科研育種單株單穗脫粒機的研制*

胡陳君 ，姜 鋮 ，楊廣文

（宜賓市農業科學院，四川 宜賓 644000）

0 引言

育種是作物高產、穩產、優質的基礎和保障，而種子脫粒是作物育種的重要環節，不同于大田作物，科研育種面積小，種植試驗品種珍貴繁多，樣本量小，脫粒時既要求提高脫粒效率，又要保證各品種之間無混雜。目前，絕大多數科研單位單株單穗脫粒以人工脫粒方式為主，脫粒效率低，勞動強度大，費時費力。若采用普通脫粒機進行育種種子脫粒，種子的破碎率高，機械內部清理困難，結構復雜易殘留種子、損失種子，且易造成不同品種的籽粒混雜，導致考種不純[1-5]。

為此，課題組研制了一款科研育種單株單穗脫粒機，其結構簡單，重量輕，易于移動，且機具內部易于清理，脫粒時機內未有殘留，確保了種源純凈，脫粒效果良好。此外，通過電機速度的調節，可適用于不同單株單穗作物，適用性較廣，為科研育種提高脫粒作業效率及減輕勞動強度提供了適用機具。

1 總體結構及工作原理

1.1 總體結構

科研育種單株單穗脫粒機主要由進料蓋板、脫粒滾筒組件、出料蓋板、機架、電機等組成，其結構簡圖如圖1所示。

其中，進料蓋板與出料蓋板各自焊接為一個整體，通過螺栓相連。調速電機與脫粒滾筒組件主軸采用鍵直接方式連接，脫粒滾筒組件主要由主軸、支撐板、滾筒、板齒等組成，板齒焊接在滾筒上，滾筒通過支撐板與主軸連接。機架與電機和進料出料蓋板通過螺栓連接固定，構成整機。

圖1 科研育種單株單穗脫粒機總體結構示意圖

1.2 工作原理

科研育種單株單穗脫粒機是一種手持上脫式脫粒裝置。脫粒作業時，通過調速電機帶動脫粒滾筒組件轉動，手持作物單株單穗莖稈將穗端喂入進料口，在脫粒滾筒組件旋轉離心力的作用下，通過板齒的打擊、搓揉等動作將作物籽粒脫下。

脫粒機采用直流式脫粒方式，脫粒腔除脫粒滾筒組件外沒有其他裝置，脫粒時通過板齒與蓋板的相互作用實現脫粒，結構緊湊、簡單，籽粒殘留可能性幾乎為零。此外，可通過停機時開啟進料蓋板對其進行無死角清理作業，完全確保種源的純凈度。試驗表明，該機結構簡單、不混雜，種子純凈度高、易清理，能有效減輕育種工作人員的勞動強度。

2 主要零部件的設計

2.1 脫粒滾筒組件的設計

脫粒滾筒組件是脫粒機的重要部件，它直接決定著脫粒機的脫粒效果，該機脫粒滾筒組件的結構如圖2 所示，主要由主軸、支撐板、滾筒、板齒等組成，板齒與脫粒滾筒中心軸之間設置了60°夾角，在脫粒過程中，傾斜板齒不僅能大面積地接觸作物進行打擊脫粒，還能讓作物在滾筒上橫向運動，使得作物與板齒及蓋板之間相互擠搓進行脫粒，提高作物籽粒脫凈率。

圖2 脫粒滾筒組件結構示意圖

脫粒滾筒全長138 mm，直徑為160 mm，由薄鋼板卷曲焊接而成。為保障作物纏繞脫粒齒，選用橫截面積大的板齒進行脫粒，設計4 排板齒分布在脫粒滾筒上，其排列方式如圖3 所示。板齒齒底長30 cm，齒高40 mm，齒厚3 mm。為避免脫粒籽粒在脫粒滾筒中殘留，設計脫粒滾筒組件為全封閉結構。為避免脫粒板齒損傷作物，脫粒機的頂端線速度選取不超過10 m/s，通過計算，選取滾筒的最大轉速為75 0 r/min[6]。

圖3 脫粒板齒排列圖

2.2 電機的選擇

為實現不同作物的最佳脫粒速度，該機選用工作電壓220 V、頻率50 Hz 的調速電機作為脫粒機的動力設備，通過計算，選取電機功率為600 W，調速范圍為0~750 r/min。

2.3 脫粒腔體的設計

脫粒機腔體由進料蓋板與出料蓋板通過螺栓連接形成，腔體內壁光滑，如圖4 所示。進料蓋板上進料口傾斜角度設計既要滿足種子籽粒慣性落入腔體，不殘留在進料口上，又要滿足進料口高度符合人體正常工作，不增加負擔，基于此，該機設計進料口傾斜角為30°，整機高度為850 mm。出料蓋板上出料口圓滑，不增加其他的彎折處，避免種子殘留。進料蓋板與出料蓋板由螺栓連接，均為半圓的連接處連接緊密，不留空隙，因半圓為180°，種子能直接落下，不會殘留種子。此外，因脫粒腔體上下蓋板連接成型，還可在停機時開啟進料蓋板對其內部進行無死角清理作業，完全確保種源的純凈度[7-9]。

圖4 脫粒腔體

3 試驗結果與分析

完成機具設計后，制作樣機并對樣機進行性能試驗，驗證樣機生產率、種子脫凈率、種子破碎率、含雜率及機內種子殘留量等是否達到設計要求。課題組以油菜種子作為試驗材料[10]，試驗結果如表1 所示，試驗現場如圖5 所示。

以上試驗結果表明：本文所研制的科研育種單株單穗脫粒機采用油菜種子作為試驗材料，手持單穗喂料方式，測定生產率平均值為1 031 穗/h，種子平均脫凈率為99.26%，種子平均破損率為0.09%，平均含雜率為0.31%，機內種子殘留量為0，達到設計要求，取得了預期的效果。

表1 試驗結果

圖5 單穗種子脫粒試驗現場

4 結論

為解決農業科研院所育種種子人工脫粒勞動力需求量大、勞動強度較大、生產效率較低等問題，課題組研制了一款科研育種單株單穗脫粒機，通過對整機結構的分析及對脫粒滾筒組件、進料出料蓋板、電機等主要零部件的設計，實現整機結構簡單，重量輕，移動方便，且能開啟進料蓋板對其進行無死角清理作業，保證種源的純凈。并通過樣機制造與性能試驗驗證整機脫粒效果，測定生產率平均值為1 031穗/h，種子平均脫凈率為99.26%，種子平均破損率為0.09%，平均含雜率為0.31%，機內種子殘留量為0。表明整機脫粒效果良好，脫粒時機內零殘留，達到了設計要求，且實現了減輕科研育種人工脫粒作業勞動強度與提高生產效率的目的，具有一定的使用價值，為以后種子脫粒機的設計提供一定的參考。