小型多功能氣吸式穴盤精量播種機的研發設計

□史志明 鄭述東 張昊鵬 趙旭輝/成都市農林科學院農業機械研究所

小型多功能氣吸式穴盤精量播種機的研發設計

□史志明 鄭述東 張昊鵬 趙旭輝/成都市農林科學院農業機械研究所

本文主要針對成都地區實際情況，為切實解決工廠化育苗中精量播種問題，通過理論和實際農藝要求相結合，成功地研發了一種小型多功能氣吸式穴盤精量播種機。

圖1小型多功能氣吸式穴盤精量播種機

1 精量播種機的結構及工作原理

如圖1所示，工作時在種盤盛放種子，將穴盤放在操作臺上，打開吸氣泵，然后推動吸種腔通過導軌至種盤上方觸碰行程開關，自動控制打開了氣路閥門和振動器，讓吸種腔內產生負壓，振動器振動種盤讓種子均勻抖動利于吸種，同時用腳踩踏板通過導向缸和杠桿機構使種盤上升接觸到吸種腔，吸種腔通過負壓作用吸住種子，完成取種過程；然后去除踏板力，種盤下降與吸種腔分離，將吸種腔移至穴盤上方，通過觸碰行程開關自動控制電磁閥關閉氣路閥門和振動器，種子因重力自動落入穴盤中，完成投種過程。取走已經播種完畢的穴盤，放置新穴盤，重復吸種和投種工序完成種子的精量播種。

2 精量播種機的技術創新點

（1）設計了腳踏杠桿機構和導向缸，通過腳踏來控制種盤與吸種腔的接觸與分離，同時在吸種腔前后接觸點安裝觸碰式行程開關自動控制吸氣管閥門的打開與關閉，減少了播種的操作步驟，提高操作舒適性和播種效率。

（2）在種盤下方安裝了微型振動器，當種盤與吸種腔接觸時通過振動使種子均勻抖動，增加吸孔對種子的吸附率從而減少漏播率。

（3）將吸種腔的吸板設計為可拆換式，同時根據播種工藝要求設計了不同孔徑、孔數組合的吸板，可根據種子的不同特性選擇相匹配的吸板。

3 主要部件結構參數設計

通過查閱資料及相關經驗：常見的種子形狀有球形、扁平、橢圓和盾形，外徑約1～10mm，無通氣性且吸附時表面無變化；較小的種子重量2～6g/千粒，中等種子重量20～80g/千粒，較大種子重量150～700g/千粒。根據種子的特性，對播種機所需參數進行分析計算。

（1）吸孔孔徑參數的確定。設定吸孔形狀為圓形，則按照公式進行計算。

式中：D為需要的吸孔直徑（mm）

M為吸附物的重量（kg）

S為安全系數S＝4

n為吸孔的個數

P為真空壓力（kPa），常用P=-0.7kPa

每個吸孔吸附一粒種子，吸孔個數：n=1個，種子單粒重量M= 0.000 002～0.000 7kg，則計算出D= 0.18～3.5mm。同時根據不同種子的外形尺寸，確定吸孔規格為1mm、2mm、3.5mm三種規格，滿足不同種子的播種需要。

（2）吸種盤腔體形狀尺寸的確定。氣室對吸孔的吸附性能影響很大，理想的氣室形狀能實現氣流從吸種盤到吸嘴的連續流動，形成均勻穩定的流場，根據穴盤形狀同時為便于加工制造，將氣室形狀設計為長方體。氣室腔體太大會造成負壓不足，并增大漏氣幾率，導致吸不上種子，因此吸種腔的尺寸越小越好。目前市面上的常用穴盤，規格為540mm×280mm，有50孔、72孔、128孔、200孔、288孔五種，將吸種腔尺寸設計為550mm×300mm×100mm。

（3）種盤形狀尺寸的確定?？紤]到吸種腔需要落入種盤內吸附種子，故種盤要稍大于吸種腔面積，底面尺寸每邊大于吸種盤2～3個種子直徑，以免在邊緣上擠碎種子，并且由于實際吸種時為了提高吸種性能，種盤要能放多層種子，需要有一定的深度，所以種盤尺寸設計為600mm×320mm×40mm。

（4）吸氣泵的選擇。按照播種效率為15s/盤（240盤/h）進行，除去人工操縱的時間約10s，則精量播種機吸附時間為5s/盤。

根據吸種腔尺寸為0.55m×0.3m× 0.1m=0.016 5m3，則吸氣泵需要5s抽空0.016 5m3的量，抽氣效率需≥11.88m3/h。同時因為氣路系統不可能做到理論密封，總有一定的泄漏。在這種情況下，泵的流量越大，泄漏量所占的比例越小，越有利于泵維持較高的真空度，從而得到更大的吸附力。

根據公式F=10-2×（101－P）×S。F為理論吸附力大?。∟）；P絕對真空度；S為吸種盤有效面積。則絕對真空度P≥21.57kPa，即所選取的泵的真空度P≥21.57kPa。

根據相關試驗統計氣泵的有效功率為總功率的30%～50%，選擇抽氣效率為40m3/h，電機功率1.6kW，額定電壓220V，真空度24kPa的吸氣泵。

3.5 振動器的選擇。種盤形狀尺寸為600mm×320mm×40mm，盛種盤容積為0.007 68m3，按照種子的比重為1 500kg/m3，裝滿種子的重量為11.52kg，及要求振動器的激振力需要115.2N，同時為了便于種子的吸取，需要將種子振動成沸騰狀。根據設計要求選擇激振力120N，振動頻率2 840rpm，電機功率0.25kW，額定電壓220V的振動器。

4 精量播種機的性能測試

分別采用水稻和豌豆種子進行試驗，首先根據工廠化育苗要求對種子進行篩選，操作時按照每15秒播一盤的速度對種子進行連續播種試驗，每播10盤為一組，從10盤中隨機抽取2盤進行統計，共重復4次。測試結果如表1所示。

從表1中得出，4組試驗中，水稻的平均吸附率為98.65%，漏播率為2%，種子破碎率為0.222 5%，總損失率為2.225%；豌豆的平均吸附率為98.6%，漏播率為1.8%，種子破碎率為0.183%，總損失率為2%，完全滿足工廠化穴盤精量播種的技術要求。

5 精量播種機的經濟和社會效益

（1）經濟效益。以常用的128孔穴盤為例，人工按照1.5s播種一顆種子計算，一小時能播42盤，而播種機播種至少一小時240盤；按一人一天工時費100元計算，使用播種機一天工作8h可以播種1 920盤，而人工需要5.7天，共需要工時費570元。播種機播種可以節約時間、人力和財力，有效提高經濟效益。

（2）社會效益。在成都市委、市政府大力推進設施農業發展形勢下，育苗播種實現機械化自動化已經是大勢所趨，不僅能減輕播種的勞動強度，提高播種效率，還為提高農產品質量打下良好基礎，對育苗的產業化、規?；同F代化發展將產生重大影響，為推廣工廠化育苗農業技術提供了先進實用的裝備，從而促進成都市設施農業又好又快的發展。

表1精量播種機試驗測試數據統計表