CN115176600B - 稻麦类作物单株穗脱粒清选方法及电动智能脱粒清选装置 - Google Patents

稻麦类作物单株穗脱粒清选方法及电动智能脱粒清选装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种稻麦类作物单株穗脱粒清选方法及电动智能脱粒清选装置，涉及农业试验机械技术领域。装置包括脱粒组件和气流分离组件；脱粒组件包括脱粒腔室和柔性叶片板，通过调速电机能驱动柔性叶片板转动以与脱粒腔室内壁配合实现颖壳、秸秆与籽粒的脱离；气流分离组件包括排种组件、底座和分离主管；排种组件包括旋转板和导流管；通过旋转板与底座之间的转动，能控制底座通孔和连通孔之间的连通情况；导流管内沿轴向设有导流螺旋，底部的落种口处设有用于测量籽粒数量的光电传感器。本发明可降低株穗脱粒过程所需劳动力、提高作业效率，实现育种、品比试验样本数据高速采集的目的。

Description

稻麦类作物单株穗脱粒清选方法及电动智能脱粒清选装置
技术领域
本发明涉及农业试验机械技术领域，具体涉及一种稻麦类作物单株穗脱粒清选方法及电动智能脱粒清选装置。
背景技术
作物育种与筛选试验是获得优质新品种的重要技术保证。水稻、小麦等单穗作物育种、栽培及品种对比试验研究过程中，需要对单穗粒数、穗重等指标进行量化评价，以判断品种性状特性。该类作物种子均被颖壳包裹，进行穗粒数统计前需将种子从穗上脱落下来，分离颖壳秸秆后，筛选出种子籽粒，然后装袋记录区分样本。过去该过程主要依靠人力，育种人员与辅助工人一起数天才能完成一个品种样本的制作，通常安排到农闲时节，导致持续时间会长达半年以上，影响了数据产出的及时性，进而降低了研究效率。近年来国家对作物种质资源的重要性不断强调，2021年发布了种业振兴行动计划，从蔬菜到作物等都提出了具体要求。水稻、小麦作为最主要的粮食作物，其育种与栽培技术的研究对解决中国粮食供需矛盾、保障我国乃至世界粮食安全至关重要，提高育种与品比效率有助于推动新品种的产生与推广。但我国育种装备技术水平与发达国家尚有较大差距，主要表现在小区育种播种机械化程度低、自主育种播种机智能化程度与可靠性尚不满足要求，小区田间管理机械尚无专用机具仍以大田机械为主，小区收获机械部分实现自主生产但与国外专业公司产品呈现代际差别，现有小区育种机械全链条需发力。针对育种、品比试验中需测量取样株穗的粒数以判定品种形状，但目前尚无满足脱粒彻底、破碎低或无破碎、清选好含杂率低的单穗脱粒装置。
发明内容
本发明的目的是为解决目前单穗脱粒依赖人工、尚无可靠适用自动化程度较高机具的问题，提供一种稻麦类作物单株穗脱粒清选方法及电动智能脱粒清选装置。本发明通过柔性碰撞脱粒、刚柔互作梳刷、柔性叶片生风、气流重力螺旋分离过程，完成脱粒、清选、籽粒数统计功能，结构简单可靠、功能布局设计合理，整穗喂入无需分解从而减少损失风险，风选后有序排出并统计粒数，提高单穗样本统计作业质量与效率、节约人力物力。
本发明所采用的具体技术方案如下：
第一方面，本发明提供了一种电动智能脱粒清选装置，包括安装于主体壳架上的脱粒组件和气流分离组件；
所述脱粒组件包括脱粒腔室和柔性叶片板，主体壳架内固定有调速电机，调速电机的输出轴与位于脱粒腔室内部的叶轮轴固定连接，叶轮轴上设有能形成离心气流场的若干柔性叶片板，脱粒腔室上设有物料喂入口；通过调速电机能驱动柔性叶片板转动以与脱粒腔室内壁配合实现颖壳、秸秆与籽粒的脱离；所述脱粒腔室上部开设物料出口，物料出口通过物料通道与气流分离组件的径向喂入口连通，所述物料出口处设有能启闭的挡板；
所述气流分离组件包括排种组件、底座和分离主管；分离主管下部的管壁开设有径向喂入口，底部固定有底座；底座上开设有底座通孔，上表面为能与径向喂入口共同形成涡流的异型凹曲面结构；所述排种组件包括旋转板和导流管；旋转板与底座下表面贴合转动连接，其上开设有连通孔，连通孔底部连接有导流管；通过旋转板与底座之间的转动，能控制底座通孔和连通孔之间的连通情况；所述导流管内沿轴向设有导流螺旋，底部的落种口处设有用于测量籽粒数量的光电传感器。
作为优选，所述主体壳架内还设有电机控制器，电机控制器与调速电机相连；主体壳架顶部设有提手。
作为优选，所述主体壳架上设有用于分区显示电机设置运转参数和种子粒数统计数据的控制器面板。
作为优选，所述主体壳架侧壁外固定有环状的脱粒腔室侧壁，脱粒腔室侧壁上可拆卸式固定有透明的脱粒腔室盖板，主体壳架侧壁、脱粒腔室侧壁和脱粒腔室盖板共同围成封闭的圆柱状脱粒腔室；所述脱粒腔室盖板通过其上开设的物料喂入口与斜置的喂入管连通。
作为优选，所述柔性叶片板为两个，呈中心对称固定于叶轮轴上。
作为优选，所述挡板常态下为关闭状态，外接有用于开启的挡板操纵杆。
作为优选，所述分离主管顶部还连接有能改变管长的分离套管，分离套管顶部连接有用于改变出料方向的活动式弯管。
作为优选，所述底座上还开设有螺纹孔和限位螺钉孔，旋转板上开设有导向弧形槽和转轴孔；通过转轴螺钉贯穿螺纹孔和转轴孔以实现底座和旋转板的转动连接；限位螺钉孔上固定有限位螺钉，限位螺钉能在导向弧形槽内滑动以实现转动限位。
作为优选，所述光电传感器为对射式光电传感器；导流螺旋的底部设有仅使籽粒单个通过的狭缝，狭缝两侧设有对射式光电传感器。
第二方面，本发明提供了一种利用第一方面任一所述电动智能脱粒清选装置的稻麦类作物单株穗脱粒清选方法，具体如下：
在装置运行前，关闭挡板，通过转动旋转板以使底座通孔和连通孔不连通；
在装置运行时，开启调速电机，使柔性叶片板在脱粒腔室内旋转，以形成稳定的离心流场，使气流从物料喂入口中进入并在脱粒腔室内扩散；将带籽粒株穗从物料喂入口中送入脱粒腔室，带籽粒株穗在重力和流场作用下进入柔性叶片板的旋转作用区；通过柔性叶片板的动能驱动物料在脱粒腔室内运动，物料与脱粒腔室内壁和柔性叶片板相互碰撞、梳刷，以使颖壳、秸秆与籽粒的脱离；待颖壳、秸秆与籽粒脱离完全后，开启挡板使脱粒腔室与分离主管连通；物料在柔性叶片板转动产生的风力与离心力共同作用下，从脱粒腔室进入分离主管，随后在底座异型凹曲面与径向喂入口形成的涡流作用下，较重的籽粒沿分离主管内壁滑落，较轻的颖壳和秸秆随气流上升并从顶部排出；待颖壳和秸秆排除完全后，通过转动旋转板以使底座通孔和连通孔连通，底座上聚集的籽粒顺着导流管内的导流螺旋向下滑落，通过光电传感器记录籽粒数量，从而完成一个株穗的脱粒清选工作。
本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：
本发明利用调速电机带动的柔性叶片旋转实现种子与颖壳的碰撞分离，借助柔性叶片的偏心布置在旋转过程中产生的风力，打开挡板后混合种子秸秆的物料在可视化环境中完成籽粒秸秆分离清选，种子沉积到漏斗底座底部的凹坑中，通过转动旋转板至限定位置使底座通孔和连通孔相连通，漏斗底座凹坑中的种子在重力作用下通过底座通孔和连通孔进入导流螺旋，籽粒在导流螺旋的作用下分散并通过排种口的狭缝后，对射式光电传感器采集通过的籽粒电信号并通过计算显示在控制器面板上，实现稻麦单穗的脱粒分离并统计出穗粒数，降低过程所需劳动力、提高作业效率，实现育种、品比试验样本数据高速采集的目的。
附图说明
图1是装置的结构示意图；
图2是主体壳架的局部剖视图；
图3是脱粒组件的结构示意图；
图4是气流分离组件的结构示意图；
图5是排种组件的结构示意图；
图6是漏斗底座不同视角下的结构示意图；
图7是导流管的局部示意图；
其中，1.主体壳架；2.控制器面板；3.脱粒腔室侧壁；4.提手；5.挡板操纵杆；6.脱粒腔室盖板；7.分离主管；8.分离套管；9.排种组件；10.弯管；11.调速电机；12.电机控制器；13.叶轮轴；14.柔性叶片板；15.挡板；16.物料通道；17.快拆固定拉杆；18.固定卡口；19.紧固螺母；20.限位螺钉；21.转轴螺钉；22.固定螺栓；23.落种口；24.导向弧形槽；25.转轴孔；26.连通孔；27.导流螺旋；28.光电传感器；29.异型凹曲面；30.底座通孔；31.螺纹孔；32.限位螺钉孔；33.径向喂入口；34.底座；35.狭缝。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1所示，为本发明提供的一种电动智能脱粒清选装置，该装置能实现稻麦单穗的脱粒分离并统计出穗粒数，其主要包括主体壳架1、脱粒组件和气流分离组件，其中，脱粒组件和气流分离组件均安装于主体壳架1上。
如图2所示，主体壳架1内部设有调速电机。在本实施例中，主体壳架1内还设有电机控制器12，电机控制器12与调速电机11相连，通过电机控制器12可以对调速电机11的运行参数进行控制调节，连接线路隐蔽、防护程度高；主体壳架1顶部设有提手4，以便于装置整体的搬运移动。
如图3所示，脱粒组件主要包括脱粒腔室和柔性叶片板14，调速电机11的输出轴与位于脱粒腔室内部的叶轮轴13固定连接，叶轮轴13上设有能形成离心气流场的多个柔性叶片板14，脱粒腔室上设有物料喂入口。通过调速电机11能驱动柔性叶片板14转动，进而与脱粒腔室内壁配合实现颖壳、秸秆与籽粒的脱离。
在本实施例中，主体壳架1侧壁外固定有环状的脱粒腔室侧壁3，脱粒腔室侧壁3上可拆卸式固定有透明的脱粒腔室盖板6，主体壳架1侧壁、脱粒腔室侧壁3和脱粒腔室盖板6共同围成封闭的圆柱状脱粒腔室。具体的，脱粒腔室盖板与主架壳体间通过T型带螺纹的快拆固定拉杆17固定，松开紧定手螺母后，旋转快拆固定拉杆17即可取下盖板，装拆方便利于清理残余夹杂。脱粒腔室盖板6上开设有物料喂入口，物料喂入口外接有斜置的喂入管，物料通过喂入管能进入脱粒腔室中。调速电机11的输出端部分穿过主体壳架1并伸入脱粒腔室内，并在该端部安装叶轮轴13，叶轮轴上设绕中心轴中心对称的两柔性叶片板14。
本发明装置的脱粒腔室上部开设物料出口，物料出口通过物料通道16与气流分离组件的径向喂入口33连通，物料出口处设有能启闭的挡板15。在本实施例中，在脱粒腔室的右上部设有活动挡板，挡板为常闭状态，外接有用于开启的挡板操纵杆5，当装置脱粒完成后，按压联动的挡板操纵杆可打开挡板，松手后迅速关闭。挡板将工作过程分为脱粒与清选两个阶段，脱粒后的籽粒颖壳秸秆混合物通过挡板后进入分离部件，在流场与重力场的复合作用下，籽粒沉降到底部，颖壳秸秆从上部开口排出。
如图4所示，气流分离组件主要包括排种组件9、底座34和分离主管7。分离主管7下部的管壁开设有径向喂入口33，该径向喂入口33能通过物料通道16与脱粒腔室的物料出口连通。分离主管7的底部固定有底座34。如图6所示，底座34上开设有底座通孔30，上表面为能与径向喂入口33共同形成涡流的异型凹曲面29结构，该异型凹曲面29大致呈底座通孔30凹陷的漏斗状结构。如图5所示，排种组件9主要包括旋转板和导流管。旋转板与底座34下表面贴合转动连接，其上开设有连通孔26，连通孔26底部连接有导流管。通过旋转板与底座34之间的转动，能控制底座通孔30和连通孔26之间的连通情况。如图7所示，导流管内沿轴向设有导流螺旋27，底部的落种口23处设有用于测量籽粒数量的光电传感器28。
在本实施例中，分离主管7顶部还连接有能改变管长的分离套管8，分离主管7与分离套管8之间通过固定卡口18与紧固螺母19固定，通过改变管长能够使不同情况的种子与风量匹配，便于种子与颖壳和秸秆的充分分离，即通过伸缩调整管的长度改变分离过程时间以适应不同情况的株穗样本。分离套管8顶部连接有用于改变出料方向的活动式弯管10，可通过旋转改变弯管朝向，从而调整颖壳秸秆喷射方向，改善设备与操作人员工作环境。主体壳架1上设有用于分区显示电机设置运转参数和种子粒数统计数据的控制器面板2。底座34和分离主管7之间可以采用卡箍配合固定螺栓22的方式进行固定连接。
在本实施例中，旋转板与底座34之间的转动方式可以采用如下结构实现：底座34上还开设有螺纹孔31和限位螺钉孔32，旋转板上开设有导向弧形槽24和转轴孔25。螺纹孔31和转轴孔25的位置对应，通过转轴螺钉21贯穿螺纹孔31和转轴孔25以实现底座34和旋转板的转动连接。限位螺钉孔32上固定有限位螺钉20，限位螺钉20能在导向弧形槽24内滑动以实现转动限位，可以使限位螺钉20在限位下沿中心旋转。导流螺旋27的底部设有仅使籽粒单个通过的狭缝35，狭缝35两侧设有对射式光电传感器28，通过控制器计算出种子粒数。
在实际使用时，可以将气流分离组件中的管道均设置为透明材质，操作过程中及操作后可观察有无残留的种子，保证株穗样本统计的准确性。通过控制器预置不同作物基本参数设置，并可根据所选择作物实际干湿等情况进行调整，也可以选择手动模式连续运转。控制器持续采集落种口23处的信号，通过时间间隔进行逻辑计算得出株穗样本及单穗粒数统计值。
利用上述电动智能脱粒清选装置的稻麦类作物单株穗脱粒清选方法，具体如下：
在装置运行前，关闭挡板15，通过转动旋转板以使底座通孔30和连通孔26不连通。
在装置运行时，开启调速电机11，使柔性叶片板14在脱粒腔室内旋转，以形成稳定的离心流场，使气流从物料喂入口中进入并在脱粒腔室内扩散。将带籽粒株穗从物料喂入口中送入脱粒腔室，带籽粒株穗在重力和流场作用下进入柔性叶片板14的旋转作用区。通过柔性叶片板14的动能驱动物料在脱粒腔室内运动，物料与脱粒腔室内壁和柔性叶片板14相互碰撞、梳刷，以使颖壳、秸秆与籽粒的脱离。待颖壳、秸秆与籽粒脱离完全后，开启挡板15使脱粒腔室与分离主管7连通。物料在柔性叶片板14转动产生的风力与离心力共同作用下，从脱粒腔室进入分离主管7，随后在底座34异型凹曲面29与径向喂入口33形成的涡流作用下，较重的籽粒沿分离主管7内壁滑落，较轻的颖壳和秸秆随气流上升并从顶部排出。待颖壳和秸秆排除完全后，通过转动旋转板以使底座通孔30和连通孔26连通，底座34上聚集的籽粒顺着导流管内的导流螺旋27向下滑落，通过光电传感器28记录籽粒数量，从而完成一个株穗的脱粒清选工作。
具体的，工作时调速电机运转20～50秒(设定时间)后颖壳与籽粒分离完成，按压挡板操作杆5，隔离脱粒与分离风选部分的挡板15沿转轴逆时针旋转一定角度，两区域连通后混合籽粒在风力与离心力的共同作用下沿物料通道16进入气流重力分离部件径向喂入口33，进入气流在漏斗底座异型凹曲面29的影响作用下形成沿分离部件主管内壁螺旋上升的涡流，籽粒所受浮力小于自身重力则沿主管内壁滑下落入底座通孔30处的凹坑中，秸秆颖壳所受浮力大于自重，沿主管内腔上升并通过弯管排向指定方向。
待颖壳完全排出后，扳动旋转板沿转轴螺钉旋转90度，底座通孔30和连通孔26重合，籽粒落入连通孔26下方的倾斜导流管，在导流螺旋27的影响下，沿螺旋面下滑过程完成离散化，以接近单粒状态先后落入光电传感器信号采集狭缝35，采集到的电信号经对射光电传感器座的集成电路处理转化后通过其侧面的接线端子插槽经信号线缆传输到控制器面板的采集端，经控制器处理运算得出检测到的籽粒数并显示到控制面板上的株穗籽粒数显示区。
电机运转速度由控制面板输入并可手动调整，确认后显示在控制面板的电机运转参数显示区中，株穗粒数显示采取时间间隔与对射光电传感器信号并发逻辑计算，一次株穗取样脱粒完成后，自动进入下次计数等待过程，无需人工干预控制器内置程序即可判断下一次株穗样本并在排出籽粒时适时显示该株籽粒数，实现智能计数显示。
本发明可降低株穗脱粒过程所需劳动力、提高作业效率，实现育种、品比试验样本数据高速采集的目的。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电动智能脱粒清选装置，其特征在于，包括安装于主体壳架(1)上的脱粒组件和气流分离组件；
所述脱粒组件包括脱粒腔室和柔性叶片板(14)，主体壳架(1)内固定有调速电机(11)，调速电机(11)的输出轴与位于脱粒腔室内部的叶轮轴(13)固定连接，叶轮轴(13)上设有能形成离心气流场的若干柔性叶片板(14)，脱粒腔室上设有物料喂入口；通过调速电机(11)能驱动柔性叶片板(14)转动以与脱粒腔室内壁配合实现颖壳、秸秆与籽粒的脱离；所述脱粒腔室上部开设物料出口，物料出口通过物料通道(16)与气流分离组件的径向喂入口(33)连通，所述物料出口处设有能启闭的挡板(15)；
所述气流分离组件包括排种组件(9)、底座(34)和分离主管(7)；分离主管(7)下部的管壁开设有径向喂入口(33)，底部固定有底座(34)；底座(34)上开设有底座通孔(30)，上表面为能与径向喂入口(33)共同形成涡流的异型凹曲面(29)结构；所述排种组件(9)包括旋转板和导流管；旋转板与底座(34)下表面贴合转动连接，其上开设有连通孔(26)，连通孔(26)底部连接有导流管；通过旋转板与底座(34)之间的转动，能控制底座通孔(30)和连通孔(26)之间的连通情况；所述导流管内沿轴向设有导流螺旋(27)，底部的落种口(23)处设有用于测量籽粒数量的光电传感器(28)。
2.根据权利要求1所述的一种电动智能脱粒清选装置，其特征在于，所述主体壳架(1)内还设有电机控制器(12)，电机控制器(12)与调速电机(11)相连；主体壳架(1)顶部设有提手(4)。
3.根据权利要求1所述的一种电动智能脱粒清选装置，其特征在于，所述主体壳架(1)上设有用于分区显示电机设置运转参数和种子粒数统计数据的控制器面板(2)。
4.根据权利要求1所述的一种电动智能脱粒清选装置，其特征在于，所述主体壳架(1)侧壁外固定有环状的脱粒腔室侧壁(3)，脱粒腔室侧壁(3)上可拆卸式固定有透明的脱粒腔室盖板(6)，主体壳架(1)侧壁、脱粒腔室侧壁(3)和脱粒腔室盖板(6)共同围成封闭的圆柱状脱粒腔室；所述脱粒腔室盖板(6)通过其上开设的物料喂入口与斜置的喂入管连通。
5.根据权利要求1所述的一种电动智能脱粒清选装置，其特征在于，所述柔性叶片板(14)为两个，呈中心对称固定于叶轮轴(13)上。
6.根据权利要求1所述的一种电动智能脱粒清选装置，其特征在于，所述挡板(15)常态下为关闭状态，外接有用于开启的挡板操纵杆(5)。
7.根据权利要求1所述的一种电动智能脱粒清选装置，其特征在于，所述分离主管(7)顶部还连接有能改变管长的分离套管(8)，分离套管(8)顶部连接有用于改变出料方向的活动式弯管(10)。
8.根据权利要求1所述的一种电动智能脱粒清选装置，其特征在于，所述底座(34)上还开设有螺纹孔(31)和限位螺钉孔(32)，旋转板上开设有导向弧形槽(24)和转轴孔(25)；通过转轴螺钉(21)贯穿螺纹孔(31)和转轴孔(25)以实现底座(34)和旋转板的转动连接；限位螺钉孔(32)上固定有限位螺钉(20)，限位螺钉(20)能在导向弧形槽(24)内滑动以实现转动限位。
9.根据权利要求1所述的一种电动智能脱粒清选装置，其特征在于，所述光电传感器(28)为对射式光电传感器；导流螺旋(27)的底部设有仅使籽粒单个通过的狭缝(35)，狭缝(35)两侧设有对射式光电传感器。
10.一种利用权利要求1～9任一所述电动智能脱粒清选装置的稻麦类作物单株穗脱粒清选方法，其特征在于，具体如下：
在装置运行前，关闭挡板(15)，通过转动旋转板以使底座通孔(30)和连通孔(26)不连通；
在装置运行时，开启调速电机(11)，使柔性叶片板(14)在脱粒腔室内旋转，以形成稳定的离心流场，使气流从物料喂入口中进入并在脱粒腔室内扩散；将带籽粒株穗从物料喂入口中送入脱粒腔室，带籽粒株穗在重力和流场作用下进入柔性叶片板(14)的旋转作用区；通过柔性叶片板(14)的动能驱动物料在脱粒腔室内运动，物料与脱粒腔室内壁和柔性叶片板(14)相互碰撞、梳刷，以使颖壳、秸秆与籽粒的脱离；待颖壳、秸秆与籽粒脱离完全后，开启挡板(15)使脱粒腔室与分离主管(7)连通；物料在柔性叶片板(14)转动产生的风力与离心力共同作用下，从脱粒腔室进入分离主管(7)，随后在底座(34)异型凹曲面(29)与径向喂入口(33)形成的涡流作用下，较重的籽粒沿分离主管(7)内壁滑落，较轻的颖壳和秸秆随气流上升并从顶部排出；待颖壳和秸秆排除完全后，通过转动旋转板以使底座通孔(30)和连通孔(26)连通，底座(34)上聚集的籽粒顺着导流管内的导流螺旋(27)向下滑落，通过光电传感器(28)记录籽粒数量，从而完成一个株穗的脱粒清选工作。
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