鮮食大豆機(jī)械化脫莢、清選、剝殼技術(shù)探析

　　摘 要：　近年來，隨著鮮食大豆種植面積的不斷擴(kuò)大，對(duì)其機(jī)械化生產(chǎn)水平的要求也越來越高，影響鮮食大豆產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵機(jī)械化技術(shù)主要包括豆莢脫莢技術(shù)、高效清選技術(shù)、剝殼技術(shù)等。分別對(duì)上述關(guān)鍵技術(shù)工作原理進(jìn)行了研究分析，為我國鮮食大豆生產(chǎn)機(jī)械化程度的提高提供了參考依據(jù)。

　　關(guān)鍵詞：　鮮食大豆; 機(jī)械化; 研究;

　　鮮食大豆亦稱為菜用大豆或毛豆，營養(yǎng)價(jià)值較高，可謂物美價(jià)廉，人們對(duì)鮮食大豆的需求量也逐年增加，隨著種植面積的不斷擴(kuò)大，對(duì)其機(jī)械化生產(chǎn)水平的要求也越來越高。近年來，國內(nèi)許多高校、科研院所及企業(yè)積極投身到鮮食大豆全程機(jī)械化裝備的研究中，市場上也不斷涌現(xiàn)出各式各樣的鮮食大豆機(jī)械化裝備，為我國鮮食大豆產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了較強(qiáng)的技術(shù)保障和產(chǎn)品支持。

　　目前，我國鮮食大豆全程機(jī)械化生產(chǎn)中的耕整、播種、施肥和植保等機(jī)械化裝備較為完善和成熟，鮮食大豆采收和成品加工等裝備也得到明顯的進(jìn)步和發(fā)展，其中，影響鮮食大豆產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵機(jī)械化技術(shù)及裝備主要包括豆莢脫莢技術(shù)、高效清選技術(shù)、剝殼技術(shù)等，本文在綜合國內(nèi)外文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，分別對(duì)上述關(guān)鍵技術(shù)工作原理進(jìn)行了研究分析。

　　1 、鮮食大豆豆莢脫莢技術(shù)

　　豆莢脫莢技術(shù)是鮮食大豆收獲過程中的關(guān)鍵技術(shù)，它將直接影響到鮮食大豆產(chǎn)品品質(zhì)。摘莢過程中摘凈率高、摘莢損傷小、摘莢損失少，是高效摘莢技術(shù)的核心要素，廣大科研人員對(duì)摘莢技術(shù)的研究主要圍繞這些核心要素進(jìn)行開展，主要有以下幾種脫莢型式。

　　1.1、 螺旋刷子式滾筒豆莢脫莢技術(shù)

　　主要工作原理是:首先滾筒前端的扶禾機(jī)構(gòu)將鮮食大豆整株喂入滾筒內(nèi)，在滾筒上螺旋狀固定排列剛性螺旋桿，滾筒中軸線上安裝焊接圓盤，滾筒內(nèi)壁設(shè)有由6圈螺旋桿組成的螺旋刷子，兩者旋轉(zhuǎn)方向相反，組成了脫莢機(jī)構(gòu)的執(zhí)行部件，在進(jìn)行脫莢作業(yè)時(shí)，兩者由于存在速度差且方向相反，從而將喂入到滾筒內(nèi)的鮮食大豆豆莢梳刷下來，實(shí)現(xiàn)豆莢脫莢。該技術(shù)主要是美國在21世紀(jì)初期研究的產(chǎn)物。

　　1.2、 滾筒單彈齒式脫莢技術(shù)

　　脫莢工作原理是:在滾筒內(nèi)部裝配有彈齒，此脫莢彈齒圍繞滾筒中軸線做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)整株莖稈喂入進(jìn)來后，其上豆莢從莖稈上被彈齒梳脫下來，豆莢與豆稈分離，滾筒后方的無損輸送裝置將豆莢運(yùn)送至料箱，從而完成鮮食大豆豆莢脫莢。美國OXBO公司和日本勇士公司都是采用此種豆莢脫莢技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)脫莢機(jī)械化，但由于價(jià)格過高、落莢和漏采損失較大，非常不合適我國國情。

　　1.3、 雙脫莢輥式脫莢技術(shù)

　　脫莢機(jī)的脫莢裝置主要由兩個(gè)脫莢輥組構(gòu)成，脫莢輥組軸線與輸送方向分別呈70°和45°的夾角，如圖1所示。每個(gè)輥組由上、下脫莢輥組成，每個(gè)輥軸上安裝間隔分布且90°相互交錯(cuò)排列延伸的柔性脫莢齒。其工作原理是:鮮食大豆植株喂入到上脫莢輥和下脫莢輥之間后，交錯(cuò)排列的柔性脫莢齒對(duì)其擊打，豆莢脫落，實(shí)現(xiàn)脫莢，未脫莢的鮮食大豆植株在脫莢過程中經(jīng)過兩次兩種方向的柔性脫莢齒擊打，進(jìn)一步提高了脫莢率。此項(xiàng)柔性脫莢技術(shù)有效解決了脫莢過程中的脫莢不凈和堵塞等問題，很大程度上降低了脫莢破損率。該技術(shù)是由農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所的秦廣明、肖宏儒、宋志禹等科研人員提出的并設(shè)計(jì)了脫莢裝置，經(jīng)過田間試驗(yàn)，進(jìn)行了性能測試，對(duì)鮮食大豆脫莢機(jī)生產(chǎn)率、清潔度、脫凈率及破碎率等性能指標(biāo)進(jìn)行了分別測試，均達(dá)到了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。不足的是該機(jī)器是臺(tái)式場上作業(yè)機(jī)，需要提前把鮮食大豆收割，增加了工序，而且該脫莢機(jī)是單株喂入式，工作效率不夠高。

　　1.減速裝置;2.脫莢齒;3.上脫莢輥組;4.下脫莢輥組。

　　1.4 、雙彈指式鮮食大豆采摘技術(shù)

　　該技術(shù)采用的是雙彈指結(jié)構(gòu)，固定彈指和伸縮架安裝在采摘滾筒上，伸縮架上安裝有伸縮彈指，并在其上的固定板兩端安裝滾輪，滾輪設(shè)置在偏心輪盤的輪槽中，這樣，偏心輪槽使得伸縮彈指與滾筒上的固定彈指不斷的配合與分開，兩者相對(duì)運(yùn)動(dòng)，仿生人工采摘，從而達(dá)到摘莢和卸載豆莢并達(dá)到無損傷毛豆莢的目的。毛豆采摘原理，如圖2所示。采用雙彈指式采摘裝置，提高了摘凈率，降低了破損率，雙彈指相互作用配合不斷開合，大大降低了雜物堵塞率，為后續(xù)豆、葉的分離提供了方便。武漢科技大學(xué)的涂福泉教授及其團(tuán)隊(duì)經(jīng)過不懈努力，在分析國內(nèi)外毛豆采摘機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，改進(jìn)創(chuàng)造了此項(xiàng)技術(shù)，并制造了相應(yīng)的農(nóng)機(jī)裝備，經(jīng)過田間試驗(yàn)驗(yàn)證，雙彈指式鮮食大豆采摘裝置的效果非常明顯，符合設(shè)計(jì)要求。

　　1.傳送帶;2.固定彈指;3.伸縮彈指;4.采摘滾筒;5.偏心輪盤滑槽;6.毛豆植株。

　　2 、高效清選技術(shù)

　　傳統(tǒng)的清選系統(tǒng)(如圖3所示)組成部分主要有振動(dòng)篩、清選風(fēng)機(jī)、滾軸篩及輸送帶等。清選類型有篩子式、氣流式及氣流篩子組合式等，篩子主要有沖孔篩、編織篩和魚眼篩等類型。鮮食大豆用傳統(tǒng)的清選裝置效果普遍不好，分析其原因是鮮食大豆豆莢水分大，還有絨毛，導(dǎo)致其豆莢之間、豆莢與清選部件之間摩擦力相比普通物料較大，而且在采摘豆莢時(shí)，掉落的莖葉和雜草與豆莢摻雜在一起，非常不利于清雜。

　　1.機(jī)架;2.重雜出口;3.風(fēng)機(jī);4.振動(dòng)篩;5.豆莢出口;6.滾軸篩;7.輸送帶及料斗。

　　河南農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院的余永昌教授團(tuán)隊(duì)，主要從事菜用大豆收獲機(jī)械化研究，設(shè)計(jì)了一種高效的清選裝置，即采用滾軸篩(如圖4所示)。該滾軸篩即設(shè)計(jì)一排光軸，光軸間距為11 mm，間距略大于豆莢厚度，由于光軸之間的摩擦力很小，在齒輪的帶動(dòng)下，落在光軸上的物料及莖葉等向后運(yùn)動(dòng)，同時(shí)豆莢被分散開，從光軸之間的縫隙掉落到下面的振動(dòng)篩上，掉落到振動(dòng)篩上的物料除了豆莢，還有小石頭等，在振動(dòng)篩的作用下，小石頭被振動(dòng)落下排出，豆莢沿傾斜篩面滑落到后面的集料箱中，完成豆莢清選，其中較大的雜草和豆莖葉隨著光軸一直向后滾動(dòng)，從而滑落到田里。這種清選裝置使帶有雜質(zhì)的物料得以分開，同時(shí)把莖葉和雜草等較大尺寸雜物清除掉，能夠非常近似滿足傳統(tǒng)清選裝置的工作條件。

　　1.滾軸篩軸;2.滾軸篩孔;3.傳動(dòng)軸;4.傳動(dòng)齒輪。

　　3、 鮮食大豆剝殼技術(shù)

　　鮮食大豆剝殼機(jī)主要有割刀式和軋輥式兩類。20世紀(jì)80年代，我國從日本進(jìn)口割刀式鮮食大豆剝殼機(jī)，該型剝殼效果良好，也存在一些缺點(diǎn)，該機(jī)設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)較繁瑣，維修困難，價(jià)格不菲，直接制約了該機(jī)在我國的大量使用。

　　現(xiàn)階段，我國鮮食大豆剝殼機(jī)普遍應(yīng)用的產(chǎn)品為軋輥式鮮食大豆剝殼機(jī)。該型式鮮食大豆剝殼機(jī)的主要組成部分包括儲(chǔ)料倉、軋輥、機(jī)架、引流板、導(dǎo)流板和傳動(dòng)裝置等部件，其工作原理是首先把豆莢通過送料裝置喂入到儲(chǔ)料倉中，偏心軸在電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，由于偏心的作用，偏心軸持續(xù)發(fā)生上下浮動(dòng)，豆莢均勻分布在橡膠輸送帶上，輸送帶將豆莢輸送至導(dǎo)流板，從而掉落到軋輥之間，根據(jù)豆莢的物理特性，設(shè)置軋輥間隙，兩者反向旋轉(zhuǎn)，通過兩軋輥對(duì)豆莢的擠壓作用，對(duì)豆莢進(jìn)行仿生脫殼，模擬人工，豆莢中豆粒受到軋輥的擠壓，將豆粒從豆莢中擠出來，豆粒和豆殼發(fā)生分離，實(shí)現(xiàn)脫粒剝殼。

　　4 、結(jié)論

　　重點(diǎn)分析了鮮食大豆豆莢脫莢技術(shù)的原理，主要包括螺旋刷子式滾筒豆莢脫莢技術(shù)、滾筒單彈齒式脫莢技術(shù)、雙脫莢輥式脫莢技術(shù)和雙彈指式鮮食大豆采摘技術(shù)等。通過對(duì)鮮食大豆關(guān)鍵機(jī)械化技術(shù)包括豆莢脫莢技術(shù)、高效清選技術(shù)、剝殼技術(shù)等技術(shù)的研究與分析，為我國鮮食大豆高效全程機(jī)械化裝備的研制提供了基礎(chǔ)技術(shù)理論，有利于我國鮮食大豆產(chǎn)業(yè)化程度的進(jìn)一步提高。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]童一寧，樓婷婷，姚愛萍，等.浙江省青毛豆全程機(jī)械化研究及發(fā)展建議[J].農(nóng)業(yè)工程，2018,(7):17-20.

　　[2]王顯鋒，張紅梅，徐新華，等.自走式菜用大豆摘莢機(jī)的設(shè)計(jì)[J].大豆科學(xué)，2015,34(2):310-313.

　　[3]王顯鋒.自走式菜用大豆摘莢機(jī)關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)[D].鄭州:河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2014.

　　[4]涂福泉，李恒，肖程，等.雙彈指毛豆采摘裝置的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].農(nóng)機(jī)化研究，2020(3):89-93.

　　[5]秦廣明，肖宏儒，宋志禹.5TD60型青大豆脫莢機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].中國農(nóng)機(jī)化，2011,237(5):81.

　　[6]中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院.農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊:下冊[K].北京:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社，2007.

　　[7]蔡耿健，管珣，李佳玲，等.毛豆剝殼機(jī)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].江蘇農(nóng)機(jī)化，2015(4):24-26.

　　作者：修德龍

《鮮食大豆機(jī)械化脫莢、清選、剝殼技術(shù)探析》

上一篇：大棚黃瓜的栽培技術(shù)及病害防治

下一篇：麥秸稈還田和機(jī)插秧機(jī)械化集成技術(shù)的推廣研究