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2317
钵体精量点播装置的设计
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2317 钵体精量点播装置的设计,2317,钵体精量点播装置的设计,钵体精量,点播,装置,设计
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塔里木大学毕业论文目录1.绪论111工厂化穴盘育苗技术1111工厂化育苗的基本技术特征2-31112工厂化育苗的优越性112工厂化育苗穴盘播种装置研究现状2121国外工厂化穴盘育苗播种机现状62122国内工厂化育苗穴盘播种机现状2123国内外播种性能影响因素及种子动力学分析研究现状3124生产实际中存在的问题32.工作原理及播种装置的结构设计321设计目标322总体机构设计4221结构组成42. 2. 2工作过程52. 3主要部件结构参数设计52. 3. 1气室(吸种盘腔体)形状尺寸的确定52. 3. 2吸孔孔径参数的确定62. 3. 3气源流量的确定62. 3. 4气泵的选择62. 3. 5种子箱的设计72. 3. 6抛振装置72. 3. 7吸嘴投种及清种设计82. 3. 8穴盘尺寸选取92. 3. 9导轨结构的设计92. 4其它机构设计92. 5结构创新点103.理论分析与计算1031气吸播种的理论分析10311种子吸附运动的流体力学的原理分析10312种子动力学特性分析103.2抛振机构运动规律分析123.2.1 种子“沸腾”运动条件与抛振强度计算124结论14致谢15参考文献161.绪论11工厂化穴盘育苗技术 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1。 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。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、荷兰等。韩国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2-3(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。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。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2-5。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6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。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。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7 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10。市场常见机型有8：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。 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，真正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9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10-12 124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，我国农业正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。2.工作原理及播种装置的结构设计21设计目标 本课题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；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，然后推动清种装置将未自由下落的种子从气孔中清除，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2-1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、泄压阀、输气管路、行程开关等组成。 1-气泵 2-支架 3-导轨 4-气室 5-泄压阀 6-软管 7-种盘 8-电磁继电器 图2-1 气吸式精量点播装置结构示意图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。打开泄压阀，空气从泄压阀进入气室，负压消失，种子在自身重力作用下掉落到穴盘中，然后手动推动清种装置，清除吸孔中残留的种子。播种后关闭泄压阀，并向内移动吸种盘，行程开关根据行程开关撞块位移信号，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. 1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。理想的气室形状应设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。根据田耘等研究试验结论：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，其真实的理论流场为一等势线所表示的势流场13-14。据此将气室型形状确定为长方体。这种设计便于加工制造，也便于同吸嘴连接。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，会造成漏气现象严重，大大影响流量和真空度，从而影响吸种性能，同时便于加工和减轻重量考虑，吸种盘腔体尺寸越小越好，但为了装载针式吸嘴和安装吸嘴方便以及在气室内要安装清种装置，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：490X250X40(mm)，进气通道直径为30mm。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气道壳体3清种装置导轨 图2-2 吸种盘的气室剖视图吸种盘气腔壳体与吸嘴板采用螺母连接，并设计有定位销。可快速、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，特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，需穴播的种子往往并非单一的作物，通常有多种，而这些不同作物的种子的外形尺寸、千粒重差异较大。而市场上穴盘播种机机型虽多，但多具有针对性，对所播种子有严格要求，适应性差，不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，实现了一机多用的功能，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广，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，吸嘴嘴型及结构如图2-3所示。 图2-3 针式吸嘴形状结构图2. 3. 3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。研究表明：当气流输送速度为30m/s以上时，物料可以被有效吸附。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： （2-1）吸嘴的总流量为： （2-2）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. 3. 4气泵的选择 产生负压的装置主要有两类;一类是风机，一类是真空泵，两种负压源各有其优缺点和适用范围。负压源的选择原则是，负压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下，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，由于漩涡气泵和驱动电机是一体构成，叶片的转速非常高。所以它可以产生比较高的负压，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。风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一。 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60，故实际工作流量为1227，完全满足设计流量要求。具体参数见下表。表2-1 旋涡气泵的参数型号/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. 5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：55032020(mm)由于种子箱需要上下振动，所以也需要其有一定的厚度，在这里设计种子箱的厚度为5mm。结构如图2-4所示。 图2-4 种子箱结构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，提高种子种子箱正面受力的均匀性，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。2. 3. 6抛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因数，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，广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来的。抛振装置设计为有压缩弹簧、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，四根弹簧安装在设计好的工作台与种子盘底面的凸台上。牵引电磁铁选用MQB-3型全封闭电磁铁，具体参数见下表。表2-2 牵引电磁铁技术参数型号规格使用方法外形尺寸（mm）安装孔中心距t1*t2（mm）额定吸力（kg）额定行程（mm）操作频率（次 /小时）电压（v）净重（kg）abcdehMQB3-80N100971678881187837282515002205牵引电磁铁通电时，衔铁拉动种子盘克服弹簧力向下运动一定行程。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，盘内种子随盘产生上抛运动，种子群上表面的种子将脱离种子群，处于悬空沸腾状态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4N/mm，故牵引电磁铁型号选取为220v，牵力最大为80N，最大行程为20mm。2. 3. 7吸嘴投种及清种设计投种是指使种子离开吸孔的过挥。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2。(1）重力投种：当吸嘴运动到输种管上方时断负压后种子靠自重离开吸孔。这种排种方式需要设计泄压装置，使作用在种子上的压差消失，种子则在自身重力的作用下脱离吸孔。(2)气力投种：当吸嘴运动到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：采用机械式推种器推落种子。上述几种投种方式中，重力投种结构简单，种子破碎少。但是在吸种时有的种子可能因弹性变形而被卡在吸孔中，紧靠重力的作用不能脱离吸孔，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。对于种子平均直径3mm的小粒种子，主要包括大多数蔬菜、花卉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。在对千粒重、外形尺寸较大的种子采用气吸式播种机檑种时，一般不设计清种。对于小粒种子，由于结构尺寸较小，同时形状不规则。在吸种时种子的尖部容易被吸入吸种孔而不容易脱落，有时种子中的杂质、种子外壳、不合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周期性的空穴。本气吸式播种机上采用机械式清种装置清理吸种孔的方式。为了便于清种，本设计在气室内装有机械式清种装置，每个吸嘴孔处安装一个清种针，整个清种装置利用弹簧固定在气室的上方，在需要清种时只需按下气室上方的支架，每个清种针将吸嘴内卡住的种子清出。松开手后，整个清种装置会自动在弹簧弹力作用下将整个清种装置上推到顶端，便于下一次的吸种。清种装置如图2-5所示。 图2-5 清种装置的结构2. 3. 8穴盘尺寸选取穴盘整体由塑料冲压成型，孔型多为锥形，上大下小。常用穴盘有每排5孔、6孔和8孔，其锥孔截面形状多为正方形。常用穴盘已标准化，其外形尺寸为520(长)x270(宽)x55(高)，5孔穴盘的锥孔上截面尺寸为45x45mm，下截面尺寸为30x30mm，排数为10，底部排水孔直径为10mm；6孔穴盘锥孔上截面尺寸为40x40mm，下截面尺寸为25x25rmn，排数为12，底部排水孔直径为9mm；8孔穴盘的锥孔上截面尺寸为30x30mm，下截面尺寸为13x 13mm，排数为16，底部排水孔直径为8mm。本课题主要利用16x8孔标准穴盘2. 3. 9导轨结构的设计导轨结构的功能是保证气室在水平方向上稳定的移动，从而实现吸种和投种过程，在导轨的吸种盘一端安装有行程开关，利用气室撞击行程开关撞块来实现电磁继电器的接通与断开。 图2-6 导轨机构2. 4其它机构设计在工作台面的两侧设有能可折叠的辅助工作台，该辅助工作台的内端与机架铰接在辅助工作台的底部通过铰链连接有两节活动的支撑杆。抬起两侧辅助工作台，将两节支撑杆销钉固定后，辅助工作台便与工作台保持同一水平面，拓宽工作台面以便放置穴盘。展开的工作台可进行流水线操作，即一个辅助工作台准备好育苗盘后，移入工作台面，待播种完成后，快速移出到另一辅助工作台上，由工人取走。辅助工作台处于收折状态贴靠在机架的侧边时，可以减小整机体积，便于运输。 人工放置穴盘到工作台时，无法每次恰当放置于吸盘正下方，而精量播种要求穴盘槽与吸嘴一一相对，因此设计了穴盘的定位装置。为便于用手拉动吸盘，在吸盘顶面前端的中央位置安装有手柄，提高工作效率。2. 5结构创新点1电衔铁与弹簧组成的抛振式种子室取代了传统电磁振动式种子室，种子振动后分布更均匀，避免电磁振动式，种子连续振动下，偏向聚集，取种更可靠；2针式吸嘴与板式吸种盘组成的吸种盘与传统窝眼式吸种盘相比，改进了吸嘴结构，使其定量取种精度高，可拆换，通用型好。3采用直滑轨机构取代传统拱形或四连杆机构，运动行程缩短，操作简单快捷。4. 采用气室内部安装的清种装置，可避免气吹式清种系统将种子吹出穴盘的现象。3.理论分析与计算 影响气吸嘴式棉花精量播种机工作质量的主要部分是播种装置。本章节就气吸播种机的种子吸附机理及影响工作质量的参数进行理论分析。播种装置由播种机构、种子盘弹振装置和气力吸种部件组成。本章将对气力吸种部件、种子盘弹振装置进行介绍，进一步阐明播种机的播种原理，并对种子的受力及运动进行理论分析。31气吸播种的理论分析 种子在吸嘴趋近之前呈静止状态，当吸嘴运动进入种子群时，气流对种子产生吸附携带作用，使种子产生向吸嘴气流方向运动的趋式。同时种子受到其它种子的摩擦力作用、重力作用以及上层种子的压力作用。因此种子在被吸附在气针上之前的受力和运动过程相当复杂。以下就气体动力学原理，对种子的运动过程和规律进行定性分析。311种子吸附运动的流体力学的原理分析 吸嘴前的种子(未被吸附在吸嘴上)处在具有一定流速的气体流场中。根据流体力学原理可知，若流体为理想流体，即具有体积弹性(K0)，而没有刚性(N=O)的流体。因为N=0，所以理想流体具有以下三个特性15-16：(1)它只能传递压力；(2)它是无摩擦的，因此它不能传递切向(剪切)力；(3)一点处的压力在所有方向上都相同。 而实际中，气体流场中的流体不是理想流体，而是真实流体。在真实流体中，由于流体具有粘性，所以除惯性力和静压力之外，还存在粘性力。粘性力表现为相邻流线问的剪切应力。此时物体所受的力称为阻力，总阻力可以分为以下两种不同的阻力。(1)由于作用在物体前面(上游边)的压力大于后面而引起的形状阻力或压差阻力；(2)由物体壁面附近流体内的剪切应力引起的表面摩擦力。312种子动力学特性分析 根据流体动力学原理可知，当物体在流体中运动时要受到绕流阻力F的影响，包括摩擦阻力和漩涡阻力(压差阻力或形状阻力)。摩擦阻力为流体作用在物体表面上的切向力沿相对运动方向的总和，方向与流体运动方向相反。漩涡阻力足由于流体绕流物体时产尘了附面层脱离，尾部出现漩涡，使物体前后部的压力不同而形成的。在层流或低速流动中流体的密度变化不大。粘性作用支配着流体的流动，漩涡阻力可以忽略不计。在紊流和高速流动中流体受压缩而不受牯性作用支配，这时摩擦阻力可以忽略不计，漩涡阻力起着支配作用。 在被吸附前，位于吸嘴附近的种子离吸嘴有一定的距离，在种子背离吸嘴的一侧，气流的作用很小，可以忽略不计。而种子正对吸嘴一侧的真空度较大，气流速度很高，所以作用在种子上的吸附力主要是漩涡阻力，即压差阻力。设种子背离吸嘴的表面上的气压为大气压Po，靠近吸嘴的表面上的气压为P，则Po一P为推动种子向吸嘴移动的气压差。根据理想气体运动微分方程的积分，即伯努利方程得： (3-1)对Po，P在种子面S上积分，则得种子所受得绕流阻力F (3-2)式中：S一种子在垂直于运动方向的平面上的投影面积；一空气密度；v一气流速度。直接利用式(3-2）来计算种子所受的绕流阻力是很困难的，关于绕流物体的阻力(摩擦阻力和漩涡阻力)在实际计算中，通过一些合理的假设，则可使问题简化。根据因次分析，并引进阻力系数，这样可把(3-2)式写成下式： (3-3)式中：S一物体在垂直于流动方向上平面的投影面积；一流体密度；v一物体与流体的相对速度；Co一物体的阻力系数(阻力系数，取决于物体的形状(上下受力面的形状)、表面状念和雷诺数)。 物体的阻力系数一般都由实验求得，对于不同的物体形状和不同的流动情况，阻力系数的值是不同的。 根据流体力学原理，孔内的阻力系数与为 (3-4) 有（3-4）式可求得： (3-5)在己知气针孔径di的情况下，通过吸孔的气体流量Q为 (3-6)气源总的气体流量Qz为： (3-7)式中：n一吸嘴个数。 有资料表明，吸嘴前的气体流场的分布呈放射状的圆锥体，锥角的大小与气体流速及吸嘴的结构形式有关。在锥顶为中心的锥面上，气体流速大小相同，并与锥面的半径相关，方向均指向锥角顶点。设锥角为2a，并设达到种子临界速度的圆锥半径为R, 此处锥面面积为：假定气体不被压缩，根据质量守衡定律有： ( 3-8)将(3-6)式代入(3-8)式得： (3-9)代入式(3-9)得吸附力即绕流阻力F为 (3-10) 由式(3-10)可知，种子所受的吸附力大小与种子的大小和形状、吸嘴的大小和形状、通孔内外压力差及种子的位置有关，其中任意一项发生变化，吸附力也将变化。 由于绕流阻力与气体流量Q的平方成正比而气体总流量为nQ，所以绕流阻力与气源总流量的平方成正比提高气源的流量，能大大改善吸种效果。 同时吸附力与锥面半径的四次方成反比，即种子距气针距离越远，吸附力越小。特别是当R趋近于零时，吸附力急剧增加，因而最靠近吸嘴的种子最先被吸附。要获得较好的吸种效果，应使种子与吸嘴的距离最小。实验证明，有效的吸附通常都发生在种子群上表面。3.2抛振机构运动规律分析3.2.1 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，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 (3-11)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 (3-12)当不考虑系统阻尼 时，方程为 (3-13)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 (3-14)由牛顿第二定律可得 (3-15) 将（3-15）代入（3-11）式得 (3-16) w = = 令 K为抛射强度，则 (3-17)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 (3-18) (3-19)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（3-19）代入到公式（3-18）得 (3-20) 由抛振装置设计结构决定 ，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+ （3-21）振幅为 （3-22）式中：种盘位移量，mm；有效位移时间，s。代入式（3-17）得振系的抛射强度为 （3-22）= = = 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，能量方程式为 (3-23)Es为弹性势能，即 (3-24)则可推出 (3-25)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 (3-26）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。4结论 本文在参考了近年来国内外学者有关气吸和振动方面研究的基础上，并结合课题组前期
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