劉希光，王超超

（新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052）

0 前言

油葵，向日葵屬菊科。油葵利用價(jià)值高，主要用于食用、醫(yī)療、化工，為我國(guó)的五大油料作物之一[1]。榨油后的油餅、脫籽后的葵盤(pán)和秸稈含有豐富營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，加工成飼料，供家禽、家畜食用[2～3]，需求量大，因經(jīng)濟(jì)性好，深受人們的種植喜愛(ài)。油葵的生產(chǎn)中，收獲是生產(chǎn)作業(yè)中的重要組成部分，而脫粒及清選工序是收獲的關(guān)鍵[4～5]，直接影響葵籽的脫凈率、破碎率及清潔率。人工脫粒的方式主要有用手搓擦、棍棒敲擊、石磙碾壓等，勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低、含雜率高，若遇到陰雨天，又易發(fā)霉，直接影響油葵籽的品質(zhì)[6]。針對(duì)人工脫粒清選存在的問(wèn)題，機(jī)器脫粒清選可解決這些問(wèn)題，脫凈率、破碎率及含雜率是脫粒清選機(jī)的關(guān)鍵性能指標(biāo)[7]，其試驗(yàn)鑒定能否滿足國(guó)標(biāo)，直接影響市場(chǎng)的推廣銷售。因此，較好脫粒清選性能的油葵脫粒清選機(jī)為我國(guó)油葵收獲機(jī)械的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。油葵收獲機(jī)械的分類如圖1所示。

圖1 油葵收獲機(jī)械的分類Fig.1 The classification of the oil harvester

1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)外的油葵收獲機(jī)只脫粒，清選生產(chǎn)的機(jī)械較少，大多為自走式聯(lián)合收割機(jī)，一次性完成收割、輸送、脫粒、清選、存儲(chǔ)及卸料等工序，具有的共同特點(diǎn)是外形尺寸大、功率大、作業(yè)速度快、生產(chǎn)效率高、自動(dòng)化、智能化水平高、適應(yīng)性強(qiáng)，脫凈率高、含雜率低、損失少。代表性的聯(lián)合收割機(jī)有John Deere9670 STS、Claas Lexion570、Fendt6335CPL等。

JohnDeere9670STS[8]聯(lián)合收割機(jī)（圖2）配置FantiniG03型12個(gè)分禾器的油葵割臺(tái)，能收割倒伏及斜坡的油葵，割茬低且整齊，左右螺旋攪龍輸送葵盤(pán)至脫粒系統(tǒng)，經(jīng)脫粒清選；切—縱流的脫粒系統(tǒng)，脫凈率高；斜坡自動(dòng)調(diào)節(jié)的清選裝置，保證高的清潔率。該收割機(jī)的破碎率低、總損失率小、卸糧及作業(yè)速度快，生產(chǎn)效率高。

圖2 John Deere 9670 STS聯(lián)合收割機(jī)Fig.2 John Deere 9670 STS Combine harvester

圖3 Claas Lexion 570聯(lián)合收獲機(jī)Fig.3 Claas Lexion 570 Combine harvester

ClaasTucano系列570[9]型油葵聯(lián)合收割機(jī)（圖3）與Lexion 560[10]型的總體結(jié)構(gòu)相一致，將Lexion的核心部件APSHybrid系統(tǒng)引入其中，使脫粒和分離更加高效。其撥禾輪由靜液壓驅(qū)動(dòng)，割臺(tái)對(duì)地面自動(dòng)仿形效果好，且能適應(yīng)斜坡地形，配套不同割臺(tái)可收獲對(duì)應(yīng)作物，適用性強(qiáng)、利用率高；寬敞的駕駛室人性化設(shè)計(jì)，操作舒適，選配ClaasCebis信息顯示屏系統(tǒng)，可精細(xì)生產(chǎn)；切-縱軸流的脫粒裝置共4級(jí)，可調(diào)節(jié)的機(jī)械式滾筒擋板，分離雜余，6個(gè)滾筒凹板分離效果高，沒(méi)有配置逐稿分離裝置；3D調(diào)平清選裝置持續(xù)動(dòng)態(tài)調(diào)平，優(yōu)化清選能力；莖稈粉碎器配置80把刀片，高效的粉碎率和更短的粉碎秸稈，由莖稈撒布器拋撒田間；240 kW的發(fā)動(dòng)機(jī)中央帶有2個(gè)靜液壓馬達(dá)全輪驅(qū)動(dòng)軸，牽引力提高30%。

Fendt 6335CPL聯(lián)合收割機(jī)配套Zaffrani公司研制的油葵割臺(tái)即可收獲。該收割機(jī)脫粒系統(tǒng)配置3級(jí)切流和雙縱軸流的脫粒滾筒，加設(shè)逐稿器，拋出較大塊雜料；清選系統(tǒng)布置4層清選篩，風(fēng)機(jī)可吹出上下兩股氣流，籽粒輸送系統(tǒng)有2個(gè)輸送攪龍，前1個(gè)輸送雜料再次清選，后1個(gè)輸送葵籽至存儲(chǔ)室，可折疊的存儲(chǔ)封板，儲(chǔ)量更大，265kW的收割機(jī)作業(yè)效率高。

1.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

山東濟(jì)寧曲阜潤(rùn)豐機(jī)械有限公司研制的5TK-1150型油葵脫粒清選機(jī)（圖4），該機(jī)主要由機(jī)架、喂料斗、滾筒頂蓋、脫粒裝置、清選裝置、傳動(dòng)系統(tǒng)、卸料槽等組成。傾斜狀的喂料槽和卸料槽有利于投喂及排料；脫粒裝置設(shè)計(jì)成軸流式滾筒，滾筒表面焊接2根螺旋狀的紋桿，有利于葵盤(pán)的脫粒、輸送，以揉搓、碾壓脫粒為主，脫凈率達(dá)98%，破碎率0.1%，滾筒下部設(shè)置柵條凹板，凹板由弧形狀柵條并與兩端的橫桿焊接而成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)節(jié)方便、靈活；清選裝置主要由振動(dòng)篩篩箱和上下兩層網(wǎng)篩組成，上層篩選較大的雜料，下層篩出油葵籽，篩選后的葵籽含雜率高，但品質(zhì)高。該機(jī)具的滾筒前部設(shè)置牽引架，與拖拉機(jī)懸掛并傳輸動(dòng)力，能于場(chǎng)地流動(dòng)作業(yè)，此外，該整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕、制造容易、維修方便等優(yōu)點(diǎn)，但不便于田間作業(yè)，適用于小種植戶。

圖4 5TK-1150型油葵脫粒清選機(jī)Fig.4 5TK-1150 threshing and cleaning machine

河北邢臺(tái)圣豪農(nóng)機(jī)具廠針對(duì)5TK-1150型油葵脫粒機(jī)進(jìn)行了改進(jìn)：①增大功率至7.5kW，提高轉(zhuǎn)速，增大喂入量，生產(chǎn)率達(dá)3 000～4 000 kg/h；②脫粒裝置改為縱軸流式；③在被脫葵盤(pán)出口處加設(shè)柵條式撥板，使被脫葵盤(pán)切向拋出，分離性能好，提高了葵籽的潔凈度，如圖5所示。

黃曉鵬[11]等人主要針對(duì)葵盤(pán)邊緣部分難以脫凈、破碎率高而研制的油葵脫粒機(jī)，該機(jī)主要由機(jī)架、脫籽輥、頂蓋、拉伸彈簧、篩網(wǎng)、集糧裝置、電機(jī)等組成。進(jìn)料口設(shè)置掛架及擋簾，避免脫?？P(pán)與葵籽的飛濺，進(jìn)一步降低損失；脫粒裝置由脫籽輥和弧形柵條凹板組成，脫籽輥由中間的輥軸及均布于輥軸外的5根擊禾桿組成，其端部焊接于輥軸兩端；弧形篩網(wǎng)置于凹板下部，雜料從篩網(wǎng)端部排出；集糧裝置設(shè)有葵籽出料槽，便于收集。該機(jī)具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、脫凈率高、破碎率低、經(jīng)濟(jì)適用性強(qiáng)，但該機(jī)具脫粒后的葵籽和葵籽的花混在一起，葵籽含雜率進(jìn)一步降低。

圖5 縱軸流油葵脫粒清選機(jī)Fig.5 Vertical axis threshing and cleaning machine

李心平[12]等人研制一種脫粒間隙自調(diào)、低破碎率、高生產(chǎn)率的油葵脫粒機(jī)，并獲得國(guó)家實(shí)用新型專利。葵盤(pán)由喂料口喂入，經(jīng)攪龍輸送至脫粒滾筒脫粒，4排圓柱形釘齒均布于滾筒表面，頂部為圓弧狀；弧形沖孔式凹板以分離籽粒，葵籽最后由出料口排出。為減小葵盤(pán)破碎多、葵籽破損較嚴(yán)重等問(wèn)題，在凹板底部與機(jī)架用彈簧連接，使脫粒間隙自調(diào)。該機(jī)具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、實(shí)用性強(qiáng)、脫凈率高等優(yōu)點(diǎn)，但缺少清選裝置，葵籽含雜率較高。

徐文[13]研制的具有離合裝置的油葵脫粒機(jī)，花費(fèi)勞力少、勞動(dòng)強(qiáng)度低等特點(diǎn)。該機(jī)主要由機(jī)架、喂料斗、脫粒裝置、清選裝置、離合裝置、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等組成。螺旋式的脫粒紋桿筋焊接在滾筒上，揉搓、碾壓脫粒，同時(shí)也有助于葵盤(pán)的輸送，以充分脫粒；圓弧形的柵條凹板四角裝設(shè)螺栓以調(diào)節(jié)脫粒間隙；振動(dòng)篩箱內(nèi)有兩層網(wǎng)篩，上層網(wǎng)篩孔隙大，下層小，振動(dòng)篩箱通過(guò)擺桿機(jī)構(gòu)連接，用軸承作為轉(zhuǎn)動(dòng)副的零件，減小磨損；該脫粒機(jī)的動(dòng)力由拖拉機(jī)提供，并通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳輸，可于田間進(jìn)行作業(yè)。不脫粒作業(yè)時(shí)，按下離合裝置，減少功率消耗，確保人員安全。該機(jī)具易安裝、故障少等優(yōu)點(diǎn)。

李書(shū)儒[14]等人針對(duì)人工投料勞動(dòng)強(qiáng)度大，脫粒后的油葵籽需人工分揀、清雜、裝袋的工序，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，脫凈率低等問(wèn)題，設(shè)計(jì)田間油葵脫粒機(jī)，該機(jī)可一次完成喂料、脫粒、清選、裝袋等工序的機(jī)械化流程作業(yè)。該機(jī)具主要由機(jī)架、集料裝置、輸送裝置、脫粒裝置、清選裝置、卸料裝置、傳動(dòng)系統(tǒng)等組成。脫粒滾筒有四條均勻排列撥片，兩邊呈螺旋狀，中間呈傾斜狀，滾筒上的螺旋撥片軸向輸送葵盤(pán)，同時(shí)搓擦、碾壓脫粒，柵條式的凹板于滾筒下方；振動(dòng)篩箱內(nèi)部有上下兩層網(wǎng)篩，上網(wǎng)篩篩孔較大，下網(wǎng)篩孔較?。坏筕型的卸料裝置有兩個(gè)卸料口，卸料口處裝有擋片，當(dāng)一個(gè)卸料口卸料裝袋時(shí)，另一個(gè)卸料口被堵住，依次輪流卸料，提高卸料效率；機(jī)具所需功率由拖拉機(jī)提供。徐奎山[15]等人對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，降低集料裝置的高度，加寬喂料口的寬度，多人同時(shí)投喂；在喂料斗輸送槽中加裝攪龍，以便輸送葵盤(pán)；脫粒裝置改進(jìn)成雙滾筒，多級(jí)脫粒來(lái)增大脫凈率；此外，該機(jī)具機(jī)架上加裝離合器，制動(dòng)離合器即可停止作業(yè)。改進(jìn)后的整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、可靠度高、生產(chǎn)效率高、機(jī)械化程度高等特點(diǎn)。

對(duì)于油葵脫粒清選作業(yè)機(jī)具，除分段式的脫粒清選機(jī)之外，還有集收割、輸送、脫粒、清選、存儲(chǔ)、卸料于一體的聯(lián)合收獲機(jī)，其特點(diǎn)為外形尺寸大、功率大、行走速度快、機(jī)械化程度高、生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)。

托克托縣宏昌機(jī)械制造有限公司研制的4ZXRKS-4型自走式油葵收割機(jī)[16]（圖6），集摘盤(pán)、輸送、脫粒、清選、分類收集、自動(dòng)卸料為一體。割臺(tái)摘盤(pán)裝置使葵盤(pán)與莖稈碗狀纖維部分離，針對(duì)葵籽掉落問(wèn)題而專設(shè)收集輸送裝置，減少葵籽田間損失；脫粒裝置設(shè)計(jì)3級(jí)，有較高的生產(chǎn)率和脫凈率；風(fēng)篩式清選裝置，含雜率較低，吹出型風(fēng)機(jī)使籽粒表面摩擦小，葵籽品質(zhì)高；增大葵籽輸送及卸糧裝置的尺寸及功率，卸糧快，被脫葵盤(pán)集于液壓卸料倉(cāng)，工作效率高。

圖6 5704ZXRKS-4型聯(lián)合收割機(jī)Fig.6 5704ZXRKS-4 Combine harvester

2 油葵脫粒清選機(jī)存在的問(wèn)題

2.1 工作性能低

油葵脫粒清選機(jī)的脫粒裝置對(duì)葵籽的脫凈率低，清選裝置的含雜率高。含雜率過(guò)高又需揚(yáng)場(chǎng)機(jī)清選作業(yè)，增加清選機(jī)具的使用，延長(zhǎng)收獲時(shí)間；脫粒清選后的葵籽再一次與雜料混合，有的用擋板隔開(kāi)，當(dāng)移動(dòng)機(jī)具時(shí)，又需重新支架擋板，工序繁瑣；田間作業(yè)時(shí)，籽粒飛濺損失和夾帶損失較多。

2.2 附加裝置少

現(xiàn)有油葵脫粒清選機(jī)的附加裝置少，除個(gè)別類型加裝離合器之外，沒(méi)有其他的附加裝置。現(xiàn)有的油葵脫粒清選機(jī)不能測(cè)定籽粒的生產(chǎn)率，不能判斷集糧倉(cāng)是否已滿，以便及時(shí)卸糧，這是目前機(jī)具欠缺之處；機(jī)具田間作業(yè)，若遇田地不平，又不能確?？亚暹x中的清潔率。

2.3 適用性不強(qiáng)

葵花分食葵和油葵，若只對(duì)單一作物作業(yè)，機(jī)具的利用率不高、適用性不強(qiáng)。油葵盤(pán)平均直徑和厚度都比食葵盤(pán)小，必需調(diào)節(jié)脫粒間隙，以提高脫凈率；因油葵籽的平均三軸尺寸比食葵籽的平均三軸尺寸小，食葵籽若不能透過(guò)篩孔時(shí)，隨雜質(zhì)一起篩出，造成浪費(fèi)或重新篩選。

3 油葵脫粒清選機(jī)的發(fā)展對(duì)策

3.1 增強(qiáng)工作性能

脫粒裝置設(shè)置組合式軸流脫粒滾筒、多級(jí)脫粒及可調(diào)的脫粒間隙可提高脫凈率；多層的振動(dòng)篩可降低含雜率，根據(jù)篩選物的物理特性，實(shí)現(xiàn)振動(dòng)篩不同的振動(dòng)方向，加強(qiáng)清選效果；油葵脫粒清選機(jī)集分段作業(yè)工序于一體，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率。

3.2 增加輔助裝置

油葵脫粒清選機(jī)在現(xiàn)有脫粒清選技術(shù)裝置的基礎(chǔ)上，增加一些輔助裝置。比如現(xiàn)有的機(jī)具增加了離合裝置，將減小功率的消耗；卸料裝置都加強(qiáng)了機(jī)具的工作特性，減輕裝袋等帶來(lái)的勞動(dòng)強(qiáng)度。油葵脫粒清選機(jī)將會(huì)再增加一些解決投喂堵塞的裝置，被脫葵盤(pán)拋出裝置，比如對(duì)軸流脫粒裝置增設(shè)逐稿輪；增加一些檢測(cè)裝置，比如葵籽含水率檢測(cè)裝置，確保油葵較佳的脫粒性能和葵籽的品質(zhì)；籽粒產(chǎn)量檢測(cè)裝置，直接獲得葵籽的產(chǎn)量，為油葵的測(cè)產(chǎn)評(píng)估及生產(chǎn)作業(yè)提供參考。

3.3 提高適用性

提高油葵脫粒清選機(jī)的適用性，增加利用率，模塊化的零部件是一個(gè)選擇。模塊化的零部件更換容易、維修簡(jiǎn)單，適當(dāng)調(diào)節(jié)機(jī)具的工作參數(shù)，即可對(duì)其它作物作業(yè)。模塊化的零部件還可提高機(jī)具的使用年限。

4 結(jié)語(yǔ)

總結(jié)了國(guó)內(nèi)外油葵收獲機(jī)械研發(fā)現(xiàn)狀，分析國(guó)內(nèi)油葵收獲機(jī)存在的問(wèn)題，針對(duì)這些問(wèn)題提出了發(fā)展建議。以提高籽粒脫凈率，降低破碎率及含雜率為目的，研究油葵收獲機(jī)械的脫粒清選裝置。油葵脫粒清選機(jī)將向聯(lián)合式收獲機(jī)方向發(fā)展，重點(diǎn)以模塊化、高效化、自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展，油葵收獲機(jī)械關(guān)鍵技術(shù)的研究將逐漸走向成熟。研究油葵的脫粒及清選裝置，為提高油葵收獲機(jī)械的理論研究提供參考，提高我國(guó)油葵機(jī)械化收獲程度，保障油葵產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

[1] 趙貴新，鐘鵬，陳霞，等．我國(guó)向日葵產(chǎn)業(yè)發(fā)展問(wèn)題及對(duì)策[J]．安徽農(nóng)學(xué)通報(bào)，2011，17（14）：31～32，41．

[2] 李素萍，聶慧，逯栓柱，等．我國(guó)向日葵機(jī)械化生產(chǎn)概況、存在問(wèn)題及建議[J]．內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)科技，2011（6）：1～5．

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[4] 周艷生，張靜，朱豪杰，等．我國(guó)葵花收獲機(jī)研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J]．農(nóng)業(yè)工程，2015，5（2）：11～14．

[5] 王志強(qiáng)，李素萍．我國(guó)向日葵生產(chǎn)機(jī)械化現(xiàn)狀存在的問(wèn)題及發(fā)展建議[J]．農(nóng)村牧區(qū)機(jī)械化，2013，（4）：29～31．

[6] 冉振龍，劉艷紅．為您介紹油葵機(jī)械化種植技術(shù)[J]．農(nóng)村牧區(qū)機(jī)械化，2005，（1）：61．

[7] GB/T5892-2005，脫粒機(jī)試驗(yàn)方法[S]．北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005．

[8] http：//deere.nongji1688.com/sell/itemid-5444172.html.[9]http：//item.nongji360.com/57593.

[10] Corneliu Pahoni．Research Regarding The Performances

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[11] 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)．一種葵花脫粒機(jī)：中國(guó)，ZL201521060881.2[P]．2016-05-11．

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