小型多功能氣吸式穴盤精量播種機(jī)的研發(fā)設(shè)計(jì)

□史志明 鄭述東 張昊鵬 趙旭輝/成都市農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所

小型多功能氣吸式穴盤精量播種機(jī)的研發(fā)設(shè)計(jì)

□史志明 鄭述東 張昊鵬 趙旭輝/成都市農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所

本文主要針對(duì)成都地區(qū)實(shí)際情況，為切實(shí)解決工廠化育苗中精量播種問(wèn)題，通過(guò)理論和實(shí)際農(nóng)藝要求相結(jié)合，成功地研發(fā)了一種小型多功能氣吸式穴盤精量播種機(jī)。

圖1小型多功能氣吸式穴盤精量播種機(jī)

1 精量播種機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理

如圖1所示，工作時(shí)在種盤盛放種子，將穴盤放在操作臺(tái)上，打開吸氣泵，然后推動(dòng)吸種腔通過(guò)導(dǎo)軌至種盤上方觸碰行程開關(guān)，自動(dòng)控制打開了氣路閥門和振動(dòng)器，讓吸種腔內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，振動(dòng)器振動(dòng)種盤讓種子均勻抖動(dòng)利于吸種，同時(shí)用腳踩踏板通過(guò)導(dǎo)向缸和杠桿機(jī)構(gòu)使種盤上升接觸到吸種腔，吸種腔通過(guò)負(fù)壓作用吸住種子，完成取種過(guò)程；然后去除踏板力，種盤下降與吸種腔分離，將吸種腔移至穴盤上方，通過(guò)觸碰行程開關(guān)自動(dòng)控制電磁閥關(guān)閉氣路閥門和振動(dòng)器，種子因重力自動(dòng)落入穴盤中，完成投種過(guò)程。取走已經(jīng)播種完畢的穴盤，放置新穴盤，重復(fù)吸種和投種工序完成種子的精量播種。

2 精量播種機(jī)的技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

（1）設(shè)計(jì)了腳踏杠桿機(jī)構(gòu)和導(dǎo)向缸，通過(guò)腳踏來(lái)控制種盤與吸種腔的接觸與分離，同時(shí)在吸種腔前后接觸點(diǎn)安裝觸碰式行程開關(guān)自動(dòng)控制吸氣管閥門的打開與關(guān)閉，減少了播種的操作步驟，提高操作舒適性和播種效率。

（2）在種盤下方安裝了微型振動(dòng)器，當(dāng)種盤與吸種腔接觸時(shí)通過(guò)振動(dòng)使種子均勻抖動(dòng)，增加吸孔對(duì)種子的吸附率從而減少漏播率。

（3）將吸種腔的吸板設(shè)計(jì)為可拆換式，同時(shí)根據(jù)播種工藝要求設(shè)計(jì)了不同孔徑、孔數(shù)組合的吸板，可根據(jù)種子的不同特性選擇相匹配的吸板。

3 主要部件結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)

通過(guò)查閱資料及相關(guān)經(jīng)驗(yàn)：常見的種子形狀有球形、扁平、橢圓和盾形，外徑約1～10mm，無(wú)通氣性且吸附時(shí)表面無(wú)變化；較小的種子重量2～6g/千粒，中等種子重量20～80g/千粒，較大種子重量150～700g/千粒。根據(jù)種子的特性，對(duì)播種機(jī)所需參數(shù)進(jìn)行分析計(jì)算。

（1）吸孔孔徑參數(shù)的確定。設(shè)定吸孔形狀為圓形，則按照公式進(jìn)行計(jì)算。

式中：D為需要的吸孔直徑（mm）

M為吸附物的重量（kg）

S為安全系數(shù)S＝4

n為吸孔的個(gè)數(shù)

P為真空壓力（kPa），常用P=-0.7kPa

每個(gè)吸孔吸附一粒種子，吸孔個(gè)數(shù)：n=1個(gè)，種子單粒重量M= 0.000 002～0.000 7kg，則計(jì)算出D= 0.18～3.5mm。同時(shí)根據(jù)不同種子的外形尺寸，確定吸孔規(guī)格為1mm、2mm、3.5mm三種規(guī)格，滿足不同種子的播種需要。

（2）吸種盤腔體形狀尺寸的確定。氣室對(duì)吸孔的吸附性能影響很大，理想的氣室形狀能實(shí)現(xiàn)氣流從吸種盤到吸嘴的連續(xù)流動(dòng)，形成均勻穩(wěn)定的流場(chǎng)，根據(jù)穴盤形狀同時(shí)為便于加工制造，將氣室形狀設(shè)計(jì)為長(zhǎng)方體。氣室腔體太大會(huì)造成負(fù)壓不足，并增大漏氣幾率，導(dǎo)致吸不上種子，因此吸種腔的尺寸越小越好。目前市面上的常用穴盤，規(guī)格為540mm×280mm，有50孔、72孔、128孔、200孔、288孔五種，將吸種腔尺寸設(shè)計(jì)為550mm×300mm×100mm。

（3）種盤形狀尺寸的確定?？紤]到吸種腔需要落入種盤內(nèi)吸附種子，故種盤要稍大于吸種腔面積，底面尺寸每邊大于吸種盤2～3個(gè)種子直徑，以免在邊緣上擠碎種子，并且由于實(shí)際吸種時(shí)為了提高吸種性能，種盤要能放多層種子，需要有一定的深度，所以種盤尺寸設(shè)計(jì)為600mm×320mm×40mm。

（4）吸氣泵的選擇。按照播種效率為15s/盤（240盤/h）進(jìn)行，除去人工操縱的時(shí)間約10s，則精量播種機(jī)吸附時(shí)間為5s/盤。

根據(jù)吸種腔尺寸為0.55m×0.3m× 0.1m=0.016 5m3，則吸氣泵需要5s抽空0.016 5m3的量，抽氣效率需≥11.88m3/h。同時(shí)因?yàn)闅饴废到y(tǒng)不可能做到理論密封，總有一定的泄漏。在這種情況下，泵的流量越大，泄漏量所占的比例越小，越有利于泵維持較高的真空度，從而得到更大的吸附力。

根據(jù)公式F=10-2×（101－P）×S。F為理論吸附力大?。∟）；P絕對(duì)真空度；S為吸種盤有效面積。則絕對(duì)真空度P≥21.57kPa，即所選取的泵的真空度P≥21.57kPa。

根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)氣泵的有效功率為總功率的30%～50%，選擇抽氣效率為40m3/h，電機(jī)功率1.6kW，額定電壓220V，真空度24kPa的吸氣泵。

3.5 振動(dòng)器的選擇。種盤形狀尺寸為600mm×320mm×40mm，盛種盤容積為0.007 68m3，按照種子的比重為1 500kg/m3，裝滿種子的重量為11.52kg，及要求振動(dòng)器的激振力需要115.2N，同時(shí)為了便于種子的吸取，需要將種子振動(dòng)成沸騰狀。根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇激振力120N，振動(dòng)頻率2 840rpm，電機(jī)功率0.25kW，額定電壓220V的振動(dòng)器。

4 精量播種機(jī)的性能測(cè)試

分別采用水稻和豌豆種子進(jìn)行試驗(yàn)，首先根據(jù)工廠化育苗要求對(duì)種子進(jìn)行篩選，操作時(shí)按照每15秒播一盤的速度對(duì)種子進(jìn)行連續(xù)播種試驗(yàn)，每播10盤為一組，從10盤中隨機(jī)抽取2盤進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，共重復(fù)4次。測(cè)試結(jié)果如表1所示。

從表1中得出，4組試驗(yàn)中，水稻的平均吸附率為98.65%，漏播率為2%，種子破碎率為0.222 5%，總損失率為2.225%；豌豆的平均吸附率為98.6%，漏播率為1.8%，種子破碎率為0.183%，總損失率為2%，完全滿足工廠化穴盤精量播種的技術(shù)要求。

5 精量播種機(jī)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益

（1）經(jīng)濟(jì)效益。以常用的128孔穴盤為例，人工按照1.5s播種一顆種子計(jì)算，一小時(shí)能播42盤，而播種機(jī)播種至少一小時(shí)240盤；按一人一天工時(shí)費(fèi)100元計(jì)算，使用播種機(jī)一天工作8h可以播種1 920盤，而人工需要5.7天，共需要工時(shí)費(fèi)570元。播種機(jī)播種可以節(jié)約時(shí)間、人力和財(cái)力，有效提高經(jīng)濟(jì)效益。

（2）社會(huì)效益。在成都市委、市政府大力推進(jìn)設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展形勢(shì)下，育苗播種實(shí)現(xiàn)機(jī)械化自動(dòng)化已經(jīng)是大勢(shì)所趨，不僅能減輕播種的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高播種效率，還為提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量打下良好基礎(chǔ)，對(duì)育苗的產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化和現(xiàn)代化發(fā)展將產(chǎn)生重大影響，為推廣工廠化育苗農(nóng)業(yè)技術(shù)提供了先進(jìn)實(shí)用的裝備，從而促進(jìn)成都市設(shè)施農(nóng)業(yè)又好又快的發(fā)展。

表1精量播種機(jī)試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表