種子清選機(jī)研究現(xiàn)狀與發(fā)展思考

許才花

(黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院 佳木斯分院，黑龍江 佳木斯 154004)

0 引言

隨著國(guó)家對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展的重視程度逐漸增加，對(duì)種子發(fā)展提出了“種子工程”發(fā)展目標(biāo)，主要內(nèi)容包括種質(zhì)資源的收集和利用，并加快新品種的選育和引進(jìn)，發(fā)展完善的種子清選、加工和包衣技術(shù)[1-4]。種子清選作為“種子工程”的主要發(fā)展內(nèi)容之一，是將收獲后的糧食或者種子內(nèi)部多余的雜質(zhì)，如秸稈殘茬、石子、草籽、受損種子及不符合種植要求的種子進(jìn)行清除，目前主要依靠種子清選機(jī)進(jìn)行種子清選與分級(jí)，保證清選后的種子符合播種要求[5]，為作物后續(xù)生長(zhǎng)及產(chǎn)量提供良好的基礎(chǔ)條件。

目前，市面上農(nóng)用種子清選機(jī)主要包括風(fēng)篩式種子清選機(jī)、比重式種子清選機(jī)、窩眼式清選機(jī)和復(fù)式清選機(jī)，可以根據(jù)不同的種子類(lèi)型及要求選擇合適的種子清選機(jī)類(lèi)型[6-7]。我國(guó)種子清選機(jī)基本能夠滿(mǎn)足對(duì)種子清選的要求，但是相比于美國(guó)、丹麥等國(guó)家，國(guó)產(chǎn)種子清選機(jī)在作業(yè)質(zhì)量和工作可靠性等方面還存在一定的差距，應(yīng)該進(jìn)一步提升我國(guó)農(nóng)用種子清選機(jī)的自主創(chuàng)新能力，提高清選效率與工作可靠性[8]，促進(jìn)我國(guó)種業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

1 種子清選機(jī)主要類(lèi)型及工作原理

1.1 主要類(lèi)型

目前，市面上農(nóng)用種子清選機(jī)主要包括風(fēng)篩式種子清選機(jī)、比重式種子清選機(jī)、窩眼式清選機(jī)和復(fù)式清選機(jī)。

1)風(fēng)篩式種子清選機(jī)。主要是根據(jù)谷物不同外形、尺寸及漂浮速度，利用空氣動(dòng)力學(xué)特征進(jìn)行谷物風(fēng)選。

(2)比重式種子清選機(jī)。基于種子與雜質(zhì)之間的比重不同進(jìn)行谷物與雜質(zhì)的分離。

(3)窩眼式清選機(jī)。窩眼筒清選機(jī)是通過(guò)物料長(zhǎng)度的差異進(jìn)行分選的設(shè)備，當(dāng)物料寬度及厚度相近而長(zhǎng)度有差異時(shí)，用篩選設(shè)備很難進(jìn)行分離，而用窩眼筒清選機(jī)則較為理想。例如，可以去除小麥種子中的燕麥及蕎子，也可以去除水稻種子中的糙米。

(4)復(fù)式清選機(jī)。是將以上三種清選機(jī)的工作原理綜合，可以實(shí)現(xiàn)較高的清選率，一般分為農(nóng)用種子的預(yù)清選、基本清選與精篩三個(gè)階段。在預(yù)清選階段，可以將較大的雜質(zhì)，如秸稈殘茬、石子等清除；在基本清選過(guò)程中，主要是清除尺寸較小的草籽、比重較輕的雜質(zhì)；精篩主要是將清選完成的種子進(jìn)行分級(jí)處理，將外形尺寸和破損的種子進(jìn)行篩分。

1.2 工作原理

農(nóng)用種子清選過(guò)程主要包括參數(shù)設(shè)置、種子篩分、振動(dòng)清選和工況復(fù)位。隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化和智能化發(fā)展，目前農(nóng)用種子清選機(jī)基本可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，在種子進(jìn)行清選工作前，首先根據(jù)種子類(lèi)型、供料速度、振動(dòng)參數(shù)及風(fēng)機(jī)風(fēng)速進(jìn)行參數(shù)設(shè)置；然后進(jìn)行人工送料，將種子批量放入喂料系統(tǒng)，并通過(guò)電磁振動(dòng)裝置將種子向清選系統(tǒng)均勻供料，種子在清選系統(tǒng)完成種子清選；最后種子進(jìn)入篩分系統(tǒng)，將已經(jīng)清選結(jié)束后的種子進(jìn)行級(jí)別篩分。完成種子清選機(jī)篩分工作后，應(yīng)將參數(shù)設(shè)置復(fù)位，關(guān)閉機(jī)器后，檢查種子清選機(jī)內(nèi)部篩板中是否有種子或者其他雜質(zhì)殘留，對(duì)種子清選機(jī)進(jìn)行檢查與清理。控制系統(tǒng)主要以STM32為控制器，完成種子清選機(jī)內(nèi)部各個(gè)傳感器之間的信息采集、處理與轉(zhuǎn)換，及時(shí)將種子清選情況轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)顯示，用戶(hù)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行不同系統(tǒng)的參數(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)種子高效清選。

2 國(guó)內(nèi)外種子清選機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 國(guó)外種子清選機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀

歐美國(guó)家種子清選機(jī)的研發(fā)已經(jīng)十分成熟，在現(xiàn)有清選技術(shù)基礎(chǔ)上，不斷進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，目前推廣根據(jù)種子極化帶電特性進(jìn)行種子清選與雜質(zhì)分離技術(shù)，基于高壓靜電下種子與雜質(zhì)之間帶電量的不同，完成種子與雜質(zhì)之間的高效分離與清選。另外，研制了種子色選機(jī)，基于色選原理，根據(jù)種子與雜質(zhì)表面光澤度的不同，完成種子清選，但是價(jià)格高昂，目前尚未完成大面積的推廣與應(yīng)用。

國(guó)外種子清選機(jī)的主要發(fā)展特點(diǎn)為清選效率高、種子清選效果好，工作可靠性較高，目前，以丹麥、美國(guó)、德國(guó)、意大利等國(guó)家在此方面發(fā)展較為先進(jìn)。國(guó)外種子清選機(jī)研發(fā)知名企業(yè)包括CIMBRIA公司，在國(guó)際市場(chǎng)中占據(jù)較大的市場(chǎng)份額，另外還有德國(guó)PETKUS公司和美國(guó)WESTRUP公司等知名企業(yè)。目前應(yīng)用較為廣泛的種子清選類(lèi)型及主要特點(diǎn)如表1所示。

表1 國(guó)外種子清選機(jī)類(lèi)型及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

2.2 國(guó)內(nèi)種子清選機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)對(duì)種子清選機(jī)的研究始于20世紀(jì)70年代，自主研發(fā)的種子清選機(jī)類(lèi)型主要以小型機(jī)械為主，在不同種子類(lèi)型之間通用性較差，工作性能不穩(wěn)定。另一方面，我國(guó)機(jī)械加工制造能力水平有限，導(dǎo)致種子清選機(jī)配套設(shè)備較多，工序復(fù)雜，不能很好地滿(mǎn)足種子清選發(fā)展要求。目前，我國(guó)種子清選機(jī)主要類(lèi)型與發(fā)展特點(diǎn)如表2所示。

表2 國(guó)內(nèi)典型種子清選機(jī)類(lèi)型及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

3 國(guó)內(nèi)種子清選機(jī)發(fā)展存在的問(wèn)題

3.1 缺乏大型種子清選設(shè)備

我國(guó)種子清選機(jī)發(fā)展較晚，目前自主研發(fā)的種子清選機(jī)主要類(lèi)型為中小型。隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)集約化發(fā)展，對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械大型化要求日益提高，各種農(nóng)業(yè)機(jī)械大型化發(fā)展是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的必然趨勢(shì)和發(fā)展要求。目前，我國(guó)大型種子清選機(jī)主要依賴(lài)進(jìn)口，價(jià)格昂貴，提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本。

3.2 專(zhuān)用機(jī)型較少，設(shè)備形式單一

種子類(lèi)型繁雜，品種較多，目前我國(guó)種子清選機(jī)多為通用機(jī)型，對(duì)于特定的種子清選設(shè)備較少，種子與清選機(jī)之間的匹配性較差，進(jìn)而導(dǎo)致作業(yè)質(zhì)量較差。國(guó)內(nèi)主要種子清選設(shè)備核心部件結(jié)構(gòu)形勢(shì)較為單一，無(wú)法根據(jù)不同的作業(yè)要求選出合適的核心部件，限制了我國(guó)種子清選機(jī)工作效率的提升。

3.3 自主創(chuàng)新能力較低

我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械普遍自主創(chuàng)新能力不足，研發(fā)經(jīng)費(fèi)較少，多為國(guó)外仿制設(shè)備，整體無(wú)法滿(mǎn)足高質(zhì)量種子的清選要求。另一方面，我國(guó)機(jī)械加工技術(shù)與工藝水平與國(guó)外相比也有較大的差距，導(dǎo)致種子清選機(jī)發(fā)展緩慢。

4 種子清選機(jī)發(fā)展趨勢(shì)

4.1 加強(qiáng)大型種子清選機(jī)的研發(fā)

隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大與發(fā)展，未來(lái)種子清選設(shè)備也逐漸向大型化發(fā)展，因此，應(yīng)重視大型種子清選設(shè)備的研發(fā)與投入，提高種子清選生產(chǎn)率，滿(mǎn)足我國(guó)種子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展要求，全面提高農(nóng)業(yè)機(jī)械大型化、集約化發(fā)展。

4.2 加強(qiáng)不同種子專(zhuān)用清選設(shè)備的研究

根據(jù)不同種子清選要求，設(shè)計(jì)專(zhuān)用種子清選機(jī)，加強(qiáng)企業(yè)與高校之間的產(chǎn)學(xué)研結(jié)合與交流，突破現(xiàn)有種子清選機(jī)存在的技術(shù)瓶頸，加大核心部件技術(shù)參數(shù)與材料的研發(fā)和創(chuàng)新，全面提升種子清選機(jī)的工作效率。

5 結(jié)論

本研究針對(duì)我國(guó)種子清選機(jī)存在的清選效果差、種子破損率高等問(wèn)題，系統(tǒng)論述了國(guó)內(nèi)外種子清選機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀，提出目前我國(guó)種子清選機(jī)在實(shí)際應(yīng)用與發(fā)展中存在的主要問(wèn)題，指出未來(lái)我國(guó)種子清選機(jī)應(yīng)加強(qiáng)大型種子清選機(jī)的研發(fā)，加強(qiáng)企業(yè)與高校之間的產(chǎn)學(xué)研結(jié)合等主要發(fā)展方向與研究重點(diǎn)。研究結(jié)果以期為加快我國(guó)種子清選機(jī)的發(fā)展提供技術(shù)參考。