王嘉偉，王浩，簡(jiǎn)鴻亮，黃志杰，鄭德聰

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，山西 晉中 030801）

在育種試驗(yàn)中，通常要對(duì)小區(qū)作物進(jìn)行種子收獲，用來挑選優(yōu)質(zhì)種子資源和計(jì)算產(chǎn)量［1］。小區(qū)育種脫粒裝置具有籽粒破損小、損失率低、清選干凈、機(jī)具靈巧等特點(diǎn)，可以極大地提高種子機(jī)械化收獲質(zhì)量，縮短育種周期，促進(jìn)育種進(jìn)程［2-3］。

國(guó)外很早開始育種機(jī)械化的研究，奧地利早在1963 年就研制了世界上第一臺(tái)小區(qū)育種收割機(jī)；美國(guó)艾美科公司研制的小型育種脫粒機(jī)，專門針對(duì)單株作物，部件可更換以適應(yīng)不同作物；由德國(guó)生產(chǎn)的小區(qū)育種收獲機(jī)可在收獲時(shí)測(cè)得種子重量和含水率，并計(jì)算出育種試驗(yàn)的相關(guān)數(shù)據(jù)，提高了育種效率；丹麥研制的一種牧草育種收獲機(jī)，能夠自動(dòng)換種、自動(dòng)取樣、自動(dòng)測(cè)量，提高了小區(qū)育種收獲機(jī)械的智能化［4-6］。由衛(wèi)輝市脫粒機(jī)廠研制的KT-200A 大豆種子脫粒機(jī)，采用單株脫粒，籽粒破碎率低、脫凈率高；由山西農(nóng)科院研制的LD-250大豆單株脫粒機(jī)，采用梳刷和打擊脫粒原理，籽粒脫凈率高、清選干凈；由河南大學(xué)設(shè)計(jì)的自動(dòng)計(jì)量式單株脫粒機(jī)，采用復(fù)式脫粒滾筒，提高了籽粒脫凈率，并帶有自動(dòng)計(jì)量功能［7-8］。

上述研究主要針對(duì)大豆、水稻、牧草等作物，而燕麥屬于小雜糧作物，生長(zhǎng)特性特殊，收獲時(shí)莖稈含水率高，使用現(xiàn)有的小區(qū)育種脫粒裝置收獲時(shí)籽粒破損率較高、夾帶損失較大、脫出物中短碎秸稈多而清選不干凈［9-12］，因此研制一種針對(duì)燕麥等雜糧作物用的小區(qū)育種收獲裝置，并對(duì)其進(jìn)行脫粒性能試驗(yàn)與參數(shù)優(yōu)化，對(duì)促進(jìn)燕麥等雜糧作物的育種產(chǎn)業(yè)發(fā)展有著重要意義［13-16］。

本研究通過對(duì)自行研制的燕麥小區(qū)育種脫粒裝置進(jìn)行性能試驗(yàn)和參數(shù)優(yōu)化，旨在為該脫粒裝置的應(yīng)用和新型育種脫粒裝置的研發(fā)提供理論依據(jù)。

1 燕麥小區(qū)育種脫粒裝置

1.1 總體結(jié)構(gòu)

燕麥小區(qū)育種脫粒裝置整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示，主要由脫粒滾筒驅(qū)動(dòng)電機(jī)、出料口、階梯擋板、雜余排出口、頂蓋、喂入口、弓齒脫粒滾筒、柵格凹板、風(fēng)機(jī)、機(jī)架、風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)等組成。脫粒滾筒直徑為φ120 mm，長(zhǎng)度為200 mm，柵格凹板采用圓型沖孔篩，篩孔直徑φ8 mm，凹板與脫粒滾筒包角為180°，脫粒間隙為5 mm。清選系統(tǒng)安裝于脫粒滾筒右下方，采用4 葉直葉片離心風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)葉片直徑φ180 mm。脫粒滾筒和風(fēng)機(jī)分別由兩臺(tái)變頻調(diào)速電機(jī)通過皮帶驅(qū)動(dòng)，可以方便實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)整。

圖1 燕麥小區(qū)育種脫粒裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖Fig.1 Sketch map of oat seed threshing device

1.2 工作原理

工作前，先調(diào)整好脫粒滾筒和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，手動(dòng)將挑選好的固定穗數(shù)的燕麥穗頭伸進(jìn)喂入口，在弓齒脫粒元件和柵格凹板的擠壓、梳刷作用下，完成籽粒與莖稈的分離，脫粒完成后取出秸稈。脫出混合物透過柵格凹板落入下方清選裝置，在4 葉風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的氣流作用下，由于籽粒、穎殼、碎葉子和短碎秸稈的氣流懸浮速度不一樣，懸浮速度大于風(fēng)機(jī)氣流速度的籽粒下落至出料口，懸浮速度小于風(fēng)機(jī)氣流速度的穎殼、穗葉子和短碎秸稈被吹出雜余排出口［17］。在雜余通道下方安裝有階梯擋板，增加雜余物在氣流場(chǎng)內(nèi)的擾動(dòng)，阻礙夾帶籽粒被吹出機(jī)外，進(jìn)一步減小風(fēng)選損失。試驗(yàn)時(shí)，在出料口放置接料盒收集籽粒，在雜余排出口安裝紗網(wǎng)袋收集排出雜余物。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 試驗(yàn)因素與指標(biāo)

為綜合探究燕麥小區(qū)育種脫粒裝置的工作性能，選取脫粒滾筒轉(zhuǎn)速、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和喂入量為試驗(yàn)因素，以破碎率、損失率和含雜率作為指標(biāo)，通過單因素試驗(yàn)和三因素正交試驗(yàn)來分析各個(gè)因素對(duì)指標(biāo)的影響規(guī)律，并獲得該裝置的最佳性能工作參數(shù)［18-20］。脫粒滾筒轉(zhuǎn)速和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速分別通過調(diào)整驅(qū)動(dòng)其工作的變頻電機(jī)轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)，喂入量以每次放入脫粒滾筒內(nèi)的燕麥穗數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)。破碎率、損失率和含雜率的計(jì)算如下：

式中：Y1—破碎率，%

Y2—損失率，%

Y3—含雜率，%

Z1—出料口所接脫出物中籽粒質(zhì)量，g

Z2—雜余排出口排出物中籽粒質(zhì)量，g

Z3—籽粒中破碎籽粒質(zhì)量，g

Z4—出料口所接脫出物質(zhì)量，g

2.2 試驗(yàn)物料

試驗(yàn)物料選擇山西太谷種植的北燕1 號(hào)燕麥，手動(dòng)割回晾曬3 d 后進(jìn)行試驗(yàn)，平均株高1300～1500 mm，平均穗長(zhǎng)300～450 mm，試驗(yàn)時(shí)莖稈含水率63.47%，籽粒含水率9.71%，籽粒千粒重20.8 g。

2.3 試驗(yàn)方法

依據(jù)GB/T 5982-2017《脫粒機(jī) 試驗(yàn)方法》和GB/T 5262-2008《農(nóng)業(yè)機(jī)械試驗(yàn)條件測(cè)定方法的一般規(guī)定》進(jìn)行試驗(yàn)［21］。試驗(yàn)前，手動(dòng)挑選籽粒飽滿的燕麥植株（如圖2a 所示），按照試驗(yàn)步驟每次選取固定穗植株，手持植株末端將穗部伸入脫粒裝置喂入口進(jìn)行脫粒。脫粒完成后取出秸稈（如圖2b 所示），從出料口收集脫出籽粒（如圖2c 所示），進(jìn)行稱重。對(duì)脫出籽粒進(jìn)行人工分選（或挑選），去除多余雜質(zhì)后進(jìn)行稱重。通過網(wǎng)袋收集雜余排出口排出物（如圖2d 所示），人工挑選里面未脫凈損失籽粒和夾帶損失籽粒，進(jìn)行稱重。按照公式（1）～（3）計(jì)算破碎率、損失率和含雜率，每次試驗(yàn)重復(fù)3 次取平均值［22-23］。

圖2 脫粒前和脫粒后物料Fig.2 Material before and after threshing

3 單因素試驗(yàn)及結(jié)果分析

3.1 脫粒滾筒轉(zhuǎn)速

在風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速1100 r·min-1，喂入量6 穗條件下，改變脫粒滾筒轉(zhuǎn)速，破碎率、損失率和含雜率的變化曲線如圖3a 所示。脫粒滾筒轉(zhuǎn)速在850～1050 r·min-1范圍內(nèi)逐漸增大時(shí)，含雜率先減小再增大，當(dāng)脫粒滾筒轉(zhuǎn)速950 r·min-1時(shí)，含雜率最低3.42%，原因是當(dāng)脫粒滾筒轉(zhuǎn)速低時(shí)燕麥籽粒未能與穎殼完全分離而落入接料口，而脫粒滾筒轉(zhuǎn)速高時(shí)莖稈易被打碎而落入接料口，導(dǎo)致含雜率較高；脫粒滾筒轉(zhuǎn)速在850～1050 r·min-1范圍內(nèi)逐漸增大時(shí)，破碎率逐漸增大，當(dāng)脫粒滾筒轉(zhuǎn)速900r·min-1時(shí)，破碎率最低0.92%，原因是脫粒滾筒轉(zhuǎn)速越高，脫粒元件對(duì)籽粒的沖擊作用越大，導(dǎo)致破碎籽粒增多，而當(dāng)脫粒滾筒轉(zhuǎn)速850 r·min-1時(shí)，由于滾筒轉(zhuǎn)速較低，少數(shù)籽粒在脫粒裝置內(nèi)重復(fù)運(yùn)動(dòng)未被甩出，導(dǎo)致破損率略高；脫粒滾筒轉(zhuǎn)速在850～1050 r·min-1范圍內(nèi)逐漸增大時(shí)，損失率先減小再增大，當(dāng)脫粒滾筒轉(zhuǎn)速950 r·min-1時(shí)，損失率最低1.78%，損失率整體變化趨勢(shì)較平緩，由此可見脫粒滾筒轉(zhuǎn)速對(duì)損失率影響較小。綜合考慮各個(gè)指標(biāo)，選取脫粒滾筒轉(zhuǎn)速950 r·min-1為較優(yōu)水平。

圖3 不同單因素對(duì)各個(gè)指標(biāo)的影響Fig.3 The influence of different single factors on each indicator

3.2 風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速

在脫粒滾筒轉(zhuǎn)速950 r·min-1，喂入量6 穗條件下，改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，破碎率、損失率和含雜率的變化曲線如圖3b 所示。風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速在900～1300 r·min-1范圍內(nèi)逐漸增大時(shí)，含雜率逐漸減小，損失率逐漸增大，當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速1300 r·min-1時(shí)，含雜率最低1.11%，當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速900 r·min-1時(shí)，損失率最低0.26%，由此可見風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)含雜率和損失率影響較大，風(fēng)速越大被吹出去的籽粒越多，而風(fēng)速越小落入接料口的雜余物越多；風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速在900～1300 r·min-1范圍內(nèi)逐漸增大時(shí)，破碎率先增大再減小再增大，整體變化趨勢(shì)較平緩，由此可見風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)破碎率影響較小。綜合考慮各個(gè)指標(biāo)，選取風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速1100 r·min-1為較優(yōu)水平。

3.3 喂入量

在脫粒滾筒轉(zhuǎn)速950 r·min-1，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速1100 r·min-1條件下，改變喂入量，破碎率、損失率和含雜率的變化曲線如圖3c 所示。喂入量在2～10 穗范圍內(nèi)逐漸增大時(shí)，含雜率呈逐漸增大趨勢(shì)，當(dāng)喂入量2 穗時(shí)，含雜率最低1.40%，原因是隨著喂入量的增大脫出物變多，風(fēng)機(jī)的清選分離效果變差，越來越多的雜余物會(huì)落入接料口；喂入量在2～10 穗范圍內(nèi)逐漸增大時(shí)，破碎率逐漸減小，當(dāng)喂入量10 穗時(shí)，破碎率最低0.72%，原因是隨著喂入量增大進(jìn)入脫粒滾筒和凹板篩間的物料變多，籽粒與脫粒元件發(fā)生直接碰撞而損傷的幾率變??；喂入量在2～10 穗范圍內(nèi)逐漸增大時(shí)，損失率先增大再減小再增大，當(dāng)喂入量6 穗時(shí)，損失率最低1.67%，原因是當(dāng)喂入量小時(shí)物料在脫粒滾筒和凹板篩間的停留時(shí)間變短，少量籽粒未能與穎殼充分分離而被吹出機(jī)外，當(dāng)喂入量大時(shí)籽粒與穎殼、短莖稈糅雜在一起不能被充分分離而吹出機(jī)外。綜合考慮各個(gè)指標(biāo)，選取喂入量6 穗為較優(yōu)水平。

4 三因素正交試驗(yàn)及結(jié)果分析

4.1 試驗(yàn)方案

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，采用三因素中心旋轉(zhuǎn)組合正交試驗(yàn)原理［24］，以脫粒滾筒轉(zhuǎn)速x1、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速x2和喂入量x3為因素，以破碎率Y1、損失率Y2和含雜率Y3為響應(yīng)值，開展23 組試驗(yàn)，試驗(yàn)因素與編碼如表1 所示，試驗(yàn)方案與結(jié)果如表2 所示，其中X1、X2、X3為因素編碼值。

表1 試驗(yàn)因素與編碼Table 1 Test factors and coding

表2 試驗(yàn)方案與結(jié)果Table 2 Test methods and results

4.2 回歸分析

運(yùn)用Design-Expert 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，建立破碎率Y1、損失率Y2和含雜率Y3的回歸模型如下：

通過對(duì)回歸方程進(jìn)行方差分析，如表3 所示。破碎率的回歸模型P=0.021 5，該模型顯著；失擬P=0.224 5，失擬不顯著，表明該模型與實(shí)際相符，可以很好表示脫粒滾筒轉(zhuǎn)速X1、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速X2、喂入量X3與破碎率Y1之間的關(guān)系，能夠進(jìn)行結(jié)果預(yù)測(cè)。其中X1、X3影響顯著，其余不顯著，并且各因素對(duì)破碎率的影響主次為：X1、X3、X2。

表3 方差分析Table 3 Variance analysis

損失率的回歸模型P=0.047 3，該模型顯著；失擬P=0.137 9，失擬不顯著，表明該模型與實(shí)際相符，可以很好表示脫粒滾筒轉(zhuǎn)速X1、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速X2、喂入量X3與損失率Y2之間的關(guān)系，能夠進(jìn)行結(jié)果預(yù)測(cè)。其中X2、X2X3影響顯著，其余不顯著，并且各因素對(duì)損失率的影響主次為：X2、X1、X3。

含雜率的回歸模型P=0.023 4，該模型顯著；失擬P=0.172 8，失擬不顯著，表明該模型與實(shí)際相符，可以很好表示脫粒滾筒轉(zhuǎn)速X1、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速X2、喂入量X3與含雜率Y3之間的關(guān)系，能夠進(jìn)行結(jié)果預(yù)測(cè)。其中X2、X2X3影響顯著，其余不顯著，并且各因素對(duì)破碎率的影響主次為：X2、X1、X3。

4.3 響應(yīng)面分析

4.3.1 對(duì)破碎率的影響

當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速1100 r·min-1時(shí)，建立喂入量和脫粒滾筒轉(zhuǎn)速對(duì)破碎率影響的響應(yīng)曲面，如圖4a 所示。喂入量越小時(shí)，脫粒滾筒轉(zhuǎn)速對(duì)破碎率的影響趨勢(shì)越明顯；脫粒滾筒轉(zhuǎn)速越高時(shí)，喂入量對(duì)破碎率的影響趨勢(shì)越明顯。當(dāng)喂入量8 穗、脫粒滾筒轉(zhuǎn)速900 r·min-1時(shí)，破碎率較小。喂入量和脫粒滾筒的交互作用對(duì)破碎率有一定的影響，但是影響并不顯著。

圖4 雙因素對(duì)破碎率影響的響應(yīng)曲面Fig.4 Response surface of two factors on breakage rate

當(dāng)脫粒滾筒轉(zhuǎn)速950 r·min-1時(shí)，建立喂入量和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)破碎率影響的響應(yīng)曲面，如圖4b 所示。喂入量變化時(shí)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)破碎率的影響趨勢(shì)不明顯；風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速越小時(shí)，喂入量對(duì)破碎率的影響趨勢(shì)較明顯。當(dāng)喂入量8 穗、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速1000 r·min-1時(shí)，破碎率較小。響應(yīng)曲面整體變化趨勢(shì)不太明顯，說明喂入量和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的交互作用對(duì)破碎率影響不大，影響不顯著。

當(dāng)喂入量6 穗時(shí)，建立風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和脫粒滾筒轉(zhuǎn)速對(duì)破碎率影響的響應(yīng)曲面，如圖4c 所示。風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化時(shí)，脫粒滾筒轉(zhuǎn)速對(duì)破碎率的影響趨勢(shì)不明顯；脫粒滾筒轉(zhuǎn)速變化時(shí)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)破碎率的影響趨勢(shì)不明顯。當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速1000 r·min-1、脫粒滾筒轉(zhuǎn)速900 r·min-1時(shí)，破碎率較小。風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和脫粒滾筒轉(zhuǎn)速的交互作用對(duì)破碎率主要取決于脫粒滾筒轉(zhuǎn)速，交互作用影響不顯著。

4.3.2 對(duì)損失率的影響

當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速1100 r·min-1時(shí)，建立喂入量和脫粒滾筒轉(zhuǎn)速對(duì)損失率影響的響應(yīng)曲面，如圖5a 所示。喂入量變化時(shí)，脫粒滾筒轉(zhuǎn)速對(duì)損失率的影響趨勢(shì)不明顯；脫粒滾筒轉(zhuǎn)速變化時(shí)，喂入量對(duì)損失率的影響趨勢(shì)不明顯。當(dāng)喂入量4 穗、脫粒滾筒轉(zhuǎn)速1000 r·min-1時(shí)，損失率較小。響應(yīng)曲面整體變化趨勢(shì)不太明顯，說明喂入量和脫粒滾筒轉(zhuǎn)速的交互作用對(duì)損失率影響不大，影響不顯著。

圖5 雙因素對(duì)損失率影響的響應(yīng)曲面Fig.5 Response surface of two factors on loss rate

當(dāng)脫粒滾筒轉(zhuǎn)速950 r·min-1時(shí)，建立喂入量和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)損失率影響的響應(yīng)曲面，如圖5b 所示。喂入量越小時(shí)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)損失率的影響趨勢(shì)越明顯；風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速越小時(shí)，喂入量對(duì)損失率的影響趨勢(shì)越明顯；風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速低時(shí)，隨著喂入量的增大損失率變大，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速高時(shí)，隨著喂入量的增大損失率變小。當(dāng)喂入量4 穗、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速1000 r·min-1時(shí)，損失率較小。響應(yīng)曲面整體變化趨勢(shì)明顯，說明喂入量和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的交互作用對(duì)損失率影響較大，影響顯著。

當(dāng)喂入量6 穗時(shí)，建立風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和脫粒滾筒轉(zhuǎn)速對(duì)損失率影響的響應(yīng)曲面，如圖5c 所示。風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速越大時(shí)，脫粒滾筒轉(zhuǎn)速對(duì)損失率的影響趨勢(shì)越明顯；脫粒滾筒轉(zhuǎn)速越小時(shí)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)損失率的影響趨勢(shì)越明顯。當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速1000 r·min-1、脫粒滾筒轉(zhuǎn)速1000 r·min-1時(shí)，損失率較小。風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和脫粒滾筒轉(zhuǎn)速的交互作用對(duì)損失率有一定的影響，但影響不顯著。

4.3.3 對(duì)含雜率的影響

當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速1100 r·min-1時(shí)，建立喂入量和脫粒滾筒轉(zhuǎn)速對(duì)含雜率影響的響應(yīng)曲面，如圖6a 所示。喂入量越小時(shí)，脫粒滾筒轉(zhuǎn)速對(duì)含雜率的影響趨勢(shì)較明顯；脫粒滾筒轉(zhuǎn)速越大時(shí)，喂入量對(duì)含雜率的影響趨勢(shì)較明顯。當(dāng)喂入量4 穗、脫粒滾筒轉(zhuǎn)速1000 r·min-1時(shí)，含雜率較小。響應(yīng)曲面整體變化趨勢(shì)不太明顯，說明喂入量和脫粒滾筒轉(zhuǎn)速的交互作用對(duì)含雜率影響不大，影響不顯著。

圖6 雙因素對(duì)含雜率影響的響應(yīng)曲面Fig.6 Response surface of two factors on impurity rate

當(dāng)脫粒滾筒轉(zhuǎn)速950 r·min-1時(shí)，建立喂入量和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)含雜率影響的響應(yīng)曲面，如圖6b 所示。喂入量越小時(shí)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)含雜率的影響趨勢(shì)越明顯；風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速越大時(shí)，喂入量對(duì)含雜率的影響趨勢(shì)越明顯。當(dāng)喂入量4 穗、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速1200 r·min-1時(shí)，含雜率較小。響應(yīng)曲面整體變化趨勢(shì)明顯，說明喂入量和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的交互作用對(duì)含雜率影響較大，影響顯著。

當(dāng)喂入量6 穗時(shí)，建立風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和脫粒滾筒轉(zhuǎn)速對(duì)含雜率影響的響應(yīng)曲面，如圖6c 所示。風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化時(shí)，脫粒滾筒轉(zhuǎn)速對(duì)含雜率的影響趨勢(shì)不明顯；脫粒滾筒轉(zhuǎn)速變化時(shí)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)含雜率的影響趨勢(shì)不明顯。當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速1200 r·min-1、脫粒滾筒轉(zhuǎn)速1000 r·min-1時(shí)，含雜率較小。風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和脫粒滾筒轉(zhuǎn)速的交互作用對(duì)含雜率影響較小，影響不顯著。

4.3 參數(shù)優(yōu)化及試驗(yàn)驗(yàn)證

根據(jù)上述試驗(yàn)和結(jié)果分析，為進(jìn)一步獲得燕麥小區(qū)育種脫粒裝置的最佳性能工作參數(shù)，在各因素約束條件下，以破碎率、損失率和含雜率最小為優(yōu)化指標(biāo)，運(yùn)用Design-Expert 軟件對(duì)性能指標(biāo)回歸方程進(jìn)行最優(yōu)參數(shù)求解，得到最優(yōu)性能參數(shù)組合：脫粒滾筒轉(zhuǎn)速為946.4 r·min-1、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1 097.4 r·min-1、喂入量為7.6 穗，該條件下籽粒破碎率0.52%、籽粒損失率2.14%、籽粒含雜率2.44%。

為了對(duì)上述最優(yōu)工作參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，將燕麥小區(qū)育種脫粒裝置調(diào)整到最優(yōu)工作參數(shù)，其中為了便于操作，脫粒滾筒轉(zhuǎn)速取946 r·min-1、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1097 r·min-1、喂入量取7.5 穗，分別進(jìn)行3 次重復(fù)試驗(yàn)，試驗(yàn)物料和試驗(yàn)方法與2.2 節(jié)和2.3 節(jié)相同。試驗(yàn)結(jié)果如下：破碎率0.58%、損失率2.07%、含雜率2.56%，與參數(shù)優(yōu)化結(jié)果接近，說明脫粒裝置在最優(yōu)參數(shù)工作條件下，能夠顯著降低燕麥脫粒過程中的籽粒破碎率、損失率和含雜率，所建立的數(shù)學(xué)回歸模型是可靠的。

5 結(jié)論

（1）在自行研制的燕麥小區(qū)育種脫粒裝置上，分別進(jìn)行脫粒滾筒轉(zhuǎn)速、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和喂入量的單因素試驗(yàn)，探究不同單因素條件下對(duì)破碎率、損失率和含雜率的影響規(guī)律，并獲得較優(yōu)的工作參數(shù)范圍：脫粒滾筒轉(zhuǎn)速900～1000 r·min-1、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速1000～1200 r·min-1、喂入量4～8 穗。

（2）以脫粒滾筒轉(zhuǎn)速、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和喂入量為因素，以破碎率、損失率和含雜率為指標(biāo)，開展三因素中心旋轉(zhuǎn)組合正交試驗(yàn)。建立了破碎率、損失率和含雜率的數(shù)學(xué)回歸模型，對(duì)回歸模型進(jìn)行方差分析，確定回歸模型和各參數(shù)的顯著性，得到三因素對(duì)破碎率影響的主次順序?yàn)槊摿L筒轉(zhuǎn)速、喂入量、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，得到三因素對(duì)損失率和含雜率影響的主次順序?yàn)轱L(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、脫粒滾筒轉(zhuǎn)速、喂入量。通過對(duì)破碎率、損失率和含雜率進(jìn)行雙因素響應(yīng)面分析，進(jìn)一步探究雙因素交互作用下對(duì)各個(gè)指標(biāo)的影響規(guī)律。

（3）通過在約束條件下，以各指標(biāo)最小進(jìn)行最優(yōu)參數(shù)求解，得到最優(yōu)性能參數(shù)組合為：脫粒滾筒轉(zhuǎn)速946.4 r·min-1、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速1 097.4 r·min-1、喂入量7.6 穗，在該條件下進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果為破碎率0.58%、損失率2.07%、含雜率2.56%，說明在該參數(shù)條件下，燕麥小區(qū)育種脫粒裝置能夠有效降低燕麥種子脫粒過程中的破損率、損失率和含雜率。