国内外种子清选机发展概况浅析*

张会娟，吴峰，谢焕雄，王建楠，刘敏基，颜建春

(农业农村部南京农业机械化研究所，南京市，210014)

0 引言

种子是先进技术的载体，在农业生产中起举足轻重作用；种子是农业的生命之源，其产业发展关系到国家农业兴衰。种子清选是种子采后加工处理过程必不可少的工序之一。收获后的农作物种子中存在秸秆、杂草种子、石子等夹杂物，采用种子清选机可有效去除夹杂物，从而提高种子质量[1]。经过清选后的种子再进行播种，可明显提高出芽率、出苗整齐度[2-4]。随着我国种业的飞速发展，种子清选机在种子加工中得以广泛应用。

欧美等发达国家种子清选装备目前已实现产品化、系列化，具有清选净度高、性能稳定、可靠性强、噪音相对较低等特点。我国一些高校、科研院所等也积极研发出一些性能较好的种子清选机，但与国外产品相比，仍存在性能不稳、可靠性差、作业质量差等缺点，制约了我国种子清选等加工技术装备的推广应用[5]。近年来，随着国家对机械农业、科技农业的重视程度不断提高，“种子工程”已成为科教兴农和我国实现新时期农业发展的战略目标。

本文在介绍市场上常用的4种种子清选机类型、工作原理等基础上，分析比较了国内外种子清选机的发展概况以及国内外部分种子清选设备性能，并针对目前我国种子清选机存在问题，提出了相关发展建议，对于加快我国种子清选技术及装备研发，促进我国种业发展具有重要意义。

1 种子清选机工作原理与分类

种子清选按清选原理划分，主要有常规清选法和电分离法，前者利用种子的几何尺寸、空气动力学特性及比重等物理机械特性进行清选，有风筛选、比重选、窝眼选等几十种产品；后者利用种子生物学特性(种子发芽率、活力等)进行清选，主要有水稻、谷物、蔬菜、林木、油料等种子专用清选机[6-10]。

目前，市场上常用的种子清选机主要有4大类，分别为风筛式、比重式、窝眼筒式和复式清选机[11-12]。风筛式清选机主要由鼓风系统和一系列筛网等组成，主要根据种子与夹杂物的外形、尺寸以及悬浮速度差异，依据空气动力学特征进行风选和筛选；比重式清选机有吹气式和吸气式2种(一般均采用吹气式)，由风机、工作台、调节机构等部分组成，主要根据种子与混杂物的密度和比重差异来进行分离；窝眼筒式清选机主要根据种子长度进行清选；复式清选机主要根据种子的外形尺寸、籽粒长度和空气动力学特征进行清选。以上4种种子清选机的工作原理、特点、适用范围及代表机型如表1所示[13-14]。

表1 4种种子清选机的工作原理、特点、适用范围及代表机型Tab. 1 Working principle, characteristics, applicable scope and representative models of 4 kinds of seed cleaner

2 国内外种子清选机发展概况

国外在种子加工发面研发起步早，发展快。目前，欧美等发达国家种子清选机技术成熟，在对种子的外形尺寸、比重大小等物理特性清选方面，其种子清选机自动化、系列化程度高，具有清选净度高、工艺精良、性能稳定等特点。国外种子清选设备多数采用传统的机械式，但也有采用液压调节系统，灵敏且易于操作，已在部分清选设备上应用。在种子介电分选技术研究方面，国外始于20世纪60年代末，但实际用于农业种子分选的生产是20世纪80年代以后[15]。近年来，欧美部分发达国家不断将高、精、尖技术应用到农机上，重力式清选机大多都设置仪表盘，作业期间不停机可实现集中控制，操作方便，智能化更强；其采用光电技术，根据物料表面色泽不同进行色选；采用X射线影像技术进行清选分离，有一定技术难度；根据种子极化带电特性进行杂质分离，该方法是基于高压静电下种子与掺杂物的带电量不同的原理。随着生物技术的发展和生产技术的提高，国外种子清选机向机电一体化、智能化的方向发展。

我国对种子清选机的研究与生产起步晚、发展慢。20世纪50年代，从前苏联、匈牙利等国引进若干台种子清选机，我国种子清选机从传统的手工簸箕、手筛、风车、电动扬场机、种子振动分选机和滚筒筛选机逐渐进入了研究新阶段[16]。20世纪90年代之后，我国种子清选机新产品不断涌现，形成了1.0～15 t/h等不同规格系列产品[17-18]。

2.1 风筛式清选机

自20世纪70年代起，风筛式清选机在美国、德国、丹麦、意大利等国取得较快发展，在设备生产和使用方面均居领先地位，产品性能优良，可靠性高[19]。如美国UB-1250型风筛式种子清选机结构(图1)，可根据不同物料选择不同型号清选筛，且种子喂入量和调节风量操作简单快捷，稳定性较高。筛箱分上筛和下筛，即可调节调整物料在上筛的停留时间，又增加了调频机构和链式清洁机构，种子物料清选质量高[20]。丹麦DELTA-104型风筛式清选机结构(图2)，喂料系统可实现连续喂料，有效降低物料下降速度；吸风系统有良好的分离性能；筛选系统可使物料均匀分配，保证了清选筛能最佳地开展工作；该机清选效果好、性能稳定可靠，已在世界范围得到广泛推广[16-21]。

国内酒泉5XQ-5.0型风筛式种子清选机(图3)，利用种子和其它夹杂物物理机械性能的不同来实现清选，既可单机使用，也可与其它设备配套使用，是种子加工成套设备中主要设备之一；农业农村部南京农业机械化研究所和开封某公司共同研发的5X-12型风筛清选机(图4)，进料速度、清选风速等作业参数可根据实际作业效果实时调节，并配置5层筛床，实现3次风选，有效保证了设备清选效果，显著提高种子加工生产效率与效益。

图1 UB-1250型风筛式种子清选机结构Fig. 1 UB-1250 type air-screen separator

图2 DELTA-104型风筛式种子清选机结构Fig. 2 DELTA-104 type air-screen separator

图3 5XQ-5.0型风筛式清选机Fig. 3 5XQ-5.0 type air-screen separator

图4 5X-12型风筛式清选机Fig. 4 5X-12 type air-screen separator

相比普遍采用的双筛箱、多风道、多层筛结构，多为大型化设备、生产率高且部分设备超过100 t/h的国外先进机型，我国仍以中小型为主，单筛箱居多，成本低，价格低，同样生产效率也低，在种子加工生产中实际应用的大型设备多为进口设备。总之，我国风筛式清选机在关键部件、设备性能、可靠性等方面还需进一步提高完善[22]。

2.2 比重式清选机

在欧美发达国家，比重式清选机取得较快发展，在设备生产和使用方面均居领先地位，生产能力从1～5 t/h已形成多种系列化，工艺精良、性能稳定、可靠性强、噪音相对较低。除传统的机械调节外，已开发出液压调节系统，操作更加灵敏。德国新一代G系列比重清选机，振动频率可调，台面更换快速简便，其采用最先进的空气动力学，确保均匀的气压和气流分布；运用现代化模拟工具使风机和台面之间的部分得到优化，产生的层状气流，使台面每个点的压力和速度保持一致，且采用全新的自平衡设计，改善了工作状态，能保证作业过程产生极小振动(图5)。美国比重式清选产品中的三角形或矩形台面，采用多联离心风机，噪音高但分选效果明显；液压调节装置，操作灵活，适用于大型设备的操作；其小吨位产品采用混合型台面，尤其适合于蔬菜等小粒种子的清选，能耗及噪音适中；其中GVX1050比重式清选机(图6)，应用人性化的设计和液压、传感等先进技术，采用PLC控制平台，可实现风速、工作面倾角、振动频率及喂料速率等技术参数的快速调整，适应性能力强，清选作业效果好，且设备的操作与维护简单易行[22]。

图5 G系列比重清选机Fig. 5 G series gravity separator

图6 GVX1050比重式清选机Fig. 6 GVX1050 gravity separator

我国上海某机械厂在消化吸收国外先进技术的基础上，开发出了5XZ-1.0和5XZ-2.5负压重力式清选机，但由于能耗、噪音较大，振动不易平衡，操作不便，已逐步被淘汰。目前，国内市场上推广应用的主要设备有酒泉5ZX-3.0型重力筛选机；黑龙江5XZ-5.0 型正压重力式种子分选机等；河北5XZ-3重力种子清选机；石家庄5XZ-1.0型重力种子精选机；河南某公司与农业农村部南京农业机械化研究所在消化吸收国外先进技术设备的基础上研发生产的5XZ型比重式精选机(图7)；石家庄5XZ-5A型清选机(图8)。其中，5XZ型比重式精选机整机自平衡性能好，采用蜂窝式垂直进气均分装置，确保了进气方向以及工作台面范围内空气的均匀分布；单个风机风量可实现单独无极调节。5XZ-5A型清选机采用矩形台面，利用气流和振动摩擦对物料产生的综合作用达到分离目的，配套有斗式提升机和回料输送机，实现二次精选，生产率高，清选作业质量较好[22-23]。

图7 5XZ型比重式精选机Fig. 7 5XZ type series gravity separator

图8 5XZ-5A型比重式清选机Fig. 8 5XZ-5A type gravity separator

国外比重式清选机台面有多种形式、多系列，更换快速简便，且有些机型采用PLC控制平台，实现了设备技术参数快速可调，液压、传感等先进技术也得到广泛应用，清选质量好，操作和维护简单。相比国外，国内近些年在比重式清选机研发方面取得了很大进步，部分产品的性能、作业质量也已接近国外同类产品，成本低，可替代进口产品，但国内的设备结构形式较单一，适应性差，设备调控的自动化、智能化水平低，产品系列化、标准化程度低，还需进一步改进提升[22]。

2.3 窝眼筒式清选机

欧美等发达国家清选设备研发历史久，投入大且设备性能好。典型代表机型为丹麦HSR12020窝眼筒式清选机(图9)，其在窝眼滚筒结构形式、结构和运动参数及制作材料等核心部件上技术先进，通过提高滚筒窝眼密度和配置窝眼清理装置，大幅提升分选能力、作业效率；采用高强度材料，有效减缓零部件磨损，确保设备生产效率。

图9 HSR12020窝眼筒式清选机Fig. 9 HSR12020 indented cylinder separator

我国的窝眼式清选机起步晚，1957—1959年，沈阳农具厂研制出我国第一台3.0型复式清选机，但由于多方面原因，均未得到生产推广。1976—1977年，我国从瑞士引进风筛选+窝眼筒清选机。目前，国内市场上应用的设备有黑龙江5XW-3.0型窝眼种子清选机；黑龙江5XW-3.0型锥形窝眼筒分选机；河南5XW-5型窝眼滚筒式清选机等。其中，5XW-5型窝眼滚筒式清选机(图10)，采用上、下两个滚筒并联，实现滚筒单独调速；高效除尘装置确保了设备正常运转，可有效清除小麦、水稻等种子中的长短杂[13-17]。

图10 5XW-5型型窝眼筒式清选机Fig. 10 5XW-5 indented cylinder separator

相比国外先进机型，国内在企业加工能力与制造水平、原材料质量、清选加工范围、新技术开发应用等方面与国外先进水平仍有一定差距。因此，国内企业常采用多滚筒并联以解决窝眼筒清选机生产效率低的问题，但即使生产率相同，国产设备不但外形尺寸大，而且传动相对复杂，技术含量低，作业质量难以保证，在加工工艺、材料选用、新技术应用等方面还有待进一步加强。

2.4 复式清选机

国外种子加工已有近百年发展史，典型代表机型为德国种子复式清选机(图11)，其在自有生产车间制造，采用封闭、螺丝固定的钢结构设计，使用平衡补偿有效地减少了噪音和振动，排料搅龙和喂料器的驱动电机容易接触，清选作业效果好，特别适用于自由流动的颗粒状物如谷物、豆类及小粒种子等；设备制造水平高，农机企业对市场需求反应及时，且设备作业质量和安全性能好，适应能力强。

我国的复式清选机起步晚，1957年至1959年，沈阳农具厂研制出我国第一台3.0型复式清选机，但由于多方面原因，均未得到生产推广。1976至1977年，我国从原东德引进K-541型复式清选机。借鉴引进的技术，1978年，由中国林产工业设计院等单位联合测绘的5XF-1.3复式种子清选机完成研制。目前，国内市场上应用的设备有佳木斯5XF-14、5XF-25复式清选机；酒泉5XF-15型复式清选机等。其中，5XF-15型复式清选机(图12)，根据谷粒比重和外形尺寸特性相结合而设计，通过改变吸风道截面的大小得到不同气流速度，达到轻重杂余的分离目的；大筛面面积提高了加工效率；清粮、选种和分级等多功能于一体，筛片更换更方便，降低了设备成本，且可根据物料种类灵活选用提升机或搅龙上料器。相比国外，我国产品在制造水平、加工工艺、设备性能、适应性等方面还需要进步提升完善。

图11 PETKUS种子复式清选机Fig. 11 PETKUS multiple seed separator

图12 5XF-15型复式清选机Fig. 12 5XF-15 type multiple seed separator

此外，国内一些高校如北京农业工程大学、江苏理工大学、东北农业大学、浙江农业大学等，也先后对风选、筛选、比重清选、窝眼清选、带式摩擦清选、介电分选、脉动气流流化分选、磁力分选、光电分选等开展过相关试验研究和基础理论系统分析，对提高机具性能、开发新部件、新机型提供了相关指导意义。近年来，中国农机院、黑龙江农机研究所、农业农村部南京农业机械化研究所等科研院所纷纷与相关企业合作攻关，先后研制成功了风筛清选机、重力清选机、窝眼筒精选机、圆筒筛分级机和小型通用精选机等10多种新机型，逐步得到推广应用且部分机型有少量出口[24]。综上，我国种子清选机的研究工作虽取得了很大成绩，但与国外产品相比，在生产、技术、产品研发、制造质量、自动检测与控制技术等方面还存在很大差距[25]。我国市场上的大部分产品性能指标能达到企业明示标准要求，也基本能满足用户需求，但依然存在性能低下、清选加工范围不大、整体制造与装配质量不高、可靠性差、清选效果差等缺点。因此，只有不断改善我国种子清选机的技术性能、制造水平、适应性等，不断提高机型的生产效率和可靠性，才能有效满足我国实际需求[26-27]。

3 存在问题

3.1 中小型清选机性能不稳，适应性不强、可靠性差

由于我国东部、中部和西部地区经济发展不平衡，对种子清选机产品和技术需求也不同，加之生产体制和地区生产特点，致使国内市场种子企业规模较小，中小型清选机居多，存在性能不够稳定，技术水平低，适应性不强、可靠性差、安全性差等问题，市场上应用中的大型设备仍多为进口设备，难以满足国内实际需求。我国种子加工市场上高效种子清选机的缺失，严重制约了我国种子公司市场竞争力和经济效益的提高。

3.2 原材料质量、加工工艺等技术水平落后，产品整体制造、装配质量不高

我国种子加工技术起步晚，基于对国外先进设备的借鉴和研究，在种子清选等加工技术与产业方面取得了很大进步，但就我国现有的种子清选机与国外产品相比，在原材料质量、加工工艺、加工成套设备的配套性、新技术开发应用方面都存在一定差距。我国大多企业加工能力低，生产设备落后，工艺水平落后，技术和管理水平落后，在原材料选用和采购上存在严重以次充优现象，且由于缺乏系统性研究，没有专业化研究机构和专业质量检测机构，以致研制出的不同规格的种子清选机系列产品，整体制造、装配质量不高，工艺设备落后，振动大，技术水平低。

3.3 缺乏严格的质量把关机构与专业技术人员，产品加工质量难以保证

我国从事种子加工技术研制的企业、高校数量多，但规模小而分散，缺乏专业人才，自控技术水平低、设备落后。近年来，部分种业公司根据发展需求，在扩大生产车间的同时建立了多条生产线，但投资成本大，且在零部件加工和整机装配过程中普遍缺乏严格的质量把关机构与专业技术人员，以致于研发的种子清选产品对物料的清选加工范围不大，加工质量难以保证。其研发的大部分产品仅适用于水稻、小麦、玉米、大豆等清选加工，对花卉、烟草、牧草等种子清选效果不佳，与国外清选效果好、高系列化、高生产率、高自动测控的种子清选机专用产品相比还存在很大差距，需针对作物品种开发相应的专用设备。

3.4 企业缺乏前瞻性眼光，降质压价，产品多处于低水平重复状态

国外进口设备技术性能先进、质量优良，但价格昂贵。我国种子清选机的研发起步晚、发展慢，与国外发达国家差距大。国产设备价格虽便宜，但产品性能、制造质量、安全性、可靠性等方面存在诸多问题，加之国内诸多企业缺乏前瞻性眼光，对种子清选机等加工设备未作长远打算，多仿制国外相关机型，缺乏相关研发数据和技术积累，制造的产品多处于低水平重复状态，且采取降低质量、压低价格的方式来抢占市场、抢占客户给回扣等不良手段，严重影响我国种子清选等加工设备的提高和发展。

4 我国种子清选机发展思考

4.1 因地制宜研发国产化新型高效种子清选机

随着世界生物与生产技术的提高，各种农作物产量亦不断增加。要发展我国种业，需以科技为先导，以生产体制、地区生产特点以及市场对清选机产品和技术需求为目标。目前，应加强科研力量，将种子清选技术同种业生产紧密结合，充分利用国内现有种子清选机和技术，同时结合我国清选机现状，提高机具生产率，因地制宜研发性能稳定、适应性强、可靠、安全的新型高效种子清选机，以适于不同地区、不同作物的小、中、大型种子清选技术装备。

4.2 加快新技术、新材料、新工艺升级换代与应用

近年来，发达国家不断将高精尖技术应用到农业机械，其农业机械正向大型化、机电一体化、更可靠、更安全的方向发展。要提高我国种子清选等加工设备技术水平，需建立专业研究机构和质量检测机构，不仅需要注重生产制造上的现有问题，还要在新产品的开发设计上加以改进。针对不同规格种子清选机产品，需不断改善清选机技术性能，提高生产效率、清选质量，同时进行系统性研究，促进我国清选机品种的升级与换代，逐步缩小与国外差距。提升农产品加工技术水平，加快新材料、新工艺、自动检测与控制等新技术在我国种子清选机行业的应用，加大关键部件及专用设备的研发力度，以提高设备可靠性、安全性和适应性等。

4.3 提升企业加工能力，加快培养专业技术研究人员，发展和壮大一批种子清选机龙头企业

我国原有种子清选等加工企业主要由一些小型农业机械厂、粮油加工设备厂和个体户等组成，其设备陈旧、加工能力低下、工艺水平落后。虽有一些大型种业公司通过扩大生产来提高生产率，但难以保证加工质量，生产的种子清选机难以参与国际竞争。因此，我国种子加工企业需建立现代企业管理制度，加强加工工艺质量把关，提升企业加工能力，提高产品技术水平，拓宽清选加工范围；加大种子清选设备标准化、系列化研究力度，同时加快培养专业技术研究人员，发展和壮大一批市场竞争力强的种子清选加工龙头企业。

4.4 加大政府支持力度，快速提高种子产业化水平

我国是一个农业大国，对种子生产加工等方面人力、物力投入不足，在种子清选技术与装备方面的研究相对薄弱。进入21世纪，我国种子清选机与国外产品技术性能相比仍存在一定差距。因此，为改变我国种业生产与清选加工滞后现状，政府相关部门需加大政策扶持力度，加强产学研结合，实现优势互补，培养高素质种子清选加工技术研究、生产和开发的新型人才队伍，对种子清选机作业过程中的共性关键技术等开展相关研究，以提高种子清选机的技术性能，为已有设备的改进设计和新产品的研究开发提供依据，以加快实现我国种业的优质、高产、高效、安全生产，带动种子产业化水平的全面提高。