入料口處布置曲形葉片撥轉料斗內物料進入粉碎室，刀輥內側直至另一端部采用5組鋸齒盤分隔，避免喂料過多產生阻塞，相鄰鋸齒盤間對稱循環布置兩組甩刀，單組甩刀周向夾角120°。凹板篩內弧面均布鋼條15根，凹板篩鋼條間隔區開設篩孔，上罩殼內內弧面均布鋼條5根。篩分機構為四桿機構構成，電機動力分流后驅動篩分曲柄轉動，其中篩板承接種、皮混合物，拋送的同時進行風選。

菘藍種子結構強度低，破皮功耗小[10-11]，整機采用電機提供動力，風機自帶電機和主要破皮部件非同源驅動。以脫皮后脫皮后種子長度設計篩孔直徑，整機參數如下：

3 試驗

為驗證菘藍種子脫皮清選機效果，于新疆農業科學院瑪納斯試驗站制作物理樣機并進行種子脫皮機性能測試（圖3）。

圖3 試驗現場

經測試，機構運行無卡頓，籽粒破損量小于2%。逐步調整進風口開度測試可知，當風機進風口開度75%時，清選效果較優。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，統計出料口胚種質量，收集物料取樣經人工分選、處理后，記錄雜余中及胚種籽粒中雜質質量，計算脫皮后胚種凈度與生產效率[11]，進行胚種發芽率檢測，并與同批次不脫皮的菘藍種子和人工脫皮處理的種子進行測試項對比，結果見表1。

表1 測試結果

據課題組前期試驗可知，不脫皮種子發芽率僅為85%，不利于機械化種植，生產效率低，易造成空穴現象。根據脫皮試驗和芽率測試結果可知，人工揉搓種子脫皮速度慢，種子純度低。用菘藍種子脫皮機脫皮的種子，較人工揉搓脫粒的純度提高，生產效率提高28.75倍，發芽率低1%。

4 結論及展望

本方案菘藍種子脫皮分選機結構簡單，成本低廉，操作簡便，通過對菘藍種子進行脫皮分選處理，便于實現機械化種植，種子大小均勻，解決了原有機器播種還需人工補種、播種困難的難題，便于精量播種，解決間苗環節費工、費時的難題；有效加快出苗時間，提升出苗效率，去皮后種子含雜率小于2%、發芽率可達74%，大大的減輕了勞動強度，有效防止空殼播種，提高了出種率，可為菘藍大面積種植和繁育提供基礎。

人工脫皮靈活度高、損失小，相比機械脫工作效率過低，因此使用機械化脫皮有突出性優勢。在脫皮機使用方面，因菘藍種子種皮薄，脫皮部件主要為剛性零件、破皮輥轉速快，種皮破碎程度高易分離，但要提高種子的發芽率，必須合理調配轉速或使用柔性零件以降低胚芽損傷。另外，籽粒較小、質量輕，篩板拋送頻率、風機開度或轉速需調控以獲得更優作業效果。