一種多功能煙草裝盤播種機(jī)的設(shè)計

楚宜民　張燕平

摘要：闡述了一種多功能煙草裝盤播種機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)。根據(jù)煙草漂浮育苗盤播種農(nóng)藝要求，分析研究了煙草苗盤播種的一般規(guī)律及包衣種子的結(jié)構(gòu)特征，找出了影響苗盤基質(zhì)裝盤、播種的若干因素，確定了播種機(jī)的裝基、播種及控制原理。根據(jù)工作原理確定了主要工作部件的結(jié)構(gòu)形狀和技術(shù)參數(shù)，設(shè)計出了播種機(jī)的主要部件——機(jī)架、苗盤驅(qū)動裝置、氣吸式播種器、基質(zhì)填充裝置和壓穴裝置等。通過樣機(jī)的試制和生產(chǎn)性試驗，該機(jī)與同類其他播種機(jī)相比具有良好的工作性能、優(yōu)良的播種效果，同時具有結(jié)構(gòu)緊湊、使用操作方便的優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：煙草；播種；氣吸式播種器；基質(zhì)填充；壓穴

中圖分類號： S223.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號：1002-1302（2016）07-0422-03

煙草種植是先在大棚中育苗然后移栽到大田中，育苗質(zhì)量直接影響著煙苗移栽后的生長、煙草收獲的質(zhì)量和產(chǎn)量。目前培育煙草壯苗的方法是工廠化大棚漂浮育苗，漂浮育苗能有效控制煙苗生長，促進(jìn)煙苗根系發(fā)育，提高根冠比，生成壯苗[2-3]。而漂浮育苗的第一道工序就是往漂浮育苗盤中播種，因此，研究高效率的程控播種機(jī)對實現(xiàn)煙草育苗機(jī)械化具有重要意義。由于煙草種子的特殊性，煙草播種技術(shù)還相對落后，大部分地區(qū)煙草播種靠人工作業(yè)或半機(jī)械化作業(yè)，即手工向苗盤中填充基質(zhì)，手工壓穴，然后再用手或半機(jī)械化的播種滾筒或推板向苗盤穴坑中播種。這種播種方式不僅勞動強(qiáng)度大、效率低，而且播種不均勻、空穴率高、種子破碎率高、不能保證一穴一種。其中播種不均又會給后期煙種發(fā)芽后長出1～2張葉后的間苗帶來很大的工作量。顯然，這種播種方式與推行的煙草種植機(jī)械化顯得極不和諧。為了滿足煙葉生產(chǎn)的規(guī)?；⒓s化、標(biāo)準(zhǔn)化的要求，及早實現(xiàn)煙葉生產(chǎn)機(jī)械化，以達(dá)到有效地降低廣大煙農(nóng)的勞動強(qiáng)度、提高勞動效率、提升煙葉培育質(zhì)量、降低煙葉生產(chǎn)成本的目的，在吸收國內(nèi)外漂浮育苗播種機(jī)優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國煙草漂浮育苗的農(nóng)藝要求以及漂浮育苗盤的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、煙草包衣種子顆粒尺寸離散程度，研究設(shè)計出了一種多功能煙草程控播種機(jī)。該機(jī)可一次完成基質(zhì)填充、苗盤壓穴、精量播種、噴水裂解、二次覆蓋基質(zhì)等農(nóng)藝過程，成功解決了傳統(tǒng)手工播種的難題。該機(jī)采用微電腦控制，播種精確，填充基質(zhì)量可調(diào)，同時又結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、便于移動、操作簡單、生產(chǎn)效率高。

1 基本結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 基本結(jié)構(gòu)

多功能煙草程控播種機(jī)的主要工作部件包括組合式機(jī)架、帶式苗盤輸送系統(tǒng)、由主減速電機(jī)構(gòu)成的動力系統(tǒng)、四滾筒式裝基裝置、壓穴裝置、氣吸式播種器、淋水裝置、覆基裝置、控制系統(tǒng)等。圖1為多功能煙草程控播種機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。為實現(xiàn)機(jī)具加工、裝配、運(yùn)輸、維修的方便，該機(jī)結(jié)構(gòu)采用模塊化設(shè)計。苗盤輸送系統(tǒng)安裝在機(jī)架上橫梁的下面，由 550 W 帶有減速器的單相異步電動機(jī)驅(qū)動、裝基裝置3、氣吸式播種器4、淋水裝置5、覆基裝置6分別通過支架安裝在機(jī)架上橫梁的上面，動力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)安裝在機(jī)架的側(cè)面，方便操作和調(diào)整。為了便于運(yùn)輸和儲存，出盤架、進(jìn)盤架與主機(jī)架做成分體形式，安裝時通過定位塊和連接銷與機(jī)架連為一體。為實現(xiàn)機(jī)具在小范圍移動的方便性，機(jī)架下部安裝有萬向輪和滾輪。

1.2 工作原理

多功能煙草程控播種機(jī)動力源分別由550 W的輸送單相異步電動機(jī)、120 W的裝基調(diào)速電機(jī)以及120 W的播種步進(jìn)電機(jī)組成，其工作原理如圖2。工作時，按下啟動按鈕輸送

電機(jī)工作，通過輸送系統(tǒng)帶動苗盤移動，為便于后道工序?qū)γ绫P位置的檢測，苗盤與苗盤之間應(yīng)有20～30 mm的間距，因此輸送系統(tǒng)為速度不同的雙級輸送系統(tǒng)組成。當(dāng)苗盤移動到裝基裝置的入口處時，此位置的紅外光電傳感器檢測到信號，讓裝基電機(jī)工作，驅(qū)動四滾筒裝基裝置工作實現(xiàn)2次裝基，緊接著被動壓穴裝置在苗盤的帶動下實現(xiàn)壓穴。隨著苗盤的移動，安裝在播種器前方的紅外光電傳感器檢測苗盤的位置，安裝在播種器側(cè)面的槽型光電開關(guān)定位盤檢測步進(jìn)電機(jī)起點(diǎn)位置，通過兩傳感器的結(jié)合控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動和苗盤的移動同步，由步進(jìn)電機(jī)帶動氣吸式播種器的滾筒轉(zhuǎn)動完成精確播種。隨著苗盤的繼續(xù)移動，靜壓淋水器對苗盤進(jìn)行淋水，濕潤包衣種子的包衣層，使包衣層破裂。當(dāng)苗盤運(yùn)動到覆基裝置下方時，給種子覆上一薄層細(xì)碎的基質(zhì)來保護(hù)種子，為種子發(fā)芽提供有利的條件。當(dāng)苗盤運(yùn)行到出盤架時，通過另外一套輸送裝置把苗盤運(yùn)送到苗池中，實現(xiàn)整個裝盤、播種、輸送的自動化、程序化。

該機(jī)具主要技術(shù)參數(shù)如下：外形尺寸為2 740 mm×740 mm×1 230 mm；整機(jī)質(zhì)量為240 kg；電壓為220 V；傳動電機(jī)功率為0.55 kW；步進(jìn)電機(jī)功率為0.12 kW；裝基電機(jī)功率為0.12 kW；生產(chǎn)效率為650盤/h。

2 關(guān)鍵部件的設(shè)計

2.1 氣吸式播種器的設(shè)計

氣吸式播種器主要由種子箱1、毛刷輥2、滾筒3、刮種板5、配流板6等組成（圖3）。滾筒3 是氣吸式播種器的關(guān)鍵零件，采用薄壁無縫不銹鋼管制造，其上沿軸線方向加工有10排（依據(jù)育苗盤空穴的排數(shù)）直徑為0.8 mm的通孔，在10排小孔中每2沿處的一排為雙孔組成，排與排之間的距離與所用漂浮苗盤的穴坑間距相等，這樣在播種時保證中間穴坑每穴1粒，邊沿穴坑每穴2粒，為煙苗發(fā)芽后的間苗提供足夠的幼苗。配流板6是一個精加工零件，通過軸承及密封件安裝在滾筒的內(nèi)測，與滾筒內(nèi)壁不僅要有良好的配合，而且還要有良好的同軸度，從而保證二者相對轉(zhuǎn)動時既轉(zhuǎn)動平穩(wěn)又密封良好，實現(xiàn)可靠的播種。工作時，滾筒內(nèi)腔形成負(fù)壓，當(dāng)滾筒上的小孔轉(zhuǎn)到種子箱位置時，包衣種子被吸附在滾筒上，在毛刷輥的作用下，實現(xiàn)每個小孔吸附1粒種子。隨著滾筒的轉(zhuǎn)動，吸附的種子被帶動到滾筒的正下方時，在分流盤的作用下，小孔由負(fù)壓變?yōu)槌?，種子在自身重力和刮種板的作用下脫離小孔落入苗盤的坑穴中，完成精確播種。

2.2 裝基裝置的設(shè)計

育苗盤坑穴中基質(zhì)的填充質(zhì)量在育苗過程中十分重要。基質(zhì)填充量少，育苗盤坑穴內(nèi)出現(xiàn)大的空隙，造成育苗過程中水分不能向上供給，使種子不能發(fā)芽或者發(fā)芽后枯萎；基質(zhì)填充量過多，育苗盤坑穴被壓得太實，影響育苗過程中煙苗根系的發(fā)育。在基質(zhì)填充過程中，基質(zhì)本身的質(zhì)量即基質(zhì)纖維的長短，將直接影響著基質(zhì)的填充質(zhì)量。為了使裝基質(zhì)裝置能適應(yīng)各種基質(zhì)填充的要求，設(shè)計了1種基質(zhì)2次填充裝置，結(jié)構(gòu)如圖4。該裝置主要由基質(zhì)箱1、攪拌器2、滾筒3、橡膠刮板4、被動壓穴輥5等組成。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是基質(zhì)箱通過支架安裝在機(jī)架上，保證滾筒離機(jī)架有一定距離，以便安裝被動壓穴輥；基質(zhì)箱內(nèi)安裝4個滾筒和2個攪拌器，攪拌器可有效疏松箱內(nèi)基質(zhì)，避免基質(zhì)結(jié)塊和棚架現(xiàn)象，影響基質(zhì)的拋撒；四滾筒拋撒裝置由120W的調(diào)速電機(jī)驅(qū)動，可根據(jù)基質(zhì)的撒落程度、基質(zhì)含水量和粒度的大小通過控制面板的調(diào)速旋鈕手動調(diào)整滾筒的轉(zhuǎn)速，控制基質(zhì)拋撒量。四滾筒裝基裝置的中央位置和出口位置分別安裝有浮動的被動壓穴裝置，實現(xiàn)2次基質(zhì)拋撒和2次基質(zhì)壓實。工作時，當(dāng)苗盤移動到裝基裝置的入口處時，該位置的紅外光電傳感器檢測到信號，讓裝基電機(jī)工作驅(qū)動四滾筒裝基裝置，實現(xiàn)拋撒滾筒的運(yùn)轉(zhuǎn)和育苗盤運(yùn)行同步，避免基質(zhì)撒落在機(jī)架的下面影響工作。

2.3 機(jī)架及苗盤輸送系統(tǒng)的設(shè)計

機(jī)架是該機(jī)具的基礎(chǔ)件，它承載著該機(jī)具所有功能模塊，

保持整機(jī)結(jié)構(gòu)合理、緊湊，并方便整機(jī)運(yùn)輸和儲存。因此，機(jī)架設(shè)計成由進(jìn)盤架、出盤架和主機(jī)架組合而成的三段式（圖1），3個部分通過鉸鏈、定位銷連接成一個整體。

苗盤輸送系統(tǒng)以機(jī)架為依托，安裝在機(jī)架上平面下方，主要由傳力部分、導(dǎo)向部分、壓緊部分組成。傳力部分由2級V帶系統(tǒng)組成，以裝基裝置為界分別安裝，第1級V帶系統(tǒng)帶的線速度比第2級低，目的是在苗盤輸送過程中讓苗盤之間拉開一定距離，便于檢測。導(dǎo)向部分是安裝在機(jī)架內(nèi)側(cè)的可調(diào)導(dǎo)向板。壓緊部分是可浮動的，主要由壓輥、支座、彈簧等組成，目的是保證苗盤與輸送V帶可靠接觸并產(chǎn)生一定的正壓力，保證苗盤輸送可靠。

3 結(jié)果與分析

3.1 空載試運(yùn)轉(zhuǎn)

空載運(yùn)行各運(yùn)動零件應(yīng)工作良好，無卡滯和異響現(xiàn)象，苗盤輸送裝置運(yùn)行良好，且運(yùn)行過程中能把盤與盤之間拉開 20～30 mm 的間距。苗盤運(yùn)行到裝基傳感器位置時，裝基電機(jī)能自啟動，氣吸式播種輥能與苗盤同步運(yùn)行且運(yùn)轉(zhuǎn)良好，風(fēng)機(jī)工作正常，氣管連接密封良好。

3.2 播種試驗

3.2.1 試驗條件 播種試驗在許昌市西南的襄城縣王洛鎮(zhèn)的許昌煙草公司0.67萬hm2全程機(jī)械化煙田示范園區(qū)進(jìn)行。試驗用基質(zhì)為有機(jī)基質(zhì)，基質(zhì)纖維最大長度小于10 mm，基質(zhì)含水率控制在30%左右，所用種子為包衣種子，且包衣種子尺寸控制在1.6～2.5 mm之間。所用漂浮育苗盤為泡沫成型盤，其規(guī)格為672 mm×342 mm×52 mm，每盤20行，每行10穴，穴坑上端最大口徑為25 mm×25 mm。

3.2.2 試驗結(jié)果 本試驗為該機(jī)連續(xù)工作1 h產(chǎn)出的500盤中隨機(jī)抽樣10盤檢測的結(jié)果，試驗結(jié)果如表1所示。表1結(jié)果表明，空穴率≤5%，破碎率≤2%，二者均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

該機(jī)具已通過河南省農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量試驗鑒定站的測試，機(jī)具各項指標(biāo)均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定和要求。

4 結(jié)論

本研究提出了滾筒式氣吸播種，通過程序控制，一次完成基質(zhì)填充、苗盤壓穴、精量播種、噴水裂解、覆蓋基質(zhì)等農(nóng)藝過程，實現(xiàn)了播種過程的自動化、精量化，提高了煙草播種的效率，為煙草適時播種贏得了寶貴時間，同時也為煙種出牙后生長到1～2張葉時的間苗減少了工作量。本機(jī)設(shè)計的裝基裝置為四滾筒拋撒裝置，該裝置由120 W的調(diào)速電機(jī)驅(qū)動，可根據(jù)基質(zhì)的撒落程度、基質(zhì)含水量和粒度的大小通過調(diào)速旋鈕手動調(diào)整滾筒的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)裝基量的可控。四滾筒裝基裝置的中央位置和出口位置分別安裝有浮動的被動壓穴裝置，實現(xiàn)2次基質(zhì)拋撒和2次基質(zhì)壓實，從而解決了裝基后苗盤穴中基質(zhì)量不夠和壓不實的問題。為滿足煙草漂浮育苗工廠化的需要而設(shè)計的煙草程控播種機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便合理、動力消耗小、性能穩(wěn)定、裝基壓穴質(zhì)量高、空穴率低等特點(diǎn)。目前，由于漂浮育苗盤沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，各個地區(qū)的漂浮育苗盤規(guī)格尺寸都不一樣，因此需擴(kuò)大本機(jī)的使用范圍。

水稻育秧氣吸式播種機(jī)的試驗研究[3]、氣力板式蔬菜排種器設(shè)計與試驗[4]、氣吸式水稻缽盤精量播種裝置的設(shè)計與試驗研究[5-8]等文獻(xiàn)所闡述的重點(diǎn)為水稻播種裝置的設(shè)計與試驗，而氣吸式煙草程控播種機(jī)是把煙草播種農(nóng)藝要求的基質(zhì)填充、苗盤壓穴、精量播種、噴淋裂解、二次覆基質(zhì)等過程通過程序控制的方式融為一體，實現(xiàn)整個過程的自動化，從而滿足煙草漂浮育苗工廠化的需求，達(dá)到作業(yè)質(zhì)量好、效率高、功耗少、操作方便的目的，是實現(xiàn)煙草種植機(jī)械化的關(guān)鍵設(shè)備之一。

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