基于正交试验组合式螺旋板齿脱粒装置参数优化

常博文+赵武云

摘要：为寻求组合式螺旋板尺脱离装置工作时最优参数组合，以脱净率、含杂率、破损率作为指标，利用4因素3水平的正交试验分析方法对螺旋板齿式脱粒装置的螺旋角度、滚筒转速、喂入量、排芯口压力工作参数及参数交互作用进行多因素分析。结果表明，对脱净率、含杂率、破损率影响的因素大小分别为螺旋角度、滚筒转速、喂入量、排芯口压力，最佳工作参数为喂入量3.1 kg/s、脱粒轴转速245 r/min、螺旋角9°、排芯口压力50 N。

关键词：螺旋板尺脱粒装置；正交试验；多因素分析；工作参数；优化

中图分类号： S226.1+9

文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2016）04-0405-04

玉米是我国三大粮食作物之一，其稳产、高产一直是国家关注的焦点之一。玉米精量播种可有效减少用种量并提高玉米产量，因此在全国的应用范围越来越广，而种子质量则成为保证其播种质量的重要前提和物质基础。种子是一种特殊的生产资料，其不同程度的损伤将加大运输储藏难度、降低发芽率，脱粒环节则是决定种子生产质量的关键环节之一[1]，如何降低种子损伤率、提高种子产量成为种子机械脱粒的主要问题[2-3]。赵武云设计了1种组合式螺旋板齿式种子脱粒机[4]，工作参数优化时考虑了脱粒破碎率这个单一性能指标，对多指标优化则没有过多考虑[5]。现以其原有工作参数为变量，采用正交试验的方法确定各因素及其交互作用对脱净率、含杂率、破损率的影响大小，并找到最优工作参数来获取最佳脱粒效果，对于降低脱粒损失、提高粮食产量具有一定意义。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

试验材料为甘肃省种子玉米种植主导品种金穗4号（甘审玉2005006），由甘肃白银金穗种业有限公司提供。试验所用装置为5TYJ-10A种子玉米脱粒装置，见图1，主要由变径变间距组合式螺旋板齿脱粒轴、排芯口变刚度压板装置及动力、传动系统等组成。种子玉米脱粒作业时，剥去苞叶的种子玉米果穗由人工投入喂料斗快速进入脱粒仓，在脱粒轴端部螺旋板齿的旋转带动下，玉米果穗随着脱粒轴上的螺旋平板齿及螺旋冠状齿绕板齿滚筒作轴向螺旋挤搓运动。在挤搓脱粒过程中，玉米籽粒通过漏籽板进入出料斗进而排出机外；果穗轴芯向前运动，滞留在排芯口附近，当穗轴芯大量堆积在脱粒区内产生一定压力后，顶起脱粒机排芯口变刚度压板装置而排出，从而完成种子玉米果穗的揉搓脱粒。

1.2 试验方案

为了反映所有主要参数对性能指标联合影响的规律，而进行正交参数优选试验，本试验选取喂入量、脱粒轴转速、板齿螺旋角度和排芯口压力4个因素，每个试验因素选取的3个水平分别为：喂入量2.8、3.1、3.4 kg/s，脱粒轴转速220、245、270 r/min，板齿螺旋角度6°、9°、12°，排芯口压板压力40、50、60 N，选取脱净率、含杂率、破碎率为试验指标，在同样的条件下破碎率、含杂率越低越好，脱净率越高越好[7]。影响脱粒质量的因素及水平见表1。

试验所用玉米为金穗4号，其果穗特性为：平均长 15.3 cm，果穗平均直径4.25 cm，行数14～16行，行粒数32粒，千粒质量286 g，偏马齿型，含水率在17.3%～18.5%之间[8]。由于试验因素两两之间具有交互作用，因此在正交设计时应考虑选取带有交互作用的正交设计。

2 结果与分析[9]

2.1 单指标试验结果分析

2.1.1 脱净率试验结果分析 脱粒装置正交参数优选试验方案与结果见表2。由表3极差大小可以看出影响脱净率指标各因素排列顺序，综合考虑最优组合为A1B1C2D1。由表4脱净率方差分析可知，A、B、C、AC、BC具有显著或极显著影响。影响脱净率的各因素主次排列顺序为C>B>A>D。

2.1.2 含杂率试验结果分析 由表5极差大小可以看出影响含杂率指标的各因素排列顺序，综合考虑最优组合应是A1B1C2D2。由表6含杂率方差分析可知，B、C、D、BD具有显著或极显著影响，影响含杂率的各因素主次排列顺序为C>A>B>D。

2.1.3 破损率试验结果分析 由表7极差大小可以看出影响破损率指标的各因素排列顺序，综合考虑其最优组合应该是A1B2C2D1。由表8含杂率方差分析可知，B、C、D、BD具有显著或极显著影响，影响破损率的各因素主次排列排列为C>B>A>D 。

综上所述，从脱净率、含杂率、破损率的方差分析中可以得到各个试验指标参数的显著性检验结果，详见表9。

2.2 多指标综合试验结果与分析

从3种较优组合即脱净率、含杂率、破损率的分析来看，为兼顾平衡各项指标的得失，采用加权评分法进行分析，使选出的3项指标都尽可能达到最优组合，考虑到各因素对衡量指标的重要程度及实际生产经验，以100分为总权，其中破损率为40分、脱净率分40分、含杂率为20分，则以10分为1个单位进行简化，那么每个试验的总分计算公式为：

总分=4×脱净率+4×破损率+2×含杂率。

3 结论

参考文献：

[1]李心平，高连兴. 差速式玉米种子脱粒机的性能试验[J]. 农业工程学报，2009，25（12）：102-106.

[2]李心平，马福丽，高连兴. 差速式玉米种子脱粒机的设计[J]. 农业机械学报，2008，39（8）：192-195.

[3]候守印，陈海涛. 立式轴流大豆育种脱粒机参数优化[J]. 农业工程学报，2012，28（5）：19-25.

[4]赵武云. 组合式螺旋板齿种子玉米脱粒装置研究[D]. 杨凌：西北农林科技大学，2012：98-116.

[5]赵武云，郭康权. 组合式螺旋板齿种子玉米脱粒机工作参数优化[J]. 农业机械学报，2012，43（12）：56-61.

[6] GB/T 3543.7—1995 农作物种子检验规程 其他项目检验[S].

[7]高连兴，李心平. 玉米种子脱粒损伤机理与脱粒设备研究[M]. 北京：北京师范大学出版社，214-221.

[8]毕辛华，戴心维. 种子学[M]. 北京：中国农业出版社，1993：475-479.

[9]陈 魁. 试验设计与数据分析[M]. 2版.北京：清华大学出版社，2005：1-138.朱 蓓，赵博超，王弘元. 基于1DTempPro的水热运移模型及试验研究[J]. 江苏农业科学，2016，44（4）：409-412.