CN102106211B - 穴盘育苗精密排种器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种穴盘育苗精密排种器，包括种子箱、出口开度调节器、幕流稳流板、播种架、气力分配系统、气力调节系统；通过出口开度调节器调节种子箱出口的大小，种子流出后，经幕流稳流板的作用使种子呈单粒分布、排列有序、密度基本均匀。所述气力调节系统包括空气压缩机、与空气压缩机相连的气压调节回路，气力分配中心轴与滚筒之间通过密封隔板被分为负压腔和正压腔：正压腔与大气直接相通，当滚筒转到正压腔时泄压放种，转到负压腔时吸种，这样在滚筒连续回转下实现吸、放种过程交替进行。本发明结构合理、原理新颖、简单，利用种子的自身重力并以种子的自由运动直接实现精密播种，克服了其他多种播种方式施加振动等外力的要求。

Description

穴盘育苗精密排种器

技术领域

本发明属于农业栽培育苗育种技术工厂化育苗精密播种装备农业机械领域，具体说是一种穴盘育苗精密排种器。

背景技术

精密播种装置是精密播种装备的核心装备技术，直接影响播种的效果。其推广将有力地促进精密播种机以及设施农业的发展，节省大量人力、昂贵种子用量，改善从事栽培技术人员的工作环境和劳动强度，并取得较好的经济和社会效益。

实现精密播种技术的关键设备是精密播种机，而精密播种机的核心部件是精密排种器。常态下种子处于静止，不能直接进行精密播种，须经过精密播种装置的外力作用使种子产生所需的播种状态实现精密播种，这个过程称为排种。即在排种器的作用下，使种子处于规则化运动状态实现单粒或少粒（如2~3粒）排列。按工作方式排种器分为二大类：机械式排种器、气力式排种器。各类排种器的结构特点与其基本原理、运动规律、控制排量方式及其在载体上的配置不同而不同。

国外精密排种器的研制始于20世纪40年代，技术水平已经很高，如美国、意大利、法国、德国、加拿大、澳大利亚等国，播种机形式多样，新结构、新原理、新工艺、新材料不断出现，制造工艺也比较精细。国内20世纪70年代开始精密播种排种器研究，取得了长足的进展。

机械式精密排种器根据种子粒型和大小，利用排种器的型孔将种子从种群中分离出来，充种、清种和卸种等环节靠种子自重或机械装置来完成。机械式排种器形式多种多样，结构五花八门。如阶梯型内窝孔式排种器、内侧充种垂直圆盘排种器、转勺式排种器、磨纹式排种器、水平圆盘式和环带式排种器等等。具有结构简单、成本低等优点，在生产中得到了广泛应用，其缺点是对种子尺寸要求严格，作业速度较低，常用于中小型播种机上。

气力式精密排种器通常由风机产生真空吸力或空气压力，吸力或压力使种子按粒(单粒或少粒)贴附在型孔上，充种或清种环节靠气力来完成。因气流作用方式和功能的不同而分为若干类型。利用排种器上排种盘两侧形成的负压排种方式称为气吸式排种器。利用排种元件两侧的正压差排种则成为气压式排种器。

工厂化育苗主要是穴盘育苗，穴盘育苗生产线上多采用吸嘴式排种器，如美国Hamilton、Blackmore公司及欧共体等厂家生产的各种穴盘精量播种生产线。用于手工操作的设备有吸盘式排种器，生产厂家有美国E—Z Seeder Co.等公司。此外，美国液体播种公司生产的FD6300MK II型播种机是一种能播种预发芽种子的播种机；日本生产的磁力播种机可用于根菜类种子的播种。广西材料所研制的4LRZ—10000型流动式容器育苗装置装播作业线，播种装置采用气吸式滚筒型排种器，用真空泵作负压源。该装置可以用来精播松树种子和丸粒化种子，缺播率低于5%，但生产率低（每小时播1000穴）。北京农业工程大学研制出了型孔齿盘转动式穴盘育苗精量播种机（2XB—300），该装置播种合格率达96%以上，纯生产率为每分钟播6盘，适用于播中等大小的丸粒化种子，该项技术现已推广应用。台湾在蔬菜穴盘育苗方面比大陆起步稍早，陈世铭等研制出了“振荡式多用途真空播种机”，原理为利用真空设备将播种滚筒内部抽成真空，种子被吸附在滚筒表面的吸种孔上，采用气力方式清种和投种，并通过振动装置来改变种子群的充种状态。

气力式精密播种装置充分利用气力性能具有不伤种、适应性强、通用性好和对种子尺寸要求不严等特点，并可大大提高排种频率、适应高速播种作业等优越性。目前以上几种方式的精密播种装置存在着以下几个方面的问题：

（1）吸盘式排种器属于间隙工作，单盘效率较高，但整机工作效率不高；吸盘上的孔较多，容易出现漏种；另外吸盘式排种装置中吸盘在上，种子盘在下，种子盘上的种子容易偏集，而影响吸种效果，而且吸种率与气流场的作用分布有密切的关系。

（2）吸嘴式易漏种，吸嘴结构复杂，吸嘴更换不易、制造安装成本较高等，排种时容易堵塞清种不易。

（3）由于一种吸种孔的尺寸只能播种与之相应、一定范围内尺寸和性状的种子，因此常常需要更换吸种核心部件，给设计和制造、安装、使用、经济成本、使用寿命都带来了影响。

针对以上几个问题，本发明所述的项目主要对气力滚筒式精密播种装置进行了研究和解决，取得了较好的效果。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种结构合理的穴盘育苗精密排种器，该精密排种器为一种用于工厂化穴盘育苗精密播种的排种装置，可以完成一穴一粒或多粒及连续进行精密播种功能。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种穴盘育苗精密排种器，包括种子箱、出口开度调节器、幕流稳流板、播种架、气力分配系统、气力调节系统；所述种子箱安装在播种架上，出口开度调节器安装所述种子箱出口处，幕流稳流板位于种子箱出口的下方；所述气力调节系统包括空气压缩机、与空气压缩机相连的气压调节回路，所述气力分配系统包括滚筒、气力分配中心轴、密封隔板，滚筒沿圆周方向上均匀分布多行吸种孔，滚筒周长与穴盘长度相等；气力分配中心轴设在滚筒内并与播种架固定连接，气力分配中心轴与滚筒之间形成中空腔，所述中空腔通过密封隔板分为正压腔和负压腔，正压腔与大气相通，气力分配中心轴沿轴向长度方向上均布一行多孔，负压腔通过气力分配中心轴上的孔与气压调节回路相通并将气力均布到各吸种孔中。

为了减少更换或不更换滚筒，所述滚筒上的吸种孔的排布结构为：在滚筒沿圆周方向上均匀分布多行大行吸种孔，在每两个大行吸种孔之间开有孔径由大到小排列的相同列距的多行小行吸种孔，每两个大行吸种孔间的小行吸种孔的排列顺序相同；在滚筒的外部并沿着圆周方向包覆有橡胶带，在橡胶带上开有与大行吸种孔位置相对应的孔。

每两个大行吸种孔间的小行吸种孔呈等差数列排列。

本发明主要具有以下两个方面的特点：1）本发明所述的精密排种器采用了种子幕流与气力相结合的新型排种原理。所谓幕流排种是指当种子从种子箱中流出后控制其流动速度大小、方向及排列等参数以1～2粒种子当量尺寸厚度流动到气力滚筒的吸种孔上完成精密排种的过程。2）无需更换气力滚筒。气力滚筒上开有满足大部分种子尺寸和性状要求的满足列距农艺要求、滚筒周向均匀分布、孔径呈等差数列的吸种孔，当某一尺寸吸种孔被选择后其他吸种孔用橡胶平型带封住。橡胶带具有孔选择功能：带上开有参数与吸种孔排列参数相同的孔，孔的尺寸比气力滚筒上最大孔的要大些。

排种工作过程主要分为吸种和放种两个过程：1）吸种：所播种的种子在种子箱及幕流稳流控制组件的作用下形成具有一定速度和方向的稳定、单粒厚度的种子幕流，种子以幕流方式流动到滚筒上，并在气吸力的作用下被吸种孔所吸附，实现吸种；2）放种：滚筒在传动系统的驱动下以农艺要求的速度转动，当滚筒转动到放种穴盘上方位置时消除气吸力，种子自由地（需要时气力清种）落入穴盘中，实现放种。未被吸附的多余种子落入种子收集箱中，并由种子回收系统回收到种子箱中。

与现有技术相比，本发明的优点是：本发明结构合理、原理新颖、简单，利用种子的自身重力并以种子的自由运动直接实现精密播种，克服了其他多种播种方式施加振动等外力的要求。适用于工厂化穴盘育苗精密播种，可以完成一穴一粒或多粒及连续进行精密播种功能。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明工作原理示意图；

图3a为本发明中滚筒及其气力分配、调节组件结构示意图；

图3b为图3a的横截面剖视图；

图4为本发明中倾角调整装置简图；

图5为本发明中导流槽形状示意图；

图6a为本发明中橡胶带孔布置示意图；

图6b为图6a的左视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

本发明所述的精密排种器采用了新型的精密播种排种方式实现精密播种，工作原理如图2所示，结构简图如图1所示。

如图1所示：一种穴盘育苗精密排种器，包括种子箱2、种子箱倾角调整装置、出口开度调节器3、幕流稳流板4、播种架5、滚筒6、气力分配系统、密封隔板11、放种管8、种子收集箱、种子回收系统9；所述种子箱2安装在播种架5上；出口开度调节器3安装所述种子箱2出口处，幕流稳流板4位于种子箱2出口的下方；滚筒6沿圆周方向上均匀分布多行吸种孔，滚筒6周长与穴盘10长度相等；所述气力分配系统包括空气压缩机、气力分配中心轴7、与空气压缩机相连的气压调节回路，气力分配中心轴7设在滚筒6内并与播种架5固定连接，气力分配中心轴7与滚筒6之间形成中空腔，所述中空腔通过密封隔板11分为正压腔12和负压腔13，正压腔12与大气相通，气力分配中心轴7沿轴向长度方向上均布一行多孔，负压腔13通过气力分配中心轴7上的孔与气压调节回路相通并将气力均布到轴向各吸种孔中。在所述种子箱2的外部安装有防起拱电磁振动器1。种子箱倾角调整装置与种子箱2相连接，种子箱2通过转动副安装在播种架5上。种子收集箱安装在穴盘10下方并能使多余种子落在收集箱中。种子收集箱通过种子回收系统9与种子箱2连接。

本发明中各部件的具体装配和工作原理如下：

1）幕流排种原理主要是对种子幕流的速度、方向控制以实现对种子量大小和种子流出的速度、方向及种子排列控制，以形成一定程度的稳定幕流运动，满足不同的播种种子和不同的播种农艺要求。幕流排种组件主要由防堵塞微型电磁振动器1、种子箱2及其倾角调整装置、出口开度调节器3、幕流稳流板4等组成。种子箱2由不锈钢板材、角钢等材料制成：截面为梯形、上下口为矩形的料斗结构，采用转动副安装在机架上，以便于种子箱倾角调整装置调节种子箱2倾角的大小；出口开度调节器3为一用门用铰链副安装在种子箱2出口右侧的钢板，形状为长方形、表面覆盖不锈钢板材以保证平滑和不伤种；另外在种子箱2两端有一弧形槽（如图4所示，槽边可刻有角度），长方形钢板两端用螺钉螺母副固定在弧形槽上。种子箱倾角调整装置采用气动弹簧在长度方向三点支撑，以保证强度要求，当调整好角度后，采用螺杆结构锁定。幕流稳流板4表面用不锈钢板材包覆并经冲压成型有起导流作用的筋板形成导流槽14（如图5所示）。幕流稳流板4用铰链转动副安装在种子箱2口，幕流稳流板4由不锈钢板制成：表面冲压成形有导流到各吸种孔位置的导向槽，该导向槽宽度取为可容2~3粒较大尺寸种子通过，如播种特别小的种子时可更换为与之相配套的幕流稳流板4。 

排种前对排种器进行初步的调试：首先调节出口开度调节器3至开度为1`2粒种子当量尺寸（按体积密度化为球体计算其直径）；然后根据种子与种子箱2材料的摩擦系数大小调节种子箱2的角度，以调节种子从种子箱2中落下的速度和种子量。出口开度调节器3主要是根据所播种不同种类的种子大小、要求播种种子量等进行调节，开度一般为1~2粒种子当量尺寸（同等质量的种子等效为同等密度球形种子的直径）。种子箱倾角调整装置的角度调节主要是根据种子与种子箱2材料的摩擦系数大小来调节。摩擦系数不同，则种子从种子箱2中流出的摩擦角也不同从而形成幕流的速度不同，改变种子箱2的角度后可以改变摩擦角的大小，以改变和控制种子量和种子流出时的状态（速度大小和方向，以种子不跳动为宜）。种子流出后，经幕流稳流板4的进一步作用使种子呈单粒分布、排列有序、密度基本均匀有利于吸收排种。幕流稳流板4还在紧急状态、停车、种子过度等情况时可以临时直接封闭种子箱2出口。

防堵塞微型电磁振动器1以防“起拱”现象的发生：种子为散粒体物料，由散粒体理论可知：由于种子间存在内摩擦的作用使种子间形成挤压的作用力，该作用力将使种子箱2下部的种子自由地从种子箱2中流出后，下部出现空洞现象，即“起拱”，如果没有外力的作用要想减少内摩擦系数是不可能的；另一方面，种子箱2的出口开度大小与所需种子量多少有关，开度以1、2粒种子尺寸为宜，但各种子的性状各异易发生堵塞现象，因此须在种子箱2外侧加装装防堵塞微型电磁振动器1以防起拱及堵塞现象的发生。振动器1的振动强度根据幕流稳定情况以及农艺要求进行调节，以单层种子幕流、流动稳定、种子量多小适当为宜。

2）滚筒6、气力分配系统、密封隔板11、放种管8等组成滚筒6吸放种部件，滚筒6吸放种部件是本发明的实现吸放种实现精密排种的核心部件。滚筒6沿圆周方向上均匀分布多行吸种孔，行数可根据滚筒6尺寸大小而定，当滚筒6尺寸小时可定为3行，大时可定为4～6行。滚筒6周长设计为穴盘10长，以便于实现精密播种时的对靶，并减少设计时控制难度，同时注意降低滚筒6线速度，避免高速播种时的离心力作用而将种子抛出。孔列距与相应的穴盘10列距相同，孔大小与所播种种子尺寸相应，一般为所播种种子的当量直径尺寸的2/3。在实际应用中一种孔的尺寸不能满足各不相同的所播种种子的尺寸、性状要求，因此目前的解决方法都是配置了多个滚筒6以供需要时更换。滚筒6最好是由厚度3～5mm不锈钢材料制成。

为了减少更换或不更换滚筒6的核心技术之一就是将滚筒6设计为如下结构，如图3所示：在滚筒6周向上均匀分布多行（如3～4行）大行吸种孔，每大行孔又每隔一定角度开有从大到小（等差数列如Ф5、Ф4、Ф3、Ф2、Ф1等）排列的相同列距的多行（如6～8行）小行孔。应用时用一具有一定弹性的橡胶带（如图6所示）紧紧包覆到滚筒6上，该橡胶带上开有与滚筒6上大行孔数孔距相同并略大于滚筒6上最大孔孔径的多行吸种孔如图4所示。选择好与所播种种子相应直径的吸种孔，橡胶带上开的孔与之相对应，这样每大行孔就只有该行吸种孔可以吸种，其余孔都被橡胶带封住。该橡胶带还具有增大种子与滚筒6表面的阻尼作用以防止种子在滚筒6表面上滑落，增加吸种率，但也增大了多粒吸种率的可能性。

滚筒6左端装传动系统，由调速电机传动回转，滚筒6右端内部在回转中心装有与播种架5固定联接的气力分配中心轴7，气力分配中心轴7与滚筒6之间形成中空腔，中空腔通过密封隔板11分为正压腔12和负压腔13，正压腔12与大气相通，气力分配中心轴7沿轴向长度方向上均布一行多孔，负压腔13通过气力分配中心轴7上的孔与气压调节回路相通并将气力均布到轴向各吸种孔中。

本发明所述空气压缩机（图1中未画出）直接选用，气压调节回路（图1中未画出）由方向控制阀、压力控制阀、流量控制阀等组成。正常工作时由系统提供负压到各吸种孔吸种；当有吸种孔堵塞时采用正压清理吸种。气力分配系统由滚筒6、气力分配中心轴7及密封隔板11等组成，结构如图3所示。滚筒6回转中心装有气力分配中心轴7，与播种架5固定联接，气力分配中心轴7由45号钢管制成。气力分配中心轴7沿轴向长度方向上均布一行多孔与负压腔13相通将气力均布到轴向各吸种孔；气力分配中心轴7与滚筒6之间形成中空腔，该中空腔通过密封隔板11被分为负压腔13和正压腔12：正压腔12与大气直接相通，当滚筒6转到正压腔12时泄压放种，转到负压腔13时吸种，这样在滚筒6连续回转下实现吸、放种过程交替进行。

3）导种管安装在滚筒6放种位置下方以接受种子并导向穴盘10。导种管上端为喇叭口形状，表面要求光滑，材料为PVC塑料。其组件的作用是固定导种管。

4）本发明中所述的电气控制及同步“对靶”控制主要是对调速电机的速度控制配合滚筒6尺寸结构共同完成。因为制作穴盘10时有边框以保证穴盘10强度，边框尺寸一般为3~5毫米，两只穴盘10相接则为6～10毫米，所以要实现精密播种，就要实现“对靶”。所谓“对靶”即为保证滚筒6上排种后的种子准确地经导种管放到穴盘10孔里，须使穴盘10上孔与滚筒6上放种孔同步运动精确定位。“对靶”方法如下：（1）滚筒6周长与穴盘10长度相同，滚筒6开孔时首行孔即留一边框尺寸，尾行孔也留一边框尺寸，装配时调正即可；（2）穴盘10输送带或输送链与滚筒6采用同一调速电机驱动，经传动系统变速后两者线速度相同即可同步“对靶”。 本发明中所述的电气控制主要实现对调速电机根据农艺要求的速度控制。对调速电机根据农艺要求的速度控制由变频器调节频率大小实现。采用光电元件检测穴盘10的有无，没有穴盘10时光电元件发出信号对气力系统的相应的电磁铁断电信号，反之发出通电信号以控制气力系统通断。

排种器的工作过程及其工作原理如下：

打开排种器电源及各用电器开关，首先启动滚筒6回转系统以农艺要求的速度带动滚筒6顺时针正向转动，同时启动种子箱2防堵塞起拱用微型电磁振动器1并松开幕流稳流板4，此时种子从种子箱2出口以稳定的幕流下落到滚筒6面上，滚筒6上开有与穴盘10相对应的吸种孔，孔的大小与所播种的种子大小相适应。在气吸力的作用下，种子被吸附到吸种孔上，当滚筒6转动到放种位置时消除气吸力，种子自由地落入穴盘10中，多余的种子落入种子收集箱中，并由种子回收系统9回收到种子箱2中。

Claims (3)

1.一种穴盘育苗精密排种器，其特征在于，包括种子箱（2）、出口开度调节器（3）、幕流稳流板（4）、播种架（5）、气力分配系统、气力调节系统；所述种子箱（2）安装在播种架（5）上，出口开度调节器（3）安装在所述种子箱（2）出口处，幕流稳流板（4）位于种子箱（2）出口的下方；所述气力调节系统包括空气压缩机、与空气压缩机相连的气压调节回路，所述气力分配系统包括滚筒（6）、气力分配中心轴（7）、密封隔板（11），滚筒（6）沿圆周方向上均匀分布多行吸种孔，滚筒（6）周长与穴盘（10）长度相等；气力分配中心轴（7）设在滚筒（6）内并与播种架（5）固定连接，气力分配中心轴（7）与滚筒（6）之间形成中空腔，所述中空腔通过密封隔板（11）分为正压腔（12）和负压腔（13），正压腔（12）与大气相通，气力分配中心轴（7）沿轴向长度方向上均布一行多孔，负压腔（13）通过气力分配中心轴（7）上的孔与气压调节回路相通并将气力均布到各吸种孔中。

2.根据权利要求1所述的一种穴盘育苗精密排种器，其特征在于，所述滚筒（6）上的吸种孔的排布结构为：在滚筒（6）沿圆周方向上均匀分布多行大行吸种孔，在每两个大行吸种孔之间开有孔径由大到小排列的相同列距的多行小行吸种孔，每两个大行吸种孔间的小行吸种孔的排列顺序相同；在滚筒（6）的外部沿着圆周方向包覆有橡胶带，在橡胶带上开有与大行吸种孔位置相对应的孔。

3.根据权利要求2所述的一种穴盘育苗精密排种器，其特征在于，每两个大行吸种孔间的小行吸种孔呈等差数列排列。

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