王彬 董學(xué)虎 曹文龍

摘要：為改善國內(nèi)小區(qū)鮮食玉米育種測產(chǎn)機(jī)械裝備缺乏、小區(qū)鮮食玉米種子清選和測產(chǎn)過程完全依靠人工的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)一種小區(qū)鮮食玉米種子高凈度清選智能測產(chǎn)裝置。該裝置采用雙層網(wǎng)篩、風(fēng)力清選、智能測產(chǎn)流程完成高凈度清選及測產(chǎn)作業(yè)，實(shí)現(xiàn)種子高凈度清選和智能測產(chǎn)的作業(yè)要求。以上篩夾角、下篩夾角和螺旋分離裝置入口風(fēng)速為試驗(yàn)因素，以作業(yè)時(shí)千克籽粒含雜率為試驗(yàn)指標(biāo)進(jìn)行正交試驗(yàn)，建立因素與指標(biāo)的響應(yīng)面數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明：上篩夾角為14.0°，下篩夾角為4.0°，螺旋清選裝置入口風(fēng)速為27.0 m/s時(shí)為最佳作業(yè)組合，此參數(shù)組合下，鮮食玉米籽粒千克籽粒含雜率為1.2%，籽粒殘留清理合格率為99.69%，測產(chǎn)平均誤差為0.412%，籽粒含水率測量平均誤差為3.57%，玉米種子千粒質(zhì)量測量平均誤差為0.276%。為小區(qū)鮮食玉米種子的高凈度清選以及智能測產(chǎn)提供研究基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：鮮食玉米；收獲機(jī)；智能測產(chǎn)；籽粒清選；氣吹式清理裝置

中圖分類號：S233.4

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Research on high-purity cleaning and intelligent yield measurement device for fresh corn harvester

Abstract：

In order to improve the lack of mechanical equipment for fresh corn breeding and the complete reliance on manual labor in the process of seed selection and yield measurement in domestic communities， a smart device for high-purity cleaning and intelligent yield measurement of fresh corn seeds in community settings is designed. This device utilizes a dual-layer mesh screen， air-powered cleaning and an intelligent measurement process to accomplish high-purity cleaning and yield measurement tasks， and meets the operation requirements for seed high-purity cleaning and intelligent yield measurement. The upper screen angle， lower screen angle， and inlet wind speed of the spiral separation device were the experimental factors. Orthogonal experiments were conducted using the kilograms of impurities per grain during operation as the test indicator. The response surface mathematical model between the factors and indicators was established and verified by the experiment. The results indicated that an upper screen angle of 14.0°， a lower screen angle of 4.0°， and an entrance wind speed of 27.0 m/s for the spiral cleaning device constituted the optimal operational combination. Under this parameter combination， the kilograms of impurities per grain for fresh corn seeds were 1.2%. The residue cleaning qualification rate was 99.69%. The average error of yield measurement was 0.412%. The average error of grain moisture content measurement was 3.57%. The average error of thousand-grain weight measurement for corn seeds was 0.276%. These research findings provide a foundational basis for high-purity cleaning and intelligent yield measurement of fresh corn seeds in community settings.

Keywords：

fresh corn; harvester; intelligent yield measurement; grain cleaning; air-blowing cleaning device

0 引言

人們生活水平的提高，推動(dòng)了食品多樣化進(jìn)程，鮮食玉米以其均衡的營養(yǎng)和極高的商業(yè)價(jià)值迅速風(fēng)靡全國［1］。2012—2022年，我國鮮食玉米種植面積由666.67 khm2增長至1 666.67 khm2［2］，以每公頃地種子需求量為27.45 kg計(jì)，2022年全國范圍內(nèi)共需要種子總量為4.5×107 kg，鮮食玉米種子年市場規(guī)模高達(dá)4億元以上［3］，但小區(qū)制種鮮食玉米的清選和測產(chǎn)基本以人工為主，嚴(yán)重影響了鮮食玉米產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展［45］。

目前，普通玉米產(chǎn)業(yè)機(jī)械化作業(yè)技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，高凈度籽粒清選和智能測產(chǎn)裝置已經(jīng)得到了廣泛的推廣應(yīng)用。然而，針對鮮食玉米高精度清選聯(lián)合高精度測產(chǎn)的機(jī)械裝置卻嚴(yán)重缺乏，制約了我國鮮食玉米行業(yè)的快速、健康發(fā)展［6］。目前，國內(nèi)僅有少數(shù)機(jī)械廠和科研機(jī)構(gòu)研制和生產(chǎn)鮮食玉米種子高凈度測產(chǎn)機(jī)械［7］。如青島海威機(jī)械有限公司研制的玉米脫粒測產(chǎn)裝置及東北農(nóng)業(yè)大學(xué)柴進(jìn)研制的玉米聯(lián)合收獲機(jī)清選裝置［8］等，肖焱中［9］研制的玉米小區(qū)育種測產(chǎn)系統(tǒng)；以及一系列其他類型谷物聯(lián)合收獲機(jī)的測產(chǎn)設(shè)備，如武佳等［10］的谷物測產(chǎn)系統(tǒng)，齊江濤等［11］的穗狀玉米測產(chǎn)系統(tǒng)。然而，對于鮮食玉米種子收獲中存在的清選凈度低、測產(chǎn)誤差大的共性問題依然突出。

本文結(jié)合以上研究基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)鮮食玉米收獲機(jī)高凈度清選裝置和智能測產(chǎn)裝置；通過雙層篩選結(jié)合螺旋風(fēng)選裝置完成高凈度清選，采用智能電控組合裝置進(jìn)行高精度智能測產(chǎn)；通過清選試驗(yàn)確定清選裝置的最優(yōu)工作參數(shù)，經(jīng)過測產(chǎn)試驗(yàn)檢驗(yàn)系統(tǒng)測產(chǎn)誤差。

1 整機(jī)結(jié)構(gòu)及技術(shù)指標(biāo)

1.1 整機(jī)結(jié)構(gòu)

整機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

鮮食玉米收獲機(jī)高凈度清選智能測產(chǎn)裝置，適用于鮮食玉米育種的聯(lián)合收獲，并完成鮮食玉米育種的相關(guān)測產(chǎn)工作。該機(jī)主要由駕駛室、剝皮脫粒清選機(jī)構(gòu)、氣力輸送分區(qū)收集機(jī)構(gòu)、發(fā)動(dòng)機(jī)、行駛系統(tǒng)和測產(chǎn)裝置組成。

1.2 技術(shù)指標(biāo)

鮮食玉米制種小區(qū)玉米種植的農(nóng)藝栽培模式如圖2所示。其中，育種小區(qū)鮮食玉米的大致種植長度為5 000 mm，寬度為2 500 mm，行距為600 mm，株距為180～250 mm［12］。兩側(cè)的玉米植株為保護(hù)行，以免受同一地塊其他玉米品種的干擾。

試驗(yàn)證明小區(qū)鮮食玉米種子收獲時(shí)成熟度極高，籽粒含水率低于15%，非常有利于收獲機(jī)械對小區(qū)鮮食玉米進(jìn)行籽粒清選并同時(shí)完成測產(chǎn)作業(yè)，同時(shí)對土壤壓實(shí)作用小。結(jié)合全國范圍內(nèi)玉米制種小區(qū)玉米種植特點(diǎn)及收獲機(jī)動(dòng)力需求調(diào)查結(jié)果，高凈度清選智能測產(chǎn)聯(lián)合收獲機(jī)的主要性能參數(shù)［13］如表1所示。

1.3 鮮食玉米種子特點(diǎn)

為了提高鮮食玉米的口感和甜度，經(jīng)過育種人員的選育，鮮食玉米中淀粉含量減少，水溶性多糖含量高，鮮食玉米種子在成熟過程中隨著含水率的減少外形逐漸干癟，如圖3所示。一般鮮食玉米種子百粒重量比普通玉米種子輕［14］，與所需清理雜質(zhì)重量相差小且種子形狀極不規(guī)則，進(jìn)行高凈度清選難度大。

2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

2.1 雙層篩分清選裝置

如圖4所示，清選篩由上、下重疊的2層篩子組成，兩篩面的距離為120 mm。上篩主要把碎秸稈、殘穗等分離出來，起粗篩選作用。下篩主要將細(xì)碎雜余排走，起精篩選作用。上篩采用編織篩，篩孔的邊長為20 mm。下篩采用貝殼篩，篩孔高8 mm，長16 mm。篩面有曲柄連桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)做往復(fù)抖動(dòng)，以達(dá)到最佳篩分效果。

如圖5所示，將2層篩網(wǎng)放置于單篩架中，篩面上的玉米籽粒相對于篩面存在3個(gè)加速度，即沿篩面向上滑動(dòng)加速度KS，沿篩面向下滑動(dòng)加速度Kχ，垂直于篩面上拋加速度KP。篩架中各參數(shù)條件如式（1）～式（3）所示。

式中：

KS——沿篩面向上滑動(dòng)加速度，m/s2；

Kχ——沿篩面向下滑動(dòng)加速度，m/s2；

KP——垂直于篩面上拋加速度，m/s2；

φ——連桿相對于水平面角度的增量，（°）；

ω——曲軸的角速度，rad/s；

r——曲柄半徑，mm；

θ——連桿傾角，（°）；

ε——篩架傾角，（°）；

g——重力加速度，m/s2。

為保證玉米籽粒有較多機(jī)會落入篩孔，籽粒應(yīng)盡可能沿篩面向上或向下滑動(dòng)，同時(shí)向下滑動(dòng)距離大于向上滑動(dòng)距離，避免籽粒掉落，同時(shí)避免籽粒被拋離篩面，上拋加速度不能過大，因此如式（4）所示。

清選篩篩架擺幅近似為2r，根據(jù)《農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》可知，雙篩架擺幅為60～80 mm，本文取篩架擺幅為60 mm，曲柄半徑r為25 mm，則將數(shù)據(jù)代入式（3）和式（4）中計(jì)算可得，曲軸的角速度ω取值為21～37 rad/s；篩子擺動(dòng)的方向與篩面的夾角θ+ε大，篩面上下振幅大，抖動(dòng)能力強(qiáng)，依據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，一般上篩約為10°～20°，下篩約為2°～6°。

清選篩的尺寸主要是篩子面積（長度L×寬度B）。上層篩網(wǎng)的篩孔直徑D1為10 mm，下層篩網(wǎng)篩孔直徑D2為5 mm，兩篩孔的橫向距離S1為25 mm，縱向距離S2為30 mm，篩子面積的確定與進(jìn)入清選裝置的籽粒雜質(zhì)混合物喂入量Qp有關(guān)。根據(jù)《農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》，篩子的寬度B為脫粒裝置出口寬度的1.05～1.2倍。篩子的長度L如式（5）所示。

式中：

L——篩子長度，mm；

Q——機(jī)器喂入量，kg/s；

δ——雜質(zhì)占總質(zhì)量的比值；

k——脫粒裝置的工作特性系數(shù)；

B——篩子寬度，mm；

qs——篩子單位面積可以承擔(dān)的籽?；旌衔锏奈谷肓浚琸g/（s·m2），其取值與篩眼的類型和喂入物的水分濕度有關(guān)。

代入數(shù)據(jù)可得篩子長度L=1 100 mm，寬度B=670 mm，符合清選篩的選用標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 殘留籽粒清理及高凈度清選裝置

2.2.1 殘留籽粒清理裝置

為解決收獲機(jī)內(nèi)存在籽粒殘留問題，以避免不同小區(qū)鮮食玉米間收獲時(shí)，由于籽粒殘留問題而導(dǎo)致測產(chǎn)出現(xiàn)誤差，本文采用氣吹式清理裝置。其原理是：利用風(fēng)機(jī)將收集箱中的玉米籽粒吹入輸送管道，進(jìn)入高凈度清理機(jī)構(gòu)。

殘留籽粒清理裝置安裝于收獲機(jī)后部，籽粒收集箱入口與清選裝置的籽粒出口相連接，風(fēng)機(jī)安裝于籽粒收集箱前端，風(fēng)機(jī)出風(fēng)口連接籽粒收集箱。玉米籽粒在重力和機(jī)具抖動(dòng)作用下，進(jìn)入籽粒收集箱，經(jīng)由風(fēng)機(jī)通過輸送管道吹送到高凈度清理機(jī)構(gòu)。風(fēng)機(jī)動(dòng)力參數(shù)的選取是整個(gè)裝置的關(guān)鍵設(shè)計(jì)部件。殘留籽粒清理裝置結(jié)構(gòu)如圖6所示。

氣力輸送速度大于鮮食玉米種子臨界漂浮速度時(shí)，種子才會被氣流帶動(dòng)，由于鮮食玉米顆粒屬于不規(guī)則形狀物料，其臨界漂浮速度［15］如式（6）所示。

式中：

νt——鮮食玉米種子臨界漂浮速度，m/s；

Kc——不規(guī)則形狀物料修正系數(shù)，取2.51；

g——重力加速度，取9.8 m/s2；

ds——玉米種子平均粒徑，取0.6 cm；

γs——玉米種子密度，取690 kg/m3；

γ——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣密度，取1.29 kg/m3；

C——粘性阻力系數(shù)，取0.32。

將數(shù)據(jù)代入式（6）可得，鮮食玉米種子的臨界漂浮速度為7.2 m/s。根據(jù)實(shí)際工況中需考慮清選裝置各部件對玉米籽粒及氣流的碰撞、壓降、管道密封等問題，同時(shí)保證收獲機(jī)內(nèi)無殘留玉米籽粒，裝置內(nèi)風(fēng)速要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于玉米籽粒的臨界漂浮速度。取籽粒輸送氣流速度νf為鮮食玉米籽粒臨界漂浮速度的3倍，為21.6 m/s。

殘留籽粒清理裝置工作時(shí)，其料氣比μ是指氣力輸送系統(tǒng)中氣體所含物料的質(zhì)量濃度［16］，即輸送物料的質(zhì)量流量Gs與所耗氣體的質(zhì)量流量Gg之比。

μ值越大，清選裝置的輸送能力越強(qiáng)，且所需風(fēng)機(jī)提供的風(fēng)量也會越小。由于影響μ值的因素頗多，其值范圍也較大。料氣比與物料性質(zhì)、輸送方式、輸送距離及輸送條件等很多因素有關(guān)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合各種因素，選擇恰當(dāng)?shù)牧蠚獗龋?7］。本裝置用于吹送鮮食玉米籽粒，所收獲到的籽粒較少，根據(jù)設(shè)計(jì)人員已有的經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，經(jīng)反復(fù)調(diào)整和試算最后確定其μ值為2.12。

輸送管道直徑D如式（8）所示。

式中：

Gs——玉米籽粒的質(zhì)量流量，取0.35 kg/s；

vf——籽粒輸送氣流速度；

γ——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣密度，取1.29 kg/m3。

經(jīng)過計(jì)算，可得玉米籽粒輸送管直徑D=87 mm。

籽粒清理裝置正常作業(yè)時(shí)所需風(fēng)量計(jì)算公式如式（9）所示。

可得籽粒清理裝置所需風(fēng)量為552 m3/h，為使收獲機(jī)內(nèi)部無籽粒殘留，裝置所需風(fēng)量應(yīng)適當(dāng)增加，經(jīng)試驗(yàn)測定，當(dāng)風(fēng)量Qs為1 080 m3/h時(shí)，玉米籽粒無殘留。

風(fēng)機(jī)所需功率計(jì)算公式［18］如式（10）所示。

式中：

P——風(fēng)機(jī)所需功率，kW；

p——風(fēng)機(jī)全壓，取8 000 Pa；

η——風(fēng)機(jī)機(jī)械效率，取0.96。

經(jīng)過計(jì)算，可得風(fēng)機(jī)所需功率P=2.69 kW。通過查表可合理選取風(fēng)機(jī)。

2.2.2 高凈度螺旋分離清選裝置

螺旋分離清選裝置基于不同質(zhì)量的物體做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)具有不同大小的離心力而達(dá)到分選效果，質(zhì)量較大的玉米籽粒在螺旋線外側(cè)運(yùn)動(dòng)，質(zhì)量較小的雜質(zhì)在螺旋線內(nèi)側(cè)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入內(nèi)側(cè)雜質(zhì)在風(fēng)力帶動(dòng)下經(jīng)空氣出口被帶出?；旌衔镏须s質(zhì)大部分為質(zhì)量比玉米籽粒小的玉米芯碎塊、干枯葉片碎片等，這部分雜質(zhì)在風(fēng)力作用下逐漸運(yùn)動(dòng)至螺旋分離器內(nèi)側(cè)，進(jìn)而被上升氣流帶動(dòng)經(jīng)出口排出，完成風(fēng)選。

螺旋分離裝置的筒體直徑Ds的選取影響玉米籽粒的清選效率，筒體直徑越小玉米籽粒受到的離心力越大，有利于雜質(zhì)分離；但如果減少筒體直徑，將會增加玉米籽粒與裝置內(nèi)壁反彈次數(shù)，不利于籽粒排出，降低分離效率。分離器筒體長度Hg也影響籽粒分離效率，因此根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)選擇合適的尺寸尤為重要。高凈度螺旋分離清選裝置如圖7所示。

通過螺旋分離裝置的筒體直徑可逐步計(jì)算出其他尺寸。根據(jù)參考文獻(xiàn)［19］，筒體直徑

式中：

Qt——裝置入口風(fēng)力量，m3/h；

f1——旋風(fēng)分離器的進(jìn)口高度系數(shù)，取0.8；

f2——旋風(fēng)分離器的寬度系數(shù)，取0.35；

νp——玉米籽粒于裝置入口處速度，取15 m/s。

由于籽粒輸送過程中的管道阻力，其取值略小于籽粒輸送管道風(fēng)量，取Qt=980 m3/h，可求得筒體直徑Dc=255 mm。

其余尺寸根據(jù)參考文獻(xiàn)［20］，取值計(jì)算如式（12）所示。

為提高裝置籽粒清理效果，裝置尺寸取最大值，則筒體高度Hg=510 mm，錐體段高度Hz=638 mm，空氣排出管插入深度S=191 mm，空氣排出管直徑Ds=102 mm。

2.3 測產(chǎn)裝置

如圖8所示，測產(chǎn)裝置主要包括籽粒收集箱和智能測產(chǎn)系統(tǒng)等。智能測產(chǎn)系統(tǒng)主要由容重水分測試儀、質(zhì)量檢測箱、分量收集器和智能電控裝置組成。經(jīng)過高凈度清選的籽粒進(jìn)入測產(chǎn)裝置，檢測籽粒容重、含水量及質(zhì)量。

如圖9所示，測產(chǎn)系統(tǒng)包含3個(gè)傳感器，籽粒流量測量采用擋板式流量傳感器，籽粒含水率采用電容式傳感器進(jìn)行測量，壓電式傳感器對種子的質(zhì)量進(jìn)行檢測。各傳感器采用CAN總線連接，節(jié)點(diǎn)反饋檢測到的模擬信號［2123］，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后交由中心計(jì)算機(jī)PC104進(jìn)行信息判斷并顯示測產(chǎn)結(jié)果。

本測產(chǎn)系統(tǒng)主要測量并顯示4個(gè)參數(shù)：籽粒含水率Mc、籽粒質(zhì)量M、籽粒流量Q和容重ρ，其中容重ρ是中心計(jì)算機(jī)通過各參數(shù)計(jì)算獲得，其ρ值如式（13）所示。

式中：

t——籽粒流入通道內(nèi)流量均勻的某時(shí)間段，s；

Q——籽粒均勻時(shí)間段的籽粒流量，cm3/s；

M——此時(shí)間段內(nèi)籽?？傎|(zhì)量，g。

測產(chǎn)作業(yè)完成后，將數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，此時(shí)聯(lián)合作業(yè)機(jī)繼續(xù)進(jìn)入下一個(gè)鮮食玉米收獲小區(qū)進(jìn)行收獲，測產(chǎn)裝置中的玉米籽粒進(jìn)入分類收集箱進(jìn)行收集裝袋，各制種小區(qū)玉米獨(dú)立收獲，互不影響。

3 田間試驗(yàn)與結(jié)果分析

3.1 試驗(yàn)條件

試驗(yàn)地點(diǎn)選在樂東縣，試驗(yàn)田面積為0.20 hm2，試驗(yàn)地勢平坦，其玉米植株參數(shù)如表2所示。每次試驗(yàn)隨機(jī)選取1 kg籽粒，通過檢測所含雜質(zhì)的質(zhì)量確定籽粒含雜率；試驗(yàn)田種植的玉米品種為金冠218，試驗(yàn)3次取平均值。

3.2 試驗(yàn)方法

螺旋分離裝置入口風(fēng)速是影響籽粒含雜率得重要因素，通過調(diào)節(jié)吹送風(fēng)機(jī)的輸出功率，根據(jù)式（10），間接調(diào)節(jié)螺旋分離清選裝置輸入風(fēng)量Qs，從而得到螺旋分離裝置入口處風(fēng)速，其關(guān)系如式（14）所示。

式中：

νR——螺旋分離清選裝置入口處風(fēng)速，m/s；

P——吹送風(fēng)機(jī)功率，kW；

p——吹送風(fēng)機(jī)全壓，取8 000 Pa；

η——吹送風(fēng)機(jī)機(jī)械效率，取0.96；

η1——籽粒輸送管道工作效率，取0.80；

SR——清選裝置入口處橫截面積，取0.006 m2。

同時(shí)，在螺旋分離裝置入口處設(shè)置超聲波測風(fēng)速傳感器監(jiān)測管道內(nèi)風(fēng)速變化，選擇最佳工作狀態(tài)。以風(fēng)機(jī)最大輸出功率2.69 kW依據(jù)，將數(shù)據(jù)代入式（14），可得裝置入口處最大風(fēng)速值νR為40 m/s。因此參考入口處最大風(fēng)速νR（40 m/s）和籽粒輸送氣流速度νf（21.6 m/s）的值，即試驗(yàn)所設(shè)置的風(fēng)速變化應(yīng)在21.6～40 m/s間取值。以入口風(fēng)速、上清選篩角度、下清選篩角度為試驗(yàn)因素，統(tǒng)計(jì)每千克籽粒含雜率，根據(jù)Box-Behnken原理進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，共進(jìn)行17組試驗(yàn)，每組試驗(yàn)重復(fù)3次，試驗(yàn)結(jié)果取平均值。

3.3 結(jié)果與分析

試驗(yàn)分組與結(jié)果如表3所示。

利用Design-Expert軟件對表3中的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行回歸擬合分析，由表4可知，二次多項(xiàng)式P＜0.01，選用該模型擬合試驗(yàn)因素與試驗(yàn)響應(yīng)值，能創(chuàng)建較恰當(dāng)?shù)哪Ｐ?。得出籽粒含雜率Y對各因素編碼值的回歸方程為

Y=1.28+0.175X1+0.250X2+0.675X3－0.075X1X2－0.025X1X3－0.125X2X3+0.522 5X12+0.672 5X22+1.02X32（15）

由表4可知，回歸模型顯著性檢驗(yàn)P＜0.05，說明模型顯著，失擬項(xiàng)不顯著，二次回歸方程符合實(shí)際，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

分析回歸模型得最佳工作狀態(tài)為上篩夾角14.1°，下篩夾角為3.9°，螺旋清選裝置入口風(fēng)速為26.6 m/s，此工作狀態(tài)下模型預(yù)測籽粒含雜率為1.15%。為了便于操作，將模型預(yù)測數(shù)據(jù)圓整，以上篩夾角為14.0°，下篩夾角為4.0°，螺旋清選裝置入口風(fēng)速為27.0 m/s，進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，得出最佳工作狀態(tài)下籽粒含雜率為1.2%，誤差不超過0.5%，證明理論模型與實(shí)際情況相接近，該回歸模型可用。

3.4 測產(chǎn)試驗(yàn)

測產(chǎn)系統(tǒng)是小區(qū)鮮食玉米收獲機(jī)的核心部件，對測產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行性能試驗(yàn)，隨機(jī)選取5份不同小區(qū)玉米收獲的玉米籽粒，進(jìn)行人工檢測，測定其容重ρ、籽粒含水率Mc和千粒種子顆粒質(zhì)量Mt。每組試驗(yàn)重復(fù)3次，試驗(yàn)結(jié)果取平均值其結(jié)果如表5所示。

通過試驗(yàn)對比，測產(chǎn)系統(tǒng)測得5個(gè)不同玉米小區(qū)玉米的3個(gè)參數(shù)中，容重測量的平均誤差為0.412%；籽粒含水率測量的平均誤差為3.57%；千粒種子質(zhì)量測量的平均誤差為0.276%。針對測產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行性能測試試驗(yàn)，通過試驗(yàn)結(jié)果分析可得，所設(shè)計(jì)的測產(chǎn)系統(tǒng)對于容重ρ和千粒種子顆粒質(zhì)量M這兩個(gè)參數(shù)的測量誤差較小，可進(jìn)行較小的改進(jìn)設(shè)計(jì)以提升性能；由于電容式傳感器易受外界干擾而產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象，對于種子含水率的測量誤差較大，還需合理改進(jìn)和優(yōu)化。

4 結(jié)論

1）? 基于小區(qū)鮮食玉米制種過程中高凈度清選和測產(chǎn)收獲處于空白的情況，設(shè)計(jì)的小區(qū)鮮食玉米種子高凈度智能測產(chǎn)裝置，可以實(shí)現(xiàn)鮮食玉米種子高凈度清選并進(jìn)行智能測產(chǎn)，智能測產(chǎn)采用了傳感器進(jìn)行測量并利用計(jì)算機(jī)芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和存儲，簡化了鮮食玉米小區(qū)測產(chǎn)流程。

2）? 以上篩夾角、下篩夾角和螺旋分離裝置入口風(fēng)速為試驗(yàn)因素，以作業(yè)時(shí)千克籽粒含雜率位試驗(yàn)指標(biāo)，并進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明上篩夾角14.0°，下篩夾角為4.0°，螺旋清選裝置入口風(fēng)速為27.0 m/s時(shí)為最佳作業(yè)組合，此時(shí)千克籽粒含雜率為1.2%。滿足作業(yè)要求。測產(chǎn)試驗(yàn)中，容重測量的平均誤差為0.412%；籽粒含水率測量的平均誤差為3.57%；千粒種子質(zhì)量測量的平均誤差為0.276%；誤差較小，可為鮮食玉米清選測產(chǎn)裝置研發(fā)提供理論參考。

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