鮮食大豆機械化生產關鍵技術研究

修德龍

摘 要：近年來，隨著鮮食大豆種植面積的不斷擴大，對其機械化生產水平的要求也越來越高，影響鮮食大豆產業發展的關鍵機械化技術主要包括豆莢脫莢技術、高效清選技術、剝殼技術等。分別對上述關鍵技術工作原理進行了研究分析，為我國鮮食大豆生產機械化程度的提高提供了參考依據。

關鍵詞：鮮食大豆;機械化;研究

中圖分類號：S266.4 ? ? ? ?文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.08.004

鮮食大豆亦稱為菜用大豆或毛豆，營養價值較高，可謂物美價廉，人們對鮮食大豆的需求量也逐年增加，隨著種植面積的不斷擴大，對其機械化生產水平的要求也越來越高。近年來，國內許多高校、科研院所及企業積極投身到鮮食大豆全程機械化裝備的研究中，市場上也不斷涌現出各式各樣的鮮食大豆機械化裝備，為我國鮮食大豆產業的發展提供了較強的技術保障和產品支持。

目前，我國鮮食大豆全程機械化生產中的耕整、播種、施肥和植保等機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步和發展，其中，影響鮮食大豆產業發展的關鍵機械化技術及裝備主要包括豆莢脫莢技術、高效清選技術、剝殼技術等，本文在綜合國內外文獻資料的基礎上，分別對上述關鍵技術工作原理進行了研究分析。

1 鮮食大豆豆莢脫莢技術

豆莢脫莢技術是鮮食大豆收獲過程中的關鍵技術，它將直接影響到鮮食大豆產品品質。摘莢過程中摘凈率高、摘莢損傷小、摘莢損失少，是高效摘莢技術的核心要素，廣大科研人員對摘莢技術的研究主要圍繞這些核心要素進行開展，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

主要工作原理是：首先滾筒前端的扶禾機構將鮮食大豆整株喂入滾筒內，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，滾筒內壁設有由6圈螺旋桿組成的螺旋刷子，兩者旋轉方向相反，組成了脫莢機構的執行部件，在進行脫莢作業時，兩者由于存在速度差且方向相反，從而將喂入到滾筒內的鮮食大豆豆莢梳刷下來，實現豆莢脫莢。該技術主要是美國在21世紀初期研究的產物。

1.2 滾筒單彈齒式脫莢技術

脫莢工作原理是：在滾筒內部裝配有彈齒，此脫莢彈齒圍繞滾筒中軸線做旋轉運動，當整株莖稈喂入進來后，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，可以實現脫莢機械化，但由于價格過高、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

脫莢機的脫莢裝置主要由兩個脫莢輥組構成，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。每個輥組由上、下脫莢輥組成，每個輥軸上安裝間隔分布且90°相互交錯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，交錯排列的柔性脫莢齒對其擊打，豆莢脫落，實現脫莢，未脫莢的鮮食大豆植株在脫莢過程中經過兩次兩種方向的柔性脫莢齒擊打，進一步提高了脫莢率。此項柔性脫莢技術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。該技術是由農業部南京農業機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計了脫莢裝置，經過田間試驗，進行了性能測試，對鮮食大豆脫莢機生產率、清潔度、脫凈率及破碎率等性能指標進行了分別測試，均達到了設計標準。不足的是該機器是臺式場上作業機，需要提前把鮮食大豆收割，增加了工序，而且該脫莢機是單株喂入式，工作效率不夠高。

1.4 雙彈指式鮮食大豆采摘技術

該技術采用的是雙彈指結構，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，兩者相對運動，仿生人工采摘，從而達到摘莢和卸載豆莢并達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，為后續豆、葉的分離提供了方便。武漢科技大學的涂福泉教授及其團隊經過不懈努力，在分析國內外毛豆采摘機優缺點的基礎上，改進創造了此項技術，并制造了相應的農機裝備，經過田間試驗驗證，雙彈指式鮮食大豆采摘裝置的效果非常明顯，符合設計要求。

2 高效清選技術

傳統的清選系統（如圖3所示）組成部分主要有振動篩、清選風機、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，掉落的莖葉和雜草與豆莢摻雜在一起，非常不利于清雜。

河南農業大學機電工程學院的余永昌教授團隊，主要從事菜用大豆收獲機械化研究，設計了一種高效的清選裝置，即采用滾軸篩（如圖4所示）。該滾軸篩即設計一排光軸，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，在齒輪的帶動下，落在光軸上的物料及莖葉等向后運動，同時豆莢被分散開，從光軸之間的縫隙掉落到下面的振動篩上，掉落到振動篩上的物料除了豆莢，還有小石頭等，在振動篩的作用下，小石頭被振動落下排出，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，從而滑落到田里。這種清選裝置使帶有雜質的物料得以分開，同時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清選裝置的工作條件。

3 鮮食大豆剝殼技術

鮮食大豆剝殼機主要有割刀式和軋輥式兩類。20世紀80年代，我國從日本進口割刀式鮮食大豆剝殼機，該型剝殼效果良好，也存在一些缺點，該機設計機械結構較繁瑣，維修困難，價格不菲，直接制約了該機在我國的大量使用。

現階段，我國鮮食大豆剝殼機普遍應用的產品為軋輥式鮮食大豆剝殼機。該型式鮮食大豆剝殼機的主要組成部分包括儲料倉、軋輥、機架、引流板、導流板和傳動裝置等部件，其工作原理是首先把豆莢通過送料裝置喂入到儲料倉中，偏心軸在電動機的驅動下轉動，由于偏心的作用，偏心軸持續發生上下浮動，豆莢均勻分布在橡膠輸送帶上，輸送帶將豆莢輸送至導流板，從而掉落到軋輥之間，根據豆莢的物理特性，設置軋輥間隙，兩者反向旋轉，通過兩軋輥對豆莢的擠壓作用，對豆莢進行仿生脫殼，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，豆粒和豆殼發生分離，實現脫粒剝殼。

4 結論

重點分析了鮮食大豆豆莢脫莢技術的原理，主要包括螺旋刷子式滾筒豆莢脫莢技術、滾筒單彈齒式脫莢技術、雙脫莢輥式脫莢技術和雙彈指式鮮食大豆采摘技術等。通過對鮮食大豆關鍵機械化技術包括豆莢脫莢技術、高效清選技術、剝殼技術等技術的研究與分析，為我國鮮食大豆高效全程機械化裝備的研制提供了基礎技術理論，有利于我國鮮食大豆產業化程度的進一步提高。

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