便攜板式自動(dòng)播種機(jī)的研究及應(yīng)用

□陳全 冒偉 劉小譚 陳燕英

/1.西昌新葉農(nóng)業(yè)科技有限公司 2.四川省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究設(shè)計(jì)院

0 引言

目前，我國穴盤播種育苗根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模大小，主要選用滾筒式、氣吸式和板式播種技術(shù)。滾筒式和氣吸式播種機(jī)已具備現(xiàn)自動(dòng)播種功能，市場(chǎng)上已有覆土、轉(zhuǎn)運(yùn)、播種一體化設(shè)備。通過對(duì)上述設(shè)備使用者調(diào)查發(fā)現(xiàn)，滾筒式和氣吸式播種設(shè)備存在效率不高、設(shè)備笨重、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)。相對(duì)而言，板式播種器操作簡(jiǎn)單、物美價(jià)廉，符合現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平。傳統(tǒng)板式播種器的上種、播種全部為手動(dòng)操作，播種效率、播種質(zhì)量以及便攜性方面有待改進(jìn)提升。在借鑒、吸收國內(nèi)外滾筒、氣吸和板式播種技術(shù)和設(shè)備的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國穴盤育苗的生產(chǎn)現(xiàn)狀，筆者對(duì)板式穴盤播種技術(shù)開展了深入研究、創(chuàng)新優(yōu)化了操作工藝，應(yīng)用自動(dòng)控制技術(shù)改進(jìn)了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了播種自動(dòng)化；減少了播種過程中的重復(fù)勞動(dòng)，提高了穴盤播種速度和播種精度，改善了播種機(jī)械的安全性和便攜性，擴(kuò)大了板式自動(dòng)播種技術(shù)的適用范圍。

1 便攜板式自動(dòng)播種機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 播種機(jī)的結(jié)構(gòu)

便攜板式自動(dòng)播種機(jī)的結(jié)構(gòu)主要由機(jī)架、穴盤軌道、播種盤、動(dòng)板、電動(dòng)推桿、控制器箱等構(gòu)成。其下層導(dǎo)磁定板上分布有落種孔、中間動(dòng)板上有播種孔、上層蓋板上設(shè)置有與落種孔錯(cuò)開的儲(chǔ)種孔，蓋板上均布磁鐵（見圖1）。

圖 1 播種機(jī)結(jié)構(gòu)圖

1.2 播種機(jī)的工作原理

在便攜板式自動(dòng)播種機(jī)蓋板儲(chǔ)種孔內(nèi)裝滿種子，上電開機(jī)后，動(dòng)板自動(dòng)回到供種工位，即動(dòng)板上的播種孔與蓋板上的儲(chǔ)種孔中心線處于完全重合狀態(tài)，儲(chǔ)種孔內(nèi)的種子進(jìn)入播種孔內(nèi)，完成充種準(zhǔn)備，當(dāng)育苗盤沿導(dǎo)軌被推送至導(dǎo)軌的尾端規(guī)定位置時(shí)，光電感應(yīng)裝置檢測(cè)到育苗盤已經(jīng)到位，發(fā)出信號(hào)，啟動(dòng)電動(dòng)推桿，帶動(dòng)動(dòng)板移動(dòng)至播種工位，即動(dòng)板上的播種孔與導(dǎo)磁定板上的落種孔中心線完全重合，播種孔內(nèi)的種子經(jīng)過落種孔進(jìn)入穴盤基質(zhì)穴孔內(nèi)，完成播種。當(dāng)穴盤被從導(dǎo)軌中取出后，光感應(yīng)裝置檢測(cè)到穴盤已經(jīng)離開，再次發(fā)出信號(hào)，啟動(dòng)電動(dòng)推桿反向運(yùn)動(dòng)，并推拉動(dòng)板至充種工位再次充種，等待穴盤的再次進(jìn)入。通過穴盤的不斷進(jìn)出、循環(huán)往復(fù)，實(shí)現(xiàn)板式播種機(jī)的自動(dòng)充種、連續(xù)播種（如圖2所示）。

圖 2 播種機(jī)原理圖

2 主要部件參數(shù)及工藝設(shè)計(jì)

1）便攜式播種機(jī)的板層結(jié)構(gòu)共三層，導(dǎo)磁定板、動(dòng)板、蓋板依次自下而上重疊，導(dǎo)磁定板與邊框連接。蓋板和動(dòng)板使用透明PMMA塑性輕質(zhì)材料，導(dǎo)磁定板選用具有磁性的金屬板材，蓋板上均布的磁鐵吸附下層導(dǎo)磁定板，磁鐵的數(shù)量和磁場(chǎng)強(qiáng)度可根據(jù)板層間無縫隙的原則確定。透明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅有利于對(duì)播種狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察，而且減輕了整機(jī)重量，易于攜帶。

2）在板式播種機(jī)邊框四角下部設(shè)計(jì)固定機(jī)架，保持播種機(jī)相對(duì)固定并平穩(wěn)放置，固定機(jī)架內(nèi)側(cè)左、右兩邊各安裝一根穴盤導(dǎo)軌，對(duì)穴盤與播種機(jī)的相對(duì)位置進(jìn)行限定，引導(dǎo)穴盤在播種機(jī)下方進(jìn)、出，導(dǎo)軌支撐面與播種機(jī)落種孔之間的垂直高度應(yīng)大于穴盤的厚度，左、右導(dǎo)軌立面之間的距離與穴盤寬度基本相等。

3）在穴盤導(dǎo)軌的尾端機(jī)架上安裝一組光感應(yīng)裝置，在機(jī)架一側(cè)安裝與動(dòng)板滑動(dòng)方向一致的電動(dòng)推桿，電動(dòng)推桿為永磁直流電機(jī)，其額定功率0.03 kW，額定電壓DC12 V，推進(jìn)速度10 mm/s，最大推力400 N·m。電動(dòng)推桿通過固定在動(dòng)板一端的夾持件與動(dòng)板緊固聯(lián)接。電動(dòng)推桿內(nèi)置有往復(fù)行程開關(guān)，推桿行程與儲(chǔ)種孔和落種孔之間的距離相對(duì)應(yīng)，通過光感應(yīng)裝置對(duì)穴盤位置變化的檢測(cè)，控制電動(dòng)推桿的運(yùn)動(dòng)。

4）整機(jī)電源選擇220 V交流電源和12 V直流電源雙接口設(shè)計(jì)，可通過當(dāng)?shù)剞r(nóng)用車、拖拉機(jī)等12 V蓄電池電源進(jìn)行供電，該裝置針對(duì)潮濕環(huán)境，提高了安全設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，采用密封型電氣裝置，選用安全、可靠的電氣元器件，電氣設(shè)備的絕緣電阻大于0.5 MΩ，接地電阻不大于4 Ω，確保電氣產(chǎn)品符合規(guī)定、安全可靠。

5）由于類圓形的植物種子在直徑上存在大小差異，為提高播種精度、減少種子破損率，對(duì)動(dòng)板的厚度及播種孔形狀進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。單穴單粒種子的播種，可根據(jù)種子的大小選擇厚度大于種子直徑10%～30%的亞克力板材料作為動(dòng)板，動(dòng)板上設(shè)置的播種孔內(nèi)徑大于種子直徑20%～40%，為減少直徑差值，可用檢查篩進(jìn)行直徑統(tǒng)計(jì)；如果單穴多粒播種，其播種孔型可根據(jù)播種數(shù)量的要求調(diào)整為雙孔、長(zhǎng)條孔等，通過更換相應(yīng)孔型動(dòng)板來實(shí)現(xiàn)。播種孔采用“直孔上部倒角”設(shè)計(jì)，上部倒角位于播種孔靠近儲(chǔ)種孔一側(cè)。

3 性能試驗(yàn)

該機(jī)經(jīng)四川省農(nóng)機(jī)產(chǎn)品及車輛配件質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站檢測(cè)，檢測(cè)報(bào)告數(shù)據(jù)顯示：該機(jī)重量7.80 kg，功率30 W，種子破損率 ≤0.04%，播種合格率≥97.10%，空穴率≤1.60%，生產(chǎn)效率≥563盤/h，功耗0.027 5 kW·h。播種性能指標(biāo)均優(yōu)于《溫室蔬菜穴盤精密播種機(jī)技術(shù)條件NY/1823-2009》規(guī)定，實(shí)際生產(chǎn)效率：?jiǎn)稳瞬僮?50～600盤/h，雙人操作750～800盤/h。

4 結(jié)論

通過對(duì)傳統(tǒng)手動(dòng)板式播種技術(shù)和設(shè)備的深入研究和改進(jìn)，應(yīng)用自動(dòng)控制技術(shù)減少了人工操作及耗時(shí)，開發(fā)出新一代的便攜式自動(dòng)播種機(jī)，使板式播種機(jī)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)播種；同時(shí)，具有低功耗、高效率、工況穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，提升了播種質(zhì)量，節(jié)約了種子，降低了生產(chǎn)成本；特別是低電壓安全電源模式的設(shè)計(jì)，避免了操作者的觸電風(fēng)險(xiǎn)，非常適合農(nóng)村缺電或電力不穩(wěn)的作業(yè)環(huán)境，能夠隨時(shí)保證育苗生產(chǎn)正常進(jìn)行，可廣泛應(yīng)用于各種山地、平原、大棚等穴盤育苗播種作業(yè)。目前，500余臺(tái)（套）便攜板式自動(dòng)播種機(jī)已在川內(nèi)宜賓、瀘州、攀枝花、涼山州等市州推廣，獲得用戶好評(píng)。