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1. 緒論
1.1本課題的來源及研究的目的和意義
為了滿足日益增長的種苗需求量，各地開始建立育苗工廠，引進(jìn)世界先進(jìn)的穴盤育苗技術(shù)，進(jìn)行種苗工廠化生產(chǎn)。在育苗工廠中傳統(tǒng)的手工操作方式是不能滿足人們對(duì)生產(chǎn)的需求的，育苗工廠需要有精確、便捷、高效的現(xiàn)代化的育苗設(shè)備，來完成育苗的各項(xiàng)工作。
番茄生產(chǎn)在人們生活地位日益重要，發(fā)展生產(chǎn)機(jī)械化和工廠化是調(diào)整農(nóng)村經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和種植業(yè)結(jié)構(gòu)重要措施之一。番茄育苗是一項(xiàng)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)至關(guān)重要的作業(yè)環(huán)節(jié)，尤其是穴盤育苗；其用種量少，幼苗分布均勻、發(fā)育好，同時(shí)節(jié)省幼苗移栽的工作量，保證秧苗的成活率和增產(chǎn)豐收，為機(jī)械化和工廠化育苗生產(chǎn)提供可能。隨著我國設(shè)施園藝的快速發(fā)展，機(jī)械化育苗設(shè)備也有了較快的發(fā)展，相應(yīng)的核心設(shè)備——精密播種裝置的重要性在整個(gè)育苗環(huán)節(jié)中顯得更加突出。中國是世界最大的蔬菜生產(chǎn)國，蔬菜的總產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的60％左右。近幾年來，種植業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)不斷調(diào)整，在糧食作物的播種面積呈現(xiàn)持續(xù)遞減的趨勢(shì)下，蔬菜、水果等經(jīng)濟(jì)作物的種植面積持續(xù)增長。健壯的幼苗是生產(chǎn)的基本條件，因此培育壯苗就是實(shí)現(xiàn)早熟、高產(chǎn)的重要的基礎(chǔ)。因?yàn)橛酌绲暮脡闹苯佑绊懙蕉ㄖ蔡锏匾院蟮纳L情況，又在很大的程度上影響到產(chǎn)量和采收期的早晚。幼苗的品質(zhì)如果不好，即使在定植以后加強(qiáng)管理也是事倍功半，很難獲得很好的收成。因此育苗是一項(xiàng)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)至關(guān)重要的技術(shù)，是一項(xiàng)需要大量勞動(dòng)力的勞動(dòng)密集型的作業(yè)項(xiàng)目。能否育出苗、育出壯苗，很大程度上決定于人對(duì)秧苗的培育。我國傳統(tǒng)栽培上的“苗好一半收”，就是對(duì)培育壯苗重要性的概括。隨著生產(chǎn)現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)發(fā)展，培育壯苗的意義也變得猶為重要。以輕基質(zhì)無土材料草炭、蛭石等作育苗的基質(zhì)、采用機(jī)械化精量播種、一次成苗的現(xiàn)代化育苗體系是國際上70年代發(fā)展起來的一項(xiàng)新的技術(shù)。
穴盤育苗精量播種機(jī)是實(shí)施育苗移栽的主要裝備之一， 按其結(jié)構(gòu)形式可分為針式播種機(jī) 板式播種機(jī)和滾筒式播種機(jī)針式播種機(jī)播種精度雖然較高， 但速度慢 效率低，100～200盤/ h，針頭對(duì)種子有傷害; 滾筒式播種機(jī)播種速度較快，可達(dá)800 ～ 1200盤/ h，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在高速作業(yè)時(shí)漏播率較高; 板式播種機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便， 價(jià)格低，播種速度低于120～150盤/ h，但取種精度低，空穴率高［1］本文依據(jù)農(nóng)村溫棚育苗生產(chǎn)的實(shí)際要求，在分析國內(nèi)外典型育苗精量播種機(jī)工作機(jī)理的情況下，研制了拋擲式穴盤育苗精量播種機(jī)，創(chuàng)新設(shè)計(jì)了針式吸種盤 拋擲式種子盤和氣吹投種和清孔系統(tǒng)，較好地解決了氣吸式精量播種機(jī)對(duì)番茄等不規(guī)整小顆粒種子播種單粒率低和空穴率高等難點(diǎn)經(jīng)生產(chǎn)試驗(yàn)測(cè)定，該機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用維護(hù)方便，各項(xiàng)性能指標(biāo)穩(wěn)定，能夠滿足主要作物如番茄，辣椒等的育苗播種技術(shù)要求。
播種是穴盤育苗中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。穴盤育苗技術(shù)對(duì)播種要求很高，要求每穴進(jìn)行單粒播種，漏播和多粒種子的穴數(shù)盡可能少，以保證出苗整齊一致，群體結(jié)構(gòu)合理，因此，工廠化育苗需要進(jìn)行精密播種，精量播種還可以節(jié)省大量種子。工廠化育苗精量播種主要依靠精量播種機(jī)來完成。育苗工廠使用的育苗設(shè)備大多是從國外引進(jìn)的播種流水線或是單一用途的播種機(jī)。從國外購買播種流水線價(jià)格達(dá)100萬元左右，單一用途的播種機(jī)價(jià)格也要5萬元左右，這樣高的價(jià)格與我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)品價(jià)格水平不相適應(yīng)，因此很難推廣應(yīng)用。另外，由于種子形狀差異較大，種類繁多，實(shí)現(xiàn)精量播種的難度較大，因此，研究穴盤精量播種裝置對(duì)促進(jìn)我國的蔬菜生產(chǎn)機(jī)械化進(jìn)程具有現(xiàn)實(shí)意義。
1.2本課題所涉及的問題在國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀及分析
1.2.1 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀
我國工廠化農(nóng)業(yè)起步較晚，70年代末開始引進(jìn)一些國外技術(shù)設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)研究，20 年來在技術(shù)與生產(chǎn)上均有較大的發(fā)展，目前我國各種溫室已發(fā)展到30萬公頃，對(duì)我國 農(nóng)業(yè)發(fā)展起到積極有效的促進(jìn)作用。但也存在很多問題。
1. 播種機(jī)的播種合格率低。我國精密播種機(jī)結(jié)構(gòu)尚不完善，排種器精度不高，特別是對(duì)于形狀不規(guī)則、重量較輕的小粒蔬菜種子，播種機(jī)的播種質(zhì)量不穩(wěn)定，重播、漏播現(xiàn)象比較嚴(yán)重，多數(shù)播種機(jī)的性能尚不能達(dá)到要求。
2. 播種機(jī)的適應(yīng)能力差。機(jī)械化播種育苗技術(shù)為精密播種．對(duì)種子的品質(zhì)和外形均有較高要求。但由于不同蔬菜種子差距較大，目前我國多數(shù)精密播種 機(jī)械一般還只能播種一種或少數(shù)幾種種子。多為一機(jī)一用，對(duì)不同種子的適應(yīng)能力較差．造成機(jī)器的使用周期短、利用率低，不利于降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的成本。
3. 播種機(jī)的播種效率低。我國的排種機(jī)構(gòu)存在結(jié)構(gòu)冗余、播種速度低等問題，造成整機(jī)的工作效率 較低。一些國產(chǎn)播種機(jī)的工作情況相比人工播種，效率并沒有顯著提高，無法滿足規(guī)?；a(chǎn)的需要．限制了工廠化育苗技術(shù)的推廣應(yīng)用。
1.2.2 國外發(fā)展現(xiàn)狀
國外發(fā)達(dá)國家普遍采用溫室營養(yǎng)缽育苗，然后進(jìn)行田間移栽的作業(yè)方法。近10年來，
有關(guān)部門加強(qiáng)從育苗到移栽整個(gè)系統(tǒng)的研究，使育苗和移栽有機(jī)結(jié)合，研制出多種全自動(dòng)移栽機(jī)，使育苗過程實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、工廠化和設(shè)施化。
經(jīng)過二三十年的發(fā)展，工廠化育苗自動(dòng)生產(chǎn)線在發(fā)達(dá)國家成套技術(shù)己基本形成并向 高科技、高度自動(dòng)化發(fā)展。工廠化育苗自動(dòng)生產(chǎn)線一般由育苗穴盤擺放機(jī)、送料機(jī)、基質(zhì)裝盤機(jī)、壓穴及精量播種機(jī)、覆土和噴淋機(jī)等五大部分組成，這五大部分連在一起構(gòu)成自動(dòng)生產(chǎn)線，拆開后每一部分又可獨(dú)立作業(yè)。這種自動(dòng)生產(chǎn)線在荷蘭、美國、日本、韓國都有產(chǎn)品。穴盤育苗生產(chǎn)線的核心部分是復(fù)雜的精量播種系統(tǒng)，其播種系統(tǒng)的型號(hào)多種多樣。穴盤育苗生產(chǎn)線上多采用吸嘴式排種器，如美國Hamilton公司、Blackmore 公司及歐共體等廠家生產(chǎn)的各種穴盤精量播種生產(chǎn)線。 布萊克默系統(tǒng)(Black more system)播種裝置可將單粒種子分別播到648個(gè)育苗缽中， 它有一個(gè)平臺(tái)，發(fā)芽盤在平臺(tái)上可靜置，亦可滑動(dòng)。還有側(cè)梁對(duì)發(fā)芽盤的滑動(dòng)起導(dǎo)向作用，對(duì)種子的吸持裝置起支持作用。種子吸持裝置有一根橫梁，橫梁懸掛在裝有彈簧的套管支臂上，并可旋轉(zhuǎn)。橫梁兩端分別與導(dǎo)桿相連。橫梁經(jīng)過關(guān)閉閥與真空管相通。每個(gè)吸嘴均由富有彈性的柔軟材料構(gòu)成，內(nèi)部有一個(gè)通道，一直延伸到平臺(tái)的進(jìn)口處。存放單層種子的槽與橫梁平行安裝，使吸嘴能降至槽內(nèi)。
美國佛羅里達(dá)州的斯匹德林公司發(fā)明了培育蔬菜秧苗的斯匹德林系統(tǒng)(Speeding System)。該系統(tǒng)的自動(dòng)播種裝置采用吸嘴式排種器將種子單粒放到TODD育苗缽(穴盤)。真空式精播機(jī)公認(rèn)比較有代表性的，有美國的勃蘭克莫爾自動(dòng)播種機(jī)。這種播種機(jī)只完成精量播種一道工序，所以還要配上填充基質(zhì)，壓實(shí)，壓坑，刮平，覆蓋等全部工序的機(jī)械，才能完成全部工序。
范達(dá)納(Van Dana)播種機(jī)是由美國密爾沃基的生長系統(tǒng)(Growing System lnc)設(shè)計(jì)制造的。該機(jī)較實(shí)用，成本卻僅為大多數(shù)播種機(jī)的一半。該設(shè)備能準(zhǔn)確、快速的將種子播種于真空導(dǎo)板上，將真空導(dǎo)管轉(zhuǎn)動(dòng)到排種管處，此時(shí)真空產(chǎn)生壓力，種子通過排種管進(jìn)入各個(gè)缽體。它能100％單個(gè)地吸持住所有顆粒狀種子，以適應(yīng)各種類型的種子和缽體。
目前國外的精量播種機(jī)已達(dá)到相當(dāng)完善的程度，在精量播種機(jī)上除了設(shè)有完善的整地、覆土、鎮(zhèn)壓及施肥、灑農(nóng)藥裝置外，其排種裝黃多采用新的工作原理，包括各種氣力式排種原理與機(jī)械式排種原理，以保證單粒精量播種。另外，液壓技術(shù)及電子技術(shù)也在播種機(jī)上得以應(yīng)用。
精量播種裝置有機(jī)械式、氣力式等多種，由于機(jī)械式精量播種裝置對(duì)種子的外形要求嚴(yán)格，有一定的種子破碎率，而且其總體結(jié)構(gòu)配置復(fù)雜擁擠，整機(jī)笨重，效率低等因素，限制了機(jī)械式精量播種機(jī)性能的進(jìn)一步提高。所以氣力式精量播種裝置較為多用。氣力式精量播種裝置是通過空氣真空度產(chǎn)生的吸力工作的。氣力式精量播種機(jī)對(duì)種子的形狀要求不嚴(yán)，通用性好而且播種速度也比機(jī)械式的高。氣力式精量播種機(jī)盡管形式多種多樣，但其工作原理只有氣吹式、氣壓式和氣吸式。
1.3對(duì)課題所涉及的任務(wù)要求及實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的可行性分析
1.3.1任務(wù)要求：查閱相關(guān)文獻(xiàn)，進(jìn)行歸納整理 ，并進(jìn)行總結(jié)，從而梳理思路，進(jìn)行缽體精量點(diǎn)播機(jī)的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)一種適用于棉花或番茄精量點(diǎn)播于穴盤（96穴或128穴）的機(jī)械，要求該機(jī)械每穴1-2粒，能連續(xù)工作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)或半自動(dòng)作業(yè)。
1.3.2 可行性分析：本設(shè)計(jì)用振動(dòng)氣吸工作原理進(jìn)行吸氣和排種。由于種子之間有摩擦，所以利用振動(dòng)器將種子處于懸浮狀態(tài)以便吸種。當(dāng)進(jìn)行吸種時(shí)，將氣力吸種部件移動(dòng)到種子盤振動(dòng)盤正上方，調(diào)節(jié)氣力吸種部件的轉(zhuǎn)換開關(guān)，使氣源和氣室接通，氣室形成負(fù)壓，拋起的種子在氣力作用下，被吸附在吸種盤上均布的吸種孔上；吸種后將吸種盤移到育秧盤上方適當(dāng)位置，氣室與氣源通路切斷，同時(shí)氣室與大氣相通，迅速釋放負(fù)壓，種子將靠自身質(zhì)量落入育秧盤，實(shí)現(xiàn)對(duì)靶播種。
1.4本課題需要重點(diǎn)研究的、關(guān)鍵的問題及解決的思路
重點(diǎn)研究的問題：
1.4.1核心部件是播種裝置，它由吸種部件和振動(dòng)部件組成。
1.4.2振動(dòng)部件由振動(dòng)臺(tái)和種子盤組成，振動(dòng)臺(tái)由支架和激振機(jī)構(gòu)組成。振動(dòng)部件主要是是種子處于懸浮狀態(tài)便于吸種。
1.4.3吸種部件主要由吸種盤，氣室，轉(zhuǎn)換開關(guān)，接管和氣源等組成。其主要功用是保證每孔吸附1-2粒種子，并且準(zhǔn)確將種子點(diǎn)播于穴盤中。
關(guān)鍵的問題：本課題的關(guān)鍵在于吸種部件在吸種時(shí)必須保證每個(gè)孔吸附1-2粒種子，并且能準(zhǔn)確點(diǎn)播于盤中。
解決的思路：需研究種子在多大的氣力下才能被吸附起來，進(jìn)行種子的質(zhì)量與氣力吸附的相關(guān)試驗(yàn)，得出相關(guān)數(shù)據(jù)。對(duì)于播種的準(zhǔn)確性需對(duì)設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，保證播種的準(zhǔn)確性。
1 播種機(jī)的結(jié)構(gòu)與原理
1． 1 播種機(jī)的總體結(jié)構(gòu)
播種機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1 所示 該機(jī)由行程控制開關(guān)，直滑軌 ，工作臺(tái)，萬向輪行走機(jī)架，針式吸種盤，氣泵，拋擲裝置，種子盤和氣動(dòng)控制系統(tǒng)等組成；拋擲裝置有壓縮回位彈簧和牽引電磁鐵等組成; 針式吸種盤由吸種盤和可更換的吸嘴組成 。氣動(dòng)控制系統(tǒng)由換向電磁閥 ，泄壓閥 ，輸氣管路和壓力調(diào)節(jié)開關(guān)等部件組成。
1． 2 播種機(jī)的工作原理
工作時(shí)， 先將裝有育苗基質(zhì)的穴盤放置在播種工位， 穴盤將被夾具自動(dòng)定位 拉動(dòng)吸種盤把手， 吸種盤在直滑軌引導(dǎo)下將外移( 由取種工位向播種工位作水平移動(dòng)) ; 當(dāng)行程開關(guān)撞塊檢測(cè)到電信號(hào)， 反饋給牽引電磁鐵使其吸合， 拉動(dòng)種子盤下降到下工位， 使吸種盤能繼續(xù)向前水平移動(dòng)到播種工位; 此時(shí)行程開關(guān)撞塊檢測(cè)到吸種盤到達(dá)播種工位后， 產(chǎn)生電信號(hào)給換向電磁閥， 關(guān)閉負(fù)壓氣管， 同時(shí)開啟正壓氣管， 則氣室負(fù)壓消失， 切換正壓進(jìn)入吸種盤， 將種子吹投至育苗穴盤對(duì)應(yīng)的穴空， 同時(shí)完成氣吹清孔， 投種結(jié)束 投種后吸種盤內(nèi)移( 由播種工位向取種工位作水平移動(dòng)) ， 當(dāng)行程開關(guān)撞塊監(jiān)測(cè)到位移信號(hào)， 控制換向電磁閥關(guān)閉正壓氣管， 同時(shí)切換到負(fù)壓氣路 當(dāng)吸種盤內(nèi)移至種子盤正上方， 行程開關(guān)控制牽引電磁鐵吸合器斷電， 種子盤在復(fù)位彈簧作用下垂直上彈至上工位，同時(shí)將種子拋起迎合針式吸嘴被吸住， 吸附取種結(jié)束 重復(fù)上述動(dòng)作， 可連續(xù)進(jìn)行穴盤精量播種作業(yè)。
2．1主要部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2．1．1氣室(吸種盤腔體)形狀尺寸的確定
氣吸式播種機(jī)是由吸孔處的負(fù)壓來完成種子的吸附，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)陳進(jìn)等【5]研究試驗(yàn)結(jié)論：氣室形狀對(duì)氣室內(nèi)壓力傳遞、吸盤上壓力分布的均勻性無明顯影響，本設(shè)計(jì)將氣室形狀確定為長方體以便加工制造。由于氣室腔體太大會(huì)造成負(fù)壓不足，吸不上種子，而且氣室過大，會(huì)造成漏氣，從而影響流量和真空度，因此，吸種盤腔體的尺寸越小越好，另外，為了安裝吸嘴，吸種腔體尺寸又不能太小，所以按標(biāo)準(zhǔn)育苗盤尺寸，對(duì)于128穴的穴盤尺寸為：490mm×240mm，空穴尺寸：30mm×13mm×40mm（上口×下底×深度）。吸種盤腔體尺寸設(shè)計(jì)為：490mm×240mm×40mm（長×寬×高）。
2．1．2吸嘴的孔徑設(shè)計(jì)
吸嘴的直徑大小與真空度緊密聯(lián)系。在相同的真空度的情況下，直徑越大其吸附力也越大．
吸嘴的直徑設(shè)計(jì)的要求有：
1，保證吸附力大于種子質(zhì)量(重量)，這樣種子才有可能被吸附在吸嘴上． 2，吸嘴孔直徑不能大種子最大直徑．
3、保證一定的吸附合格率。
經(jīng)試驗(yàn)證明，當(dāng)吸嘴直徑大于種子直徑時(shí)，種子會(huì)被吸入吸嘴，從而造成吸嘴孔堵塞：而當(dāng)
吸嘴直徑小于六分之一種子直徑時(shí)，吸嘴的吸附能力將降低。這兩種情況都將導(dǎo)致播種合格率下降．空穴率升高。因此吸嘴的孔徑必須是多種規(guī)格，以適應(yīng)不同種類的種子需要。
2．6．4．3吸嘴的規(guī)格設(shè)計(jì)
嚴(yán)格米說，每一種質(zhì)量和形狀的種子都有一個(gè)相應(yīng)的最適合的吸嘴直徑。但是精密播種機(jī)不可能也不必要為每一類種子配備一種規(guī)格的吸嘴。因此，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)種子質(zhì)量的分布進(jìn)行吸嘴的規(guī)格設(shè)計(jì)．一般情況下，我們以克粒數(shù)作為種子的質(zhì)量指標(biāo)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，我們一般將吸嘴設(shè)計(jì)為表2-3所示的幾個(gè)規(guī)格。
表2-3吸嘴規(guī)格對(duì)應(yīng)表
吸孔孔徑大小對(duì)單粒率、多粒率影響很大，孔徑尺寸減小，單粒率上升，多粒率下降，但孔徑太小不易加工且易被堵塞。研究表明：吸嘴孔徑取物料種子直徑的0.5一0.7倍較合適[6，7J。據(jù)此確定吸孔直徑分別為0．7mm和1.5mm二種尺寸，其中0．7mm用于吸附西紅柿和辣椒種子，1．5mm用于吸附棉種。帶導(dǎo)程的吸孔吸種單粒率明顯高于無導(dǎo)程的吸孔吸種單粒率，但吸嘴導(dǎo)程過長會(huì)降低吸嘴口處負(fù)壓和流量，從而不利于吸種，為便于加工和配合拋振裝置的需要，選擇吸嘴長度為8mm，吸嘴間距為30mm，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。
2．1．3吸嘴端口形狀的確定
真空吸嘴是氣吸式穴盤育苗精量播種機(jī)的核心工作件，國內(nèi)外研究者就其氣流場(chǎng)的分布及其動(dòng)力學(xué)參數(shù)與播種性能間關(guān)系進(jìn)行了試驗(yàn)研究【IoJ，結(jié)果表明：吸嘴真空度、嘴型、孔徑和導(dǎo)程等是影響真空吸嘴吸附能力的主要因素。由于上述研究是一個(gè)多目標(biāo)多因素問題，其影響因素互相制約，從理論上進(jìn)行分析設(shè)計(jì)具有較大的難度，傳統(tǒng)的物理試驗(yàn)方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，無形中增加了成本和延長了設(shè)計(jì)周期，同時(shí)不直觀的數(shù)據(jù)誤差也影響整個(gè)設(shè)計(jì)的可靠性。
吸嘴端口形狀目前應(yīng)用最常見的有A型、U型和V型。經(jīng)試驗(yàn)表明（胡斌）其中，V型端口吸附性能最好(31。
1吸嘴體 2針管 不同的吸嘴規(guī)格有不同的針管直徑。
2。1．3氣源流量的確定
物料的臨界速度是氣力輸送裝置和物料吸取裝置設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。在吸嘴氣力式播種機(jī)的氣流場(chǎng)中，按照氣力輸送裝置的氣流速度來進(jìn)一步確定流體速度，以保證種子被有效吸附。周祖愕[8J研究表明：當(dāng)氣流輸送速度為30m/s以上時(shí)，物科可以被有效吸附。吸嘴氣力式播種根據(jù)不同大小的種子選用不同孔徑的吸嘴，以番茄種子播種為研究對(duì)象，對(duì)吸嘴吸取種子進(jìn)行分析，確定吸嘴能夠吸取種子的最小氣體流量。假定每個(gè)吸嘴的真空度和氣體流量均勻，每個(gè)吸嘴的流量為：
吸嘴的總流量為：
上式中，d為吸嘴 直徑，0.7mm；n為吸嘴個(gè)數(shù)；128個(gè)；v為吸嘴口流速。
當(dāng)氣源氣體流量大于5.3/h時(shí)，吸嘴能夠把種子完全吸取。
2 氣泵的選擇
由于溫室大棚育苗播種一般要求空粒率低，對(duì)多粒率通常沒有特殊要求，故選用流量較大、價(jià)格便宜的XWB-1型旋渦氣泵作為氣源，以提高吸附率。由無錫某機(jī)電設(shè)備有限公司氣泵研究所的有關(guān)人員對(duì)旋渦氣泵產(chǎn)品所作的實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)得到，氣泵的有效功率為總效率的20％～45％XWB-1型旋渦氣泵最大流量為60m3／h，故實(shí)際工作流量為12～27m3／h，完全滿足設(shè)計(jì)流量要求。具體參數(shù)見下表。
型號(hào)/參數(shù)
最大壓力(kpa)
真空度(kpa）
最大流量(M3/h)
電動(dòng)機(jī)功率(Kw)
電機(jī)轉(zhuǎn)速(Rpm)
管徑
(mm)
外型尺寸
長＊寬＊高
紙箱包裝尺寸長＊寬＊高
重量(Kg)
XWB-1
18
12
60
0.37
2800
40
280×252×260
290×260×280
10
拋振機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
拋振機(jī)構(gòu)由復(fù)位彈簧、牽引電磁鐵、種盤等組成（如圖 1 所示）。
考慮到吸種盤來回吸種時(shí)，拋振裝置將種盤彈起，吸種盤落人種盤內(nèi)吸附處于懸浮狀態(tài)的種子，故種盤稍大于吸種盤面積，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，種盤要能放多于3層的種子，需有一定深度，所以種盤尺寸設(shè)計(jì)為：550mm×320mm×20mm。同時(shí)在種盤底部打上小孔，孔徑小于種子直徑，以便能有足夠的氣體流入到吸嘴產(chǎn)生負(fù)壓。種盤通過螺栓與拋振裝置連接在一起，這樣當(dāng)拋振裝置的牽引電磁鐵處于斷開狀態(tài)時(shí)，復(fù)位彈簧利用回復(fù)力將種盤彈起，盤內(nèi)種子上拋處于懸浮狀態(tài)，以減小吸附時(shí)的阻力，提高種子吸附率。
1 拋振機(jī)構(gòu)工作原理
種盤與牽引電磁鐵的銜鐵連接在一起，種盤底面四角安裝有復(fù)位彈簧。牽引電磁鐵通電時(shí)，銜鐵拉動(dòng)種盤克服彈簧力向下運(yùn)動(dòng)一定行程。磁力斷開狀態(tài)時(shí)，復(fù)位彈簧將種盤彈起，盤內(nèi)種子隨盤產(chǎn)生上拋運(yùn)動(dòng)，上表面的種子將脫離種子群，處于懸空“沸騰”游離狀態(tài)，由于增加與吸盤上吸嘴的接觸機(jī)會(huì)，顯著提高種子吸附率[8-10]。機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)為[11][11] 董春旺，羅昕，胡斌．半自動(dòng)穴盤育苗精量播種機(jī)的設(shè)計(jì)[J]．石河子大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2008，26(5)：630－632．Dong Chunwang, Luo Xin, Hu Bin. Design of semi-automatic tray precision seeding-machine[J]. Journal of ShiheziUniversity: Natural Science, 2008, 26(5): 630－632. (inChinese with English abstract)：種盤及連接器質(zhì)量約3 kg，彈簧系統(tǒng)剛度 4 N/mm，牽引電磁鐵使用電壓為220 V，最大牽力為 80 N，可調(diào)最大行程為 25 mm。
2 拋振機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析
2.1 種子“沸騰”運(yùn)動(dòng)條件與拋振強(qiáng)度計(jì)算
對(duì)單粒（層）種子在種盤上的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析。種盤上的種子受自身的重力和種盤運(yùn)動(dòng)時(shí)給予的慣性力[12-13]，忽略空氣阻力對(duì)種子受力運(yùn)動(dòng)的影響，種子脫離種盤出現(xiàn)跳動(dòng)的臨界條件為
P> G 3 （1）
式中 P——種子所受慣性力，N；G——種子重力，N。
種盤運(yùn)動(dòng)的周期性簡(jiǎn)諧方程為
當(dāng)不考慮系統(tǒng)阻尼 ε時(shí)，方程為
式中：x——運(yùn)動(dòng)方程；A——振幅，mm；t——振動(dòng)時(shí)
間，s；φ——振動(dòng)初相位，rad；ω——振系固有角頻率
rad/s。
種子初始加速度與種盤加速度相同
由牛頓第二定律可得
將（5）代入（1）式得
w = =
令 K為拋射強(qiáng)度[8,14]，則
僅當(dāng)種子隨盤運(yùn)動(dòng)且與種盤之間接觸力為 0 時(shí)等號(hào)成立,說明只有 K＞1 時(shí)，種子才可能被拋起。
如圖 2 所示，拋振機(jī)構(gòu)處于狀態(tài) A 時(shí)，彈簧處于壓縮狀態(tài)，存在
k
式中： F——牽引電磁鐵拉力，N；k——拋振系統(tǒng)等效彈簧勁度系數(shù)；Δx——F形成的壓縮量，mm；δ——種盤種子的靜變形量，mm；M——種盤質(zhì)量，kg；m——棉種質(zhì)量，kg。
將式（9）代入到公式（8）得
由拋振裝置設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)決定（如圖 1） ，吸嘴取種后將從種盤上方移動(dòng)到穴盤上方的播種工位，為避免吸盤吸嘴移出時(shí)種子不被種盤外沿碰掉，則種盤下移距離必須大于吸嘴和棉種的累加高度（即 16～20 mm） 。故選用80 N 的牽引電磁鐵時(shí)，設(shè)計(jì)拋振系統(tǒng)彈簧的剛度為4 N/mm。
則拋振系統(tǒng)的固有頻率為
+
振幅為
式中：xt1——種盤位移量，mm；t1——有效位移時(shí)間，s。
代入式（7）得振系的拋射強(qiáng)度為
= = = >
故拋振機(jī)構(gòu)滿足設(shè)計(jì)要求，種子能從種盤上被拋起。
播種機(jī)取種時(shí)，系統(tǒng)電磁鐵斷電，回位彈簧將盤和盤內(nèi)種子向上拋擲，假設(shè)系統(tǒng)種子和種子盤均勻，均布的彈簧剛度一致，依據(jù)機(jī)械能守恒，系量方程式為
Es為彈性勢(shì)能，即
則可推出
式中M一種子盤和磁鐵銜鐵質(zhì)量之和；
m一種子質(zhì)量；
δ-M+m引起的靜變形鼉；
V-二者拋擲初速度；
k一系統(tǒng)等效彈簧勁度系數(shù)；
△x一磁鐵銜鐵下拉形成的壓縮量。
種子與種子盤拋擲后，種子受慣性力作用做自由上拋運(yùn)動(dòng)，自由上拋高度為
可以看出，種子上拋高度與彈簧剛度系數(shù)后，磁鐵銜鐵下拉形成的壓縮量△x和種子盤、種子和彈振機(jī)構(gòu)質(zhì)量(M+m)有關(guān)。將樣機(jī)的種盤質(zhì)量M =3 kg， 單粒棉種質(zhì)量m=0.096 g，銜鐵牽引力 F=80 N，代入式（11） 、 （13） 、 （14）得：v=735 mm/s，h =12.59 mm，h'=26.67mm，棉種脫離種盤上拋高度為：h'－h(huán)=14.08 mm。
缽體精量點(diǎn)播裝置的設(shè)計(jì)
摘 要
工廠化育苗是近年國內(nèi)外發(fā)展的一項(xiàng)有效的農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收的技術(shù)。由_?。砻缟a(chǎn)在溫室內(nèi)進(jìn)行，秧苗生長的環(huán)境可以有效控制，擺脫惡劣自然環(huán)境的影響：移栽后可以抵御早春低溫寒潮，大人縮短緩苗期，與常規(guī)秋苗生產(chǎn)技術(shù)比較有許多優(yōu)勢(shì)，在我國不同的地區(qū)逐步開始得到應(yīng)用。而與工廠化育秧技術(shù)配套的育苗播種機(jī)是該技術(shù)得以推廣的一個(gè)重要前提， 因此發(fā)展育苗播種機(jī)是必要的。
國外對(duì)育苗播種機(jī)的研究主要集中在蔬菜和花卉上，而國內(nèi)主要是對(duì)水稻的一[廠化育苗進(jìn)行研。本文在對(duì)國內(nèi)外現(xiàn)有的育苗播種播種機(jī)進(jìn)行初步研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合兵團(tuán)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化專項(xiàng)資金扶持項(xiàng)目“農(nóng)作物高產(chǎn)移栽裝備與產(chǎn)業(yè)化”分專題“l(fā)=廠化育苗播種機(jī)的研究與開發(fā)”課題要求，設(shè)計(jì)制造～種適合棉花的吸盤拋振式穴盤育苗精量播種機(jī)。
論文從育苗播種機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)入手，提山了種子上拋“沸騰”的新思路，創(chuàng)新設(shè)計(jì)種子室拋振機(jī)構(gòu)，并對(duì)棉種的吸附機(jī)理及拋振機(jī)構(gòu)jr作機(jī)理進(jìn)行了理論分析，建立了相關(guān)數(shù)學(xué)模型，確定了影響吸附性能的土要岡素關(guān)系。通過計(jì)算機(jī)流體仿真分析軟件對(duì)吸盤與吸嘴的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化，提高了吸嘴的吸附性能與取種精度。采用數(shù)值模擬方法，對(duì)吸嘴的吸附性能進(jìn)行了正交試驗(yàn)，找出了影響吸附性能的各因素間的主次關(guān)系，得劍較優(yōu)岡素水平組合。其主要成果為氣吸式精量育苗播種機(jī)的設(shè)計(jì)提供了新的思路、方法和理論參考。
物理樣機(jī)試驗(yàn)表明，該裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、能耗低、播種性能良好等特點(diǎn)，符合棉 花穴盤育苗精量播種的技術(shù)要求。通過更換吸嘴可以適Hj予甭茄、辣椒等作物種子的育苗播種。
關(guān)鍵字：拋振式；精量播種機(jī)；工廠化育苗；數(shù)值模擬試驗(yàn)
1．1工廠化穴盤育苗技術(shù)
第一章緒論
俗話說“苗壯半收成"。播種育苗是一項(xiàng)勞動(dòng)強(qiáng)度大、費(fèi)時(shí)、技術(shù)性強(qiáng)的工作。過去大部分采用傳統(tǒng)的露地直播的方式或采用陽畦、改良陽畦和R光溫室育苗。由于設(shè)備簡(jiǎn)陋和自然條件的影響，育苗苗齡長、質(zhì)量差、大小不齊，而且成本高，還往往會(huì)因凍害或病蟲害等自然災(zāi)害造成缺苗。再者傳統(tǒng)的育苗技術(shù)只有靠經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)失誤多，特別是單憑經(jīng)驗(yàn)育苗很難掌握和推廣【ll。。
隨著蔬菜、花卉生產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，育苗也由過去的農(nóng)戶分散育苗向著專業(yè)化、規(guī)?；?、商業(yè)化、機(jī)械化迅速發(fā)展，使蔬菜、花卉生產(chǎn)向設(shè)施農(nóng)業(yè)的方向再邁進(jìn)一步，形成了工廠化育苗的生產(chǎn)體系。
所謂工廠化穴盤育苗是20世紀(jì)70年代國際上發(fā)展起來的一項(xiàng)新型育苗技術(shù)，即在人工控制的最佳條件下，充分利用自然資源，采用科學(xué)化、標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)措施以及機(jī)械化，自動(dòng)化手段，使蔬菜、花卉育苗達(dá)到快速、優(yōu)質(zhì)、高效率、低成本、成批而穩(wěn)定的水平121?，F(xiàn)將常見蔬菜的工廠化苗與常規(guī)苗的一些參數(shù)比較列于下表13I：
表1-1工廠化穴盤育苗與常規(guī)苗比較表
穴盤育苗在歐、美等農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化程度比較高的國家推廣普及較為迅速。商品苗生產(chǎn)量第一位的是美國，其次是意大利、法國、西班牙、荷蘭等。韓國、同本及我國臺(tái)灣省發(fā)展穴盤育苗起步時(shí)問與我國大陸相差不多，都在80年代中期，但推廣力度和相關(guān)配套設(shè)施丌發(fā)卻強(qiáng)于我國內(nèi)地。
近幾年，穴盤育苗在國內(nèi)一些地方進(jìn)行了試驗(yàn)、推廣，有些地方己經(jīng)形成一定規(guī)模，取得一定的經(jīng)濟(jì)效益，在當(dāng)?shù)禺a(chǎn)生了較好的影響。實(shí)踐證明，工廠化育苗較常規(guī)育苗方式具有成苗快、不傷根系、能獲高產(chǎn)、減少用工量和勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約種子且適合遠(yuǎn)距離運(yùn)輸、避免氣候?yàn)?zāi)害影響等優(yōu)點(diǎn)，是一種適合我國國情的行之有效的育苗技術(shù)，主要應(yīng)用于蔬菜，花卉，林木，煙草，近年在水稻、棉花等農(nóng)作物以及經(jīng)濟(jì)作物上也有希望得到大面積的推廣和應(yīng)用。
1．1．1工廠化育苗的基本技術(shù)特征[4-5]
(1)一次成苗的容器育苗。
(2)容器是采用多穴的穴盤。實(shí)際是把許多呈上大下小的倒錐形苗缽連接在一起。穴盤現(xiàn)在有兩大類：聚乙烯薄板吸塑而成的穴盤，為美國、加拿大的公司生產(chǎn)：聚苯乙烯泡沫塑料模塑而成的，主要在歐洲一些國家用得較多。
(3)采用無土栽培的育苗技術(shù)，其基質(zhì)主要采用泥炭土、蛙石、珍珠巖等輕基質(zhì)。這些基質(zhì)比土壤的比重輕得多，有良好的透氣性和保水性，與容器表面不粘著，容易從盤中脫出，也不粘在機(jī)械部件表面，便于機(jī)械操作，酸堿度適中。
(4)穴盤育苗技術(shù)是高科技的產(chǎn)物，必須同鄰接的近代高科技密切結(jié)合才能成為現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)力。
據(jù)考察現(xiàn)代穴盤育苗技術(shù)，它結(jié)合了：近代溫室技術(shù)，無土栽培技術(shù)，機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)，信息技術(shù)(智能控制)等。高度精確、高速度，保證嚴(yán)格規(guī)范化生產(chǎn)，提供規(guī)格整齊、無病蟲害源的、高度生命力的商品苗。
1．1．2工廠化育苗的優(yōu)越性
(1)高出芽率，苗生命活力強(qiáng)，可以大大節(jié)約種子。
(2)比傳統(tǒng)育苗高幾倍的密度，節(jié)省了育苗所需溫室或暖棚面積。每株商品苗所需的溫室投資(固定成本)和冬季采暖費(fèi)用(作業(yè)成本)相對(duì)地顯著下降，這兩項(xiàng)成本是比重最大的,由此得到顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
(3)穴盤苗在脫盤時(shí)，根系和基質(zhì)網(wǎng)結(jié)而成根沱相當(dāng)結(jié)實(shí)，不重壓重磕是不會(huì)散開的。不論是手工或機(jī)械化移栽，根沱都不易散結(jié)而受傷，移栽入土后迅速成長，沒有傳統(tǒng)育苗移栽后的緩苗期。即使沒有經(jīng)驗(yàn)的農(nóng)家，用穴盤苗移栽也能取得成功。另外，將來用穴盤苗進(jìn)行機(jī)械化移栽，技術(shù)上的困難比傳統(tǒng)育苗小得多。
(4)用高精度點(diǎn)播生產(chǎn)線實(shí)行機(jī)械化播種，作業(yè)質(zhì)量高超，每穴中基質(zhì)填裝量一致，播種深淺相差無幾，壓實(shí)程度、覆蓋深度等都很接近。進(jìn)入溫室后規(guī)范化管理，苗成活率幾乎是百分之百。而出苗同期和苗大小十分整齊一致。成苗茁壯，產(chǎn)量有很好保證。成熟、結(jié)實(shí)的時(shí)問也不致相差過大。所有這些對(duì)現(xiàn)代種苗產(chǎn)業(yè)實(shí)行計(jì)劃管理和產(chǎn)品信譽(yù)有了保證，也為今后推行收獲機(jī)械化創(chuàng)造了方便條件。(5)種苗業(yè)比較容易實(shí)行整個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的無毒化處理，防止病蟲害侵入種苗，保證提供無病蟲害商品苗，建立良好的商業(yè)信譽(yù)。
(6)輕基質(zhì)、輕容器，便于實(shí)現(xiàn)集裝運(yùn)輸。商品苗可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離運(yùn)輸，擴(kuò)大供應(yīng)范圍。這對(duì)種苗業(yè)擴(kuò)大生產(chǎn)創(chuàng)造了很好的條件。
隨著新農(nóng)村建設(shè)的不斷推進(jìn)和深化，我國農(nóng)村經(jīng)濟(jì)模式及種植業(yè)結(jié)構(gòu)作出較大調(diào)整，集約化，規(guī)?；C(jī)械化、產(chǎn)業(yè)化農(nóng)業(yè)經(jīng)營正成為主流趨勢(shì)，也標(biāo)志著我國工廠化育苗移栽技術(shù)已經(jīng)步入快速發(fā)展階段，種植產(chǎn)業(yè)必然走統(tǒng)一供種、統(tǒng)一育秧而后移栽的技術(shù)路錢，最終實(shí)現(xiàn)種苗的工廠化生產(chǎn)、商品化供應(yīng)。而要實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一供苗其關(guān)鍵之一是要有適合農(nóng)藝需要的育苗精量播種裝置。因此，與之相配套的育苗設(shè)備的研究與應(yīng)用是整個(gè)環(huán)節(jié)中的核心。目前，各種原理和方式的播種機(jī)被研制、生產(chǎn)出來，并在一定程度上得以推廣[4-71。
1．2工廠化育苗穴盤播種裝置研究現(xiàn)狀
1．2．1國外工廠化穴盤育苗播種機(jī)現(xiàn)狀【&10】
國外工廠化育苗機(jī)械研究起步較早，己經(jīng)有了40多年的發(fā)展研制歷程，技術(shù)比較成熟。研制出的機(jī)型多，功能完善，配套設(shè)施齊全，自動(dòng)化程度較高。為國內(nèi)所知名的育苗精量播種機(jī)的生產(chǎn)商及品牌主要有：美國的布萊克默(Blackmore)，E-Z，萬達(dá)能(Vandana)，Gro-Mor，英國的漢密爾頓(Hamilton)；荷蘭的Visser；澳大利亞的W訂1lamesST750、STl500；韓國大東機(jī)電株式會(huì)的Helper播種機(jī)；日本洋馬公司的YVMPl30型、YVP400型播種機(jī)。其中Blackmore公司主要生產(chǎn)針式、滾筒式精密播種機(jī)；Vandana、E-Z公司主要生產(chǎn)板式精密播種機(jī)；Gro—Mor產(chǎn)品以手持式(hand)、手動(dòng)式(man—ual)針式播種機(jī)為主；Hamilton公司有手動(dòng)、針式(Natural)、滾筒式(Drum)三大系列產(chǎn)品；Yisser公司提供半自動(dòng)、全自動(dòng)的針式和滾筒式的精密播種機(jī)；Williames的產(chǎn)品則要是滾筒式；韓國的Helper精密播種機(jī)涵蓋了手持式、板式、手動(dòng)針式、自動(dòng)針式等。
美國作為世界上應(yīng)用穴盤育苗技術(shù)最廣泛的國家之一，其技術(shù)發(fā)展最為先進(jìn)、專業(yè)、規(guī)模最大。在生產(chǎn)環(huán)節(jié)采用高科技手段，播種育苗系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電腦管理機(jī)械化電氣化流程，在防病蟲害、成活率、成熟收摘期一致性等育苗指標(biāo)上具有較高水平。此外，育苗播種裝置不斷采用新技術(shù)，如：信號(hào)裝置以及利用電子監(jiān)視裝置來及時(shí)進(jìn)行故障報(bào)警、自動(dòng)調(diào)節(jié)播種量大小等。
美國的勃蘭克莫爾生產(chǎn)了真空式精播機(jī)。這種播種機(jī)只完成精量播種一道工序，所以還要配上填充基質(zhì)，壓實(shí)，壓坑，刮平，覆蓋等全部工序的機(jī)械，才能完成全部工序。美國文圖爾公司的N．450精量播種機(jī)生產(chǎn)線是機(jī)械式精量播種機(jī)。這條生產(chǎn)線能完成混合基質(zhì)、填充穴盤、精量播種、覆蓋、噴水等全套工序。這種精量播種機(jī)只能播種一定大小的丸粒種了。除了圓粒種子外其它種子都要先經(jīng)丸粒化處理。因此生產(chǎn)線還配套一個(gè)丸粒化車間、包括一套丸粒設(shè)備。
瑞典希爾蘇格公司FS型育苗播種自動(dòng)生產(chǎn)線主要適用于樹苗的生產(chǎn)，其播種機(jī)構(gòu)是一真空播種滾筒，筒壁上均勻地分布著若干個(gè)小孔?？卓诰哂形?吸力由真空泵產(chǎn)生)，種粒被吸附在孔口處；當(dāng)容器被傳送到滾筒下方時(shí)，消除吸力，種粒正下好落入容器中，并保證每個(gè)孔中播入一粒種子。
日本早在20世紀(jì)70年代就研制出一整套工廠化育秧技術(shù)和設(shè)備，經(jīng)過近幾十年的不斷發(fā)展完善，技術(shù)水平同臻完善，其用于蔬菜播種的播種機(jī)的播種精度很高，如洋馬公司的YVS13型YVMPl30型、YVP400型播種機(jī)、Svzvtec公司的SIH一200播種機(jī)等，采用振動(dòng)式敷土裝置，真空氣吸式播種裝置，自動(dòng)檢測(cè)穴坑位置，實(shí)現(xiàn)一次一粒的精確播種。YVRPU000型播種機(jī)既可以播種蔬菜種子又可以播種水稻種子。
臺(tái)灣省的工廠化育苗技術(shù)發(fā)展較快，自動(dòng)化水平較高。其生產(chǎn)了鼓式及針式穴盤自動(dòng)播種系統(tǒng)，包含育苗介質(zhì)供應(yīng)設(shè)備、自動(dòng)排種機(jī)、振蕩式真空播種機(jī)等。鼓式播種機(jī)一般適用于十字花科種子，針式播種機(jī)適用于非球形種子。臺(tái)灣科洋機(jī)械自動(dòng)控制有限公司的PN．20型針式播種機(jī)，對(duì)不同播種穴盤或種子只要更換附件即可。
表1-2國外常見播種機(jī)對(duì)比
由表1．1知，國外機(jī)型多為一體機(jī)且價(jià)格昂貴，操作復(fù)雜，并不適合我國實(shí)際需要，特別是規(guī)模小的農(nóng)村個(gè)體生產(chǎn)者。
1．2．2國內(nèi)工廠化育苗穴盤播種機(jī)現(xiàn)狀
我國對(duì)工廠化育苗設(shè)備的研制及應(yīng)用起步較晚，總體水平較低。 “七五"期間，北京市從國外引進(jìn)了四條穴盤育苗生產(chǎn)線和一臺(tái)精量播種機(jī)。各地有關(guān)單位開始水稻工廠化育秧的試驗(yàn)研究。特別是90年以后，隨著拋秧技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，對(duì)穴盤秧苗的需求是迅速增加，各水稻產(chǎn)區(qū)相繼建立了水稻育秧工廠，其數(shù)量也直線上升。在育秧設(shè)備方面，1979年從同本引進(jìn)育秧成套設(shè)備，吉林等省市進(jìn)行試驗(yàn)改制，總結(jié)實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合實(shí)際條件，研制出適合國情的育種生產(chǎn)流水線，如北京市農(nóng)機(jī)研制的2BSP-360育苗播種生產(chǎn)線，吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的吸盤式播種器、黑龍江省紅興隆機(jī)械廠研制的水稻工廠化育秧設(shè)備等111J?！?
“八五”期問農(nóng)業(yè)部、科技部先后將工廠化穴盤育苗技術(shù)研究列為重點(diǎn)科研項(xiàng)目，主攻精量播種機(jī)生產(chǎn)線，并在全國建立五大穴盤育苗示范基地，致使我國工廠化育苗技術(shù)得到快速發(fā)展。其中由農(nóng)業(yè)工程研究設(shè)計(jì)院和北京農(nóng)業(yè)工程大學(xué)主持完成了穴盤育苗設(shè)施和配套技術(shù)的研究課題，研制出的型孔齒盤轉(zhuǎn)動(dòng)式2XB-300型蔬菜精量播種機(jī)。
進(jìn)入“九五"、“十五”以來，各地貫徹實(shí)施農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、產(chǎn)業(yè)化步伐明顯加快，沿海地區(qū)一些大中城市積極調(diào)整種植結(jié)構(gòu)，發(fā)展適度規(guī)模種植，引進(jìn)先進(jìn)科技成果，加強(qiáng)科技投入，把發(fā)展輕基質(zhì)穴盤育苗列為工廠化農(nóng)業(yè)重中之重。
目前，國內(nèi)擁有成套設(shè)備的育苗企業(yè)單位已達(dá)上百家，但經(jīng)營規(guī)模還普遍偏小，國內(nèi)市場(chǎng)占有率不足10％112I。市場(chǎng)常見機(jī)型有【131：北京碧斯凱農(nóng)業(yè)公司的系列播種機(jī)；胖龍(邯鄲)溫室工程有限公司最新研制成功的BZ200型農(nóng)林業(yè)及園藝花卉用穴盤育苗播種機(jī)；中國工業(yè)工程研究設(shè)計(jì)院和中國農(nóng)業(yè)大學(xué)等單位聯(lián)合研制成功2XB-400型穴盤育苗精量播種機(jī)。華南農(nóng)大研制的HNJ97—1型水稻播種機(jī)；廣西農(nóng)機(jī)化研究所的2ZBQ-300型雙層滾筒氣吸播種機(jī)；南京農(nóng)機(jī)化研究所和江蘇理工大學(xué)共同研制的20B一330型氣吸振動(dòng)式秧苗精量播種機(jī)等，其吸盤采用窩眼式，運(yùn)輸機(jī)構(gòu)是曲柄連桿，種子室采用電磁激震。
另外，重慶北卡農(nóng)業(yè)公司生產(chǎn)的“半自動(dòng)精量播種機(jī)”，種子室為激振式，即種子室與電磁振動(dòng)器相連，通過振動(dòng)器產(chǎn)生一定頻率共振使種子室內(nèi)種子拋起：工作輸送機(jī)構(gòu)為拱形滑軌機(jī)構(gòu)，即在低位吸種后，拉動(dòng)吸盤水平向上移動(dòng)到高位(工作臺(tái)上方)投種：其吸種盤為窩眼(孔)式，即在吸種板上直接壓制凸形窩孔，不能拆卸更換吸種板。其整機(jī)固定安裝，不能任意移動(dòng)、搬遷。
上述這些機(jī)型基本代表了國內(nèi)目前的生產(chǎn)與研究水平，存在著自動(dòng)化程度低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、適用范圍小等不足。同時(shí)由于設(shè)計(jì)制造或清種效果不好等多方面原因，致使機(jī)裝置性能達(dá)不到足夠精度，真J下大量應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際中的并不多，還沒有形成市場(chǎng)規(guī)模，與國外的穴盤播種機(jī)生產(chǎn)還有一定的距離。因此，參照國外先進(jìn)機(jī)型，研制我國的穴盤精量播種機(jī)具有很大的市場(chǎng)潛力和經(jīng)濟(jì)效益。
1．2．3國內(nèi)外播種性能影響因素及種子動(dòng)力學(xué)分析研究現(xiàn)狀
氣吸式播種在精量播種機(jī)中有一定的優(yōu)勢(shì)，因此較多學(xué)者曾經(jīng)致力于它的研究。美國的Zulin．Z【14l在1991年對(duì)發(fā)芽的芹菜籽用氣吸式播種機(jī)進(jìn)行了試驗(yàn)，探討了真空度及線速度對(duì)排種性能的影響。1994年Far，J．Jafari等人【’5】對(duì)發(fā)芽的西紅柿種子利用氣吸式播種機(jī)進(jìn)行了試驗(yàn)。1996年P(guān)．6uarella等人【¨J用不同吸嘴的吸種盤對(duì)蔬菜種子進(jìn)行了試驗(yàn)與理論分析，找到了不同吸嘴對(duì)應(yīng)的最佳真空度。2004年D．Karayl等人fJ7J建立了種子(玉米、棉花、大豆、西瓜等)的物理特性(千粒重、投影面積等)與氣室真空度的數(shù)學(xué)模型。
國內(nèi)，以氣吸式播種機(jī)為研究對(duì)象， 1996年欒明川采用氣吸式播種機(jī)對(duì)花生進(jìn)行了排種性能的試驗(yàn)研究，進(jìn)行了型孔參數(shù)設(shè)計(jì)。1999年李耀明、吳國瑞、龐昌樂等研究了振動(dòng)氣吸式精密播種機(jī)吸種運(yùn)動(dòng)規(guī)律，得到結(jié)論：吸種部件的工作性能與吸種氣流場(chǎng)的分布及其動(dòng)力學(xué)參數(shù)密切相關(guān)，是決定播種過程能否順利進(jìn)行的關(guān)鍵。2000年封俊等對(duì)小麥用新型組合吸孔式小麥精密播種機(jī)進(jìn)行了排種性能的試驗(yàn)，并進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)特性分析。2000年龐昌樂等設(shè)計(jì)了氣吸式雙層滾筒水稻播種器。2001年楊宛章等人從運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)角度分析氣吸式播種機(jī)的種子吸附過程。2002年陳迸等對(duì)振動(dòng)氣吸式穴盤精量播種機(jī)種子群運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了研究。2004年劉彩玲等分析了種子盤振動(dòng)對(duì)氣吸振動(dòng)式精量播種機(jī)的工作性能影響。2004年周曉峰對(duì)穴盤育苗氣吸式精量播種機(jī)的吸附性能進(jìn)行了研究。2007年陳進(jìn)、莊森等對(duì)真空氣吸式播種器吸針流場(chǎng)進(jìn)行了研究。2009年李耀明，趙湛，陳迸等對(duì)氣吸振動(dòng)式排種器種盤內(nèi)種群運(yùn)動(dòng)規(guī)律的進(jìn)行離散元分析，得到多層種子間的運(yùn)動(dòng)規(guī)律[18-27
上述研究的對(duì)象均基于水稻或蔬菜種子，沒有考慮棉花種子物料特性；在分析氣吸式播種機(jī)的流場(chǎng)時(shí)，流場(chǎng)分析缺乏實(shí)驗(yàn)測(cè)試的研究，理論上多是簡(jiǎn)化為有勢(shì)流動(dòng)，此外在使用的技術(shù)方法上基本是通過測(cè)量儀器得到，并沒有對(duì)氣吸式播種機(jī)的整體氣室流場(chǎng)的壓力場(chǎng)和速度場(chǎng)進(jìn)行分析，這說明在數(shù)值計(jì)算研究氣吸播種機(jī)方面還需要進(jìn)一步的工作。此外，人們對(duì)氣吸式播種器氣室流場(chǎng)的研究大多是對(duì)其內(nèi)部有限個(gè)點(diǎn)的壓力、速度進(jìn)行測(cè)量，這種方法直接、真實(shí)且可信度高，然而由于測(cè)量成本和技術(shù)等原因，測(cè)量點(diǎn)有限，對(duì)于一些向量、整體性等不能準(zhǔn)確測(cè)量各點(diǎn)的數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)對(duì)播種機(jī)氣室的形狀設(shè)計(jì)和吸嘴參數(shù)的設(shè)計(jì)及優(yōu)化都具有很大的影響。因此需要采用先進(jìn)的技術(shù)和仿真軟件對(duì)吸種盤及吸嘴流場(chǎng)進(jìn)行全面的分析和研究，找出影響吸附性能的因素。
1．2．4生產(chǎn)實(shí)際中存在的問題
目前，工廠化育苗精量播種機(jī)械有了快速的發(fā)展和較大的進(jìn)步，已初步建立起適合我國工廠化穴盤育苗體系。但是，我國農(nóng)業(yè)『F處在一個(gè)從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變的過度時(shí)期，工廠化育苗業(yè)剛進(jìn)入商品化生產(chǎn)的初級(jí)階段，存在著一系列制約工廠化育苗生產(chǎn)發(fā)展的因素，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
1)育苗播種機(jī)市場(chǎng)低迷，生產(chǎn)者意識(shí)淡薄。當(dāng)前，國內(nèi)育苗播種設(shè)備市場(chǎng)需求，主要源于大量的國家政府園區(qū)的建設(shè)與投資，并非源自市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)力。實(shí)際中因?yàn)楣S化育苗所需的前期投資較大，門檻過高，導(dǎo)致生產(chǎn)者對(duì)工廠化育苗產(chǎn)業(yè)以及播種設(shè)備的認(rèn)知程度和積極性仍然不高。同時(shí)國內(nèi)在穴盤育苗設(shè)施條件、技術(shù)規(guī)范化程度、商品苗質(zhì)量、推廣力度及生產(chǎn)經(jīng)營規(guī)模相對(duì)國外差距較大，難以形成大規(guī)模的穴盤育苗產(chǎn)業(yè)化鏈條，致使科技人員專業(yè)化、管理技術(shù)體系規(guī)范化薄弱。
2)播種合格率較低。許多育苗播種機(jī)械播種裝置的播種性能達(dá)不到要求，尤其在高速作業(yè)下易發(fā)生種子箱排空、導(dǎo)種管雜物堵塞、播種器故障、針頭堵塞、不能及時(shí)清種等工藝性故障現(xiàn)象，造成重播、少播或漏播現(xiàn)象，尤其是在形狀不規(guī)則、重量比較輕的小顆粒種子的精量播種方面播種質(zhì)量不穩(wěn)定。
3)農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝結(jié)合不緊密?，F(xiàn)行播種裝置與育苗成套設(shè)備一般為獨(dú)立工作，所以整個(gè)流水線的自動(dòng)化程度較低，勞動(dòng)強(qiáng)度相對(duì)較大。多數(shù)育苗播種機(jī)械對(duì)裸種的適應(yīng)性差，或者要包衣丸化處理，增加了成本且影響發(fā)芽率。一般一種形式的精密播種機(jī)只能播種少數(shù)幾種品種的種子，而農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有很強(qiáng)的季節(jié)性，這樣農(nóng)機(jī)具的閑置周期相對(duì)延長，降低了使用效率，不利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本的降低：
4)機(jī)械化育苗工藝的基礎(chǔ)性研究較為薄弱，與機(jī)械化育苗配套的設(shè)施發(fā)展不完善。目前，我國對(duì)育苗機(jī)械的發(fā)展還未有統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范，雖然在實(shí)際中應(yīng)用的機(jī)型較多，但還未制定機(jī)械化育苗的統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。很多的育苗工藝仍在探索之中，無標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)指標(biāo)可循，各個(gè)研究單位之間缺乏交流而且少有企業(yè)參與其中研究。
1．3計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在播種機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
目前氣吸式播種機(jī)主要分為兩種：吸針式和滾筒式。大多采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，通過大量的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)得到試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理，得到影響播種性能的主要影響因素，爾后采用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法對(duì)播種器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行不斷的設(shè)計(jì)和改進(jìn)。
計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是指在產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)過程中，將分散的零部件設(shè)計(jì)和分析技術(shù)耦合在一起，在計(jì)算機(jī)上建造出產(chǎn)品的整體模型，并針對(duì)該產(chǎn)品在投入使用后的各種工況進(jìn)行仿真分析，預(yù)測(cè)產(chǎn)品的整體性能，進(jìn)而改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，提高產(chǎn)品性能的一種新技術(shù)
采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)主要通過對(duì)物理系統(tǒng)建立的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行仿真，其過程主要是通過計(jì)算機(jī)的仿真程序完成的。顯然，與物理樣機(jī)的仿真相比無論在工作量、勞動(dòng)強(qiáng)度、時(shí)間周期和經(jīng)費(fèi)投入上都要小得多。通過計(jì)算機(jī)仿真可以很方便的改變機(jī)構(gòu)的參數(shù)，可以得到仿真結(jié)果。這些優(yōu)點(diǎn)是通過物理樣機(jī)試驗(yàn)無法比擬的【28】。
國內(nèi)外對(duì)精量播種機(jī)的研究中主要采用的還是試驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法【291。在大量試驗(yàn)的基
礎(chǔ)上，通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理得到影響播種機(jī)播種效果的各主要影響參數(shù)，同過調(diào)整參數(shù)、優(yōu)化參數(shù)不斷地在結(jié)構(gòu)和性能上獲得改進(jìn)。較大的受到試驗(yàn)周期、條件和經(jīng)費(fèi)等因素的制約。
隨著科技的發(fā)展，人們通過計(jì)算機(jī)仿真可以模擬農(nóng)業(yè)機(jī)械的作業(yè)過程，從而能低成本獲得在試驗(yàn)中難以得到或要化大量經(jīng)費(fèi)才能得到的數(shù)據(jù)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、分析中的得到廣泛的應(yīng)用。通過仿真軟件在虛擬環(huán)境中模擬系統(tǒng)，并對(duì)其在各種工況下進(jìn)行仿真分析，可以方便地發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷，從而對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行不斷改進(jìn)，直至獲得最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，做出物理樣機(jī)，這樣就可以克服傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的費(fèi)時(shí)費(fèi)力等缺點(diǎn)128。30】。
第2章 工作原理及播種裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2．1設(shè)計(jì)目標(biāo)
本章在上一章對(duì)國內(nèi)外現(xiàn)有的育苗播種機(jī)進(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)半自動(dòng)嘴形氣吸式穴盤育苗精密播種機(jī)，并討論該育苗精密播種機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)特性。
通過對(duì)嘴形氣吸式穴盤育苗精密播種機(jī)的初步測(cè)試，針對(duì)氣吸式育苗精密播種機(jī)的特點(diǎn)，制定以下設(shè)計(jì)性能指標(biāo)：
1、合格率(％)：≥93
2、空穴率(％)：≤3
3、多粒率(％)：≤2
4、純生產(chǎn)率大于300盤／小時(shí)；
5、電源：電壓為220伏；
6、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用維護(hù)方便；
7、可播棉種以外作物種子。
2．2總體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
吸盤式精密播種機(jī)的工作原理是利用抽真空設(shè)備，經(jīng)吸氣閥調(diào)節(jié)后將播種機(jī)的氣室
內(nèi)抽成一定的負(fù)壓，即吸起種子所需的真空度，使播種機(jī)吸盤上的每個(gè)孔產(chǎn)生足夠的吸力。當(dāng)吸盤移至振動(dòng)的種子盤上時(shí)，就把在上拋的種子室內(nèi)處于“懸浮”狀態(tài)的種子吸到每個(gè)吸種孔上，再將吸盤移到穴盤上，打開卸壓閥的同時(shí)切換正氣壓，氣室內(nèi)的真空度消失，種子靠正氣壓吹入穴盤的穴內(nèi)，實(shí)現(xiàn)精量播種。
這是一種間歇式播種機(jī)，一次可播種一個(gè)苗盤。它與常見的氣吸式播種機(jī)的工作原理相似，但結(jié)構(gòu)上又有較大差異。一般氣吸式播種機(jī)的吸種盤多是垂直圓盤，吸孔吸取種子時(shí)，需要克服種子重力和種子室內(nèi)種子間的阻力。要求吸孔吸附種子的力要大一些，每個(gè)孔吸起的種子可以是多粒的，用刮種板刮去多余的種子，而吸盤式精密播種機(jī)的吸種盤是水平盤，吸附種子的力僅需克服種子的重力就可以將種子提起。吸附力可以小一些，播種機(jī)與種子間無相互擠壓、摩擦等運(yùn)動(dòng)，基本不傷種。
2．2．1結(jié)構(gòu)組成
該機(jī)由工作臺(tái)、機(jī)架、吸嘴式吸種盤、氣泵、拋振裝置、氣控裝置等組成，圖1為其結(jié)構(gòu)示意圖。供種裝置是有種盤和拋振裝置組成，功能在于使種子在盤內(nèi)做均勻的上拋運(yùn)動(dòng)，呈瞬間游離狀，以利于吸種。拋振裝置有種盤、壓縮彈簧、牽引電磁鐵等組成。排種裝置包括吸嘴式吸種盤、氣室、直滑軌組成。氣控裝置由氣泵、換向電磁閥、泄壓閥、輸氣管路、行程開關(guān)等組成。
1行樣開關(guān)2吸盤氣室3針式吸嘴
4換向電磁閥5氣象6牽引電磁鐵7種盤
圖2-1播種裝置結(jié)構(gòu)圖
2 2 2工作過程
工作時(shí)，先將裝有育苗基質(zhì)的穴盤放置在播種工位．穴盤將被夾具自動(dòng)定位。拉動(dòng)吸種盤把手，直滑軌機(jī)構(gòu)將引導(dǎo)吸種盤作水平移動(dòng)。此時(shí)．行程開關(guān)通過行程開關(guān)撞塊檢測(cè)到電信號(hào)，反饋給牽引電磁鐵使其吸合，則種子盒下降到下工位，使播種部件能繼續(xù)向前水平移動(dòng)到播種工位。行程開關(guān)通過行程開關(guān)撞塊檢測(cè)到吸種盤到達(dá)播種工位后，產(chǎn)生電信號(hào)給電磁氣閥關(guān)閉負(fù)壓氣管，同時(shí)開啟正壓氣管，則氣室負(fù)壓消失，切換正壓進(jìn)入吸種盤，使種子脫離吸嘴落入育苗穴盤中，同時(shí)實(shí)現(xiàn)吸嘴口清種。
播種后向內(nèi)移動(dòng)吸種盤，行程開關(guān)根據(jù)行程開關(guān)撞塊位移信號(hào)，控制電磁氣閥關(guān)閉正壓氣管。同時(shí)切換到負(fù)壓氣路。當(dāng)吸種盤恢復(fù)到種盤上，行程開關(guān)控制電磁牽引吸臺(tái)器斷電，種盤在復(fù)位彈簧作用下垂直上彈至上工位，種子被拋起懸空與針式吸嘴接觸并被吸停，完成吸種動(dòng)作，進(jìn)入下個(gè)播種循環(huán)。
2 3主要部件結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)
2 3 l氣室(吸種盤腔體)形狀尺寸的確定
吸嘴式播種機(jī)是由吸孔處負(fù)壓完成吸附種子的，氣室對(duì)吸孔的吸附性能影啊很大。邪想的氣室形狀府|殳計(jì)成能使氣流從吸種盤到吸嘴連續(xù)地流動(dòng)，形成均勻穩(wěn)定的流場(chǎng)。根土I：扦{耘等研究試驗(yàn)結(jié)論：氣審形狀對(duì)氣室內(nèi)壓力傳遞、吸盤I．厄力分如的均勻性無日J(rèn)J顯影響，其真實(shí)的理論流場(chǎng)為 等勢(shì)線所表示的勢(shì)流場(chǎng)135d6I。掘此將‘‘室型形狀確定為長方體。這利，設(shè)計(jì)便丁加f制造，也便于同吸嘴連接。山于氣室腔體太大會(huì)造成負(fù)壓不足，吸不上種子．而且氣室過大，會(huì)造成漏氣現(xiàn)象嚴(yán)重，大丈影響流量和真空度，從而影響吸種性能，同時(shí)從便于加工和減輕重量考慮，吸種盤腔體尺寸辦越小越好，但為了裝載針式吸嘴和安裝吸嘴方便，吸種腔體尺寸又不能太小。
綜合考慮上述因素的同時(shí)，也要考慮同現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)育苗盤尺寸相匹配。最終尺寸設(shè)計(jì)為：490X240X40(唧)，進(jìn)氣通道直行為30唧。這樣吸種盤體積小，需要空氣流量小，響應(yīng)快速無滯后，容易吸起種子，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，氣室內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2—2所示。
l進(jìn)氣通道2氣脯殼體3針式吸嘴
圈2-2吸種盤的氣室剖視圖
吸種盤氣腔殼體與吸嘴板采用蝶形螺母連接，并設(shè)計(jì)有定位銷。町快速、方便地拆
卸、清理種子室。由于零部件結(jié)構(gòu)限制和零部件的加工、裝配誤差，以及吸種盤在真空
的作用下產(chǎn)生孌形，在集成吸嘴的吸板與氣室之問會(huì)產(chǎn)生一定的間隙，赦在吸盤上安裝
有密封圈，保證殼體與吸嘴盤組成的氣室的氣密性．從而避免真空泄漏造成氣室壓力不
均勻而影響播種性能。
通過生產(chǎn)實(shí)際中調(diào)研發(fā)現(xiàn)，購置精量播種機(jī)的單位或個(gè)人，需，(播的種子往往并非
單‘的作物，通常有多種，而這些不同作物的種子的外形尺寸、干粒重差異較大。而市
場(chǎng)E穴盤播種機(jī)機(jī)型雖多，但多具有針對(duì)性，對(duì)所播種f有，”格要求，適應(yīng)性差，小能
滿足多作物種于的播種或效果很差。為提高本機(jī)的通用性，降低重復(fù)投資購機(jī)的成本，
設(shè)計(jì)吸嘴極為活動(dòng)、可拆卸式。當(dāng)有需要更換作物播種時(shí)，僅需通過更換集成合適孔徑
吸嘴的吸板，即可實(shí)現(xiàn)多作物的精量播種。解決了傳統(tǒng)吸盤播種機(jī)互換性和通用性籌問
題，實(shí)現(xiàn)了‘機(jī)多用的功能，可在大?；蛐×７N子，棉種、甜菜、番茄、辣椒等作物上
得到運(yùn)用推』’，其直接經(jīng)濟(jì)效益更加顯著。
2 3 2吸孔孔徑參數(shù)的確定
吸孔孔徑大小對(duì)單粒率、多粒率影響很大．孔徑代、_r堿小，單耗率r升，多檸率F
降，有種率上升，所以孔徑較小有利丁吸種，但孔徑太小不易加工且易被堵塞。有研究
數(shù)據(jù)表明：吸嘴7L徑取物料種子直徑的o5-0 6倍左右較合適。據(jù)此設(shè)計(jì)兩種孔徑的吸嘴，吸孔直徑分別為中0．7衄和巾2嘣，其中巾0．7m用于吸附小粒綠化花卉、西紅柿和辣
椒種子．巾2哪用于吸附棉種等大粒種子。
吸嘴導(dǎo)程對(duì)吸種單粒率有較大影響，試驗(yàn)表明帶吸嘴的吸孔吸種單粒率明顯高于
無嘴裸孔吸種單粒率，但吸嘴導(dǎo)程過長會(huì)降低吸嘴口處負(fù)壓和流量從而不利于吸種，為
便于加工和配合拋振裝置的需要，選擇吸嘴長度為8唧，吸嘴間距為41衄。據(jù)此，最終
設(shè)計(jì)方案確定：吸嘴嘴型及結(jié)構(gòu)如圖2-3所示，吸嘴分布如圖2-4，嘴式吸盤外形如圖
2 5所示。
田2-3針式吸嘴形狀及內(nèi)部結(jié)構(gòu)透攬圖
圖2-4吸種盤吸嘴分布圖
圖2-5嘴式吸種盤外形
2。1．3氣源流量的確定
物料的臨界速度是氣力輸送裝置和物料吸取裝置設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。在吸嘴氣力式播種機(jī)的氣流場(chǎng)中，按照氣力輸送裝置的氣流速度來進(jìn)一步確定流體速度，以保證種子被有效吸附。周祖愕[8J研究表明：當(dāng)氣流輸送速度為30m/s以上時(shí)，物科可以被有效吸附。吸嘴氣力式播種根據(jù)不同大小的種子選用不同孔徑的吸嘴，以番茄種子播種為研究對(duì)象，對(duì)吸嘴吸取種子進(jìn)行分析，確定吸嘴能夠吸取種子的最小氣體流量。假定每個(gè)吸嘴的真空度和氣體流量均勻，每個(gè)吸嘴的流量為：
吸嘴的總流量為：
上式中，d為吸嘴 直徑，0.7mm；n為吸嘴個(gè)數(shù)；128個(gè)；v為吸嘴口流速。
當(dāng)氣源氣體流量大于5.3/h時(shí)，吸嘴能夠把種子完全吸取。
產(chǎn)生負(fù)壓的裝置主要有兩類[”I， 類是風(fēng)機(jī)，一類是真空泵，兩種負(fù)壓源各有其優(yōu)
缺點(diǎn)和適用范田。負(fù)壓源的選擇原則是，負(fù)u三源在克服工作管路的阻力后能夠產(chǎn)生滿足
工作管路所需的流量，且這時(shí)負(fù)壓源的工作點(diǎn)應(yīng)在其效率較高的地方。一般在相同功率
的情況F，風(fēng)機(jī)的流量大但獲得的負(fù)壓較低，而真空泵則可獲得較高的真空度，但允許
通過的流量較小。查閱有關(guān)資料可知，山于漩渦氣泵和驅(qū)動(dòng)電機(jī)是一體構(gòu)成，葉片的轉(zhuǎn)
速非常高。所以它可以產(chǎn)牛比較高的負(fù)壓，而沒有真空泵的流量限制，同時(shí)真空泵的價(jià)
格高于風(fēng)機(jī)。
如果負(fù)壓源流量小，風(fēng)管產(chǎn)生漏氣或風(fēng)管直徑小，均會(huì)因播種器氣室真空度小，吸不上種子而產(chǎn)生漏播現(xiàn)象。肛【機(jī)是否達(dá)到播種器所要求的真空度，是播種機(jī)工作質(zhì)量的
重要影響因素之。
2 氣泵的選擇
由于溫室大棚育苗播種一般要求空粒率低，對(duì)多粒率通常沒有特殊要求，故選用流量較大、價(jià)格便宜的XWB-1型旋渦氣泵作為氣源，以提高吸附率。由無錫某機(jī)電設(shè)備有限公司氣泵研究所的有關(guān)人員對(duì)旋渦氣泵產(chǎn)品所作的實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)得到，氣泵的有效功率為總效率的20％～45％XWB-1型旋渦氣泵最大流量為60m3／h，故實(shí)際工作流量為12～27m3／h，完全滿足設(shè)計(jì)流量要求。具體參數(shù)見下表。
型號(hào)/參數(shù)
最大壓力(kpa)
真空度(kpa）
最大流量(M3/h)
電動(dòng)機(jī)功率(Kw)
電機(jī)轉(zhuǎn)速(Rpm)
管徑
(mm)
外型尺寸
長＊寬＊高
紙箱包裝尺寸長＊寬＊高
重量(Kg)
XWB-1
18
12
60
0.37
2800
40
280×252×260
290×260×280
10
2 3 4種子箱的設(shè)計(jì)
考慮到吸種盤來回吸種時(shí)，拋振裝置將種子箱彈起．吸種盤落入種了箱內(nèi)吸種，故
種子箱稍大于吸種盤面積，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，種子箱要能放多于三層的種子，故
需有一定深度，所以種子箱尺寸設(shè)計(jì)為：530×320×20(mm)．結(jié)構(gòu)如圖2—6所示。
同時(shí)在種子箱底部打上小孔，孔徑小于種子直徑，以便能有足夠的氣體流入到吸嘴
產(chǎn)生負(fù)壓，又能承放種子，減小因種子箱面震動(dòng)不均造成的種子水平位移、扎堆、厚度
不均。在種了箱底面設(shè)計(jì)角鐵加強(qiáng)筋，提高種子種子箱J下面受力的均勻性，使邊角與中
心處種子得到最小偏差的上拋力，獲得一致的上拋高度。
圖2-6種子箱結(jié)構(gòu)
2 3 5彈振裝置
種子盤內(nèi)的種子為散粒物料，散粒體動(dòng)力學(xué)理論表明，為使物料運(yùn)動(dòng)更加均勻，穩(wěn)
定，必須減少散粒體的內(nèi)摩擦岡數(shù)，增加其流動(dòng)性。特定物料的內(nèi)摩擦因數(shù)是常數(shù)，要
想在不改變其物態(tài)的情況下改變其內(nèi)摩擦因數(shù)是不可能的。所以為改善其流動(dòng)性，廠泛
采用振動(dòng)使物料形成準(zhǔn)流體增加其流動(dòng)性，拋振裝置正是在此基礎(chǔ)上建立起柬的。
拋振裝置設(shè)計(jì)為肯爪縮彈簧、牽引電磁鐵等組成。將種子盤通過螺栓、銷釘與牽引
電磁鐵的銜鐵孔連接在一起，四根彈簧安裝在設(shè)|1好的工作臺(tái)與種子盤底面的凸臺(tái)上
(如圖2 7)。牽引電磁鐵通電時(shí)，銜鐵拉動(dòng)種子盤克服彈簧力向下運(yùn)劫 定行程。當(dāng)拋振裝置的牽引電磁鐵斷開狀態(tài)時(shí)，復(fù)位彈簧在恢復(fù)力的作用下將種子箱彈起，盤內(nèi)種子
隨盤產(chǎn)生卜拋運(yùn)動(dòng)，種子群t表面的種子將脫離種子群，處于懸空沸騰狀杏．可增加與
吸嘴的接觸機(jī)會(huì)，能顯著種子吸附率。有種子箱及鏈接器重量約3kg，彈簧系統(tǒng)剛度
4N／ram，故牽引電磁鐵型號(hào)選取為220v，牽力屜人為80N，最大行程為20mm。
1牽引電磁鐵2復(fù)位彈簧3種子盤4吸盤
圖2-1拋振裝置廈暇盤種箱組臺(tái)系統(tǒng)
2 3 6吸嘴氣流投種及清種設(shè)計(jì)
投種是指使種子離玎吸孔的過揮。吸嘴式播種機(jī)的投種方式分為：重力投種、氣力
投種、機(jī)械投種等…。
(”重力投種：當(dāng)吸嘴運(yùn)動(dòng)到輸種管E方時(shí)．?dāng)嘭?fù)壓后種子靠自重離丌吸孔。這種
排種方式需要設(shè)計(jì)瀉壓裝置，使作用在種子t的壓差消失，種子則在自身重力的作用下
脫離吸孔。
(2)氣力投種：當(dāng)吸嘴運(yùn)動(dòng)§U輸種管上方時(shí)．給吸嘴通以反向氣流，使種子在氣流
的作用下脫離吸孔。
(3)機(jī)械投種：采用并種機(jī)械式推種器推落種子。
上進(jìn)幾種投種方式中，重力投種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，種子破碎少。f咀是往吸種時(shí)有的種子可
能岡彈性變形而被卡在吸孔qi，倪靠重力的作』_lj不能脫離吸孔，而氣力投種不僅能吹落
被卡的種了，而且能夠把吸孔內(nèi)的雜物吹出，以免吸孔堵塞造成漏播。
塒f種子平均直徑≤3棚的小柱種子，豐要包括大多數(shù)蔬菜、托，r和油菜等經(jīng)濟(jì)作物的種了，其具有直徑小、干粒重小、形狀不規(guī)則等特征。在劉千粒重、外肜尺寸較
大的種予采用氣吸式播種機(jī)檑利z時(shí)，一般不設(shè)計(jì)清種。對(duì)于小粒種子，山丁結(jié)構(gòu)Jt寸較
小，同時(shí)形狀不挑!JllJ。在吸種時(shí)種嚴(yán)的尖部容易被l敗入吸種扎而不容易脫落，有叫種嚴(yán)
中的雜質(zhì)、種子外殼、計(jì)：臺(tái)格的小粒種了或破碎的種予被吸進(jìn)吸種孔后不易脫落而造成
間期性的空穴。
棉花種子雖然丁粒芎和尺、r較大，但Hl于形狀不規(guī)則且有的種子加工的原口I致使利，了尾部帶有絨毛，在真空氣流和上拋力的作用下，容易卡死在吸嘴f】處，產(chǎn)生周期性“空
穴”、“小斷條”等缺佯}，因此有必要設(shè)計(jì)種孔清理裝黃。儀靠重力投種，種子下落時(shí)『日J(rèn)
較長或根本不能落下，影響播種速度及播種效果。所以，釧對(duì)棉花以及小粒種子的吸種
孔較小以及種子的形狀、結(jié)構(gòu)的關(guān)系，采用機(jī)械式的種孔清理裝置顯然是不合適的。本
氣吸式播種機(jī)上采用氣流清理吸種孔的方式。
由于氣源利用旋渦氣泵產(chǎn)塵，旋渦氣泵有吸氣和排氣兩個(gè)氣路，將排氣n氣流通過
換向電磁閥控制接入吸種吸盤。數(shù)掘顯示旋渦氣泵排氣流量最高為160#／h．壓力最高可
達(dá)26kpaI“】，在吸嘴口氣流可形成足夠的壓力和流速。這樣當(dāng)處于播種工位時(shí)，通過控
制系統(tǒng)完成氣路切換，旋渦氣泵所排氣流進(jìn)入吸盤，使氣室壓力上升吸嘴口形成高速氣
流，吹掉種子，從而實(shí)現(xiàn)清種的目的。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、效果好的特點(diǎn)且有效
利用了旋渦氣泵，避免獨(dú)立增加空壓機(jī)的生產(chǎn)成本。
2．3 7穴盤尺寸選取
穴盤整體出塑料沖壓成型，孔型多為錐形，上大下小。常用穴盤有每排5孔、6孔
和8孔，其錐孔截面形狀多為正方形。常用穴盤已標(biāo)準(zhǔn)化，其外形尺寸為520(長)x
270(寬)x55(高)，5孔穴盤的錐孔上截面尺寸為45x45mm，下截面尺寸為30x30ram，
排數(shù)為10，底部排水孔直徑為10ram；6孔穴盤錐孔上截面尺jr為40x40mm，下截面尺寸
為25x
25rmn，排數(shù)為12，底部排水孔直徑為9mm；8孔穴盤的錐孔上截面尺寸為30x
30ram，下截面尺寸為13x 13mm，排數(shù)為16，底部排水孔直徑為8mm。本課題主要利
用16x8孔標(biāo)準(zhǔn)穴盤
2 m8其它機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
為了更方便的控制各機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)工作．在上進(jìn)裝有觸點(diǎn)丌關(guān)的滑軌的前、后端安裟有
行程丌關(guān)(如圖29所示)，該行程肝關(guān)通過導(dǎo)線’j牽引電磁鐵、電磁闊連接。吸箍運(yùn)
動(dòng)到種子盤的iF卜方時(shí)，滑軌機(jī)構(gòu)碰撞行程開關(guān)，使行程盯芙自動(dòng)導(dǎo)通牽引電磁鐵的}字制電路，牽引電磁鐵開始工作：滑軌機(jī)構(gòu)離開行程開關(guān)后，行程丌關(guān)自動(dòng)切斷牽引電磁
鐵的控制電路，牽引電磁鐵停止運(yùn)轉(zhuǎn)。
1行程開關(guān)2撞塊3直滑軌4調(diào)1y高度裝置
圖2-9直滑軌與可調(diào)行程撞塊
在工作臺(tái)面的兩側(cè)設(shè)有能可折疊的輔助工作臺(tái)，該輔助工作臺(tái)的內(nèi)端與機(jī)架鉸接．
在輔助工作臺(tái)的底部通過鉸鏈連接有兩節(jié)活動(dòng)的支撐桿。抬起兩側(cè)輔助工作臺(tái)，將兩節(jié)
支撐桿銷釘固定后，輔助工作臺(tái)便與工作臺(tái)保持同一水平面，拓寬工作臺(tái)面以便放置穴
盤。展開的工作臺(tái)可進(jìn)行流水線操作，即一個(gè)輔助工作臺(tái)準(zhǔn)備好育苗盤后，移入工作臺(tái)
面，待播種完成后，快速移出到另一輔助工作臺(tái)上，由工人取走。輔助工作臺(tái)處于收折
狀態(tài)貼靠在機(jī)架的側(cè)邊時(shí)，可以減小整機(jī)體積，便于運(yùn)輸。
人工放置穴盤到工作臺(tái)時(shí)，無法每次恰當(dāng)放置于吸盤J下下方，而精量播種要求穴盤
槽與吸嘴一。相對(duì)，因此設(shè)計(jì)了穴盤的定位裝置。
1定位擋扳2穴盤3嘴式吸盤
囤2-10定位裝置結(jié)構(gòu)
在機(jī)架四個(gè)支撐腳的下方安裝有調(diào)節(jié)螺桿。該調(diào)節(jié)螺桿由下往上從設(shè)于支撐腳底部的螺母中旋入，通過控制調(diào)節(jié)螺桿可以調(diào)整工作臺(tái)面的平整度，以適應(yīng)不同的場(chǎng)地使用。
機(jī)架底部裝有四個(gè)萬向輪行走架，便于播種機(jī)隨工作場(chǎng)地需要輕松移動(dòng)。
為便于用手拉動(dòng)吸盤，在吸盤頂面前端的中央位置安裝有手柄，提高工作效率。
2．4氣動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
氣動(dòng)系統(tǒng)是以負(fù)壓空氣為動(dòng)力源，具有安全、快速、可靠、低成本及易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化
等特點(diǎn)。
播種機(jī)采用電氣控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)播種的自動(dòng)化。通過氣室的往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)吸投種位
置的轉(zhuǎn)換，通過換向閥的換向作用實(shí)現(xiàn)種子的吸投種。
電氣控制系統(tǒng)通過控制各個(gè)電磁換向閥來實(shí)現(xiàn)執(zhí)行元件的動(dòng)作，系統(tǒng)的輸入信號(hào)有
2個(gè)，輸出信號(hào)有3個(gè)。兩個(gè)行程限位開關(guān)組成輸入信號(hào)，分別完成穴盤位置的檢測(cè)和
牽引電磁鐵的工作位置檢測(cè)。二個(gè)換向閥和牽引電磁鐵是輸出信號(hào)，實(shí)現(xiàn)吸排種氣流方
向的切換和拋振動(dòng)作。根據(jù)播種的要求和氣動(dòng)控制原理，設(shè)計(jì)播種機(jī)電氣控制系統(tǒng)如圖
2一ll所示。
蹦一交流接觸器：SCZ一超載開關(guān)；
FR-熱繼I也器：D_漩渦氣泵； lSQ一限位開關(guān)： 2S0一限位開關(guān)：
圖2-11電氣控制系統(tǒng)原理圖
該氣動(dòng)系統(tǒng)主要由真空氣源、換向閥、節(jié)流閥、真空壓力表、行程限位丌關(guān)、牽引
電磁鐵等組成。具體可分為吸種回路、吹種回路和振動(dòng)回路。
當(dāng)氣路接通時(shí)，旋渦氣泵丌始工作，吸氣換向閥處于閉合，牽引電磁鐵處于斷丌，
吸嘴與氣源相通處于吸氣狀態(tài)。當(dāng)拉動(dòng)吸種盤時(shí)，行程限位_丌關(guān)2sO檢測(cè)到信號(hào)，發(fā)出
指令給牽引電磁鐵使其閉合，則種子盤下降使吸種盤通過。當(dāng)吸種盤移動(dòng)到穴盤上方后，行程限位丌關(guān)1SQ檢測(cè)到信號(hào)，發(fā)出指令使吸氣電磁閥斷開，吹氣電磁閥閉合，切斷吸
嘴跟負(fù)壓氣源的通路，接通吸嘴與正壓氣源的通路，對(duì)吸嘴吸取的種子供以正壓，吹落
種子，使種子落到育苗盤里：當(dāng)再次拉動(dòng)吸種盤時(shí)，行程限位開關(guān)1SQ檢測(cè)到信號(hào)，發(fā)
出指令使吸氣電磁閥閉合，吹氣電磁閥斷開，使吸嘴與負(fù)壓氣源再次接通，實(shí)現(xiàn)氣路切
換。吸種盤移動(dòng)到種子盤上方時(shí)，行程限位丌關(guān)2SQ檢測(cè)到信號(hào)，發(fā)出指令給牽引電磁
鐵使其斷開，則種子盤上升，實(shí)現(xiàn)拋振吸種功能。當(dāng)檢測(cè)到吸種盤下一個(gè)信號(hào)，進(jìn)行下
一次播種。
2．5電氣控制元件的參數(shù)
將所選取的元件及其參數(shù)列于表2—1中。
2．6結(jié)構(gòu)創(chuàng)新點(diǎn)
1．電銜鐵與彈簧組成的拋振式種子室取代了傳統(tǒng)電磁振動(dòng)式種子室，種子振動(dòng)后分
布更均勻，避免電磁振動(dòng)式，種子連續(xù)振動(dòng)下，偏向聚集，取種更可靠；
2．針式吸嘴與板式吸種盤組成的吸種盤與傳統(tǒng)窩眼式吸種盤相比，改進(jìn)了吸嘴結(jié)
構(gòu)，使其定量取種精度高，可拆換，通用型好。
3．采用直滑軌機(jī)構(gòu)取代傳統(tǒng)拱形或四連桿機(jī)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)行程縮短，操作簡(jiǎn)單快捷。
2．7本章小結(jié)
本章通過對(duì)整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，核心部件的設(shè)計(jì)及各主要參數(shù)的計(jì)算選取，得出如下
結(jié)論：
1．整機(jī)半自動(dòng)生產(chǎn)方式，即人工放盤和取盤，而播種自動(dòng)完成。整機(jī)由機(jī)架、播種
裝置、拋振裝置、氣源、電氣控制系統(tǒng)組成。
2． 播種裝置由播種滑軌機(jī)構(gòu)、種子箱和氣力吸種部件三部分組成。
3． 氣路控制系統(tǒng)，由電磁閥、行程丌關(guān)、斷路器等組成，實(shí)現(xiàn)吸種、投種的過程控
制。
4． 主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)：
育苗盤：72／128孔標(biāo)準(zhǔn)的各種軟、硬塑料育苗盤
生產(chǎn)能力(盤／d,時(shí))：≥360
空穴率(％)：≤3
多粒率(％)：≤2
種子破碎率(％)：≤0．1
環(huán)境噪聲(DB)：≤80
配套動(dòng)力(Kw)：1．2
工作電壓(V／HZ)：AC220／50
外形尺寸(mm)：1050×900X630
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