科研育种单株单穗脱粒机的研制*

胡陈君 ，姜 铖 ，杨广文

（宜宾市农业科学院，四川 宜宾 644000）

0 引言

育种是作物高产、稳产、优质的基础和保障，而种子脱粒是作物育种的重要环节，不同于大田作物，科研育种面积小，种植试验品种珍贵繁多，样本量小，脱粒时既要求提高脱粒效率，又要保证各品种之间无混杂。目前，绝大多数科研单位单株单穗脱粒以人工脱粒方式为主，脱粒效率低，劳动强度大，费时费力。若采用普通脱粒机进行育种种子脱粒，种子的破碎率高，机械内部清理困难，结构复杂易残留种子、损失种子，且易造成不同品种的籽粒混杂，导致考种不纯[1-5]。

为此，课题组研制了一款科研育种单株单穗脱粒机，其结构简单，重量轻，易于移动，且机具内部易于清理，脱粒时机内未有残留，确保了种源纯净，脱粒效果良好。此外，通过电机速度的调节，可适用于不同单株单穗作物，适用性较广，为科研育种提高脱粒作业效率及减轻劳动强度提供了适用机具。

1 总体结构及工作原理

1.1 总体结构

科研育种单株单穗脱粒机主要由进料盖板、脱粒滚筒组件、出料盖板、机架、电机等组成，其结构简图如图1所示。

其中，进料盖板与出料盖板各自焊接为一个整体，通过螺栓相连。调速电机与脱粒滚筒组件主轴采用键直接方式连接，脱粒滚筒组件主要由主轴、支撑板、滚筒、板齿等组成，板齿焊接在滚筒上，滚筒通过支撑板与主轴连接。机架与电机和进料出料盖板通过螺栓连接固定，构成整机。

图1 科研育种单株单穗脱粒机总体结构示意图

1.2 工作原理

科研育种单株单穗脱粒机是一种手持上脱式脱粒装置。脱粒作业时，通过调速电机带动脱粒滚筒组件转动，手持作物单株单穗茎秆将穗端喂入进料口，在脱粒滚筒组件旋转离心力的作用下，通过板齿的打击、搓揉等动作将作物籽粒脱下。

脱粒机采用直流式脱粒方式，脱粒腔除脱粒滚筒组件外没有其他装置，脱粒时通过板齿与盖板的相互作用实现脱粒，结构紧凑、简单，籽粒残留可能性几乎为零。此外，可通过停机时开启进料盖板对其进行无死角清理作业，完全确保种源的纯净度。试验表明，该机结构简单、不混杂，种子纯净度高、易清理，能有效减轻育种工作人员的劳动强度。

2 主要零部件的设计

2.1 脱粒滚筒组件的设计

脱粒滚筒组件是脱粒机的重要部件，它直接决定着脱粒机的脱粒效果，该机脱粒滚筒组件的结构如图2 所示，主要由主轴、支撑板、滚筒、板齿等组成，板齿与脱粒滚筒中心轴之间设置了60°夹角，在脱粒过程中，倾斜板齿不仅能大面积地接触作物进行打击脱粒，还能让作物在滚筒上横向运动，使得作物与板齿及盖板之间相互挤搓进行脱粒，提高作物籽粒脱净率。

图2 脱粒滚筒组件结构示意图

脱粒滚筒全长138 mm，直径为160 mm，由薄钢板卷曲焊接而成。为保障作物缠绕脱粒齿，选用横截面积大的板齿进行脱粒，设计4 排板齿分布在脱粒滚筒上，其排列方式如图3 所示。板齿齿底长30 cm，齿高40 mm，齿厚3 mm。为避免脱粒籽粒在脱粒滚筒中残留，设计脱粒滚筒组件为全封闭结构。为避免脱粒板齿损伤作物，脱粒机的顶端线速度选取不超过10 m/s，通过计算，选取滚筒的最大转速为75 0 r/min[6]。

图3 脱粒板齿排列图

2.2 电机的选择

为实现不同作物的最佳脱粒速度，该机选用工作电压220 V、频率50 Hz 的调速电机作为脱粒机的动力设备，通过计算，选取电机功率为600 W，调速范围为0~750 r/min。

2.3 脱粒腔体的设计

脱粒机腔体由进料盖板与出料盖板通过螺栓连接形成，腔体内壁光滑，如图4 所示。进料盖板上进料口倾斜角度设计既要满足种子籽粒惯性落入腔体，不残留在进料口上，又要满足进料口高度符合人体正常工作，不增加负担，基于此，该机设计进料口倾斜角为30°，整机高度为850 mm。出料盖板上出料口圆滑，不增加其他的弯折处，避免种子残留。进料盖板与出料盖板由螺栓连接，均为半圆的连接处连接紧密，不留空隙，因半圆为180°，种子能直接落下，不会残留种子。此外，因脱粒腔体上下盖板连接成型，还可在停机时开启进料盖板对其内部进行无死角清理作业，完全确保种源的纯净度[7-9]。

图4 脱粒腔体

3 试验结果与分析

完成机具设计后，制作样机并对样机进行性能试验，验证样机生产率、种子脱净率、种子破碎率、含杂率及机内种子残留量等是否达到设计要求。课题组以油菜种子作为试验材料[10]，试验结果如表1 所示，试验现场如图5 所示。

以上试验结果表明：本文所研制的科研育种单株单穗脱粒机采用油菜种子作为试验材料，手持单穗喂料方式，测定生产率平均值为1 031 穗/h，种子平均脱净率为99.26%，种子平均破损率为0.09%，平均含杂率为0.31%，机内种子残留量为0，达到设计要求，取得了预期的效果。

表1 试验结果

图5 单穗种子脱粒试验现场

4 结论

为解决农业科研院所育种种子人工脱粒劳动力需求量大、劳动强度较大、生产效率较低等问题，课题组研制了一款科研育种单株单穗脱粒机，通过对整机结构的分析及对脱粒滚筒组件、进料出料盖板、电机等主要零部件的设计，实现整机结构简单，重量轻，移动方便，且能开启进料盖板对其进行无死角清理作业，保证种源的纯净。并通过样机制造与性能试验验证整机脱粒效果，测定生产率平均值为1 031穗/h，种子平均脱净率为99.26%，种子平均破损率为0.09%，平均含杂率为0.31%，机内种子残留量为0。表明整机脱粒效果良好，脱粒时机内零残留，达到了设计要求，且实现了减轻科研育种人工脱粒作业劳动强度与提高生产效率的目的，具有一定的使用价值，为以后种子脱粒机的设计提供一定的参考。