钵体精量点播装置的设计【半自动嘴形气吸式穴盘育苗精密播种机】【说明书+CAD】
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半自动嘴形气吸式穴盘育苗精密播种机
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1. 绪论1.1本课题的来源及研究的目的和意义 为了满足日益增长的种苗需求量，各地开始建立育苗工厂，引进世界先进的穴盘育苗技术，进行种苗工厂化生产。在育苗工厂中传统的手工操作方式是不能满足人们对生产的需求的，育苗工厂需要有精确、便捷、高效的现代化的育苗设备，来完成育苗的各项工作。 番茄生产在人们生活地位日益重要，发展生产机械化和工厂化是调整农村经济结构和种植业结构重要措施之一。番茄育苗是一项对整个生产至关重要的作业环节，尤其是穴盘育苗；其用种量少，幼苗分布均匀、发育好，同时节省幼苗移栽的工作量，保证秧苗的成活率和增产丰收，为机械化和工厂化育苗生产提供可能。随着我国设施园艺的快速发展，机械化育苗设备也有了较快的发展，相应的核心设备精密播种装置的重要性在整个育苗环节中显得更加突出。中国是世界最大的蔬菜生产国，蔬菜的总产量占世界总产量的60左右。近几年来，种植业内部结构不断调整，在粮食作物的播种面积呈现持续递减的趋势下，蔬菜、水果等经济作物的种植面积持续增长。健壮的幼苗是生产的基本条件，因此培育壮苗就是实现早熟、高产的重要的基础。因为幼苗的好坏直接影响到定植田地以后的生长情况，又在很大的程度上影响到产量和采收期的早晚。幼苗的品质如果不好，即使在定植以后加强管理也是事倍功半，很难获得很好的收成。因此育苗是一项对整个生产至关重要的技术，是一项需要大量劳动力的劳动密集型的作业项目。能否育出苗、育出壮苗，很大程度上决定于人对秧苗的培育。我国传统栽培上的“苗好一半收”，就是对培育壮苗重要性的概括。随着生产现代化科学技术发展，培育壮苗的意义也变得犹为重要。以轻基质无土材料草炭、蛭石等作育苗的基质、采用机械化精量播种、一次成苗的现代化育苗体系是国际上70年代发展起来的一项新的技术。穴盘育苗精量播种机是实施育苗移栽的主要装备之一， 按其结构形式可分为针式播种机 板式播种机和滚筒式播种机针式播种机播种精度虽然较高， 但速度慢 效率低，100200盘/ h，针头对种子有伤害; 滚筒式播种机播种速度较快，可达800 1200盘/ h，但结构复杂，在高速作业时漏播率较高; 板式播种机结构简单，操作方便， 价格低，播种速度低于120150盘/ h，但取种精度低，空穴率高1本文依据农村温棚育苗生产的实际要求，在分析国内外典型育苗精量播种机工作机理的情况下，研制了抛掷式穴盘育苗精量播种机，创新设计了针式吸种盘 抛掷式种子盘和气吹投种和清孔系统，较好地解决了气吸式精量播种机对番茄等不规整小颗粒种子播种单粒率低和空穴率高等难点经生产试验测定，该机结构简单，使用维护方便，各项性能指标稳定，能够满足主要作物如番茄，辣椒等的育苗播种技术要求。播种是穴盘育苗中的一个关键环节。穴盘育苗技术对播种要求很高，要求每穴进行单粒播种，漏播和多粒种子的穴数尽可能少，以保证出苗整齐一致，群体结构合理，因此，工厂化育苗需要进行精密播种，精量播种还可以节省大量种子。工厂化育苗精量播种主要依靠精量播种机来完成。育苗工厂使用的育苗设备大多是从国外引进的播种流水线或是单一用途的播种机。从国外购买播种流水线价格达100万元左右，单一用途的播种机价格也要5万元左右，这样高的价格与我国农业产品价格水平不相适应，因此很难推广应用。另外，由于种子形状差异较大，种类繁多，实现精量播种的难度较大，因此，研究穴盘精量播种装置对促进我国的蔬菜生产机械化进程具有现实意义。1.2本课题所涉及的问题在国内外研究的现状及分析1.2.1 国内发展现状 我国工厂化农业起步较晚，70年代末开始引进一些国外技术设备进行试验研究，20 年来在技术与生产上均有较大的发展，目前我国各种温室已发展到30万公顷，对我国 农业发展起到积极有效的促进作用。但也存在很多问题。 1. 播种机的播种合格率低。我国精密播种机结构尚不完善，排种器精度不高，特别是对于形状不规则、重量较轻的小粒蔬菜种子，播种机的播种质量不稳定，重播、漏播现象比较严重，多数播种机的性能尚不能达到要求。 2. 播种机的适应能力差。机械化播种育苗技术为精密播种对种子的品质和外形均有较高要求。但由于不同蔬菜种子差距较大，目前我国多数精密播种 机械一般还只能播种一种或少数几种种子。多为一机一用，对不同种子的适应能力较差造成机器的使用周期短、利用率低，不利于降低农业生产的成本。3. 播种机的播种效率低。我国的排种机构存在结构冗余、播种速度低等问题，造成整机的工作效率 较低。一些国产播种机的工作情况相比人工播种，效率并没有显著提高，无法满足规模化生产的需要限制了工厂化育苗技术的推广应用。1.2.2 国外发展现状 国外发达国家普遍采用温室营养钵育苗，然后进行田间移栽的作业方法。近10年来， 有关部门加强从育苗到移栽整个系统的研究，使育苗和移栽有机结合，研制出多种全自动移栽机，使育苗过程实现机械化、工厂化和设施化。 经过二三十年的发展，工厂化育苗自动生产线在发达国家成套技术己基本形成并向 高科技、高度自动化发展。工厂化育苗自动生产线一般由育苗穴盘摆放机、送料机、基质装盘机、压穴及精量播种机、覆土和喷淋机等五大部分组成，这五大部分连在一起构成自动生产线，拆开后每一部分又可独立作业。这种自动生产线在荷兰、美国、日本、韩国都有产品。穴盘育苗生产线的核心部分是复杂的精量播种系统，其播种系统的型号多种多样。穴盘育苗生产线上多采用吸嘴式排种器，如美国Hamilton公司、Blackmore 公司及欧共体等厂家生产的各种穴盘精量播种生产线。 布莱克默系统(Black more system)播种装置可将单粒种子分别播到648个育苗钵中， 它有一个平台，发芽盘在平台上可静置，亦可滑动。还有侧梁对发芽盘的滑动起导向作用，对种子的吸持装置起支持作用。种子吸持装置有一根横梁，横梁悬挂在装有弹簧的套管支臂上，并可旋转。横梁两端分别与导杆相连。横梁经过关闭阀与真空管相通。每个吸嘴均由富有弹性的柔软材料构成，内部有一个通道，一直延伸到平台的进口处。存放单层种子的槽与横梁平行安装，使吸嘴能降至槽内。 美国佛罗里达州的斯匹德林公司发明了培育蔬菜秧苗的斯匹德林系统(Speeding System)。该系统的自动播种装置采用吸嘴式排种器将种子单粒放到TODD育苗钵(穴盘)。真空式精播机公认比较有代表性的，有美国的勃兰克莫尔自动播种机。这种播种机只完成精量播种一道工序，所以还要配上填充基质，压实，压坑，刮平，覆盖等全部工序的机械，才能完成全部工序。 范达纳(Van Dana)播种机是由美国密尔沃基的生长系统(Growing System lnc)设计制造的。该机较实用，成本却仅为大多数播种机的一半。该设备能准确、快速的将种子播种于真空导板上，将真空导管转动到排种管处，此时真空产生压力，种子通过排种管进入各个钵体。它能100单个地吸持住所有颗粒状种子，以适应各种类型的种子和钵体。 目前国外的精量播种机已达到相当完善的程度，在精量播种机上除了设有完善的整地、覆土、镇压及施肥、洒农药装置外，其排种装黄多采用新的工作原理，包括各种气力式排种原理与机械式排种原理，以保证单粒精量播种。另外，液压技术及电子技术也在播种机上得以应用。 精量播种装置有机械式、气力式等多种，由于机械式精量播种装置对种子的外形要求严格，有一定的种子破碎率，而且其总体结构配置复杂拥挤，整机笨重，效率低等因素，限制了机械式精量播种机性能的进一步提高。所以气力式精量播种装置较为多用。气力式精量播种装置是通过空气真空度产生的吸力工作的。气力式精量播种机对种子的形状要求不严，通用性好而且播种速度也比机械式的高。气力式精量播种机尽管形式多种多样，但其工作原理只有气吹式、气压式和气吸式。 1.3对课题所涉及的任务要求及实现预期目标的可行性分析 1.3.1任务要求：查阅相关文献，进行归纳整理 ，并进行总结，从而梳理思路，进行钵体精量点播机的设计，设计一种适用于棉花或番茄精量点播于穴盘（96穴或128穴）的机械，要求该机械每穴1-2粒，能连续工作，实现自动或半自动作业。 1.3.2 可行性分析：本设计用振动气吸工作原理进行吸气和排种。由于种子之间有摩擦，所以利用振动器将种子处于悬浮状态以便吸种。当进行吸种时，将气力吸种部件移动到种子盘振动盘正上方，调节气力吸种部件的转换开关，使气源和气室接通，气室形成负压，抛起的种子在气力作用下，被吸附在吸种盘上均布的吸种孔上；吸种后将吸种盘移到育秧盘上方适当位置，气室与气源通路切断，同时气室与大气相通，迅速释放负压，种子将靠自身质量落入育秧盘，实现对靶播种。1.4本课题需要重点研究的、关键的问题及解决的思路 重点研究的问题： 1.4.1核心部件是播种装置，它由吸种部件和振动部件组成。 1.4.2振动部件由振动台和种子盘组成，振动台由支架和激振机构组成。振动部件主要是是种子处于悬浮状态便于吸种。 1.4.3吸种部件主要由吸种盘，气室，转换开关，接管和气源等组成。其主要功用是保证每孔吸附1-2粒种子，并且准确将种子点播于穴盘中。 关键的问题：本课题的关键在于吸种部件在吸种时必须保证每个孔吸附1-2粒种子，并且能准确点播于盘中。 解决的思路：需研究种子在多大的气力下才能被吸附起来，进行种子的质量与气力吸附的相关试验，得出相关数据。对于播种的准确性需对设备的整体结构进行合理的设计，保证播种的准确性。 1 播种机的结构与原理1 1 播种机的总体结构播种机结构示意图如图 1 所示 该机由行程控制开关，直滑轨 ，工作台，万向轮行走机架，针式吸种盘，气泵，抛掷装置，种子盘和气动控制系统等组成；抛掷装置有压缩回位弹簧和牵引电磁铁等组成; 针式吸种盘由吸种盘和可更换的吸嘴组成 。气动控制系统由换向电磁阀 ，泄压阀 ，输气管路和压力调节开关等部件组成。1 2 播种机的工作原理工作时， 先将装有育苗基质的穴盘放置在播种工位， 穴盘将被夹具自动定位 拉动吸种盘把手， 吸种盘在直滑轨引导下将外移( 由取种工位向播种工位作水平移动) ; 当行程开关撞块检测到电信号， 反馈给牵引电磁铁使其吸合， 拉动种子盘下降到下工位， 使吸种盘能继续向前水平移动到播种工位; 此时行程开关撞块检测到吸种盘到达播种工位后， 产生电信号给换向电磁阀， 关闭负压气管， 同时开启正压气管， 则气室负压消失， 切换正压进入吸种盘， 将种子吹投至育苗穴盘对应的穴空， 同时完成气吹清孔， 投种结束 投种后吸种盘内移( 由播种工位向取种工位作水平移动) ， 当行程开关撞块监测到位移信号， 控制换向电磁阀关闭正压气管， 同时切换到负压气路 当吸种盘内移至种子盘正上方， 行程开关控制牵引电磁铁吸合器断电， 种子盘在复位弹簧作用下垂直上弹至上工位，同时将种子抛起迎合针式吸嘴被吸住， 吸附取种结束 重复上述动作， 可连续进行穴盘精量播种作业。21主要部件结构设计211气室(吸种盘腔体)形状尺寸的确定气吸式播种机是由吸孔处的负压来完成种子的吸附，气室对吸孔的吸附性能影响很大。理想的气室形状能实现气流从吸种盘到吸嘴的连续流动，形成均匀稳定的流场。根据陈进等【5研究试验结论：气室形状对气室内压力传递、吸盘上压力分布的均匀性无明显影响，本设计将气室形状确定为长方体以便加工制造。由于气室腔体太大会造成负压不足，吸不上种子，而且气室过大，会造成漏气，从而影响流量和真空度，因此，吸种盘腔体的尺寸越小越好，另外，为了安装吸嘴，吸种腔体尺寸又不能太小，所以按标准育苗盘尺寸，对于128穴的穴盘尺寸为：490mm240mm，空穴尺寸：30mm13mm40mm（上口下底深度）。吸种盘腔体尺寸设计为：490mm240mm40mm（长宽高）。212吸嘴的孔径设计 吸嘴的直径大小与真空度紧密联系。在相同的真空度的情况下，直径越大其吸附力也越大 吸嘴的直径设计的要求有： 1，保证吸附力大于种子质量(重量)，这样种子才有可能被吸附在吸嘴上 2，吸嘴孔直径不能大种子最大直径 3、保证一定的吸附合格率。 经试验证明，当吸嘴直径大于种子直径时，种子会被吸入吸嘴，从而造成吸嘴孔堵塞：而当 吸嘴直径小于六分之一种子直径时，吸嘴的吸附能力将降低。这两种情况都将导致播种合格率下降空穴率升高。因此吸嘴的孔径必须是多种规格，以适应不同种类的种子需要。 2643吸嘴的规格设计 严格米说，每一种质量和形状的种子都有一个相应的最适合的吸嘴直径。但是精密播种机不可能也不必要为每一类种子配备一种规格的吸嘴。因此，在实际设计中，应根据种子质量的分布进行吸嘴的规格设计一般情况下，我们以克粒数作为种子的质量指标。根据经验，我们一般将吸嘴设计为表2-3所示的几个规格。 表2-3吸嘴规格对应表 吸孔孔径大小对单粒率、多粒率影响很大，孔径尺寸减小，单粒率上升，多粒率下降，但孔径太小不易加工且易被堵塞。研究表明：吸嘴孔径取物料种子直径的0.5一0.7倍较合适6，7J。据此确定吸孔直径分别为07mm和1.5mm二种尺寸，其中07mm用于吸附西红柿和辣椒种子，15mm用于吸附棉种。带导程的吸孔吸种单粒率明显高于无导程的吸孔吸种单粒率，但吸嘴导程过长会降低吸嘴口处负压和流量，从而不利于吸种，为便于加工和配合抛振装置的需要，选择吸嘴长度为8mm，吸嘴间距为30mm，其结构如图2所示。213吸嘴端口形状的确定真空吸嘴是气吸式穴盘育苗精量播种机的核心工作件，国内外研究者就其气流场的分布及其动力学参数与播种性能间关系进行了试验研究【IoJ，结果表明：吸嘴真空度、嘴型、孔径和导程等是影响真空吸嘴吸附能力的主要因素。由于上述研究是一个多目标多因素问题，其影响因素互相制约，从理论上进行分析设计具有较大的难度，传统的物理试验方法费时费力，无形中增加了成本和延长了设计周期，同时不直观的数据误差也影响整个设计的可靠性。吸嘴端口形状目前应用最常见的有A型、U型和V型。经试验表明（胡斌）其中，V型端口吸附性能最好(31。1吸嘴体 2针管 不同的吸嘴规格有不同的针管直径。2。13气源流量的确定物料的临界速度是气力输送装置和物料吸取装置设计的关键参数。在吸嘴气力式播种机的气流场中，按照气力输送装置的气流速度来进一步确定流体速度，以保证种子被有效吸附。周祖愕8J研究表明：当气流输送速度为30m/s以上时，物科可以被有效吸附。吸嘴气力式播种根据不同大小的种子选用不同孔径的吸嘴，以番茄种子播种为研究对象，对吸嘴吸取种子进行分析，确定吸嘴能够吸取种子的最小气体流量。假定每个吸嘴的真空度和气体流量均匀，每个吸嘴的流量为： 吸嘴的总流量为： 上式中，d为吸嘴 直径，0.7mm；n为吸嘴个数；128个；v为吸嘴口流速。当气源气体流量大于5.3/h时，吸嘴能够把种子完全吸取。2 气泵的选择由于温室大棚育苗播种一般要求空粒率低，对多粒率通常没有特殊要求，故选用流量较大、价格便宜的XWB-1型旋涡气泵作为气源，以提高吸附率。由无锡某机电设备有限公司气泵研究所的有关人员对旋涡气泵产品所作的实验统计得到，气泵的有效功率为总效率的2045XWB-1型旋涡气泵最大流量为60m3h，故实际工作流量为1227m3h，完全满足设计流量要求。具体参数见下表。型号/参数最大压力(kpa)真空度(kpa）最大流量(M3/h)电动机功率(Kw)电机转速(Rpm)管径(mm)外型尺寸长宽高纸箱包装尺寸长宽高重量(Kg)XWB-11812600.3728004028025226029026028010抛振机构的设计抛振机构由复位弹簧、牵引电磁铁、种盘等组成（如图 1 所示）。考虑到吸种盘来回吸种时，抛振装置将种盘弹起，吸种盘落人种盘内吸附处于悬浮状态的种子，故种盘稍大于吸种盘面积，底面尺寸每边大于吸种盘23个种子直径，以免在边缘上挤碎种子，并且由于实际吸种时为了提高吸种性能，种盘要能放多于3层的种子，需有一定深度，所以种盘尺寸设计为：550mm320mm20mm。同时在种盘底部打上小孔，孔径小于种子直径，以便能有足够的气体流入到吸嘴产生负压。种盘通过螺栓与抛振装置连接在一起，这样当抛振装置的牵引电磁铁处于断开状态时，复位弹簧利用回复力将种盘弹起，盘内种子上抛处于悬浮状态，以减小吸附时的阻力，提高种子吸附率。1 抛振机构工作原理种盘与牵引电磁铁的衔铁连接在一起，种盘底面四角安装有复位弹簧。牵引电磁铁通电时，衔铁拉动种盘克服弹簧力向下运动一定行程。磁力断开状态时，复位弹簧将种盘弹起，盘内种子随盘产生上抛运动，上表面的种子将脱离种子群，处于悬空“沸腾”游离状态，由于增加与吸盘上吸嘴的接触机会，显著提高种子吸附率8-10。机构设计参数为1111 董春旺，罗昕，胡斌半自动穴盘育苗精量播种机的设计J石河子大学学报：自然科学版，2008，26(5)：630632Dong Chunwang, Luo Xin, Hu Bin. Design of semi-automatic tray precision seeding-machineJ. Journal of ShiheziUniversity: Natural Science, 2008, 26(5): 630632. (inChinese with English abstract)：种盘及连接器质量约3 kg，弹簧系统刚度 4 N/mm，牵引电磁铁使用电压为220 V，最大牵力为 80 N，可调最大行程为 25 mm。2 抛振机构运动规律分析2.1 种子“沸腾”运动条件与抛振强度计算对单粒（层）种子在种盘上的运动进行分析。种盘上的种子受自身的重力和种盘运动时给予的惯性力12-13，忽略空气阻力对种子受力运动的影响，种子脱离种盘出现跳动的临界条件为 P G （1）式中 P种子所受惯性力，N；G种子重力，N。种盘运动的周期性简谐方程为 当不考虑系统阻尼 时，方程为 式中：x运动方程；A振幅，mm；t振动时间，s；振动初相位，rad；振系固有角频率rad/s。种子初始加速度与种盘加速度相同 由牛顿第二定律可得 将（5）代入（1）式得 w = = 令 K为抛射强度8,14，则 仅当种子随盘运动且与种盘之间接触力为 0 时等号成立,说明只有 K1 时，种子才可能被抛起。如图 2 所示，抛振机构处于状态 A 时，弹簧处于压缩状态，存在 k式中： F牵引电磁铁拉力，N；k抛振系统等效弹簧劲度系数；xF形成的压缩量，mm；种盘种子的静变形量，mm；M种盘质量，kg；m棉种质量，kg。将式（9）代入到公式（8）得 由抛振装置设计结构决定（如图 1） ，吸嘴取种后将从种盘上方移动到穴盘上方的播种工位，为避免吸盘吸嘴移出时种子不被种盘外沿碰掉，则种盘下移距离必须大于吸嘴和棉种的累加高度（即 1620 mm） 。故选用80 N 的牵引电磁铁时，设计抛振系统弹簧的刚度为4 N/mm。 则抛振系统的固有频率为+ 振幅为 式中：xt1种盘位移量，mm；t1有效位移时间，s。代入式（7）得振系的抛射强度为 = = = 故抛振机构满足设计要求，种子能从种盘上被抛起。播种机取种时，系统电磁铁断电，回位弹簧将盘和盘内种子向上抛掷，假设系统种子和种子盘均匀，均布的弹簧刚度一致，依据机械能守恒，系量方程式为Es为弹性势能，即 则可推出 式中M一种子盘和磁铁衔铁质量之和；m一种子质量；-M+m引起的静变形鼍；V-二者抛掷初速度；k一系统等效弹簧劲度系数；x一磁铁衔铁下拉形成的压缩量。种子与种子盘抛掷后，种子受惯性力作用做自由上抛运动，自由上抛高度为可以看出，种子上抛高度与弹簧刚度系数后，磁铁衔铁下拉形成的压缩量x和种子盘、种子和弹振机构质量(M+m)有关。将样机的种盘质量M =3 kg， 单粒棉种质量m=0.096 g，衔铁牵引力 F=80 N，代入式（11） 、 （13） 、 （14）得：v=735 mm/s，h =12.59 mm，h=26.67mm，棉种脱离种盘上抛高度为：hh=14.08 mm。钵体精量点播装置的设计摘 要 工厂化育苗是近年国内外发展的一项有效的农业增产增收的技术。由_丁秧苗生产在温室内进行，秧苗生长的环境可以有效控制，摆脱恶劣自然环境的影响：移栽后可以抵御早春低温寒潮，大人缩短缓苗期，与常规秋苗生产技术比较有许多优势，在我国不同的地区逐步开始得到应用。而与工厂化育秧技术配套的育苗播种机是该技术得以推广的一个重要前提， 因此发展育苗播种机是必要的。国外对育苗播种机的研究主要集中在蔬菜和花卉上，而国内主要是对水稻的一厂化育苗进行研。本文在对国内外现有的育苗播种播种机进行初步研究的基础上，结合新疆兵团农业产业化专项资金扶持项目“农作物高产移栽装备与产业化”分专题“l=厂化育苗播种机的研究与开发”课题要求，设计制造种适合棉花的吸盘抛振式穴盘育苗精量播种机。论文从育苗播种机整机结构设计入手，提山了种子上抛“沸腾”的新思路，创新设计种子室抛振机构，并对棉种的吸附机理及抛振机构jr作机理进行了理论分析，建立了相关数学模型，确定了影响吸附性能的土要冈素关系。通过计算机流体仿真分析软件对吸盘与吸嘴的结构进行了参数优化，提高了吸嘴的吸附性能与取种精度。采用数值模拟方法，对吸嘴的吸附性能进行了正交试验，找出了影响吸附性能的各因素间的主次关系，得剑较优冈素水平组合。其主要成果为气吸式精量育苗播种机的设计提供了新的思路、方法和理论参考。物理样机试验表明，该装置具有结构简单、操作方便、能耗低、播种性能良好等特点，符合棉 花穴盘育苗精量播种的技术要求。通过更换吸嘴可以适Hj予甭茄、辣椒等作物种子的育苗播种。关键字：抛振式；精量播种机；工厂化育苗；数值模拟试验11工厂化穴盘育苗技术第一章绪论俗话说“苗壮半收成。播种育苗是一项劳动强度大、费时、技术性强的工作。过去大部分采用传统的露地直播的方式或采用阳畦、改良阳畦和R光温室育苗。由于设备简陋和自然条件的影响，育苗苗龄长、质量差、大小不齐，而且成本高，还往往会因冻害或病虫害等自然灾害造成缺苗。再者传统的育苗技术只有靠经验，技术失误多，特别是单凭经验育苗很难掌握和推广【ll。 随着蔬菜、花卉生产业的迅速发展，育苗也由过去的农户分散育苗向着专业化、规模化、商业化、机械化迅速发展，使蔬菜、花卉生产向设施农业的方向再迈进一步，形成了工厂化育苗的生产体系。所谓工厂化穴盘育苗是20世纪70年代国际上发展起来的一项新型育苗技术，即在人工控制的最佳条件下，充分利用自然资源，采用科学化、标准化技术措施以及机械化，自动化手段，使蔬菜、花卉育苗达到快速、优质、高效率、低成本、成批而稳定的水平121。现将常见蔬菜的工厂化苗与常规苗的一些参数比较列于下表13I：表1-1工厂化穴盘育苗与常规苗比较表穴盘育苗在欧、美等农业现代化程度比较高的国家推广普及较为迅速。商品苗生产量第一位的是美国，其次是意大利、法国、西班牙、荷兰等。韩国、同本及我国台湾省发展穴盘育苗起步时问与我国大陆相差不多，都在80年代中期，但推广力度和相关配套设施丌发却强于我国内地。近几年，穴盘育苗在国内一些地方进行了试验、推广，有些地方己经形成一定规模，取得一定的经济效益，在当地产生了较好的影响。实践证明，工厂化育苗较常规育苗方式具有成苗快、不伤根系、能获高产、减少用工量和劳动强度，节约种子且适合远距离运输、避免气候灾害影响等优点，是一种适合我国国情的行之有效的育苗技术，主要应用于蔬菜，花卉，林木，烟草，近年在水稻、棉花等农作物以及经济作物上也有希望得到大面积的推广和应用。111工厂化育苗的基本技术特征4-5(1)一次成苗的容器育苗。(2)容器是采用多穴的穴盘。实际是把许多呈上大下小的倒锥形苗钵连接在一起。穴盘现在有两大类：聚乙烯薄板吸塑而成的穴盘，为美国、加拿大的公司生产：聚苯乙烯泡沫塑料模塑而成的，主要在欧洲一些国家用得较多。(3)采用无土栽培的育苗技术，其基质主要采用泥炭土、蛙石、珍珠岩等轻基质。这些基质比土壤的比重轻得多，有良好的透气性和保水性，与容器表面不粘着，容易从盘中脱出，也不粘在机械部件表面，便于机械操作，酸碱度适中。(4)穴盘育苗技术是高科技的产物，必须同邻接的近代高科技密切结合才能成为现代产业的生产力。据考察现代穴盘育苗技术，它结合了：近代温室技术，无土栽培技术，机械自动化技术，信息技术(智能控制)等。高度精确、高速度，保证严格规范化生产，提供规格整齐、无病虫害源的、高度生命力的商品苗。 112工厂化育苗的优越性(1)高出芽率，苗生命活力强，可以大大节约种子。(2)比传统育苗高几倍的密度，节省了育苗所需温室或暖棚面积。每株商品苗所需的温室投资(固定成本)和冬季采暖费用(作业成本)相对地显著下降，这两项成本是比重最大的,由此得到显著的经济效益。(3)穴盘苗在脱盘时，根系和基质网结而成根沱相当结实，不重压重磕是不会散开的。不论是手工或机械化移栽，根沱都不易散结而受伤，移栽入土后迅速成长，没有传统育苗移栽后的缓苗期。即使没有经验的农家，用穴盘苗移栽也能取得成功。另外，将来用穴盘苗进行机械化移栽，技术上的困难比传统育苗小得多。(4)用高精度点播生产线实行机械化播种，作业质量高超，每穴中基质填装量一致，播种深浅相差无几，压实程度、覆盖深度等都很接近。进入温室后规范化管理，苗成活率几乎是百分之百。而出苗同期和苗大小十分整齐一致。成苗茁壮，产量有很好保证。成熟、结实的时问也不致相差过大。所有这些对现代种苗产业实行计划管理和产品信誉有了保证，也为今后推行收获机械化创造了方便条件。(5)种苗业比较容易实行整个生产环节的无毒化处理，防止病虫害侵入种苗，保证提供无病虫害商品苗，建立良好的商业信誉。(6)轻基质、轻容器，便于实现集装运输。商品苗可实现远距离运输，扩大供应范围。这对种苗业扩大生产创造了很好的条件。随着新农村建设的不断推进和深化，我国农村经济模式及种植业结构作出较大调整，集约化，规模化、机械化、产业化农业经营正成为主流趋势，也标志着我国工厂化育苗移栽技术已经步入快速发展阶段，种植产业必然走统一供种、统一育秧而后移栽的技术路钱，最终实现种苗的工厂化生产、商品化供应。而要实现统一供苗其关键之一是要有适合农艺需要的育苗精量播种装置。因此，与之相配套的育苗设备的研究与应用是整个环节中的核心。目前，各种原理和方式的播种机被研制、生产出来，并在一定程度上得以推广4-71。12工厂化育苗穴盘播种装置研究现状121国外工厂化穴盘育苗播种机现状【&10】国外工厂化育苗机械研究起步较早，己经有了40多年的发展研制历程，技术比较成熟。研制出的机型多，功能完善，配套设施齐全，自动化程度较高。为国内所知名的育苗精量播种机的生产商及品牌主要有：美国的布莱克默(Blackmore)，E-Z，万达能(Vandana)，Gro-Mor，英国的汉密尔顿(Hamilton)；荷兰的Visser；澳大利亚的W订1lamesST750、STl500；韩国大东机电株式会的Helper播种机；日本洋马公司的YVMPl30型、YVP400型播种机。其中Blackmore公司主要生产针式、滚筒式精密播种机；Vandana、E-Z公司主要生产板式精密播种机；GroMor产品以手持式(hand)、手动式(manual)针式播种机为主；Hamilton公司有手动、针式(Natural)、滚筒式(Drum)三大系列产品；Yisser公司提供半自动、全自动的针式和滚筒式的精密播种机；Williames的产品则要是滚筒式；韩国的Helper精密播种机涵盖了手持式、板式、手动针式、自动针式等。美国作为世界上应用穴盘育苗技术最广泛的国家之一，其技术发展最为先进、专业、规模最大。在生产环节采用高科技手段，播种育苗系统实现电脑管理机械化电气化流程，在防病虫害、成活率、成熟收摘期一致性等育苗指标上具有较高水平。此外，育苗播种装置不断采用新技术，如：信号装置以及利用电子监视装置来及时进行故障报警、自动调节播种量大小等。美国的勃兰克莫尔生产了真空式精播机。这种播种机只完成精量播种一道工序，所以还要配上填充基质，压实，压坑，刮平，覆盖等全部工序的机械，才能完成全部工序。美国文图尔公司的N450精量播种机生产线是机械式精量播种机。这条生产线能完成混合基质、填充穴盘、精量播种、覆盖、喷水等全套工序。这种精量播种机只能播种一定大小的丸粒种了。除了圆粒种子外其它种子都要先经丸粒化处理。因此生产线还配套一个丸粒化车间、包括一套丸粒设备。瑞典希尔苏格公司FS型育苗播种自动生产线主要适用于树苗的生产，其播种机构是一真空播种滚筒，筒壁上均匀地分布着若干个小孔。孔口具有吸力(吸力由真空泵产生)，种粒被吸附在孔口处；当容器被传送到滚筒下方时，消除吸力，种粒正下好落入容器中，并保证每个孔中播入一粒种子。日本早在20世纪70年代就研制出一整套工厂化育秧技术和设备，经过近几十年的不断发展完善，技术水平同臻完善，其用于蔬菜播种的播种机的播种精度很高，如洋马公司的YVS13型YVMPl30型、YVP400型播种机、Svzvtec公司的SIH一200播种机等，采用振动式敷土装置，真空气吸式播种装置，自动检测穴坑位置，实现一次一粒的精确播种。YVRPU000型播种机既可以播种蔬菜种子又可以播种水稻种子。台湾省的工厂化育苗技术发展较快，自动化水平较高。其生产了鼓式及针式穴盘自动播种系统，包含育苗介质供应设备、自动排种机、振荡式真空播种机等。鼓式播种机一般适用于十字花科种子，针式播种机适用于非球形种子。台湾科洋机械自动控制有限公司的PN20型针式播种机，对不同播种穴盘或种子只要更换附件即可。表1-2国外常见播种机对比由表11知，国外机型多为一体机且价格昂贵，操作复杂，并不适合我国实际需要，特别是规模小的农村个体生产者。122国内工厂化育苗穴盘播种机现状 我国对工厂化育苗设备的研制及应用起步较晚，总体水平较低。 “七五期间，北京市从国外引进了四条穴盘育苗生产线和一台精量播种机。各地有关单位开始水稻工厂化育秧的试验研究。特别是90年以后，随着抛秧技术的出现和发展，对穴盘秧苗的需求是迅速增加，各水稻产区相继建立了水稻育秧工厂，其数量也直线上升。在育秧设备方面，1979年从同本引进育秧成套设备，吉林等省市进行试验改制，总结实验经验，结合实际条件，研制出适合国情的育种生产流水线，如北京市农机研制的2BSP-360育苗播种生产线，吉林农业大学研制的吸盘式播种器、黑龙江省红兴隆机械厂研制的水稻工厂化育秧设备等111J。 “八五”期问农业部、科技部先后将工厂化穴盘育苗技术研究列为重点科研项目，主攻精量播种机生产线，并在全国建立五大穴盘育苗示范基地，致使我国工厂化育苗技术得到快速发展。其中由农业工程研究设计院和北京农业工程大学主持完成了穴盘育苗设施和配套技术的研究课题，研制出的型孔齿盘转动式2XB-300型蔬菜精量播种机。 进入“九五、“十五”以来，各地贯彻实施农业现代化、产业化步伐明显加快，沿海地区一些大中城市积极调整种植结构，发展适度规模种植，引进先进科技成果，加强科技投入，把发展轻基质穴盘育苗列为工厂化农业重中之重。 目前，国内拥有成套设备的育苗企业单位已达上百家，但经营规模还普遍偏小，国内市场占有率不足10112I。市场常见机型有【131：北京碧斯凯农业公司的系列播种机；胖龙(邯郸)温室工程有限公司最新研制成功的BZ200型农林业及园艺花卉用穴盘育苗播种机；中国工业工程研究设计院和中国农业大学等单位联合研制成功2XB-400型穴盘育苗精量播种机。华南农大研制的HNJ971型水稻播种机；广西农机化研究所的2ZBQ-300型双层滚筒气吸播种机；南京农机化研究所和江苏理工大学共同研制的20B一330型气吸振动式秧苗精量播种机等，其吸盘采用窝眼式，运输机构是曲柄连杆，种子室采用电磁激震。 另外，重庆北卡农业公司生产的“半自动精量播种机”，种子室为激振式，即种子室与电磁振动器相连，通过振动器产生一定频率共振使种子室内种子抛起：工作输送机构为拱形滑轨机构，即在低位吸种后，拉动吸盘水平向上移动到高位(工作台上方)投种：其吸种盘为窝眼(孔)式，即在吸种板上直接压制凸形窝孔，不能拆卸更换吸种板。其整机固定安装，不能任意移动、搬迁。 上述这些机型基本代表了国内目前的生产与研究水平，存在着自动化程度低、结构复杂、适用范围小等不足。同时由于设计制造或清种效果不好等多方面原因，致使机装置性能达不到足够精度，真J下大量应用于农业生产实际中的并不多，还没有形成市场规模，与国外的穴盘播种机生产还有一定的距离。因此，参照国外先进机型，研制我国的穴盘精量播种机具有很大的市场潜力和经济效益。123国内外播种性能影响因素及种子动力学分析研究现状 气吸式播种在精量播种机中有一定的优势，因此较多学者曾经致力于它的研究。美国的ZulinZ【14l在1991年对发芽的芹菜籽用气吸式播种机进行了试验，探讨了真空度及线速度对排种性能的影响。1994年Far，JJafari等人【5】对发芽的西红柿种子利用气吸式播种机进行了试验。1996年P6uarella等人【J用不同吸嘴的吸种盘对蔬菜种子进行了试验与理论分析，找到了不同吸嘴对应的最佳真空度。2004年DKarayl等人fJ7J建立了种子(玉米、棉花、大豆、西瓜等)的物理特性(千粒重、投影面积等)与气室真空度的数学模型。 国内，以气吸式播种机为研究对象， 1996年栾明川采用气吸式播种机对花生进行了排种性能的试验研究，进行了型孔参数设计。1999年李耀明、吴国瑞、庞昌乐等研究了振动气吸式精密播种机吸种运动规律，得到结论：吸种部件的工作性能与吸种气流场的分布及其动力学参数密切相关，是决定播种过程能否顺利进行的关键。2000年封俊等对小麦用新型组合吸孔式小麦精密播种机进行了排种性能的试验，并进行了运动学、动力学特性分析。2000年庞昌乐等设计了气吸式双层滚筒水稻播种器。2001年杨宛章等人从运动学及动力学角度分析气吸式播种机的种子吸附过程。2002年陈迸等对振动气吸式穴盘精量播种机种子群运动规律进行了研究。2004年刘彩玲等分析了种子盘振动对气吸振动式精量播种机的工作性能影响。2004年周晓峰对穴盘育苗气吸式精量播种机的吸附性能进行了研究。2007年陈进、庄森等对真空气吸式播种器吸针流场进行了研究。2009年李耀明，赵湛，陈迸等对气吸振动式排种器种盘内种群运动规律的进行离散元分析，得到多层种子间的运动规律18-27 上述研究的对象均基于水稻或蔬菜种子，没有考虑棉花种子物料特性；在分析气吸式播种机的流场时，流场分析缺乏实验测试的研究，理论上多是简化为有势流动，此外在使用的技术方法上基本是通过测量仪器得到，并没有对气吸式播种机的整体气室流场的压力场和速度场进行分析，这说明在数值计算研究气吸播种机方面还需要进一步的工作。此外，人们对气吸式播种器气室流场的研究大多是对其内部有限个点的压力、速度进行测量，这种方法直接、真实且可信度高，然而由于测量成本和技术等原因，测量点有限，对于一些向量、整体性等不能准确测量各点的数据，而这些数据对播种机气室的形状设计和吸嘴参数的设计及优化都具有很大的影响。因此需要采用先进的技术和仿真软件对吸种盘及吸嘴流场进行全面的分析和研究，找出影响吸附性能的因素。 124生产实际中存在的问题 目前，工厂化育苗精量播种机械有了快速的发展和较大的进步，已初步建立起适合我国工厂化穴盘育苗体系。但是，我国农业F处在一个从传统农业向现代化农业转变的过度时期，工厂化育苗业刚进入商品化生产的初级阶段，存在着一系列制约工厂化育苗生产发展的因素，主要体现在以下几个方面： 1)育苗播种机市场低迷，生产者意识淡薄。当前，国内育苗播种设备市场需求，主要源于大量的国家政府园区的建设与投资，并非源自市场驱动力。实际中因为工厂化育苗所需的前期投资较大，门槛过高，导致生产者对工厂化育苗产业以及播种设备的认知程度和积极性仍然不高。同时国内在穴盘育苗设施条件、技术规范化程度、商品苗质量、推广力度及生产经营规模相对国外差距较大，难以形成大规模的穴盘育苗产业化链条，致使科技人员专业化、管理技术体系规范化薄弱。 2)播种合格率较低。许多育苗播种机械播种装置的播种性能达不到要求，尤其在高速作业下易发生种子箱排空、导种管杂物堵塞、播种器故障、针头堵塞、不能及时清种等工艺性故障现象，造成重播、少播或漏播现象，尤其是在形状不规则、重量比较轻的小颗粒种子的精量播种方面播种质量不稳定。 3)农机与农艺结合不紧密。现行播种装置与育苗成套设备一般为独立工作，所以整个流水线的自动化程度较低，劳动强度相对较大。多数育苗播种机械对裸种的适应性差，或者要包衣丸化处理，增加了成本且影响发芽率。一般一种形式的精密播种机只能播种少数几种品种的种子，而农业生产具有很强的季节性，这样农机具的闲置周期相对延长，降低了使用效率，不利于农业生产成本的降低：4)机械化育苗工艺的基础性研究较为薄弱，与机械化育苗配套的设施发展不完善。目前，我国对育苗机械的发展还未有统一的技术规范，虽然在实际中应用的机型较多，但还未制定机械化育苗的统一技术标准。很多的育苗工艺仍在探索之中，无标准的技术指标可循，各个研究单位之间缺乏交流而且少有企业参与其中研究。13计算机仿真技术在播种机设计中的应用目前气吸式播种机主要分为两种：吸针式和滚筒式。大多采用传统的设计方法，通过大量的现场试验得到试验数据，并对试验数据的处理，得到影响播种性能的主要影响因素，尔后采用优化设计方法对播种器的结构进行不断的设计和改进。计算机仿真技术是指在产品设计开发过程中，将分散的零部件设计和分析技术耦合在一起，在计算机上建造出产品的整体模型，并针对该产品在投入使用后的各种工况进行仿真分析，预测产品的整体性能，进而改进产品设计，提高产品性能的一种新技术采用计算机仿真技术主要通过对物理系统建立的数学模型进行仿真，其过程主要是通过计算机的仿真程序完成的。显然，与物理样机的仿真相比无论在工作量、劳动强度、时间周期和经费投入上都要小得多。通过计算机仿真可以很方便的改变机构的参数，可以得到仿真结果。这些优点是通过物理样机试验无法比拟的【28】。国内外对精量播种机的研究中主要采用的还是试验设计的方法【291。在大量试验的基础上，通过试验数据的处理得到影响播种机播种效果的各主要影响参数，同过调整参数、优化参数不断地在结构和性能上获得改进。较大的受到试验周期、条件和经费等因素的制约。随着科技的发展，人们通过计算机仿真可以模拟农业机械的作业过程，从而能低成本获得在试验中难以得到或要化大量经费才能得到的数据。随着计算机技术的发展，计算机数值模拟技术在系统设计、分析中的得到广泛的应用。通过仿真软件在虚拟环境中模拟系统，并对其在各种工况下进行仿真分析，可以方便地发现设计缺陷，从而对整个系统进行不断改进，直至获得最优设计方案，做出物理样机，这样就可以克服传统设计中的费时费力等缺点128。30】。第2章 工作原理及播种装置的结构设计21设计目标本章在上一章对国内外现有的育苗播种机进行深入研究的基础上，设计半自动嘴形气吸式穴盘育苗精密播种机，并讨论该育苗精密播种机的工作原理和结构特性。通过对嘴形气吸式穴盘育苗精密播种机的初步测试，针对气吸式育苗精密播种机的特点，制定以下设计性能指标：1、合格率()：932、空穴率()：33、多粒率()：24、纯生产率大于300盘小时；5、电源：电压为220伏；6、结构简单，使用维护方便；7、可播棉种以外作物种子。22总体机构设计 吸盘式精密播种机的工作原理是利用抽真空设备，经吸气阀调节后将播种机的气室内抽成一定的负压，即吸起种子所需的真空度，使播种机吸盘上的每个孔产生足够的吸力。当吸盘移至振动的种子盘上时，就把在上抛的种子室内处于“悬浮”状态的种子吸到每个吸种孔上，再将吸盘移到穴盘上，打开卸压阀的同时切换正气压，气室内的真空度消失，种子靠正气压吹入穴盘的穴内，实现精量播种。这是一种间歇式播种机，一次可播种一个苗盘。它与常见的气吸式播种机的工作原理相似，但结构上又有较大差异。一般气吸式播种机的吸种盘多是垂直圆盘，吸孔吸取种子时，需要克服种子重力和种子室内种子间的阻力。要求吸孔吸附种子的力要大一些，每个孔吸起的种子可以是多粒的，用刮种板刮去多余的种子，而吸盘式精密播种机的吸种盘是水平盘，吸附种子的力仅需克服种子的重力就可以将种子提起。吸附力可以小一些，播种机与种子间无相互挤压、摩擦等运动，基本不伤种。221结构组成该机由工作台、机架、吸嘴式吸种盘、气泵、抛振装置、气控装置等组成，图1为其结构示意图。供种装置是有种盘和抛振装置组成，功能在于使种子在盘内做均匀的上抛运动，呈瞬间游离状，以利于吸种。抛振装置有种盘、压缩弹簧、牵引电磁铁等组成。排种装置包括吸嘴式吸种盘、气室、直滑轨组成。气控装置由气泵、换向电磁阀、泄压阀、输气管路、行程开关等组成。 1行样开关2吸盘气室3针式吸嘴 4换向电磁阀5气象6牵引电磁铁7种盘 图2-1播种装置结构图2 2 2工作过程工作时，先将装有育苗基质的穴盘放置在播种工位穴盘将被夹具自动定位。拉动吸种盘把手，直滑轨机构将引导吸种盘作水平移动。此时行程开关通过行程开关撞块检测到电信号，反馈给牵引电磁铁使其吸合，则种子盒下降到下工位，使播种部件能继续向前水平移动到播种工位。行程开关通过行程开关撞块检测到吸种盘到达播种工位后，产生电信号给电磁气阀关闭负压气管，同时开启正压气管，则气室负压消失，切换正压进入吸种盘，使种子脱离吸嘴落入育苗穴盘中，同时实现吸嘴口清种。播种后向内移动吸种盘，行程开关根据行程开关撞块位移信号，控制电磁气阀关闭正压气管。同时切换到负压气路。当吸种盘恢复到种盘上，行程开关控制电磁牵引吸台器断电，种盘在复位弹簧作用下垂直上弹至上工位，种子被抛起悬空与针式吸嘴接触并被吸停，完成吸种动作，进入下个播种循环。2 3主要部件结构参数设计2 3 l气室(吸种盘腔体)形状尺寸的确定吸嘴式播种机是由吸孔处负压完成吸附种子的，气室对吸孔的吸附性能影啊很大。邪想的气室形状府|殳计成能使气流从吸种盘到吸嘴连续地流动，形成均匀稳定的流场。根土I：扦耘等研究试验结论：气审形状对气室内压力传递、吸盘I厄力分如的均匀性无日JJ显影响，其真实的理论流场为 等势线所表示的势流场135d6I。掘此将室型形状确定为长方体。这利，设计便丁加f制造，也便于同吸嘴连接。山于气室腔体太大会造成负压不足，吸不上种子而且气室过大，会造成漏气现象严重，大丈影响流量和真空度，从而影响吸种性能，同时从便于加工和减轻重量考虑，吸种盘腔体尺寸办越小越好，但为了装载针式吸嘴和安装吸嘴方便，吸种腔体尺寸又不能太小。综合考虑上述因素的同时，也要考虑同现行标准育苗盘尺寸相匹配。最终尺寸设计为：490X240X40(唧)，进气通道直行为30唧。这样吸种盘体积小，需要空气流量小，响应快速无滞后，容易吸起种子，并且结构简单，气室内部结构如图22所示。l进气通道2气脯壳体3针式吸嘴圈2-2吸种盘的气室剖视图吸种盘气腔壳体与吸嘴板采用蝶形螺母连接，并设计有定位销。町快速、方便地拆卸、清理种子室。由于零部件结构限制和零部件的加工、装配误差，以及吸种盘在真空的作用下产生娈形，在集成吸嘴的吸板与气室之问会产生一定的间隙，赦在吸盘上安装有密封圈，保证壳体与吸嘴盘组成的气室的气密性从而避免真空泄漏造成气室压力不均匀而影响播种性能。通过生产实际中调研发现，购置精量播种机的单位或个人，需，(播的种子往往并非单的作物，通常有多种，而这些不同作物的种子的外形尺寸、干粒重差异较大。而市场E穴盘播种机机型虽多，但多具有针对性，对所播种f有，”格要求，适应性差，小能满足多作物种于的播种或效果很差。为提高本机的通用性，降低重复投资购机的成本，设计吸嘴极为活动、可拆卸式。当有需要更换作物播种时，仅需通过更换集成合适孔径吸嘴的吸板，即可实现多作物的精量播种。解决了传统吸盘播种机互换性和通用性筹问题，实现了机多用的功能，可在大粒或小粒种子，棉种、甜菜、番茄、辣椒等作物上得到运用推，其直接经济效益更加显著。2 3 2吸孔孔径参数的确定吸孔孔径大小对单粒率、多粒率影响很大孔径代、_r碱小，单耗率r升，多柠率F降，有种率上升，所以孔径较小有利丁吸种，但孔径太小不易加工且易被堵塞。有研究数据表明：吸嘴7L径取物料种子直径的o5-0 6倍左右较合适。据此设计两种孔径的吸嘴，吸孔直径分别为中07衄和巾2嘣，其中巾07m用于吸附小粒绿化花卉、西红柿和辣椒种子巾2哪用于吸附棉种等大粒种子。吸嘴导程对吸种单粒率有较大影响，试验表明带吸嘴的吸孔吸种单粒率明显高于无嘴裸孔吸种单粒率，但吸嘴导程过长会降低吸嘴口处负压和流量从而不利于吸种，为便于加工和配合抛振装置的需要，选择吸嘴长度为8唧，吸嘴间距为41衄。据此，最终设计方案确定：吸嘴嘴型及结构如图2-3所示，吸嘴分布如图2-4，嘴式吸盘外形如图2 5所示。田2-3针式吸嘴形状及内部结构透揽图图2-4吸种盘吸嘴分布图图2-5嘴式吸种盘外形2。13气源流量的确定物料的临界速度是气力输送装置和物料吸取装置设计的关键参数。在吸嘴气力式播种机的气流场中，按照气力输送装置的气流速度来进一步确定流体速度，以保证种子被有效吸附。周祖愕8J研究表明：当气流输送速度为30m/s以上时，物科可以被有效吸附。吸嘴气力式播种根据不同大小的种子选用不同孔径的吸嘴，以番茄种子播种为研究对象，对吸嘴吸取种子进行分析，确定吸嘴能够吸取种子的最小气体流量。假定每个吸嘴的真空度和气体流量均匀，每个吸嘴的流量为： 吸嘴的总流量为： 上式中，d为吸嘴 直径，0.7mm；n为吸嘴个数；128个；v为吸嘴口流速。当气源气体流量大于5.3/h时，吸嘴能够把种子完全吸取。产生负压的装置主要有两类”I， 类是风机，一类是真空泵，两种负压源各有其优缺点和适用范田。负压源的选择原则是，负u三源在克服工作管路的阻力后能够产生满足工作管路所需的流量，且这时负压源的工作点应在其效率较高的地方。一般在相同功率的情况F，风机的流量大但获得的负压较低，而真空泵则可获得较高的真空度，但允许通过的流量较小。查阅有关资料可知，山于漩涡气泵和驱动电机是一体构成，叶片的转速非常高。所以它可以产牛比较高的负压，而没有真空泵的流量限制，同时真空泵的价格高于风机。如果负压源流量小，风管产生漏气或风管直径小，均会因播种器气室真空度小，吸不上种子而产生漏播现象。肛【机是否达到播种器所要求的真空度，是播种机工作质量的重要影响因素之。2 气泵的选择由于温室大棚育苗播种一般要求空粒率低，对多粒率通常没有特殊要求，故选用流量较大、价格便宜的XWB-1型旋涡气泵作为气源，以提高吸附率。由无锡某机电设备有限公司气泵研究所的有关人员对旋涡气泵产品所作的实验统计得到，气泵的有效功率为总效率的2045XWB-1型旋涡气泵最大流量为60m3h，故实际工作流量为1227m3h，完全满足设计流量要求。具体参数见下表。型号/参数最大压力(kpa)真空度(kpa）最大流量(M3/h)电动机功率(Kw)电机转速(Rpm)管径(mm)外型尺寸长宽高纸箱包装尺寸长宽高重量(Kg)XWB-11812600.37280040280252260290260280102 3 4种子箱的设计考虑到吸种盘来回吸种时，抛振装置将种子箱弹起吸种盘落入种了箱内吸种，故种子箱稍大于吸种盘面积，底面尺寸每边大于吸种盘23个种子直径，以免在边缘上挤碎种子，并且由于实际吸种时为了提高吸种性能，种子箱要能放多于三层的种子，故需有一定深度，所以种子箱尺寸设计为：53032020(mm)结构如图26所示。同时在种子箱底部打上小孔，孔径小于种子直径，以便能有足够的气体流入到吸嘴产生负压，又能承放种子，减小因种子箱面震动不均造成的种子水平位移、扎堆、厚度不均。在种了箱底面设计角铁加强筋，提高种子种子箱J下面受力的均匀性，使边角与中心处种子得到最小偏差的上抛力，获得一致的上抛高度。图2-6种子箱结构2 3 5弹振装置种子盘内的种子为散粒物料，散粒体动力学理论表明，为使物料运动更加均匀，稳定，必须减少散粒体的内摩擦冈数，增加其流动性。特定物料的内摩擦因数是常数，要想在不改变其物态的情况下改变其内摩擦因数是不可能的。所以为改善其流动性，厂泛采用振动使物料形成准流体增加其流动性，抛振装置正是在此基础上建立起柬的。抛振装置设计为肯爪缩弹簧、牵引电磁铁等组成。将种子盘通过螺栓、销钉与牵引电磁铁的衔铁孔连接在一起，四根弹簧安装在设|1好的工作台与种子盘底面的凸台上(如图2 7)。牵引电磁铁通电时，衔铁拉动种子盘克服弹簧力向下运劫 定行程。当抛振装置的牵引电磁铁断开状态时，复位弹簧在恢复力的作用下将种子箱弹起，盘内种子随盘产生卜抛运动，种子群t表面的种子将脱离种子群，处于悬空沸腾状杏可增加与吸嘴的接触机会，能显著种子吸附率。有种子箱及链接器重量约3kg，弹簧系统刚度4Nram，故牵引电磁铁型号选取为220v，牵力屉人为80N，最大行程为20mm。1牵引电磁铁2复位弹簧3种子盘4吸盘图2-1抛振装置厦暇盘种箱组台系统2 3 6吸嘴气流投种及清种设计投种是指使种子离玎吸孔的过挥。吸嘴式播种机的投种方式分为：重力投种、气力投种、机械投种等。(”重力投种：当吸嘴运动到输种管E方时断负压后种子靠自重离丌吸孔。这种排种方式需要设计泻压装置，使作用在种子t的压差消失，种子则在自身重力的作用下脱离吸孔。(2)气力投种：当吸嘴运动U输种管上方时给吸嘴通以反向气流，使种子在气流的作用下脱离吸孔。(3)机械投种：采用并种机械式推种器推落种子。上进几种投种方式中，重力投种结构简单，种子破碎少。f咀是往吸种时有的种子可能冈弹性变形而被卡在吸孔qi，倪靠重力的作_lj不能脱离吸孔，而气力投种不仅能吹落被卡的种了，而且能够把吸孔内的杂物吹出，以免吸孔堵塞造成漏播。埘f种子平均直径3棚的小柱种子，丰要包括大多数蔬菜、托，r和油菜等经济作物的种了，其具有直径小、干粒重小、形状不规则等特征。在刘千粒重、外肜尺寸较大的种予采用气吸式播种机檑利z时，一般不设计清种。对于小粒种子，山丁结构Jt寸较小，同时形状不挑!JllJ。在吸种时种严的尖部容易被l败入吸种扎而不容易脱落，有叫种严中的杂质、种子外壳、计：台格的小粒种了或破碎的种予被吸进吸种孔后不易脱落而造成间期性的空穴。棉花种子虽然丁粒芎和尺、r较大，但Hl于形状不规则且有的种子加工的原口I致使利，了尾部带有绒毛，在真空气流和上抛力的作用下，容易卡死在吸嘴f】处，产生周期性“空穴”、“小断条”等缺佯，因此有必要设计种孔清理装黄。仪靠重力投种，种子下落时日J较长或根本不能落下，影响播种速度及播种效果。所以，钏对棉花以及小粒种子的吸种孔较小以及种子的形状、结构的关系，采用机械式的种孔清理装置显然是不合适的。本气吸式播种机上采用气流清理吸种孔的方式。由于气源利用旋涡气泵产尘，旋涡气泵有吸气和排气两个气路，将排气n气流通过换向电磁阀控制接入吸种吸盘。数掘显示旋涡气泵排气流
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