小型菘蓝种子脱皮清选机的研制

杨豫新，陈 勇，高江龙，郭建富

（1.新疆农业科学院农业机械化研究所，新疆 乌鲁木齐 830091；2.新疆农业科学院玛纳斯农业试验站）

0 引言

菘蓝属于十字花科菘蓝属二年生草本植物，其干燥根和干燥叶能够入药，干燥根俗称板蓝根，干燥叶为大青叶，主要化学成分具有抗菌、抗病毒、抗内毒素、抗肿瘤、抗炎、免疫增强等药理作用，是传统草本药物制品和保健品的基础药物[1]。菘蓝效益远高于大宗作物，加之产量高、需求量大，净利润可达2.2万元/hm2以上。在病毒广泛传播的环境下，具备良好的保健和预防作用，因此其种植面积、产量及消费量在逐年增长[2-3]。随着板蓝根种植产业不断发展，种子的收获和加工难题日益凸显[4]。

脱粒部件的结构与不同作物物料特性密接相关，现阶段多使用揉搓、挤压和破碎为主的传统脱皮形式[5-6]。张日红等[7]基于单体银杏脱壳过程运动规律及受力特点设计了水平碾搓式银杏脱壳机。李心平[8]等基于脱粒玉米籽粒过程设计了玉米种子仿生脱粒机，有效提高了脱净率、降低了破碎率。王升升等[9]设计了弹性短纹杆-板齿组合式大白菜种子脱粒装置，研究了喂入量、脱粒间隙和滚筒转速对脱粒损失的影响，实现了白菜种子的低损失的机械化作业。

菘蓝批量化种植作为新兴的区域性特色农产品，在播种、采收作为规模化生产的必要条件尚缺乏相关设备。现有播种机以播种圆粒或椭圆粒种子为主，应用于菘蓝种植时需辅以人工补种，使得劳务费高、投资大和苗期长势不均匀，对菘蓝田间管理和采收产生影响。因此通过脱皮获得丸粒菘蓝种子是实现机械化种植的关键，本文在前期菘蓝的引种试种的基础上研制一种菘蓝种子脱皮清选机，通过对菘蓝种子进行脱皮处理，使菘蓝胚种外包的翅膜破碎分离成为便于实现机械化种植的单粒，加快出苗时间，为提升出苗效率、防止空壳播种、降低生产成本提供基础。

1 菘蓝种子的外形特征

菘蓝种子较小，脱皮前整体为短角果长圆形，扁平翅状，基部狭窄，表面黑紫色，外形呈现为不规则扁平长片（图1），总体长度约15 mm、宽度约3 mm、厚度约1.5 mm，种皮（膜翅）贴近于种子处较边缘薄翅处较厚，不利于机械化播种；脱皮后总体呈现为椭球状，胚种（种子）结构与小茴香和孜然等调味品籽粒结构相似，长度2～3 mm，粒径不足1.5 mm。正常采收下菘蓝种子均带有膜翅型种皮，种皮与种子粘连，带种皮的种子自然堆积状态下空隙大、易返潮，贮存和转运不便，在为适应实际生产需将种皮剥离，得到球度相对较高的籽粒便于后续播种。

图1 菘蓝种子

2 整机结构和工作原理

2.1 整机结构

菘蓝种子脱皮清选机结构如图2，主要由上罩壳（含料斗）、筛分装置、破皮刀辊、风机、凹板筛、电机和机架等组成。其中破皮刀辊由多组锯齿盘和甩刀构成，由上罩壳和凹板筛扣合形成粉碎室。风机产生的风引流至凹板筛和筛分装置之间，振动筛自电机分配动力驱动对自凹板筛落下的物料进行筛分的同时风选。

图2 菘蓝种子脱皮清选机

2.2 工作原理

菘蓝种子自上罩壳侧边的料斗喂入，轴向流入粉碎室，破皮刀辊中的锯齿盘和刀片作用于未脱皮的种子，二者在脱皮过程中对菘蓝向破碎外种皮的方向施加一个力，从而便于将菘蓝向锤片甩刀上甩动，避免菘蓝种子在破碎外壳体内空转，在凹板筛内侧钢条的支撑下多点切割，斩碎种子外部种皮（膜翅），种皮逐步破碎为与种子大小相近或体积更小的粉状颗粒，种子和破碎的种皮自凹板筛孔部逐渐排出粉碎室，破皮和种子掉落至筛分机构，筛分装置倾斜抛送种子和种皮的混合物，混合物内质量较轻的种皮被侧向风吹出机外，菘蓝种子逐步翻转沿着倾斜的筛板面回流，流动至筛板一侧引流口后排出并装袋，完成脱皮作业。

2.3 结构参数

上罩壳和凹板筛弧形内壁布置钢条，破皮刀辊贯穿内腔的破皮刀辊构成粉碎室。上罩壳侧置料斗，便于承接菘蓝种子。刀辊入料口处布置曲形叶片拨转料斗内物料进入粉碎室，刀辊内侧直至另一端部采用5组锯齿盘分隔，避免喂料过多产生阻塞，相邻锯齿盘间对称循环布置两组甩刀，单组甩刀周向夹角120°。凹板筛内弧面均布钢条15根，凹板筛钢条间隔区开设筛孔，上罩壳内内弧面均布钢条5根。筛分机构为四杆机构构成，电机动力分流后驱动筛分曲柄转动，其中筛板承接种、皮混合物，抛送的同时进行风选。

菘蓝种子结构强度低，破皮功耗小[10-11]，整机采用电机提供动力，风机自带电机和主要破皮部件非同源驱动。以脱皮后脱皮后种子长度设计筛孔直径，整机参数如下：

3 试验

为验证菘蓝种子脱皮清选机效果，于新疆农业科学院玛纳斯试验站制作物理样机并进行种子脱皮机性能测试（图3）。

图3 试验现场

经测试，机构运行无卡顿，籽粒破损量小于2%。逐步调整进风口开度测试可知，当风机进风口开度75%时，清选效果较优。脱皮后杂余中无饱满种粒，种子表面无种皮粘连。

收集排料口脱皮后的物料，统计出料口胚种质量，收集物料取样经人工分选、处理后，记录杂余中及胚种籽粒中杂质质量，计算脱皮后胚种净度与生产效率[11]，进行胚种发芽率检测，并与同批次不脱皮的菘蓝种子和人工脱皮处理的种子进行测试项对比，结果见表1。

表1 测试结果

据课题组前期试验可知，不脱皮种子发芽率仅为85%，不利于机械化种植，生产效率低，易造成空穴现象。根据脱皮试验和芽率测试结果可知，人工揉搓种子脱皮速度慢，种子纯度低。用菘蓝种子脱皮机脱皮的种子，较人工揉搓脱粒的纯度提高，生产效率提高28.75倍，发芽率低1%。

4 结论及展望

本方案菘蓝种子脱皮分选机结构简单，成本低廉，操作简便，通过对菘蓝种子进行脱皮分选处理，便于实现机械化种植，种子大小均匀，解决了原有机器播种还需人工补种、播种困难的难题，便于精量播种，解决间苗环节费工、费时的难题；有效加快出苗时间，提升出苗效率，去皮后种子含杂率小于2%、发芽率可达74%，大大的减轻了劳动强度，有效防止空壳播种，提高了出种率，可为菘蓝大面积种植和繁育提供基础。

人工脱皮灵活度高、损失小，相比机械脱工作效率过低，因此使用机械化脱皮有突出性优势。在脱皮机使用方面，因菘蓝种子种皮薄，脱皮部件主要为刚性零件、破皮辊转速快，种皮破碎程度高易分离，但要提高种子的发芽率，必须合理调配转速或使用柔性零件以降低胚芽损伤。另外，籽粒较小、质量轻，筛板抛送频率、风机开度或转速需调控以获得更优作业效果。