CN110802023B - 一种农作物种子精选方法及精选装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种农作物种子精选方法，包括以下步骤：(1)批次供种；(2)风选除杂；(3)筛选分级；所述步骤(3)筛选分级工作过程中，总控制器根据筛面监控系统的监测结果制定综合控制策略，筛分初期和中期时维持正常筛分频率和筛面倾角；筛分后期时加大筛分频率和增大筛面倾角；出现筛分异常时停机，人工清除异物或更换筛片；筛分异常排除后，将筛分频率和筛面倾角恢复至初设值，开始下一批种子加工或结束作业。还涉及一种农作物种子精选装置，包括：供料系统、风选系统、筛分系统、控制系统和机架。本发明采用倾角调节装置能够实现作业过程中筛面倾角的动态调节，利于物料筛分和筛面残留物的有效清除。

Description

一种农作物种子精选方法及精选装置
技术领域
本发明涉及农业机械中农产品加工技术领域，特别是适用于农作物种子繁育种质材料处理的一种农作物种子精选方法及精选装置。
背景技术
种业是国家战略性、基础性核心产业，育种技术进步和重大产品研发已成为推动现代种业发展的源动力，农作物新品种选育离不开现代种业装备的支撑和保障。种业机械化是涵盖品种选育、品种试验、制种生产、种子加工等多环节的系统工程，已成为种业现代化的重要基础和前提。
经过多年发展，我国已研制出一批适合国情的风筛清选机、比重精选机等种子加工单机与成套设备，这些装备均具有较大的生产能力，以小麦种子加工为例，试验用小型装备生产能力通常在50kg/h以上，大型成套装备生产能力可达10～15t/h，适于规模化、连续式的种子加工与商品化生产，在种子生产中得到广泛推广应用。但是，农作物品种选育和品种试验中涉及的种质材料处理具有品种多、单品种子量少、批次处理、避免混杂、同期作业、作业期短等作业特点，其精选加工装备应满足份量作业(较少处理量的批次作业)、易清机、无残留、不混种、高效率等作业要求，而现有的种子加工装备存在结构复杂易残留种子、清机困难耗时长等问题，已无法满足种质材料清选要求，迫切需要研发专用型种子精选方法及精选装备。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种能够实现份量型种质材料处理的农作物种子精选方法及精选装置。
为实现上述目的，本发明基于风选筛选清选原理与自动控制技术，通过模块化结构设计、筛片电磁吸附安装、筛面机器视觉即时监控、筛面倾角动态调节及作业过程自动控制，解决份量型种质材料处理的高效清机与避免混杂问题。
一种农作物种子精选方法，包括以下步骤：
(1)批次供种；(2)风选除杂；(3)筛选分级；所述步骤(3)筛选分级工作过程中，总控制器根据筛面监控系统的监测结果制定综合控制策略，筛分初期和中期时维持正常筛分频率和筛面倾角；筛分后期时加大筛分频率和增大筛面倾角；出现筛分异常时停机，人工清除异物或更换筛片；筛分异常排除或筛分正常结束后，将筛分频率和筛面倾角恢复至初设值，开始下一批种子加工或结束作业。
步骤(3)中，所述正常筛分频率为3～10Hz，正常筛面倾角为0°～10°；筛分后期的筛分频率为10～15Hz，筛面倾角为10°～15°。
步骤(1)中，批次供种的具体步骤为：将种子按照生产需求分成小份，每份的种子从种箱4中投入，由振动给料器3从种箱4均匀往风道6入口处运输，在前一份种子精选完成后再倒入下一份种子，如此往复，完成种子的批次供种。
步骤(2)中，风选除杂的具体步骤为：从供料系统处运来的种子在风道6入口处进入风选系统，风道6上端由于风机7的作用产生负压，进入风道6的物料一方面受到重力作用，另一方面受到风机7负压的吸引力，悬浮速度低于风机7在风道6中产生的风速的物料被风机7从风道6吸入旋风分离器5，并沉降在旋风分离器5底端，无法被旋风分离器5沉降的细小灰尘将经过风机7被风机7排气口的除尘布袋收集；重力作用大于风机7产生吸力的物料则掉入到筛分系统9顶端。
步骤(3)中，筛选分级的具体步骤为：经过风选除杂的物料从风道6下端开口进入筛分系统9顶端的组合筛框903上，组合筛框903由驱动装置901驱动做往复振动；颗粒较大的杂物在上层筛片9032表面一直运动，直至从上出杂口907排出，而种子和颗粒较小的杂物穿过上层筛片9032落入下层的筛片9032上；种子在下层筛片9032表面上继续运动，直至从出料口906排出，而颗粒较小的杂物则穿过下层筛片9032的筛孔落入底层平板905上，最后从下出杂口908排出，完成物料筛分。
种子落在筛面上时，筛面监控系统10将对筛面上种子残留情况进行监测，并将监测结果发送给总控制器1。总控制器1接收筛面监控系统10发送的监测结果，当筛面监控系统10监测到一份物料快要清选完毕时，通过倾角调节控制器104对倾角调节电机912进行控制，增大筛面倾角，以加快种子在筛面上的流动速度，完成快速清筛；每精选一次种子后，都将筛面倾角调回到初始设定倾角状态。
当组合筛框903的筛孔中残留物料，依靠机器本身无法清除时，停机检查，将电磁铁9033断电后，人工取出筛片9033，以快速清理或更换筛片。
一种实现上述精选方法的农作物种子精选装置，包括：供料系统、风选系统、筛分系统9、控制系统和机架2；所述供料系统、风选系统、筛分系统9和控制系统均安装在机架2上；
所述供料系统包括振动给料器3和种箱4；所述风选系统包括旋风分离器5、风道6、风机7和风阀8；所述筛分系统9包括驱动装置901、筛架902、组合筛框903、橡胶球清筛装置904、底层平板905、出料口906、上出杂口907、下出杂口908和倾角调节装置；所述控制系统包括总控制器1、振动给料器控制器101、风机控制器102、驱动电机控制器103、倾角调节控制器104和筛面监控系统10；
所述种箱4与振动给料器3连接，振动给料器3与风道6连接，风道6与旋风分离器5连接，所述风机7和风阀8与旋风分离器5连接；所述筛分系统9位于所述风道6的下方。
所述倾角调节装置包括上座板909、调节支架910、调节丝杆911、倾角调节电机912和下座板913；所述调节支架910为一X形支架，调节支架910的上端与上座板909销接，调节支架910的下端与调节丝杆911螺纹连接，调节丝杆911的两端与下座板铰接，下座板通过弹性支撑板固定在机架2上，筛架902固定在上座板909上。
所述组合筛框903分为上下两层，组合筛框903的上层和下层均包括木质框架9031、筛片9032和电磁铁9033，所述上层的筛片的筛孔大于种子的尺寸，下层筛片的筛孔小于种子的尺寸；电磁铁9033安装在木质框架9031上，筛片9032被电磁铁吸附固定在木质框架的限位槽内。
所述组合筛框903安装于筛架902上，所述组合筛框903由驱动装置901驱动做往复振动，所述底层平板905位于组合筛框903的下方；所述上出杂口907与组合筛框903的上层连接，所述出料口906与组合筛框903的下层连接，下出杂口908与底层平板905连接；组合筛框903的上层和下层的下方均设有橡胶球清筛装置904，橡胶球清筛装置904随筛架902运动，橡胶球随机弹跳撞击筛片9032，降低筛孔堵塞概率；所述倾角调节装置位于所述底层平板905的下方。
风道6结构为一上下端开口的长方形盒体，风道6上端由于风机7的作用产生负压；
所述筛面监控系统10包括监控摄像头和图像处理软件；筛面监控系统10用于对筛面上种子残留情况进行监测，并将监测结果发送给总控制器1；总控制器1根据筛面监控系统的监测结果制定综合控制策略，实现作业过程控制，同时总控制器1具有储存功能，对精选过的种子的工作参数进行储存；所述振动给料器控制器101用于控制振动给料器3，风机控制器102用于控制风机7，驱动电机控制器103用于控制驱动装置901，倾角调节控制器104用于控制倾角调节装置。
本发明的有益效果是：
1、采用振动给料器可以完成批次供种和均匀给料；采用负压式风选系统可以完成物料初清并去除轻杂；
2、采用倾角调节装置能够实现作业过程中筛面倾角的动态调节，利于物料筛分和筛面残留物的有效清除；
3、采用组合筛框且利用电磁吸附固定筛片，可以实现筛面的快速更换和便捷清理；
4、采用筛面监控系统能够实现对筛面物料状态的实时监测和作业状态评估，为系统的综合控制策略提供依据和参考。本发明能够满足种质材料处理的份量作业、无残留、易清机等作业要求。本发明可广泛应用于批次式物料清选分级机械中。
附图说明
图1是本发明的精选装置结构示意图；
图2是本发明的筛分系统结构示意图；
图3是本发明的组合筛框结构示意图；
图4是图3的剖视图；
图5是倾角调节装置结构示意图。
图中1.总控制器，101.振动给料器控制器，102.风机控制器，103.驱动电机控制器，104.倾角调节电机控制器，2.机架，3.振动给料器，4.种箱，5.旋风分离器，6.风道，7.风机，8.风阀，9.筛分系统，901.驱动装置，902.筛架，903.组合筛框，904.橡胶球清筛装置，905.底层平板，906.出料口，907.上出杂口，908.下出杂口，909.上座板，910.调节支架，911调节丝杆，912.倾角调节电机，913.下座板，9031.木质框架，9032.筛片，9033.电磁铁，10.筛面监控系统。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1-5所示，本发明的农作物种子精选装置包括：供料系统、风选系统、筛分系统9、控制系统和机架2；所述供料系统包括振动给料器3和种箱4；所述风选系统包括旋风分离器5、风道6、风机7和风阀8；所述控制系统包括总控制器1、振动给料器控制器101、风机控制器102、驱动电机控制器103、倾角调节控制器104和筛面监控系统10；如图2、图3和图4所示，所述筛分系统9包括驱动装置901、筛架902、组合筛框903、橡胶球清筛装置904、底层平板905、出料口906、上出杂口907、下出杂口908和倾角调节装置；所述倾角调节装置包括上座板909、调节支架910、调节丝杆911、倾角调节电机912和下座板913，所述组合筛框903包括木质框架9031，筛片9032和电磁铁9033。
所述调节支架910为一X形支架，调节支架910的上端与上座板909销接，调节支架910的下端与调节丝杆911螺纹连接，调节丝杆911的两端与下座板铰接，下座板通过弹性支撑板固定在机架上，筛架902固定在上座板909上。
所述供料系统、风选系统、筛分系统9和控制系统均安装在机架2上；所述种箱4与振动给料器3连接，振动给料器3与风道6连接，风道6与旋风分离器5连接，所述风机7和风阀8与旋风分离器5连接；所述筛分系统9位于所述风道6的下方。
所述组合筛框903分为上下两层，组合筛框903的上层和下层均包括木质框架9031、筛片9032和电磁铁9033，所述上层的筛片的筛孔大于种子的尺寸，下层筛片的筛孔小于种子的尺寸；电磁铁9033安装在木质框架9031上，筛片9032被电磁铁吸附固定在木质框架的限位槽内。
所述组合筛框903安装于筛架902上，所述组合筛框903由驱动装置901驱动做往复振动，所述底层平板905位于组合筛框903的下方；所述上出杂口907与组合筛框903的上层连接，所述出料口906与组合筛框903的下层连接，下出杂口908与底层平板905连接；组合筛框903的上层和下层的下方均设有橡胶球清筛装置904，橡胶球清筛装置904随筛架902运动，橡胶球随机弹跳撞击筛片9032，降低筛孔堵塞概率；所述倾角调节装置位于所述底层平板905的下方。
风道6结构为一上下端开口的长方形盒体，风道6上端由于风机7的作用产生负压。所述筛面监控系统10包括监控摄像头和图像处理软件。
筛面监控系统10用于对筛面上种子残留情况进行监测，并将监测结果发送给总控制器1；总控制器1根据筛面监控系统的监测结果制定综合控制策略，实现作业过程控制，同时总控制器1具有储存功能，对精选过的种子的工作参数进行储存；所述振动给料器控制器101用于控制振动给料器3，风机控制器102用于控制风机7，驱动电机控制器103用于控制驱动装置901，倾角调节控制器104用于控制倾角调节装置。
本发明的份量型种子精选方法实施步骤如下：
(1)批次供种：种子在喂入精选装置料斗之前按照生产需求分成一个个小份，每份的种子从种箱4中投入，由振动给料器3从种箱4均匀往风道6入口处运输，在前一份种子精选完成后再倒入下一份种子，如此往复，完成种子的批次供种。
(2)风选除杂：从供料系统处运来的种子在风道6入口处进入风选系统，风道6结构为一上下端开口的长方形盒体，风道6上端由于风机7的作用产生负压，进入风道6的物料一方面受到重力作用，另一方面受到风机7负压的吸引力，悬浮速度低于风机7在风道6中产生的风速的物料(轻杂)被风机7从风道6吸入旋风分离器5，再经旋风分离器5的除尘作用沉降在旋风分离器5底端，无法被旋风分离器5沉降的细小灰尘将经过风机7被风机7排气口的除尘布袋收集；重力作用大于风机7产生吸力的物料(种子和重杂)则掉入到筛分系统9顶端。
(3)筛选分级：经过风选除杂的物料从风道6下端开口进入筛分系统9顶端的组合筛框903上，组合筛框903由驱动装置901驱动做往复振动，组合筛框903的上层的筛片9032的筛孔大，颗粒较大的杂物在上层的筛片9032表面一直运动，直至从上出杂口907排出，而种子和颗粒较小的杂物穿过上层的筛片9032落入下层的筛片9032上；由于种子的尺寸大于下层的筛片9032筛孔的尺寸，种子在下层筛片9032表面上继续运动，直至从出料口906排出，而颗粒较小的杂物则穿过下层筛片9032的筛孔落入底层平板905上，最后从下出杂口908排出，完成物料筛分。
值得注意的是，种子落在组合筛框903的筛面上时，筛面监控系统10对筛面上种子的残留情况进行监测，并将监测结果发送给总控制器1。总控制器1接收筛面监控系统10发送的监测结果，当筛面监控系统10监测到一份物料快要清选完毕时，通过倾角调节控制器104对倾角调节电机912进行控制，增大筛面倾角(后端向下，筛面倾角为筛面与水平面的锐角夹角)以加快种子在筛面上的流动速度，完成快速清筛。
筛分初期和中期时维持正常筛分频率和筛面倾角；筛分后期时适当加大筛分频率和增大筛面倾角(后端向下)。所述筛面监控系统以物料在筛面的分布为判断依据，筛片前端有物料、后端1/3筛面无物料(后端1/3筛面无物料指的是：后端1/3筛面上物料投影面积占后端1/3筛面区域面积的比例小于10％)时为筛分初期；筛片上各处均有物料时为筛分中期；筛片前端1/3筛面无物料(前端1/3筛面无物料指的是：前端1/3筛面上物料投影面积占前端1/3筛面区域面积的比例小于10％)，后端有物料时为筛分后期；筛分结束后，筛面留存若干物料(物料投影面积占整个筛面区域面积的比例大于0.5％、小于10％)超过一定时长(一定时长根据实测数据在控制系统中设置，例如5-10秒)为筛分异常，筛面无物料时为筛分结束。
本发明的装置应用对象为小麦、玉米、水稻、蔬菜等不同类别的种子，不同种子需要不同的工作参数，故筛分频率和筛面倾角均有较大范围，对某一种种子来讲，其参数根据实际测试进行优化调整，将其最优参数固化到控制系统，作为初始值；筛分后期，筛分频率和筛面倾角根据实际测试进行优化调整，也将最优参数固化到控制系统。
值得注意的是，每精选一批种子后都需将筛面倾角调回到初始设定倾角状态，通过倾角调节控制器104可以实现这一自动控制。
进一步的，由总控制器1接收筛面监控系统10对筛面上物料残余情况监测结果并提供控制信号，对组合筛框903内电磁铁9033的通断进行控制，实现吸附和分离筛片9032，正常工作情况下电磁铁9033一直处于通电状态，即吸附筛片9032；电磁铁9032断电时可分离筛片9032。当发现组合筛框903的筛孔中残留物料，依靠机器本身无法清除时，停机检查，将电磁铁9033断电后人工取出筛片9033，以快速清理或更换筛片。
综上所述，本发明基于种子精选过程中所应用的风选与筛选原理和自动控制技术，改进筛框结构，根据筛面监控系统给控制系统传输的信号对各控制器进行驱动，解决筛分系统种子易残留、清机困难耗时长和作业过程可视性差等问题；通过控制系统调节供料系统、风选系统和筛分系统参数，对不同类别的种子进行精选，提高自动化程度和机器适用范围。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明实施的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的设计精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种农作物种子精选方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)批次供种；(2)风选除杂；(3)筛选分级；所述步骤(3)筛选分级工作过程中，总控制器根据筛面监控系统的监测结果制定综合控制策略，筛分初期和中期时维持正常筛分频率和筛面倾角；筛分后期时加大筛分频率和增大筛面倾角；出现筛分异常时停机，人工清除异物或更换筛片；筛分异常排除或筛分正常结束后，将筛分频率和筛面倾角恢复至初设值，开始下一批种子加工或结束作业。
2.如权利要求1所述的农作物种子精选方法，其特征在于：
步骤(3)中，所述正常筛分频率为3～10Hz，正常筛面倾角为0°～10°；筛分后期的筛分频率为10～15Hz，筛面倾角为10°～15°。
3.如权利要求1所述的农作物种子精选方法，其特征在于：
步骤(1)中，批次供种的具体步骤为：将种子按照生产需求分成小份，每份的种子从种箱(4)中投入，由振动给料器(3)从种箱(4)均匀往风道(6)入口处运输，在前一份种子精选完成后再倒入下一份种子，如此往复，完成种子批次供种。
4.如权利要求1所述的农作物种子精选方法，其特征在于：
步骤(2)中，风选除杂的具体步骤为：从供料系统处运来的种子在风道(6)入口处进入风选系统，风道(6)上端由于风机(7)的作用产生负压，进入风道(6)的物料一方面受到重力作用，另一方面受到风机(7)负压的吸引力，悬浮速度低于风机(7)在风道(6)中产生的风速的物料被风机(7)从风道(6)吸入旋风分离器(5)，并沉降在旋风分离器(5)底端，无法被旋风分离器(5)沉降的细小灰尘将经过风机(7)被风机(7)排气口的除尘布袋收集；重力作用大于风机(7)产生吸力的物料则掉入到筛分系统(9)顶端。
5.如权利要求1所述的农作物种子精选方法，其特征在于：
步骤(3)中，筛选分级的具体步骤为：经过风选除杂的物料从风道(6)下端开口进入筛分系统(9)顶端的组合筛框(903)上，组合筛框(903)由驱动装置(901)驱动做往复振动；颗粒较大的杂物在上层筛片(9032)表面一直运动，直至从上出杂口(907)排出，而种子和颗粒较小的杂物穿过上层的筛片(9032)落入下层的筛片(9032)上；种子在下层的筛片(9032)表面上继续运动，直至从出料口(906)排出，而颗粒较小的杂物则穿过下层的筛片(9032)的筛孔落入底层平板(905)上，最后从下出杂口(908)排出，完成物料筛分。
6.一种实现权利要求1-5之一所述的精选方法的农作物种子精选装置，其特征在于，包括：供料系统、风选系统、筛分系统(9)、控制系统和机架(2)；所述供料系统、风选系统、筛分系统(9)和控制系统均安装在机架(2)上；
所述供料系统包括振动给料器(3)和种箱(4)；所述风选系统包括旋风分离器(5)、风道(6)、风机(7)和风阀(8)；所述筛分系统(9)包括驱动装置(901)、筛架(902)、组合筛框(903)、橡胶球清筛装置(904)、底层平板(905)、出料口(906)、上出杂口(907)、下出杂口(908)和倾角调节装置；所述控制系统包括总控制器(1)、振动给料器控制器(101)、风机控制器(102)、驱动电机控制器(103)、倾角调节控制器(104)和筛面监控系统(10)；
所述种箱(4)与振动给料器(3)连接，振动给料器(3)与风道(6)连接，风道(6)与旋风分离器(5)连接，所述风机(7)和风阀(8)与旋风分离器(5)连接；所述筛分系统(9)位于所述风道(6)的下方。
7.如权利要求6所述的农作物种子精选装置，其特征在于：
所述倾角调节装置包括上座板(909)、调节支架(910)、调节丝杆(911)、倾角调节电机(912)和下座板(913)；所述调节支架(910)为一X形支架，调节支架(910)的上端与上座板(909)销接，调节支架(910)的下端与调节丝杆(911)螺纹连接，调节丝杆(911)的两端与下座板(913)铰接，下座板(913)通过弹性支撑板固定在机架(2)上，筛架(902)固定在上座板(909)上。
8.如权利要求6所述的农作物种子精选装置，其特征在于：
所述组合筛框(903)分为上下两层，组合筛框(903)的上层和下层均包括木质框架(9031)、筛片(9032)和电磁铁(9033)，所述电磁铁(9033)安装在木质框架(9031)上，筛片(9032)被电磁铁(9033)吸附固定在木质框架(9031)的限位槽内。
9.如权利要求8所述的农作物种子精选装置，其特征在于：
所述组合筛框(903)安装于筛架(902)上，所述组合筛框(903)由驱动装置(901)驱动做往复振动，所述底层平板(905)位于组合筛框(903)的下方；所述上出杂口(907)与组合筛框(903)的上层连接，所述出料口(906)与组合筛框(903)的下层连接，下出杂口(908)与底层平板(905)连接；组合筛框(903)的上层和下层的下方均设有橡胶球清筛装置(904)，橡胶球清筛装置(904)随筛架(902)运动，橡胶球随机弹跳撞击筛片(9032)，降低筛孔堵塞概率；所述倾角调节装置位于所述底层平板(905)的下方。
10.如权利要求6所述的农作物种子精选装置，其特征在于：
所述筛面监控系统(10)包括监控摄像头和图像处理软件；筛面监控系统(10)用于对筛面上种子残留情况进行监测，并将监测结果发送给总控制器(1)；总控制器(1)根据筛面监控系统(10)的监测结果制定综合控制策略，实现作业过程控制，同时总控制器(1)具有储存功能，对精选过的种子的工作参数进行储存；所述振动给料器控制器(101)用于控制振动给料器(3)，风机控制器(102)用于控制风机(7)，驱动电机控制器(103)用于控制驱动装置(901)，倾角调节控制器(104)用于控制倾角调节装置。
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