玉米种子加工生产线工艺特点与设计经验
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摘要：根据国内建设的玉米种子加工生产线工艺布置和实际使用情况，介绍大型玉米种子加工生产线的工艺原理、常用设备种类和工艺设计经验，为广大农业机械生产设计人员提供参考。
关键词：玉米种子加工生产线工艺原理设计经验
引言
我国西北地区是国内重要的玉米产区，也是各大玉米种子加工企业进行种子生产的主要地区。玉米果穗成熟季节为每年秋季。果穗收获后如不及时进行加工处理并入库保存，则会因含水率高、气温下降等原因产生霉变、冻害等现象，降低种子的品质和发芽率，给企业带来损失。
因玉米种子通过机械化加工可以提高生产效率，节约人力成本，提高种子质量。目前西北各种子加工企业普遍使用玉米种子专用加工机械加工玉米果穗。实力较强的厂家会将各台种子加工机械使用运输设备连接为种子加工生产线。不但进一步提高生产效率，而且更易于实施在线检测等技术手段以进一步提高种子质量。
1 玉米种子加工工艺流程简介
玉米种子加工过程主要包括扒皮、人工拣穗、果穗烘干、果穗脱粒与预清、玉米籽粒暂存、精选加工、包衣加工、包装入库这几个工序。
大型玉米种子加工厂一般使用自动加工生产线进行加工，规模较小的种子公司一般采用单机设备进行加工作业，设备之间的转运过程则由人工完成。
2 玉米种子加工生产线常用设备简介
2.1 玉米种子加工生产线主要加工设备简介
2.1.1 拣穗台(拣穗皮带机)
拣穗台即为拣穗皮带机，其主要结构和工作原理与普通皮带机相同，均为摩擦传动结构，皮带机主要由电动机、减速机构、机身、皮带，托辊几部分组成。拣穗皮带机与一般皮带机不同之处在于拣穗皮带机较～般皮带机宽度更宽，一般宽度为1米左右，皮带正常工作时的线速度也不大，最高线速度一般限制在0.8米／秒，方便工人站在拣穗皮带机周围挑拣杂穗。
2.1.2 斜床堆放式种子干燥室(斜床堆放干燥仓)
斜床堆放式种子干燥室(斜床堆放干燥仓)由隔成多个隔间的烘干仓组成，仓体端部设有风机和换热器，仓顶设有进料门，仓侧面设有出料门，仓内设有风道通热风。烘仓的热源依当地能源情况各有不同，但基本可分为燃气、燃油和燃煤等方式。值得一提的是，有的加工厂使用玉米棒芯作为燃料，既节约燃料成本又免除了玉米棒芯的处理费用。烘干仓一般采用间接加热的烘干方式进行工作，这样可保证烘干后的玉米果穗整洁干净。
2.1.3 脱粒预清机
脱粒预清机(或称脱粒初清机)主要包含脱粒和预清两部分机械结构。目前广泛使用的脱粒预清机脱粒部分工作原理主要分为齿钉式和挤搓式两种。前者结构简单、成本低廉，但较挤搓式脱粒机破碎率高。挤搓式玉米脱粒机工作部分由含齿板的主轴和鼠笼式挤搓筒组成，工作时玉米干果穗在主轴的搅动作用下在笼中互相挤搓，分离的玉米粒经由笼式结构的缝隙中落下，玉米棒芯则从笼式结构末端的专设排出口排出，达到粒、芯分离的目的。落下的玉米粒中混杂有碎玉米芯和碎的玉米粒，这两部分杂质经由机器预清部分的多层筛筛选，经由不同出口排出机器。
2.1.4 钢板仓群
钢板仓群般分为圆仓和方仓两大类。无论哪种类型，仓群均配有上料和出料皮带机，可实现机械上、排料，仓内设有通风管道，可由配套的风机向仓内部鼓风，去除水气和降温，钢板仓群在加工生产线中起暂时存贮玉米籽粒的作用，一般在脱粒工段之后，精选工段之前安置。
2.1.5 风筛清选机
风筛清选机主要包含风选和筛选两部分机械结构。风选部分主要为立式空气筛，它根据种子的空气动力学特性，按照种子和杂质临界速度的不同，通过调整气流的速度实现分离玉米种子中的灰尘和其他较轻杂质。种子通过空气筛后进入多层振动筛，通过多层筛片孔的尺寸进行分选，从而实现玉米籽粒的大小分离任务，分离后的各类规格籽粒经由设在机器上的各个出口排出。
2.1.6 种子分级机
种子分级机一般分为圆筒分级机和平面分级机两大类。不论哪种类型，其工作原理是相同的，均为使用不同规格的筛筒或筛片，经筛选后分离不同尺寸的籽粒，从而达到大小分开的效果，设备内的筛筒或筛片可进行更换，以便使用不同筛孔规格的筛片进行工作。玉米籽粒经分级机分离后，经由机器不同出口排出，完成分级过程。
2.1.7比重式分选机
比重式分选机也称重力式分选机或重力分选台。此类设备工作原理是在气流与振动联合作用下，工作台上的同尺寸物料按照密度的差异会产生分层现象。玉米籽粒在工作台上按照容重(密度)分层后，经由不同的出口排出，达到去除虫蛀粒和碎玉米芯的目的，进一步提高玉米种子质量。
2.1.8种子包衣机
种子包衣机是采用计量给药装置、定量喂料装置保证药种比例，雾化装置均匀喷洒药物于种子表面，搅拌装置拌匀药液和种子的设备。种子和包衣药剂经过包衣机精确计量后，按照事先设定好的比例在机器内进行混合，经搅拌后从排料口排出，完成包衣过程。
2.1.9种子包装秤
种子加工使用的包装秤与工业通用的颗粒包装秤类似，各类型包装秤的区别主要为所称量的重量和自动化程度不同。依所包装重量划分可分为大、小袋包装秤，依自动化程度划分可分为半自动包装秤和全自动包装秤。
目前大型生产线主要使用全自动包装秤提高生产效率。半自动包装秤因需要人工套袋、接料和封口工作。故生产效率略低，一般用在小型玉米种子加工生产线中或者单机使用。包装袋的大小则依据市场需求来决定。
2.2 玉米种子加工生产线辅助加工设备简介
2.2.1皮带输送机
皮带输送机是使用输送带水平或爬坡连续输送物料的设备。在工业生产中被广泛使用。
玉米种子加工厂普遍使用平皮带输送机输送玉米果穗，使用v型皮带输送机输送玉米籽粒。皮带机的运输特点是运输过程平稳无；中击，玉米果穗与籽粒运输过程中破碎率很小。
2.2.2斗式提升机
斗式提升机是使用固定在皮带上的畚斗垂直提升物料的连续输送设备。根据摩擦传动原理，由主、从动轮带动皮带运转。运转过程中畚斗随皮带运动，从提升机底部舀入物料，经皮带运动提升至顶部主动轮附近，然后经离心力作用将畚斗内物料甩向出料口出料，从而完成提升物料的过程。因斗式提升机在工作过程中有舀入种子的动作，故依制造精度会产生0.5％左右的破碎率。
2.2.3旋风除尘器(英文名：cycIone)
旋风除尘器上部为圆柱，下部为圆锥形，中空。设备工作时利用旋转沉降原理将尘土与空气分离，尘土经由旋风除尘器下部的出口排出，空气经由上部的排气管排出，达到净化空气的作用。
2.2.4布袋除尘器
布袋除尘器的主要结构为风机，布袋和集杂仓。工作原理为利用布袋上面的织物小孔过滤空气，达到分离灰尘与空气的作用，因布袋织物使用特制化纤材料制成，小孔致密，所以布袋除尘器的除尘效果较旋风除尘器好。但因整机采购价格较旋风除尘器高，为降低生产线成本，一般仅配合关键设备使用。
3 玉米种子加工生产线中各工段工作过程
3.1拣穗工段工作过程
拣穗工段主要由分穗皮带机、多条拣穗皮带机(拣穗台)和拣穗后好、杂穗出运皮带机组成。
分穗皮带机负责将玉米果穗均匀分布到各条拣穗皮带机上面，拣穗工人站在拣穗皮带机旁边，手工将不符合要求的玉米杂穗扔进杂穗出运皮带机，合格的好穗工人不予干预，果穗会沿拣穗皮带机运输至好穗出运皮带机后运出拣穗车间。杂穗运出拣穗车间后直接装车运走转商(做鲜玉米出售)，好穗经由皮带机运输至玉米果穗烘仓。
根据种子公司需要，有的拣穗车间中还配有扒皮机，扒皮机的安装位置在分穗皮带之后，拣穗皮带之前，即玉米果穗经分穗后先扒皮，再经人工拣穗。
3.2 烘干工段工作过程
烘干工段的主要加工设备为斜床堆放式种子干燥仓和为此烘干仓进料和出料的皮带输送机。
烘干仓内设多个隔间，以便烘干不同品种玉米果穗。玉米果穗经进料皮带机从仓顶进料门向各隔仓进料，待堆料厚度达到规定高度时停止进料，开始进行烘干。玉米果穗进厂时含水率会在30％以上，经烘干过后，含水率达到安全储藏水分13％后即可打开烘干仓侧面墙上的排料门，干玉米果穗即从仓中自行流出，经皮带机运出烘干仓，并转运至脱粒车间。
3.3 脱粒工段工作过程
脱粒工段主要使用脱粒预清机进行干玉米果穗的脱粒工作，辅以提升机和皮带机、除尘器等设备进行提升、运输和除尘工作。
干玉米果穗经脱粒预清机后会分成好玉米籽粒、碎玉米籽粒、碎玉米芯、完整玉米芯四部分。经皮带机和提升机运输后，好玉米籽粒送入钢板仓群暂存。碎玉米籽粒送入专用暂存仓暂存，之后转作饲料出售。完整玉米芯和碎玉米芯经运输设备运出车间后进入玉米芯储存仓暂存，之后转售玉米棒芯处理厂或使用燃烧炉就地燃烧供热。因挤搓脱粒过程会产生粉尘污染，故车间内设有除尘管道，车间外设有专用的旋风除尘器除尘。除尘器收集的粉尘主要成分为玉米籽粒和棒芯上面脱落的皮，此部分杂质可转作鸡鸭饲料使用。
3.4 精选工段工作过程
精选工段由风筛清选机、分级机、比重式清选机这三个主要设备组成，辅以皮带机、提升机、暂存仓、旋风除尘器、布袋除尘器等辅助设备进行加工作业。此工段是控制产品质量的重要工段。
干玉米籽粒从玉米暂存仓群经提升机和皮带机运至精选车间后，首先经风筛选淘汰玉米碎芯，过大籽粒等大杂和玉米碎籽粒、小石子等小杂。依市场需求情况酌情考虑是否经分级机分级。之后经比重选除去与玉米籽粒大小相近，但比重不同的玉米碎芯等物，完成精选过程。精选过程完毕后合格玉米籽粒由皮带机转运至包衣、包装车间，玉米碎籽粒经皮带机、暂存仓系统收集后转为饲料出售。因加工过程中也会产生粉尘污染，故各主机均配有除尘设备除尘，除尘器中收集的粉尘成分同脱粒车间粉尘，只是粒度更细。
3.5 包衣、包装工段工作过程
包衣、包装工段主要设备为种子包衣机、种子包装秤，辅助设备为皮带机，提升机，包衣成膜仓、布袋除尘器等设备。
玉米籽粒运输至此车间后首先进入包衣机，经包衣机包衣处理后，先由提升机运输至包衣成膜仓暂存，待种衣剂干燥以后由成膜仓放出，经皮带机运输至包装秤处包装，码垛，喷码。种子包装好后入库房保存，完成整个加工过程。
因种衣剂含有毒性，故包衣包装工段各设备均应设置布袋除尘设备予以除尘，用以改善工作环境。除尘器收集的粉尘也因含有毒性，需特别处理，不可作为饲料使用。
3.6 各工段的电气控制
因各工段机器设备间的控制关系一般仅为起、停操作，故目前最常用的控制手段是使用继电接触控制电控柜，在柜中可通过线路布置设置关键机器设备间的互锁与自锁关系，保证加工安全。继电接触控制电控柜的另大优势是性能可靠，价格适中。
4 生产线工艺设计方案的制定原则
对于进行一家种子加工厂的工艺设计，应首先搞清厂家的实际需求和经济能力，并以此为前提进行工艺设计。
个新建的玉米种子加工厂主要涉及到工厂选址、各期工程工厂的加工能力、厂房和加工设备选型等工艺问题。下面分别加以介绍：
4.1 工厂选址
工厂选址应在方便运输和节约购地成本之间权衡。一般的选址方案多为选择在玉米产区内，有完善公路系统的城市近郊地区。这种选址方法的优点是可从大田就近收购玉米，使用大型卡车运输进厂，靠近城市便于招聘工人。近郊地价也较市中心便宜，购地成本相对较低。
4.2 各期工程工厂的加工能力
涉及到建厂的成本，工厂一般选择分期建成，首期加工能力一般仅满足工厂当年和之后几年的大田玉米果穗生产量。经几年经营后，大田生产量扩大，此时再扩大生产线处理能力，进行后几期生产线的工程建设。各期的加工能力主要与当年的玉米产量和适宜加工的时间段长度这两个参数有关。此外，玉米经烘干脱粒后进入仓群暂存，如果通风等保存措施运用得当，玉米籽粒可在仓内保存较长时间。只要仓群的储存能力足够，精选、包衣、包装工作可不急于在脱粒之后立即进行。所以生产线的精选、包衣、包装工段日处理能力可小于进料至脱粒工段日处理能力。
4.3 厂房和加工设备选型
除烘干仓需达到保温要求多使用钢筋混凝土结构外，工厂的其他厂房宜选用钢结构骨架、双层彩钢板内衬保温层的清钢厂房，此类厂房一般建设成本较低，且能够做到当年建房，当年使用。加工设备的选择主要是在可接受的采购价格范围内，选择做工细致、质量上乘的机器设备组建生产线。
5 生产线设备的工艺布置技巧
5.1 设备的布置应节约用地
在满足各设备正常运转的情况下，设备布置应按照工厂所购买地块的形状安排，
尽可能节约用地，节约出的地块可作为厂内马路、堆料场，停车场使用，方便生产线的运转。如果工厂计划分期建造，则应预先留出各期设备的安装空间，方便日后安装各期设备时使用。
5.2 设备的布置应紧凑
在满足各设备的使用要求情况下，尽可能将生产线安排紧凑，节省辅助运输设备的长度，这样不但可节约设备采购成本，而且在工厂的运行中，可减少工厂运转时的用电需求。
5.3 设备的布置应符合方便使用的原则
各设备之间应留有足够宽的通道，方便操作工人在设备间走动，观察设备运转情况，适时调整各设备的工作参数。如有必要，应在设备周围安置平台和梯子。方便操作工人调整设备上的控制按钮或手轮和在种子品种变更时更换设备中的筛片、筛筒等工作部件。
各厂房中应尽可能少布置地坑，方便工厂更换品种时的清理工作。架设在高处的设备应设计相应的检修平台或者检修通廊，方便在加工季节开始前的设备维护工作(主要为加注油、脂、更换磨损和老化的零配件)、加工季节中和结束后的检修工作(主要为检查设备完好程度，更换磨损配件等)。
5.4 设备控制柜的布置
各工段电控柜应布置在厂房内利于通行，又可以方便观察整个工段生产线运行情况的位置，以便有紧急情况时，工人可以迅速接近电控柜，使用急停开关停止整个工段生产线的运转，防止事故的发生。
5.5 设备运转时的安全防护措施
如的运转部件高度处于人手的接触范围内，则需制作防护罩等保护设备，防止工人头发、衣物等卷入机器，保证操作人员安全。
安装在室外的皮带机等运输设备，应就近安装室外急停开关。高空室外设备应在工人可观察到运转情况且易于触摸到的位置安装急停开关。方便操作工人紧急制动。
总结
生产线工艺设计，除需要设计人员熟悉工厂的生产性质和生产线使用的加工设备特性外，在工艺设计过程中应充分权衡出资方、使用方和安装方的利益。在满足生产线正常运转和方便工人操作设备的基本前提下，尽可能简化施工难度，减少检修平台等辅助钢结构零件的使用量和复杂程度。尽可能实现多方共盈的目的。