氣吸滾筒式穴盤精量播種流水線設(shè)計

馬廣

（金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江金華321017）

隨著國內(nèi)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的不斷推進(jìn)，設(shè)施農(nóng)業(yè)得到快速發(fā)展。尤其就蔬菜種植生產(chǎn)而言，我國不但是世界上蔬菜種植面積第一的大國，也是蔬菜品種最多的國家。但與歐美等發(fā)達(dá)國家相比，我國蔬菜生產(chǎn)的機(jī)械化、現(xiàn)代化水平相對滯后。源于美國的穴盤育苗技術(shù)的正式引進(jìn)和在蔬菜育苗生產(chǎn)上的廣泛應(yīng)用，使我國蔬菜育苗的集約化生產(chǎn)成為可能，且得到了迅速發(fā)展。但要實(shí)現(xiàn)工廠化育苗，關(guān)鍵需要配置精量播種設(shè)備，它不但能夠提高生產(chǎn)率，節(jié)約種子用量，而且決定了所育秧苗的質(zhì)量，是整個工廠化育苗環(huán)節(jié)的核心。目前，代表世界先進(jìn)水平的穴盤精密播種設(shè)備所采用的排種原理主要有2大類：機(jī)械式排種和氣力式排種。按照自動化程度不同，還可細(xì)分為半自動播種機(jī)（手持管式播種機(jī)、板式播種機(jī)）和全自動播種機(jī)（針式精密播種機(jī)、滾筒式播種機(jī)）[1-5]。國外大多類型的精密播種設(shè)備都是采用真空吸附原理，播種精度高，多數(shù)能滿足播種時行距和穴距可調(diào)的要求，且控制準(zhǔn)確，可一次完成穴盤裝土、刮平、壓窩、播種、覆土和澆水等多道工序[6-8]。國內(nèi)已經(jīng)有企業(yè)研究開發(fā)了播種機(jī)械，如育苗精量播種機(jī)、平板式半自動播種機(jī)和秧盤精量播種機(jī)等，但這些大都采用平板式播種裝置和針吸式播種，且為單機(jī)作業(yè)，沒有形成生產(chǎn)流水線[9-11]。針對國內(nèi)蔬菜育苗生產(chǎn)領(lǐng)域缺乏自動化流水線的問題，結(jié)合國內(nèi)蔬菜種子的播種工藝，本文設(shè)計了氣吸滾筒式穴盤精量播種流水線，以期為提高我國蔬菜育苗的集約化生產(chǎn)水平提供參考。

1 設(shè)計要求和產(chǎn)品主要指標(biāo)要求

1.1 設(shè)計要求

1）根據(jù)本地區(qū)蔬菜育苗生產(chǎn)要求，選定合適的生產(chǎn)率，且性價比高，以提高產(chǎn)品的普及性與適應(yīng)性；2）盡量采用通用標(biāo)準(zhǔn)件，以提高本產(chǎn)品播種流水線的經(jīng)濟(jì)性；3）設(shè)計為氣吸滾筒式蔬菜穴盤精量播種流水線，以適應(yīng)本地區(qū)種植情況。

1.2 產(chǎn)品主要設(shè)計指標(biāo)

播種精度≥97%；空穴率≤2%；生產(chǎn)率≥500盤/h；種子破碎率≤0.5%；排種器形式為自動氣吸滾筒式；氣源壓力0.4～0.8 MPa；播種量≥140盤/(kW·h)；鋪土厚度20～120 mm；覆土厚度10～20 mm；適用育種盤規(guī)格為寬度＜350 mm，高度＜120 mm。

2 氣吸滾筒式穴盤精量播種流水線結(jié)構(gòu)設(shè)計

以蔬菜、花卉育苗集約化生產(chǎn)為目標(biāo)，通過對播種原理的研究和機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新，并結(jié)合國內(nèi)蔬菜種子播種工藝試驗(yàn)，開發(fā)適用于蔬菜育苗生產(chǎn)的精量播種自動流水線并產(chǎn)業(yè)化，不但實(shí)現(xiàn)在播種精度和播種速度等關(guān)鍵技術(shù)上與國外產(chǎn)品媲美，還能夠適應(yīng)各種異形種子的播種，不需要對種子進(jìn)行丸?；幚恚覂r格合理。主要結(jié)構(gòu)包括1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成：按基質(zhì)裝盤機(jī)、滾筒式播種機(jī)、覆土機(jī)、澆水機(jī)的順序組成一條流水線；2）滾筒式精量播種系統(tǒng)：伺服電機(jī)傳動的滾筒式播種機(jī)，并由電子控制播種系統(tǒng)的正負(fù)壓轉(zhuǎn)換，保證氣壓轉(zhuǎn)換的靈敏度；3）打土系統(tǒng)：在重載運(yùn)行情況下，保持基質(zhì)均勻、不結(jié)塊；4）種子振動系統(tǒng)：采用可調(diào)式低噪音材質(zhì)，使料斗振動平穩(wěn)，種子更易吸?。?）可調(diào)式覆土系統(tǒng)：采用基質(zhì)流量控制和均勻分布技術(shù)，以保證覆蓋效果均一、穩(wěn)定；（6）控制系統(tǒng)：包括電控系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)、調(diào)節(jié)系統(tǒng)、報警系統(tǒng)等。

2.1 播種機(jī)的滾筒鑲嵌式凸型吸嘴

傳統(tǒng)的播種機(jī)滾筒一般都是在滾筒壁上直接開設(shè)吸孔，孔徑大、吸力小，在吸附異形種子時容易出現(xiàn)空穴或多?，F(xiàn)象。本文設(shè)計的播種機(jī)采用滾筒鑲嵌式凸型吸嘴（圖1），即在安裝于播種機(jī)機(jī)架上的滾筒轉(zhuǎn)軸上安裝滾筒，滾筒中安有吸嘴，吸嘴上設(shè)計有吸孔。吸嘴為由吸嘴頭和吸嘴座構(gòu)成的凸字形吸嘴，吸嘴頭中設(shè)計有吸種口，吸嘴座中設(shè)計有錐形吸風(fēng)孔和圓形吸風(fēng)口，錐形吸風(fēng)孔、圓形吸風(fēng)口與吸種口連通構(gòu)成吸嘴的吸風(fēng)孔。采用該錐形吸風(fēng)孔設(shè)計的吸嘴的內(nèi)流速度是普通吸嘴的2～3倍，大大提高了吸嘴的吸附性能，避免了由于異形種子的不規(guī)則而形成的多粒現(xiàn)象，可大幅降低重播率，實(shí)現(xiàn)異形種子的高速精確播種。

圖1 鑲嵌式凸型吸嘴Fig.1 Mosaic convex nozzle

2.2 輸送與滾筒同步傳動的種子精播機(jī)

如圖2所示，輸送與滾筒同步傳動的種子精播機(jī)包括一臺機(jī)架，機(jī)架上設(shè)置壓穴部、清種部、貯種振動部和播種部，各部分由輸送機(jī)構(gòu)相連接，輸送機(jī)構(gòu)上放置育苗盤。其中：壓穴部包括安裝在機(jī)架上的壓穴軸，壓穴軸上安裝壓穴輪，壓穴輪上的壓穴凸塊與育種盤相接觸；清種部包括安裝在機(jī)架上的清種吹氣管，清種吹氣管上設(shè)有清種吹氣嘴；貯種振動部包括安裝在機(jī)架上的貯種槽和播種振動器；播種部包括安裝在機(jī)架上的播種軸，播種軸上安裝播種滾筒，播種滾筒上設(shè)有播種孔；輸送機(jī)構(gòu)包括安裝在機(jī)架上的輸送帶，輸送帶和播種軸由同步傳動機(jī)構(gòu)帶動。

圖2 輸送與滾筒同步傳動的種子精播機(jī)Fig.2 Precision seeding-machine with conveyor and drum synchronous transmission

2.3 無動力壓穴裝置

傳統(tǒng)自動播種流水線的壓穴采用氣缸帶動壓穴支架一排一排地下壓，其缺點(diǎn)是機(jī)構(gòu)復(fù)雜，安裝麻煩，成本較高，壓穴效率低。本產(chǎn)品無需動力帶動壓穴，且壓穴速度快，效率高，其裝置如圖3所示：在壓穴輪中安裝壓穴轉(zhuǎn)動軸，壓穴轉(zhuǎn)動軸的兩端連接壓穴軸承座，在壓穴輪的表面設(shè)計有均勻分布的壓穴凸塊，壓穴凸塊與育苗盤的穴位相配合，通過壓穴升降機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)無動力壓穴。

圖3 無動力壓穴裝置Fig.3 Unpowered cavitation device

2.4 流水線結(jié)構(gòu)

穴盤精量播種步驟主要包括攪拌土料、進(jìn)盤、上土、壓穴、播種、覆土、灑水和出盤疊放。根據(jù)工序設(shè)計流水線圖，如圖4所示。

圖4 穴盤精量播種流水線結(jié)構(gòu)示意圖Fig.4 Schematic diagram of the precision seeding streamline of the plug tray

3 氣吸滾筒式穴盤精量播種流水線試驗(yàn)

試驗(yàn)條件：天氣晴，環(huán)境溫度25.6℃，環(huán)境相對濕度45%；選用油菜籽種子，含水率13.2%。

對油菜籽進(jìn)行氣吸滾筒式蔬菜穴盤精量播種試驗(yàn)，檢測項(xiàng)目包括播種精度、播種空穴率、每小時生產(chǎn)率、每千瓦·時播種量、種子破碎率等。每個項(xiàng)目檢測10次，每次檢測時間為1 h，根據(jù)檢測數(shù)據(jù)分析氣吸滾筒式穴盤精量播種流水線的運(yùn)行技術(shù)水平和穩(wěn)定性。根據(jù)圖5～9的檢測結(jié)果，得到如表1所示的技術(shù)參數(shù)。從中可知，播種精度為98%，播種空穴率為0.6%，生產(chǎn)率為580盤/h，播種量為145盤/（kW·h），種子破碎率為0.4%。對比氣吸滾筒式穴盤精量播種流水線使用的技術(shù)要求，上述5項(xiàng)指標(biāo)均高于標(biāo)準(zhǔn)，能夠滿足流水線的實(shí)際使用需要。

圖5 播種精度Fig.5 Seeding accuracy

圖6 播種空穴率Fig.6 Seeding cavity rate

圖7 生產(chǎn)率Fig.7 Productivity

圖8 播種量Fig.8 Seeding amount

圖9 種子破碎率Fig.9 Seed breakage rate

表1 氣吸滾筒式油菜籽穴盤精量播種檢驗(yàn)Table1 Precision seeding inspection of air-aspiration drum typerapeseed tray

4 結(jié)論

1）確定了氣吸滾筒式蔬菜穴盤精量播種流水線設(shè)計要求及主要設(shè)計指標(biāo)；

2）進(jìn)行了播種機(jī)滾筒鑲嵌式凸型吸嘴、輸送與滾筒同步傳動的種子精播機(jī)與無動力壓穴裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計，實(shí)現(xiàn)了吸嘴的吸附性能提高2～3倍及異形種子高速精確播種等功能；

3）以油菜籽播種為例，采用氣吸滾筒式穴盤精量播種是合理、可行的。