5XS系列脱绒棉种色选机参数优化试验

第26卷增刊1 农业工程学报 V ol.26 Supp.1 42 2010年10月Transactions of the CSAE Oct. 20105XS系列脱绒棉种色选机参数优化试验孙小丽，坎杂※，李景彬，张若宇（石河子大学机械电气工程学院，石河子 832000）摘要：为探讨5XS系列脱绒棉种色选机工作参数的最佳匹配，以色选机的色选精度和带出比作为评价指标，对色选机背景板角度、工作压力、色选灵敏度和种子流量等试验因素进行单因素和正交试验。

单因素试验表明：背景板角度、工作压力和色选灵敏度均对色选精度和带出比2个指标有显著影响。

正交试验表明：背景板角度为135°，工作气压为250 kPa，色选灵敏度为242时，色选精度达到98%，带出比为1∶0.42。

关键词：农业机械，优化，试验，脱绒棉种，色选机，色选精度，带出比doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2010.z1.010中图分类号：S220.2 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2010)-Supp.1-0042-04孙小丽，坎 杂，李景彬，等. 5XS系列脱绒棉种色选机参数优化试验[J]. 农业工程学报，2010，26(Supp.1)：42－45.Sun Xiaoli, KanZa, Li Jingbin, et al. 5XS series color sorting cottonseeds parameter optimization[J]. Transactions of the CSAE, 2010, 26(Supp.1): 42－45. (in Chinese with English abstract)0 引 言脱绒棉种色选机是根据脱绒棉种的表面颜色差异，利用光电原理，将棉种中的红种、白种和表面破碎等的异色粒从原料中剔除而研制的[3]。

脱绒棉种色选机可有效将棉种中的红种和破碎的种子从原料中剔除[2-3]。

国内引进和吸收国外色选技术研制的色选机，主要是针对大米、谷物等原料进行分选，而针对棉种的色选机国内除了石河子大学有研究，尚未见相同或类似报道[2-3]。

棉种色选机的成功研制，将会提高新疆棉种的质量，加快新疆精量播种技术的推广和精准农业的发展[3,6]。

本文探讨了脱绒棉种色选机背景板角度[9]、工作气压、色选灵敏度和流量[9]等参数的优化组合，以期通过试验研究确定脱绒棉种色选机的最佳工作参数。

1 脱绒棉种色选机结构和工作原理脱绒棉种色选机主要由以下几个部分组成：喂料系统、光学系统、控制系统和分选系统，其结构示意图如图1所示。

1.1 工作原理脱绒棉种通过振动喂料器使棉种成单层排列送入滑槽，通过光电检测机构时，光电检测系统把种粒的反射光信号与背景板的反射光信号相比较，并把信号传递给信号处理器，当检测出异色种粒时，信号处理器即发出指令，喷气驱动器启动喷气嘴做一次喷气动作，将异色收稿日期：2010-06-05 修订日期：2010-08-31基金项目：国家科技支撑项目（2006BAD212B02-2）；教育部科学技术研究重点项目（206168）作者简介：孙小丽（1984—），女，甘肃天水人，石河子石河子大学机械电气工程学院，832000。

Email:sxl52526_shzu@※通信作者：坎杂（1963—），男，新疆精河人，教授，石河子石河子大学机械电气工程学院，832000。

Email:kz_mac @ 种粒吹入异色粒接种口，将异色粒清理出去。

1．喂料斗2．振动器3．滑道4．CCD摄像头5．背景板6．喷阀7．控制箱8．合格料出口9．不合格料出口10．主控机图1 脱绒棉种色选机结构示意图Fig.1 Structure of color sorting cottonseeds machine2 试验材料与方法2.1 试验设备与方法试验所用材料采用种子加工厂经过硫酸脱绒的棉种，试验设备包括：5XS系列脱绒棉种色选机（石河子大学），WW—1.25/10型空气压缩机。

5XS系列脱绒棉种色选机先进的人机界面能够方便调节背景板角度、工作气压、色选敏感度和流量等的参数[5]，背景板角度和色选灵敏度可由人机界面进行参数调节，流量可以通过改变振动喂料器的振动线圈与固定板之间的距离以及振幅来增刊1孙小丽等：5XS系列脱绒棉种色选机参数优化试验43加以调节[9]，工作气压可通过调节减压阀来实现。

利用SPSS3.0与Excel等统计分析软件处理试验数据[1]。

2.2 试验设计根据前期研究，确定试验指标为分选精度、带出比[5]，带出比是分选时剔除的异色粒与带出的好种子量之比1∶y，试验数据处理中以y作为试验数据，y值越小，则带出比的值越大，对应带出去的好种越少，分选精度相应越高。

试验因素为选机背景板角度、工作气压、色选灵敏度和种子流量[4-5] 4个因素，分别进行单因素试验和正交试验[1,7-8]。

在单因素试验中，背景板角度以黑色背景板垂直于箱底为起始角度进行旋转调节[9]，工作气压和色选灵敏度以前期试验所得数据作为依据，灵敏度值调节范围为0～255，灵敏度值越高，剔除掉的种子越多。

种子流量以生产实际所需量进行调节，保证实际生产效率。

固定振动喂料器与固定板之间的间距，通过调节喂料器频率来改变种子流量[9]。

3 结果与分析3.1 单因素试验3.1.1 背景板角度根据前期研究，固定振动喂料器振幅，设定流量值为40，即此时生产率为2.25 t/h，色选灵敏度为242，工作气压250 kPa，背景板角度分别为90°、112.5°、135°、157.5° 4个水平，得到背景板角度对试验指标的影响如图2所示。

注：带出比=1∶y，下同图2 试验指标与背景板角度关系曲线Fig.2 Relationship between experiment indexes and backgroundplate angle由图2可知，背景板角度增大，分选精度先增大后减小，带出比中的y值先减小后增大，当背景板角度为135°时，色选精度值最大，而带出比中的y值最小，当背景板角度大于135°时，色选精度减小，带出比中y值增大。

由方差分析可知，背景板角度对试验指标的影响显著。

3.1.2 工作气压设定流量为40，即生产率为2.25 t/h，背景板角度为135°，色选灵敏度为242。

根据前期试验，选择适合棉种色选机的工作气压分别为200、250、300、350 kPa 5个水平，得到工作气压对试验指标的影响如图3所示。

由图3可以看出，随着工作气压值的增大，色选精度先增大后减小，而带出比中的y值则先减小后增大，当图3 试验指标与工作气压值关系曲线Fig.3 Relationship between experiment indexes and working airpressure气压值增大到250 kPa时，色选精度达到最大值98.75%，当超过250 kPa之后，喷阀喷射气压增加，喷射时间增长，导致喷射气体喷射的种子量变多，色选精度逐渐下降，气压值过大反而会影响其色选精度；工作气压在250 kPa 时，带出比中的y值最小，当气压超过250 kPa时，由于气压的增大，吹落过程中被剔除的异色粒中明显增加了带出的好种子，通过图3和方差分析可知，工作气压对试验指标影响显著。

3.1.3 色选灵敏度设定流量为40，即生产率为2.25 t/h，背景板角度为135°，工作气压值为250 kPa，改变灵敏度值，值越高，剔除物越多，根据前期试验所得效果较好的试验数据，色选灵敏度分别选取238、239、240、241、242五个水平，得到灵敏度值对试验指标的影响如图4所示。

图4 试验指标与色选灵敏度关系曲线Fig.4 Relationship between experiment indexes and color sortingsensitivity由图4可知，随着色选灵敏度的增大，色选精度随之增大，带出比中的y值先减小后在微小范围内波动基本保持平稳，色选灵敏度的值在小于240时对2个试验指标的影响较为明显，色选精度达到98.8%，大于240时色选精度值在96.75%～98.54%之间，色选效果较好，带出比在1∶0.45～1∶0.58之间。

对试验数据进行方差分析表明，色选灵敏度对色选精度影响较为显著。

3.1.4 种子流量设定背景板角度为135°，工作气压值为250 kPa，色选灵敏度为242，根据生产实际的要求，色选机小时生产率达到2 t以上，因此选取流量值分别为40、42、44、46、48，即小时生产量可达到2.25～3 t，得到流量值对试验指标的影响如图5所示。

由图5可知，随着流量的增大，色选精度先增大后减小，带出比中的y值先减小后增大。

流量在小于46时农业工程学报 2010年44图5 试验指标与种子流量关系曲线Fig.5 Relationship between experiment indexes and seed flow色选精度随流量的增大而增大，精度值从97%增加到97.4%，发生微小的变化，变化幅度不大，带出比中的y 值在流量增大时，先是缓慢减小后增大，变化范围从1∶0.62～1∶0.8。

对试验数据进行方差分析表明，流量对试验指标影响不显著。

3.2 正交试验根据以上分析，选取对试验指标有显著影响的背景板角度、工作气压值和色选灵敏度3个因素做正交试验，因素水平如表1所示，试验数据如表2所示，并对试验结果进行极差分析（表3）。

表1 因素水平表 Tab.1 Factors and levels of experiments因 素水平背景板角度A ／° 工作气压值B ／kPa 色选灵敏度C 1 112.5 200 238 2 135 250 240 3 157.5 300 242 表2 试验方案及实验结果Tab.2 Program and results of experiments试验因素 试验指标试验 序号背景板角度A 工作气压值B 色选灵敏度C 色选精度/% 带出比 1∶y1 1 1 1 92.7 1.012 1 2 2 94.9 0.883 1 3 3 95.3 1.514 2 1 2 98.4 1.025 2 2 3 99.5 0.396 2 3 1 98.8 1.087 3 1 3 92 1.14 8 3 2 1 93.4 0.69 9 3 3 2 90.5 1.28表3 色选精度极差分析Tab.3 Color sorting accuracy of eligible index背景板角度A工作气压值B色选灵敏度C误差K 1282.9000 283.1000 284.9000 282.7000K 2 296.7000 287.8000 283.8000 285.7000K 3 275.9000 284.6000 286.8000 287.1000k 194.3000 94.3667 94.9667 94.2333k 2 98.9000 95.9333 94.6000 95.2333 k 3 91.9667 94.8667 95.6000 95.7000 R6.9333 1.5667 1.0000 1.4667色选精度的极差分析显示，A 是影响色选精度的主要因素，其次是B ，因素A 取水平2，因素B 取水平2，因素C 取水平3时，色选精度较高。