許才花
(黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院 佳木斯分院,黑龍江 佳木斯 154004)
隨著國家對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展的重視程度逐漸增加,對(duì)種子發(fā)展提出了“種子工程”發(fā)展目標(biāo),主要內(nèi)容包括種質(zhì)資源的收集和利用,并加快新品種的選育和引進(jìn),發(fā)展完善的種子清選、加工和包衣技術(shù)[1-4]。種子清選作為“種子工程”的主要發(fā)展內(nèi)容之一,是將收獲后的糧食或者種子內(nèi)部多余的雜質(zhì),如秸稈殘茬、石子、草籽、受損種子及不符合種植要求的種子進(jìn)行清除,目前主要依靠種子清選機(jī)進(jìn)行種子清選與分級(jí),保證清選后的種子符合播種要求[5],為作物后續(xù)生長(zhǎng)及產(chǎn)量提供良好的基礎(chǔ)條件。
目前,市面上農(nóng)用種子清選機(jī)主要包括風(fēng)篩式種子清選機(jī)、比重式種子清選機(jī)、窩眼式清選機(jī)和復(fù)式清選機(jī),可以根據(jù)不同的種子類型及要求選擇合適的種子清選機(jī)類型[6-7]。我國種子清選機(jī)基本能夠滿足對(duì)種子清選的要求,但是相比于美國、丹麥等國家,國產(chǎn)種子清選機(jī)在作業(yè)質(zhì)量和工作可靠性等方面還存在一定的差距,應(yīng)該進(jìn)一步提升我國農(nóng)用種子清選機(jī)的自主創(chuàng)新能力,提高清選效率與工作可靠性[8],促進(jìn)我國種業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。
目前,市面上農(nóng)用種子清選機(jī)主要包括風(fēng)篩式種子清選機(jī)、比重式種子清選機(jī)、窩眼式清選機(jī)和復(fù)式清選機(jī)。
1)風(fēng)篩式種子清選機(jī)。主要是根據(jù)谷物不同外形、尺寸及漂浮速度,利用空氣動(dòng)力學(xué)特征進(jìn)行谷物風(fēng)選。
(2)比重式種子清選機(jī)。基于種子與雜質(zhì)之間的比重不同進(jìn)行谷物與雜質(zhì)的分離。
(3)窩眼式清選機(jī)。窩眼筒清選機(jī)是通過物料長(zhǎng)度的差異進(jìn)行分選的設(shè)備,當(dāng)物料寬度及厚度相近而長(zhǎng)度有差異時(shí),用篩選設(shè)備很難進(jìn)行分離,而用窩眼筒清選機(jī)則較為理想。例如,可以去除小麥種子中的燕麥及蕎子,也可以去除水稻種子中的糙米。
(4)復(fù)式清選機(jī)。是將以上三種清選機(jī)的工作原理綜合,可以實(shí)現(xiàn)較高的清選率,一般分為農(nóng)用種子的預(yù)清選、基本清選與精篩三個(gè)階段。在預(yù)清選階段,可以將較大的雜質(zhì),如秸稈殘茬、石子等清除;在基本清選過程中,主要是清除尺寸較小的草籽、比重較輕的雜質(zhì);精篩主要是將清選完成的種子進(jìn)行分級(jí)處理,將外形尺寸和破損的種子進(jìn)行篩分。
農(nóng)用種子清選過程主要包括參數(shù)設(shè)置、種子篩分、振動(dòng)清選和工況復(fù)位。隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化和智能化發(fā)展,目前農(nóng)用種子清選機(jī)基本可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制,在種子進(jìn)行清選工作前,首先根據(jù)種子類型、供料速度、振動(dòng)參數(shù)及風(fēng)機(jī)風(fēng)速進(jìn)行參數(shù)設(shè)置;然后進(jìn)行人工送料,將種子批量放入喂料系統(tǒng),并通過電磁振動(dòng)裝置將種子向清選系統(tǒng)均勻供料,種子在清選系統(tǒng)完成種子清選;最后種子進(jìn)入篩分系統(tǒng),將已經(jīng)清選結(jié)束后的種子進(jìn)行級(jí)別篩分。完成種子清選機(jī)篩分工作后,應(yīng)將參數(shù)設(shè)置復(fù)位,關(guān)閉機(jī)器后,檢查種子清選機(jī)內(nèi)部篩板中是否有種子或者其他雜質(zhì)殘留,對(duì)種子清選機(jī)進(jìn)行檢查與清理。控制系統(tǒng)主要以STM32為控制器,完成種子清選機(jī)內(nèi)部各個(gè)傳感器之間的信息采集、處理與轉(zhuǎn)換,及時(shí)將種子清選情況轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)顯示,用戶根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行不同系統(tǒng)的參數(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié),實(shí)現(xiàn)種子高效清選。
歐美國家種子清選機(jī)的研發(fā)已經(jīng)十分成熟,在現(xiàn)有清選技術(shù)基礎(chǔ)上,不斷進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新,目前推廣根據(jù)種子極化帶電特性進(jìn)行種子清選與雜質(zhì)分離技術(shù),基于高壓靜電下種子與雜質(zhì)之間帶電量的不同,完成種子與雜質(zhì)之間的高效分離與清選。另外,研制了種子色選機(jī),基于色選原理,根據(jù)種子與雜質(zhì)表面光澤度的不同,完成種子清選,但是價(jià)格高昂,目前尚未完成大面積的推廣與應(yīng)用。
國外種子清選機(jī)的主要發(fā)展特點(diǎn)為清選效率高、種子清選效果好,工作可靠性較高,目前,以丹麥、美國、德國、意大利等國家在此方面發(fā)展較為先進(jìn)。國外種子清選機(jī)研發(fā)知名企業(yè)包括CIMBRIA公司,在國際市場(chǎng)中占據(jù)較大的市場(chǎng)份額,另外還有德國PETKUS公司和美國WESTRUP公司等知名企業(yè)。目前應(yīng)用較為廣泛的種子清選類型及主要特點(diǎn)如表1所示。
表1 國外種子清選機(jī)類型及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
我國對(duì)種子清選機(jī)的研究始于20世紀(jì)70年代,自主研發(fā)的種子清選機(jī)類型主要以小型機(jī)械為主,在不同種子類型之間通用性較差,工作性能不穩(wěn)定。另一方面,我國機(jī)械加工制造能力水平有限,導(dǎo)致種子清選機(jī)配套設(shè)備較多,工序復(fù)雜,不能很好地滿足種子清選發(fā)展要求。目前,我國種子清選機(jī)主要類型與發(fā)展特點(diǎn)如表2所示。
表2 國內(nèi)典型種子清選機(jī)類型及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
我國種子清選機(jī)發(fā)展較晚,目前自主研發(fā)的種子清選機(jī)主要類型為中小型。隨著我國農(nóng)業(yè)集約化發(fā)展,對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械大型化要求日益提高,各種農(nóng)業(yè)機(jī)械大型化發(fā)展是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的必然趨勢(shì)和發(fā)展要求。目前,我國大型種子清選機(jī)主要依賴進(jìn)口,價(jià)格昂貴,提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本。
種子類型繁雜,品種較多,目前我國種子清選機(jī)多為通用機(jī)型,對(duì)于特定的種子清選設(shè)備較少,種子與清選機(jī)之間的匹配性較差,進(jìn)而導(dǎo)致作業(yè)質(zhì)量較差。國內(nèi)主要種子清選設(shè)備核心部件結(jié)構(gòu)形勢(shì)較為單一,無法根據(jù)不同的作業(yè)要求選出合適的核心部件,限制了我國種子清選機(jī)工作效率的提升。
我國農(nóng)業(yè)機(jī)械普遍自主創(chuàng)新能力不足,研發(fā)經(jīng)費(fèi)較少,多為國外仿制設(shè)備,整體無法滿足高質(zhì)量種子的清選要求。另一方面,我國機(jī)械加工技術(shù)與工藝水平與國外相比也有較大的差距,導(dǎo)致種子清選機(jī)發(fā)展緩慢。
隨著我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大與發(fā)展,未來種子清選設(shè)備也逐漸向大型化發(fā)展,因此,應(yīng)重視大型種子清選設(shè)備的研發(fā)與投入,提高種子清選生產(chǎn)率,滿足我國種子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展要求,全面提高農(nóng)業(yè)機(jī)械大型化、集約化發(fā)展。
根據(jù)不同種子清選要求,設(shè)計(jì)專用種子清選機(jī),加強(qiáng)企業(yè)與高校之間的產(chǎn)學(xué)研結(jié)合與交流,突破現(xiàn)有種子清選機(jī)存在的技術(shù)瓶頸,加大核心部件技術(shù)參數(shù)與材料的研發(fā)和創(chuàng)新,全面提升種子清選機(jī)的工作效率。
本研究針對(duì)我國種子清選機(jī)存在的清選效果差、種子破損率高等問題,系統(tǒng)論述了國內(nèi)外種子清選機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀,提出目前我國種子清選機(jī)在實(shí)際應(yīng)用與發(fā)展中存在的主要問題,指出未來我國種子清選機(jī)應(yīng)加強(qiáng)大型種子清選機(jī)的研發(fā),加強(qiáng)企業(yè)與高校之間的產(chǎn)學(xué)研結(jié)合等主要發(fā)展方向與研究重點(diǎn)。研究結(jié)果以期為加快我國種子清選機(jī)的發(fā)展提供技術(shù)參考。