蠕動(dòng)泵在種子包衣中的應(yīng)用

馬駿原 張彥峰 弋景剛

1、河北農(nóng)業(yè)大學(xué)

2、保定雷弗流體科技有限公司

種子包衣即是將殺蟲(chóng)劑、殺菌劑、復(fù)合肥料、微量元素、植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑、緩釋劑和成膜劑等多種成分按照一定比例混合而成的種衣劑，均勻地包覆在種子表面，形成一層光滑、牢固的藥膜[1]。

在種子包衣的過(guò)程中，可以按照需求將包衣做成需要的形狀，將小粒種子放大，不規(guī)則種子塑型，便于精準(zhǔn)機(jī)械化播種的實(shí)現(xiàn)。包衣中的肥料能給種子初期生長(zhǎng)提供充足的養(yǎng)分，各種藥劑可以防止病蟲(chóng)害對(duì)種子的侵害，還可以加入磁粉、抗鹽劑、pH值調(diào)節(jié)劑、增氧劑、高吸水樹(shù)脂、熒光素等，來(lái)達(dá)到多種多樣的目的[2]。種子包衣可以用低廉的成本提高種子的出苗率，并為之后增產(chǎn)增收打下堅(jiān)實(shí)的生物學(xué)基礎(chǔ)。而且包衣屬于精準(zhǔn)施藥技術(shù)，減少了農(nóng)藥和化肥的使用，提高了利用效率，減少了對(duì)土壤污染，實(shí)現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展，符合生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向。

1 包衣機(jī)對(duì)液泵的需求

自從19 世紀(jì)60 年代美國(guó)的Blessing 提出了種子包衣技術(shù)之后，種子包衣技術(shù)經(jīng)過(guò)多年研究逐漸成熟，發(fā)展出多種多樣的技術(shù)，逐漸在實(shí)際生產(chǎn)中普及應(yīng)用，手工包衣已經(jīng)不適應(yīng)大批量的需求，種子包衣設(shè)備的設(shè)計(jì)與發(fā)展顯得尤為重要?，F(xiàn)如今的種子包衣設(shè)備大多由劑藥供給裝置、藥液霧化裝置、種子供給裝置、種藥混合裝置等構(gòu)成[3]。如圖1 所示，是種子包衣設(shè)備一般工藝流程。

市場(chǎng)上的種子包衣機(jī)呈現(xiàn)多樣化發(fā)展，但是無(wú)論何種機(jī)型，藥液的精確供給是包衣均勻、空種率低的先決條件。劑藥供給裝置主要分為兩種，勺式和泵式。勺式供藥裝置即將藥液先倒入藥勺或類似結(jié)構(gòu)中，到達(dá)一定量后藥勺將藥液傾倒到入料口，進(jìn)入種藥混合裝置，為不連續(xù)供藥，精度和靈活性均不及泵式供藥裝置。泵式供藥裝置即通過(guò)液泵本身的功能來(lái)實(shí)現(xiàn)藥液的精確供給，故而包衣液輸送泵的選擇是重中之重。

種子包衣機(jī)所用的包衣液輸送泵，一般要符合以下條件：工作穩(wěn)定性好，流量穩(wěn)定，以保證包衣均勻光滑，丸化大小一致；操作精度高，調(diào)整范圍寬，以適應(yīng)各種包衣需求，達(dá)到最佳包衣效果；耐腐性強(qiáng)，能輸送具有腐蝕性的藥劑；傳輸通暢無(wú)死角，防止出現(xiàn)包衣液的阻塞與積液；封閉性能好，防止包衣液泄漏和變質(zhì)。

2 蠕動(dòng)泵在種子包衣中的應(yīng)用

蠕動(dòng)泵（Peristaltic Pump）又叫軟管泵（Tubing Pump）或膠管泵（Hose Pump），如圖2 所示，是蠕動(dòng)泵的工作示意圖，其工作原理就是通過(guò)輥?zhàn)臃磸?fù)擠壓和釋放柔軟的泵管來(lái)泵送介質(zhì)[4]，類比用手指擠壓充滿液體的軟管，同構(gòu)手指的向前動(dòng)作，管內(nèi)形成負(fù)壓，使介質(zhì)在泵管中向前流動(dòng)。

圖2 蠕動(dòng)泵工作示意圖

其最顯著的優(yōu)點(diǎn)就是介質(zhì)只用經(jīng)過(guò)泵管而完全不會(huì)接觸其他部件，避免介質(zhì)和泵體的相互污染。只需按時(shí)更換泵管即可完成對(duì)蠕動(dòng)泵的清潔，且軟管的拆卸和安裝十分便利，維護(hù)成本非常低。而且其結(jié)構(gòu)獨(dú)特，可以輸送腐蝕性強(qiáng)的、粘稠的、固液氣混合的、高純度、食品級(jí)的介質(zhì)，適用范圍非常廣。這些優(yōu)點(diǎn)使其更適合種子包衣機(jī)的藥液供給裝置。其平緩、低剪切力的蠕動(dòng)運(yùn)行方式可以最大限度的減少在輸送過(guò)程中對(duì)介質(zhì)的干擾，但是同樣的，其壓力和轉(zhuǎn)速都不易過(guò)大，否則反復(fù)的擠壓對(duì)軟管的損耗是非常嚴(yán)重的，流量越大，對(duì)材料的要求也就越嚴(yán)格[5]。蠕動(dòng)泵流量大小一般在0.15～40m3/h 的范圍，適用絕大部分的包衣機(jī)需求。

蠕動(dòng)泵一般由驅(qū)動(dòng)器、控制器、泵頭、軟管四個(gè)部分組成，驅(qū)動(dòng)器即電機(jī)，是蠕動(dòng)泵的動(dòng)力來(lái)源，根據(jù)需要泵送的流量來(lái)選擇合適轉(zhuǎn)速和扭矩的電機(jī)，泵送流量越大，轉(zhuǎn)速和扭矩就要越大。同時(shí)需要考慮轉(zhuǎn)速是否可調(diào)，運(yùn)轉(zhuǎn)是否穩(wěn)定，轉(zhuǎn)速的分辨率是否夠高，以及體積、安全等方面的需求?？刂破饕话愫万?qū)動(dòng)器配套或直接集成在驅(qū)動(dòng)器上，需要考慮的就是操作的便捷程度以及是否具有所需的調(diào)速功能。泵頭是蠕動(dòng)泵的核心組件，即由驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)擠壓軟管的結(jié)構(gòu)。泵頭首先需要根據(jù)流速范圍選擇合適型號(hào)，其次可以根據(jù)需求選擇通道數(shù)量，滿足多介質(zhì)同時(shí)輸送的需求，而壓管滾輪的數(shù)量越多，可泵送的流量就越小，但是對(duì)介質(zhì)的擾動(dòng)也會(huì)更小，一般有6 滾輪和10 滾輪兩種，還要考慮更換軟管時(shí)的操作難度和更換后的固定效果等。軟管尺寸要符合泵頭尺寸，對(duì)流量精度要求高時(shí)，要選擇公差較小的軟管來(lái)降低誤差，還要根據(jù)泵送介質(zhì)的性質(zhì)來(lái)選擇對(duì)應(yīng)材料的軟管[4]。

現(xiàn)如今市面上有很多蠕動(dòng)泵型號(hào)可供選擇，但是并不是全部都適合種子包衣使用。例如德國(guó)Heidolph 的ph 系列非常適合種子包衣機(jī)使用，但是價(jià)格高昂，且國(guó)內(nèi)購(gòu)買(mǎi)較為困難。近些年來(lái)，隨著工業(yè)水平的發(fā)展，我國(guó)也有很多廠家能夠生產(chǎn)高質(zhì)量的蠕動(dòng)泵。比如雷弗公司生產(chǎn)的BT102S 和BT300S 驅(qū)動(dòng)器，配套YZ15 或者YZ25 泵頭，即可應(yīng)用于種子包衣，若需要更高精度，即可選用BT100L 或者BT300L 驅(qū)動(dòng)器。

3 蠕動(dòng)泵和計(jì)量泵在種子包衣應(yīng)用中的對(duì)比

包衣機(jī)常用的液泵除了蠕動(dòng)泵，還有計(jì)量泵。計(jì)量泵本質(zhì)上是一種流量可控的往復(fù)泵，通過(guò)減速箱調(diào)節(jié)減速比實(shí)現(xiàn)流量可調(diào)可控，且流量與壓力無(wú)關(guān)，能夠精確、定量輸送液體[6]。計(jì)量泵根據(jù)傳動(dòng)方式不同分為隔膜式和柱塞式兩種，均是通過(guò)電機(jī)推動(dòng)柱塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，改變泵腔體積來(lái)實(shí)現(xiàn)介質(zhì)的吸入和送出。隔膜式相較柱塞式，使用隔膜阻隔了介質(zhì)和柱塞，更適用于運(yùn)送各類特殊介質(zhì)，但是綜合性能不如柱塞式[7]。

在流量方面，蠕動(dòng)泵的特性決定其轉(zhuǎn)速、壓力均不能過(guò)高，所以流量也不會(huì)過(guò)高。現(xiàn)在市面上已經(jīng)有特殊設(shè)計(jì)的大流量蠕動(dòng)泵，價(jià)格比較高昂。和蠕動(dòng)泵相比，計(jì)量泵流量范圍更廣，能夠適應(yīng)更多需求，但與蠕動(dòng)泵相反的是，微流量計(jì)量泵價(jià)格較高。種子包衣所需的流量，蠕動(dòng)泵和計(jì)量泵均可滿足，不需進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。

在精度方面，蠕動(dòng)泵在流量低時(shí)的精度能達(dá)到1%甚至0.5%，在高流量下，達(dá)到高精度較為困難。計(jì)量泵的精度不會(huì)隨流量的大小而變化，一般都能達(dá)到1%，但是精度要求越高，價(jià)格也會(huì)越高。

在對(duì)特殊介質(zhì)的運(yùn)輸方面，雖然蠕動(dòng)泵和計(jì)量泵均能適用不同的介質(zhì)，但蠕動(dòng)泵只需根據(jù)介質(zhì)更換軟管即可，計(jì)量泵則要考慮泵腔和隔膜的材質(zhì)，在對(duì)不同介質(zhì)的適應(yīng)方面，蠕動(dòng)泵要更出色。相對(duì)計(jì)量泵，蠕動(dòng)泵對(duì)介質(zhì)的擾動(dòng)更小，能更大限度保護(hù)介質(zhì)。

在維修和保養(yǎng)方面，蠕動(dòng)泵因其特殊結(jié)構(gòu)，大部分情況只需要清洗和更換軟管即可，維護(hù)成本極低。而計(jì)量泵的維護(hù)成本就要高很多，尤其是隔膜式計(jì)量泵，因?yàn)楦裟⒅忾]，檢測(cè)故障和維修都十分不易。

綜上所述，蠕動(dòng)泵和計(jì)量泵均能作為種子包衣機(jī)的藥液輸送裝置使用，但是由于蠕動(dòng)泵維修和清潔更為便捷，能更好的輸送各種特殊介質(zhì)，所以更適合作為種子包衣機(jī)的藥液輸送裝置。

4 結(jié)論

使用蠕動(dòng)泵作為種子包衣機(jī)的藥液輸送裝置，可以滿足霧化裝置對(duì)藥液輸入均勻、連續(xù)、穩(wěn)定的要求，而蠕動(dòng)泵特殊的結(jié)構(gòu)也使其能夠很好輸送各種不同類型的包衣劑，而且蠕動(dòng)泵本身的保養(yǎng)和清洗十分簡(jiǎn)單，大大節(jié)省維護(hù)所需的成本。建議廣泛應(yīng)用于種子包衣機(jī)的生產(chǎn)和應(yīng)用當(dāng)中。