羊草種子脫出物料風篩清選裝置設計與試驗*

馬宗雨，萬其號，陳文星，布庫，楊錦章，杜文亮

(1. 中國農業科學院草原研究所，呼和浩特市，010010； 2. 內蒙古農業大學機電工程學院，呼和浩特市，010018； 3. 星光農機股份有限公司，浙江湖州，313017)

0 引言

羊草具有高產、高營養和高飼用價值，是中國東北西部和內蒙古東部天然草場上的重要牧草之一[1]。羊草種子的收獲因其形狀復雜、損失大、凈度低、機收困難等問題一直困擾羊草產業的發展[2]。目前，我國羊草種子的收獲基本以利用谷物聯合收獲裝置進行收獲，以及梳脫等分段收獲為主，收獲效果不理想[3-4]，尤其是羊草種子脫出物的清選，因全喂入聯合收獲機的清選部件不適合收獲羊草種子，導致了含雜率高、損失率大的問題，通過實際田間試驗，測得羊草種子全喂入聯合收獲機的損失率為20.8%，含雜率為33.47%。全喂入聯合收獲是當下主流的收獲方法[5]，風篩清選是聯合收獲機普遍采用的一種清選方式，但大多是針對谷物、玉米、水稻等作物[6-8]，對羊草等禾本科牧草種子的清選研究較少。羊草種子產量低，種草比小，種子間易粘連[9]，種子成熟后莖葉含水率高等因素加劇了羊草種子的清選困難程度。另外，羊草種子收獲期短，為了不誤農時，全喂入聯合收獲機的作業參數選擇較單一，沒能調節出一組收獲羊草種子的較優參數組合。因此，結合羊草種子自身物理特性，與先進清選技術[8, 10-12]，設計搭建羊草種子風篩清選裝置進行室內試驗，可為研發羊草等禾本科牧草種子全喂入聯合收獲機提供參考。

1 清選裝置結構與工作原理

1.1 整機結構

風篩式羊草種子清選裝置主要包括自動喂料裝置、分離清選裝置、接料裝置、傳動裝置、變頻控制系統等，其結構組成如圖1所示。

(a) 主視圖

(b) 仰視圖圖1 羊草種子風篩清選裝置結構圖Fig. 1 Structure diagram of Leymus chinensis seed air-and-screen cleaning device1.接料裝置 2.篩箱 3.振動篩 4.振動篩控制電動機 5.喂料控制電動機 6.料斗 7.風篩清選裝置上架 8.風機 9.風機控制電動機 10.風篩清選裝置下架 11.變頻控制系統 12.上篩 13.下篩

為了與田間收獲用的聯合收獲機盡可能保持一致，風篩清選裝置的篩箱與田間的全喂入聯合收獲機的篩箱型號、尺寸一致；其中，振動篩振動頻率、風機轉動頻率、喂料裝置轉動頻率均由變頻器各自控制調節；上篩與下篩的篩片均可以拆卸，以便更換不同形式與尺寸的篩片；接料裝置中設置了55個小型的接料盒，每個接料盒都可以單獨取出，以便分析篩下物的分布規律。

1.2 主要技術指標

結合羊草種子脫出物清選作業工藝流程與工作過程，風篩清選裝置的主要技術參數如表1所示。

表1 羊草種子脫出物風篩清選裝置主要技術參數Tab. 1 Main technical parameters of the Leymuschinensis seed extract air-and-screen

1.3 清選工藝與工作原理

設計的風篩清選裝置獲得清潔羊草種子的工藝流程如圖2所示。

圖2 羊草種子脫出物清選作業工藝流程圖Fig. 2 Process flow chart of the extraction of Leymus chinensis seeds

首先，通過喂入量變頻控制器控制料斗內羊草種子脫出物的喂入量，隨后羊草種子脫出物落到振動篩的抖動板上，通過振動篩的變頻控制器控制振動頻率使羊草種子脫出物均勻向前輸送。當羊草種子脫出物剛接觸到篩面時，一部分輕雜質會在風機作用下直接被吹出排雜口，而風機也通過風機變頻控制器控制風速大小。隨后羊草種子與短莖稈會通過抖動板落到上篩，部分長莖稈會從上篩直接排出排雜口，大部分短莖稈與羊草種子會落到下篩，下篩的篩上物包含大部分短莖稈與部分羊草種子，會落到復脫裝置，停機后會把復脫裝置的物料重新放回進料斗進行循環清選，下篩的篩下物包含一小部分短莖稈與大部分羊草種子，會落入到接料裝置被收集，在振動篩篩分過程中，風機會持續把一些輕雜質、種子麩皮、懸浮速度較小的短莖稈、雜草籽等吹出排雜口，完成清選過程。

2 關鍵部件設計

2.1 清選裝置

清選裝置主要由振動篩、風機、傳動裝置、控制裝置等組成，其中振動篩又由抖動板、篩框、上篩、下篩、尾篩等組成，其結構示意圖如圖3所示。

(a) 主視圖

(b) 俯視圖圖3 清選裝置結構圖Fig. 3 Cleaning device structure diagram1.風機 2.皮帶 3.風機電機 4.振動篩電機 5.鏈條 6.復脫位置 7.振動篩鏈輪 8.篩箱 9.振動篩凸輪 10.下篩 11.上篩 12.抖動板 13.尾篩

振動篩驅動機構主要依靠振動篩鏈輪與鏈條外嚙合實現運動，與鏈輪相連的另一端是偏心裝置，在鏈傳動以及偏心輪共同作用下實現振動篩的往復運動，且振動篩電機通過變頻器控制可實現振動篩的轉速調節。風機采用貫流風機，具有出風口氣流沿軸向分布較均勻、壓力系數和流量系數較高等優點，在農業機械中有較廣闊的應用前景[13]。

在氣流和振動篩共同作用下，篩面上羊草種子脫出物的運動不同于純振動方式下的運動，氣流的作用使羊草種子脫出物在篩面上的上滑指數K1、下滑指數K2、起跳指數K3都發生了變化，從而改變了羊草種子脫出物在篩面上的運動狀態[14]。假設篩面的氣流速度與方向不變，忽略羊草種子脫出物間的相互碰撞，羊草種子脫出物各組分的懸浮系數保持不變，對單個脫出物在篩面上的運動進行分析。

1) 羊草種子脫出物相對于篩面上滑過程。羊草種子脫出物在系統慣性力的作用下產生相對運動，當羊草種子脫出物所受的系統慣性力向上時，如圖4所示，脫出物具有相對于篩面上滑的趨勢，其運動微分方程為

(1)

式中：G*——系統慣性力，G*=-ma′=mAω2cosωt，N；

N——正壓力，N；

F——羊草種子脫出物所受摩擦力，N；

φ——羊草種子脫出物與篩面之間滑動摩擦角，(°)；

p——羊草種子脫出物所受的氣流作用力，N；

α——篩面傾角，(°)；

δ——振動方向與水平面所夾銳角，(°)；

t——時間，s；

m——羊草種子脫出物的質量，kg；

A——曲柄半徑，mm；

ω——曲柄轉速，rad/s；

a′——振動篩加速度；

β——風力方向與水平面的夾角，(°)。

式(1)化簡得

(2)

式中：vp——懸浮速度，m/s；

ξ——氣流相對于質點的相對速度，m/s。

令

則式(2)化簡為

(3)

(4)

圖4 羊草種子脫出物相對于篩面上滑時的受力分析Fig. 4 Force analysis of Leymus chinensis seed extraction sliding relative to the screen surface

2) 羊草種子脫出物相對于篩面下滑過程。當羊草種子脫出物所受的系統慣性力向下時，如圖5所示，脫出物具有下滑趨勢，其運動微分方程為

(5)

式(5)可化簡為

(6)

令

即有

(7)

(8)

圖5 羊草種子脫出物相對于篩面下滑時的受力分析Fig. 5 Force analysis of Leymus chinensis seed extraction when it slides down relative to the screen surface

3) 羊草種子脫出物相對于篩面的拋擲過程。當羊草種子脫出物所受的系統慣性力向上時，如圖6所示，系統慣性力沿篩面法線方向的分力與正壓力N方向相同，這時羊草種子脫出物有向上拋擲的趨勢。此時，正壓力

N=mgcosα-G*sin(δ-α)-psin(β-α)

=mgcosα-mAω2cosωtsin(δ-α)-

mkpξ2sin(β-α)

(9)

隨著Aω2的增大，正壓力N減小，當Aω2增大到一定數值時，使N=0，此時羊草種子脫出物就被拋離篩面。

當N=0時可得

令

所以，羊草種子脫出物相對于篩面拋擲時應滿足

(10)

從上面可以看出，影響羊草種子脫出物在篩面上運動狀態的參數有：風向角β，曲柄半徑A，曲柄轉速ω，羊草種子脫出物的懸浮系數kp，氣流相對于質點的相對速度ξ，篩面傾角α及振動方向與水平面所夾銳角δ。在此清選裝置中，β=30°，A=10 mm，kp=1.25，ξ=5 m/s，α=3.8°，δ=35°，把各項參數帶入以上各式得出，K1=-2.96，K2=3.81，K3=-0.79，則下滑指數大于起跳指數大于上滑指數，所以設計的清選篩分裝置滿足篩分條件。

圖6 羊草種子脫出物相對于篩面拋擲時的受力分析Fig. 6 Force analysis of Leymus chinensis seed extraction when thrown relative to the screen surface

2.2 喂料裝置

喂料裝置主要由料斗、撥料輥、傳動裝置、控制裝置組成，其結構示意圖如圖7所示。

由于羊草種子脫出物流動性差，所以下料過程主要靠撥料輥的旋轉使羊草種子脫出物勻速下落；為了保證傳動平穩、下料均勻，傳動部分采用同步帶傳動，同步電機型號為YX3-90L-2，由變頻器控制轉速，實現喂料量的調節。喂料裝置安裝位置主要由抖動板決定，其安裝示意圖如圖8所示。其中喂料裝置的前后位置安裝于抖動板中部靠后，高度h為110 mm，保證脫出物可以落到抖動板上，并且與振動篩工作過程中不發生干涉。

(a) 主視圖

(b) 右視圖圖7 喂料裝置結構示意圖Fig. 7 Schematic diagram of the structure of the feeding device1.同步電機 2.同步帶 3.料斗 4.撥料輥軸 5.撥料輥

圖8 喂料裝置安裝示意圖Fig. 8 Schematic diagram of feeding device installation1.料斗 2.抖動板

2.3 接料裝置

接料裝置主要放置于清選篩下方，由55個長、寬、高分別為78 mm×58 mm×150 mm的長方體盒子組成，每個盒子都能單獨取出，以便分析篩下物的分布規律。由于風篩清選裝置在振動篩與風機的作用下，篩面上的羊草種子脫出物不是垂直方向掉落，所以接料裝置應放置于距振動篩L=845 mm處，高度距離下篩H=50 mm處，如圖9所示。

圖9 接料裝置結構示意圖Fig. 9 Schematic diagram of the structure of the feeding device1.接料裝置 2.上篩 3.下篩 4.風機

此時，接料裝置與振動篩工作時不會發生干涉且能達到一個較好的接料效果。

3 性能試驗

3.1 試驗材料與試驗方法

試驗所用的材料為從田間全喂入聯合收獲機抖動板收集的脫出物。由于在試驗室放置了一段時間后，含水率與田間收獲試驗時有所不同，為了盡可能與田間收獲時的含水率一致，在進行正式試驗之前先對物料的含水率進行調節，利用噴水法[15]進行含水率調節，噴水的質量按式(11)計算，把噴完水的物料放置在室溫下24 h以上，使含水率均勻。參考NY/T 1235—2006《牧草與草坪草種子清選技術規程》[16]進行試驗，試驗分為單因素試驗和多因素響應面試驗兩部分，試驗過程中先將物料倒入料斗，在風機與振動篩的共同作用下開始清選試驗，待清選試驗裝置運行穩定后，分別在出料口與出雜口接取物料，每次試驗重復3次，最后求取平均值。

(11)

式中：M0——羊草種子脫出物的初始質量，g；

M1——所需水的質量，g；

W0——羊草種子脫出物的初始含水率，g；

W1——羊草種子脫出物所需的含水率，g。

3.2 試驗因素與試驗指標

清選效果與風篩清選裝置的結構參數和工作參數密切相關，本次試驗主要選取對清選性能影響較大的4個因素進行分析，分別為振動篩轉速、風機轉速、喂入量以及篩孔尺寸。對各因素的水平進行選取，如表2所示。

表2 試驗因素水平Tab. 2 Test factor level

羊草種子脫出物清選試驗要求清潔的羊草種子從振動篩的下篩落下，短莖稈等雜質則從排雜口排出，但實際試驗過程中，會有雜質跟隨羊草種子一起落進接料裝置，部分種子會在雜質的夾帶下被帶出排雜口。因此，取篩下物的含雜率、排雜口損失率作為本次清選試驗的試驗指標，含雜率與損失率的計算按照式(12)、式(13)進行。

(12)

(13)

式中：Y1——含雜率，%；

Y2——損失率，%；

m0——篩下物總質量，g；

m1——篩下物中羊草種子質量，g；

m2——排雜口中羊草種子質量，g。

3.3 單因素試驗

3.3.1 振動篩轉速單因素試驗

試驗前先調節轉速對應的變頻器頻率，在振動篩轉速范圍250～350 r/min之間選取5個水平，設定風篩清選裝置的喂入量為0.08 kg/s，上篩篩孔尺寸為6 mm×6 mm，下篩篩孔尺寸為4 mm×4 mm，風機轉速為950 r/min進行試驗，清選性能隨振動篩轉速的變化如圖10所示。

圖10 振動篩轉速與清選性能的關系Fig. 10 Relationship between vibrating screen speed and cleaning performance

從圖10中可知，振動篩轉速對清選性能的影響較復雜，較低或較高的轉速都會影響含雜率，隨著振動篩轉速的增大，含雜率呈現先減小后增大的趨勢，損失率則一直呈現增大趨勢。這表明，振動篩轉速增大使得羊草種子脫出物的透篩機會也隨之增大，而夾雜在雜質中被排出的羊草種子也會增多。在275 r/min處含雜率最低，此時達到了一個較好的清選效果。

3.3.2 篩孔尺寸單因素試驗

選取振動篩轉速300 r/min，風機轉速950 r/min，喂入量0.08 kg/s，篩孔尺寸選取4組編織篩，分別為：上篩20 mm×4 mm、下篩16 mm×4 mm的長孔篩，上篩16 mm×6 mm、下篩16 mm×4 mm的長孔篩，上篩8 mm×8 mm、下篩4 mm×4 mm的方孔篩，上篩6 mm×6 mm、下篩4 mm×4 mm的方孔篩進行試驗，得到清選性能隨篩孔尺寸變化的關系如圖11所示。

圖11 篩孔尺寸與清選性能的關系Fig. 11 Relationship between sieve size and cleaning performance

從圖11中可知，上篩20 mm×4 mm、下篩16 mm×4 mm與上篩6 mm×6 mm、下篩4 mm×4 mm處的含雜率差距較小，上篩6 mm×6 mm、下篩4 mm×4 mm處的損失率大于上篩20 mm×4 mm，下篩16 mm×4 mm 處的損失率，長孔篩與方孔篩對含雜率的影響較小，這表明在羊草種子脫出物的清選過程中篩孔長度方向對含雜率的變化影響不明顯，主要取決于篩孔寬度方向的尺寸。損失率方面方孔篩大于長孔篩，這是因為篩孔尺寸變小，羊草種子脫出物的透篩機會隨之變小，種子隨著一些雜質被帶出排雜口。

3.3.3 風機轉速單因素試驗

選取上篩篩孔尺寸為6 mm×6 mm、下篩篩孔尺寸為4 mm×4 mm，振動篩轉速300 r/min，喂入量0.08 kg/s，風機轉速范圍從870～1 100 r/min選取6個水平進行單因素試驗，清選性能隨風機轉速的變化關系如圖12所示。

圖12 風機轉速與清選性能的關系Fig. 12 Relationship between fan speed and cleaning performance

從圖12中可以知，含雜率隨風機轉速的增大呈下降趨勢，后逐漸趨于平穩，損失率隨風機轉速的增大呈增大趨勢，并且在達到1 050 r/min后急劇上升，這表明在1 050 r/min之后的風速超過了羊草種子脫出物的懸浮速度，致使羊草種子在沒有透篩的情況下被吹出了排雜口。從總體趨勢來看，在風速較小時部分莖稈、麩皮等輕雜質會被吹出機外，此時一些莖稈與大部分種子會落到接料口，因此含雜率較大，損失率較小。風速較大時，種子與莖稈都會被吹出，造成含雜率較小，損失率較大現象，在風機轉速950～1 050 r/min時，清選效果較好。

3.3.4 喂入量單因素試驗

選取上篩篩孔尺寸6 mm×6 mm、下篩篩孔尺寸4 mm×4 mm，振動篩轉速300 r/min，風機轉速950 r/min，喂入量在0.07～0.09 kg/s之間選取5個水平，進行單因素試驗，清選性能隨喂入量的變化關系如圖13所示。

從圖13中可知，含雜率隨著喂入量的增大呈先減小后增大趨勢，損失率隨著喂入量的增大呈增大趨勢。這是因為，隨著喂入量的增大，篩面上的物料層會變厚，一些莖稈與種子在未及時透篩的情況下，隨著物料層向后移動，最后在振動篩以及風機氣流的作用下被帶出排雜口，因此含雜率會變小，損失率會變大，隨著喂入量持續增大，透篩的莖稈變多，因此含雜率又會呈增大趨勢。在喂入量為0.08 kg/s時含雜率最低，損失率也較小，此時能達到一個較好的清選效果。

圖13 喂入量與清選性能的關系Fig. 13 Relationship between feeding amount and cleaning performance

4 響應面試驗

為了進一步分析各試驗因素對清選性能的影響情況，考察各因素之間是否存在交互作用，在單因素基礎上，選取合理的因素水平進行響應面試驗設計與分析。

響應曲面法(Response Surface Methodology，RSM)，是一種試驗條件尋優的方法，適宜于解決非線性數據處理的相關問題[17]。響應面分析的試驗設計主要有：中心組合設計(Central Composite，CCD，包括通用旋轉組合設計、二次正交組合設計等)；BOX設計(Box-Behnken設計)等[18]。本文選取中心組合設計進行響應面分析，根據試驗采集的輸入輸出數據，獲得輸入參數與輸出參數之間的關系。

4.1 試驗設計與分析

根據單因素試驗，在Design-Expert 11中進行中心復合試驗設計，選取振動篩轉速、風機轉速、喂入量作為響應面試驗的變量，采用含雜率與損失率作為響應，篩孔尺寸選取上篩6 mm×6 mm，下篩4 mm×4 mm。為了描述最佳區域中響應面的性質，中心復合設計取六個中心點和每個因子的五個水平，并取可旋轉α，因此因子水平編碼為(-1.682，-1，0，1，1.682)，試驗參數及相應范圍見表3，表4顯示了一個中心復合旋轉因子設計，其中包括20組清選過程建模的編碼條件。

表3 試驗參數及對應的范圍編碼Tab. 3 Test parameters and corresponding range codes

表4 試驗設計與結果Tab. 4 Experimental design and results

由表4可以看出，按照試驗設計得出的含雜率范圍為21.3%～39.3%，損失率范圍為2.0%～7.0%。借助Design-Expert 11軟件對含雜率Y1和損失率Y2進行回歸模型的方差分析，如表5、表6所示，分別得到Y1和Y2的二次回歸模型如式(14)、式(15)所示，回歸模型可以用來預測每個因子給定的響應，通過比較各因子系數，可以確定各因子的相對影響。

Y1=29.03+2.41A-0.349 5B+1.71C-

0.387 5AB-2.39AC-1.46BC-

1.40A2+2.72B2-0.395 4C2

(14)

Y2=4.02+0.076 2A+0.775 5B-

0.397 4C+0.162 5AB+0.912 5AC-

0.087 5BC+0.298 3A2+

0.174 5B2+0.528 1C2

(15)

表5 含雜率方差分析Tab. 5 Impurity analysis of variance

表6 損失率方差分析Tab. 6 Loss rate analysis of variance

由表5可知，試驗建立的二次回歸模型的P=0.000 3，表明回歸模型極顯著，多重決定系數(R2)為0.915 2，說明二次模型不能反映含雜率總變異的0.084 8，當F值為11.99時，表明含雜率回歸模型對風篩清選裝置性能優化具有重要意義。其中，模型的一次項A、C對含雜率影響皆極顯著；二次項A2對含雜率影響顯著，B2對含雜率影響極顯著；交互項AC對含雜率影響極顯著，BC對含雜率影響顯著。根據模型各試驗因素回歸系數的大小，可得到各因素對含雜率的影響主次順序為：A>C>B，即振動篩轉速>喂入量>風機轉速。

由表6可知，二次回歸模型的P=0.0393，表明回歸模型顯著，多重決定系數(R2)為0.746 6，說明二次模型不能反映損失率總變異的0.253 4，當F值為3.27時，表明損失率回歸模型對風篩清選裝置性能優化具有重要意義。其中，模型的一次項B對損失率影響極顯著；二次項C2對損失率影響顯著；交互項AC對損失率影響顯著，其余各項均不顯著。根據模型各試驗因素回歸系數的大小，可得到各因素對損失率的影響主次順序為：B>A>C，即風機轉速>振動篩轉速>喂入量。

4.2 交互項響應面分析

根據建立的回歸模型，分別獲得各試驗因素之間的響應面圖，如圖14～圖19所示。響應曲面的形狀與等高線圖的密度可反映出交互因素作用的強弱[19]。

圖14 振動篩轉速與風機轉速對含雜率的影響Fig. 14 Influence of vibrating screen speed and fan speed on impurity content

由圖14可知，當振動篩轉速在275 r/min，風機轉速在990 r/min時含雜率較低，振動篩轉速對含雜率的影響明顯高于風機轉速對含雜率的影響，由響應面形狀可以看出，振動篩轉速與風機轉速的交互作用對含雜率有一定影響，但是影響并不顯著，這與方差分析結果一致。

圖15 振動篩轉速與喂入量對含雜率的影響Fig. 15 Influence of vibrating screen speed and feed rate on impurity content

由圖15可知，當振動篩轉速在275 r/min，喂入量在0.08 kg/s時含雜率較低，從響應面圖可以看出，振動篩轉速與喂入量對含雜率均有影響，二者的交互作用對含雜率的影響顯著，與方差分析結果一致。

圖16 風機轉速與喂入量對含雜率的影響Fig. 16 Influence of fan speed and feed rate on impurity content

由圖16可知，當風機轉速在990 r/min，喂入量在0.08 kg/s時含雜率較低，喂入量對含雜率的影響大于風機轉速對含雜率的影響，當把喂入量固定在某一個水平，含雜率隨風機轉速的增大呈現先減小后增大趨勢。從響應面圖可以看出，風機轉速與喂入量對含雜率均有影響，且影響顯著。

由圖17可知，當振動篩轉速在295 r/min，風機轉速在950 r/min時損失率較低，當把振動篩轉速固定在某一個水平，損失率隨風機轉速的增大而增大，出現該現象的原因是在振動篩轉速一定時，風機轉速變大會逐漸超過羊草種子的懸浮速度，致使羊草種子被吹出排雜口。從曲面圖可以看出，風機轉速與振動篩轉速對損失率均有影響，但影響并不顯著，這與方差分析結果一致。

圖17 振動篩轉速與風機轉速對損失率的影響Fig. 17 Influence of vibrating screen speed and fan speed on loss rate

圖18 振動篩轉速與喂入量對損失率的影響Fig. 18 Influence of vibrating screen speed and feed rate on loss rate

從圖18可知，當振動篩轉速在275 r/min，喂入量在0.09 kg/s時損失率較低，當把喂入量固定在一定水平時，損失率隨振動篩轉速的增大呈現先減小后增大趨勢，這表明振動篩轉速并非越高越好。從響應面圖可以看出，振動篩轉速與喂入量對損失率均有影響，且影響顯著。

由圖19可知，當風機轉速在950 r/min，喂入量在0.086 kg/s時損失率較低，風機轉速對損失率的影響大于喂入量對損失率的影響，將風機轉速固定在某一水平時，損失率隨喂入量的增大呈現先減小后增大趨勢。從響應面圖可以看出，風機轉速與喂入量對損失率均有影響，但二者的交互作用對損失率影響不顯著，與方差分析結果一致。

圖19 風機轉速與喂入量對損失率的影響Fig. 19 Influence of fan speed and feed volume on loss rate

4.3 較優工作參數確定以及試驗驗證

根據上述試驗結果分析，為進一步減小風篩式羊草種子脫出物清選裝置的含雜率與損失率，在各試驗因素水平約束下，將含雜率與損失率的最小值作為優化目標進行參數確定，如式(16)所示。利用Design-Expert11軟件中的優化求解器，對建立的回歸方程進行優化求解。其中，損失率的重要程度要大于含雜率，因此在求解器中將損失率的重要程度設為(+++++)，含雜率的重要程度設為(++++)，優化后得到17組試驗方案，選取較優一組組合為：振動篩轉速275 r/min，風機轉速985 r/min，喂入量0.087 kg/s，此時的含雜率為26.986%，損失率為3.686%。

(16)

為了驗證所建立的回歸模型的可靠性，在設計搭建的風篩清選裝置上，按照以上得出的最優參數組合進行試驗，試驗材料和方法與前文所述一致，試驗在3次求平均值后，得出含雜率為27.3%，損失率為3.3%，羊草種子清選效果較好。這與響應面優化值接近，表明所建立的回歸模型是可靠的。

5 結論

1) 設計了羊草種子脫出物料風篩清選裝置，并對裝置的關鍵部件進行了設計優化。確定了清選裝置的關鍵參數，進行了羊草種子脫出物篩面運動理論分析，得出下滑指數K2=3.81>起跳指數K3=-0.79>上滑指數K1=-2.96，從理論上分析了清選裝置的可行性；喂料裝置的前后位置安裝于抖動板中部靠后，高度為110 mm，保證脫出物可以落到抖動板上，并且與振動篩工作過程中不發生干涉；接料裝置放置于距振動篩845 mm處，高度距離下篩50 mm處，此時接料裝置與振動篩工作時不會發生干涉且能達到一個較好的接料效果。

2) 進行了振動篩轉速、篩孔尺寸、風機轉速以及喂入量的單因素試驗，得出了清選性能隨各因素變化的規律，借助響應面試驗分析，得出對含雜率影響因素的主次順序為：振動篩轉速、喂入量、風機轉速；對損失率影響因素的主次順序為：風機轉速、振動篩轉速、喂入量；羊草種子脫出物風篩清選裝置較優工作參數為：振動篩轉速275 r/min，風機轉速985 r/min，喂入量0.087 kg/s，在此參數組合下試驗的含雜率為27.3%，損失率為3.3%。