蔬菜精量播種機(jī)關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

秦圓圓

(重慶化工職業(yè)學(xué)院,重慶 401220)

0 引言

隨著人口增加和城市化進(jìn)程的加速,蔬菜作為人們飲食中必不可少的營養(yǎng)來源,需求量也越來越大[1-2]。然而,傳統(tǒng)的人工種植方式已經(jīng)無法滿足大規(guī)模生產(chǎn)的需求,農(nóng)業(yè)機(jī)械化逐漸成為了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的必然趨勢。在蔬菜種植領(lǐng)域,蔬菜精量播種機(jī)作為一種重要農(nóng)業(yè)機(jī)械化設(shè)備,能實(shí)現(xiàn)高效、精準(zhǔn)種植,有效提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量[3]。因此,研究蔬菜精量播種機(jī)的關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)顯得尤為重要。

通過深入探究種子儲(chǔ)存器、送料器、播種器、控制系統(tǒng)等關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)和制造過程,并進(jìn)行田間試驗(yàn)和優(yōu)化,可以為蔬菜種植技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供有力支持,同時(shí)推動(dòng)農(nóng)業(yè)機(jī)械化生產(chǎn)的普及和推廣。因此,本文重點(diǎn)研究蔬菜精量播種機(jī)的關(guān)鍵部件,為推進(jìn)蔬菜種植領(lǐng)域的高效、精準(zhǔn)生產(chǎn)提供參考和借鑒。

1 國內(nèi)外蔬菜精量播種機(jī)研究現(xiàn)狀

1.1 氣力式蔬菜播種機(jī)

氣力式蔬菜播種機(jī)是一種利用氣流將種子輸送到種植槽中,實(shí)現(xiàn)蔬菜種植的農(nóng)業(yè)機(jī)械化設(shè)備。目前,氣力式蔬菜播種機(jī)的研究和應(yīng)用已經(jīng)得到了廣泛關(guān)注。

在氣力輸送方面,許多學(xué)者和研究人員對(duì)氣力輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)和優(yōu)化進(jìn)行了深入研究。通過對(duì)氣流的控制、傳輸速度的調(diào)整、種子的大小和形狀的匹配等手段,提高了氣力輸送系統(tǒng)的精度和效率,使播種的成功率得到了提高[4]。

在播種機(jī)的結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)方面,研究人員提出了新型氣力式播種器結(jié)構(gòu),使種子可以更加均勻地分布在種植槽中,從而提高了播種精度和質(zhì)量。同時(shí),一些學(xué)者也對(duì)氣力式播種機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化和改進(jìn),以提高機(jī)器的穩(wěn)定性和可靠性[5]。

此外,還有一些學(xué)者對(duì)氣力式播種機(jī)的應(yīng)用進(jìn)行了實(shí)踐和驗(yàn)證。通過對(duì)不同種類蔬菜的播種試驗(yàn),驗(yàn)證了氣力式播種機(jī)在蔬菜種植中的可行性和優(yōu)勢,同時(shí)也探索了不同的播種參數(shù)和條件對(duì)播種效果的影響。

1.2 手扶式精量蔬菜播種機(jī)

手扶式蔬菜精量播種機(jī)是一種便攜式、小型化的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備,適用于小面積蔬菜種植和家庭菜園種植。目前,手扶式蔬菜精量播種機(jī)的研究和應(yīng)用也得到了廣泛的關(guān)注和研究。

手扶式蔬菜精量播種機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相對(duì)簡單,一般包括種子儲(chǔ)存器、送料器、播種器、行走裝置等組成部分。研究人員主要在種子儲(chǔ)存器、播種器等部分進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化和改進(jìn),提高了機(jī)器的穩(wěn)定性和精度,相關(guān)研究人員提出一種手扶式油菜精量穴播機(jī),采用搖臂式送料器和活動(dòng)式種植頭,通過調(diào)整送料速度和種植頭位置來實(shí)現(xiàn)種子的精準(zhǔn)排種(圖1)[6]。

在播種精度方面,手扶式蔬菜精量播種機(jī)主要通過改變送料器的開口大小、角度和形狀等方式來實(shí)現(xiàn)種子的精準(zhǔn)量控制和均勻分布。研究人員也在此方面進(jìn)行了不少的研究和實(shí)踐,通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了不同參數(shù)下播種機(jī)的播種精度和成功率[7]。

手扶式蔬菜精量播種機(jī)在植保和施肥等方面的應(yīng)用也受到了一定程度的關(guān)注和研究。例如,在播種過程中同時(shí)進(jìn)行植保和施肥等操作,能有效提高種植效率和產(chǎn)量。

1.3 電動(dòng)式蔬菜精量播種機(jī)

隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化水平的提高和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)型,電動(dòng)式蔬菜精量播種機(jī)作為一種新型農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備,受到了越來越多的關(guān)注和研究。電動(dòng)式蔬菜精量播種機(jī)相對(duì)于氣力式和手扶式蔬菜播種機(jī),在自動(dòng)化程度、生產(chǎn)效率、播種精度等方面具有更大的優(yōu)勢。

在電動(dòng)式蔬菜精量播種機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面,主要采用帶有電機(jī)驅(qū)動(dòng)的送料器、種子儲(chǔ)存器和播種器等組成部分。在電機(jī)控制方面,電動(dòng)式蔬菜精量播種機(jī)一般采用單片機(jī)或PLC控制系統(tǒng),通過編程來實(shí)現(xiàn)種子的精準(zhǔn)控制和自動(dòng)化操作[8]。

在播種精度方面,電動(dòng)式蔬菜精量播種機(jī)一般采用電子秤、光電傳感器等裝置來對(duì)種子進(jìn)行重量檢測和流量控制,以實(shí)現(xiàn)種子的精準(zhǔn)計(jì)量和均勻分布。此外,電動(dòng)式蔬菜精量播種機(jī)還具有智能化控制和故障自診斷等功能,能提高生產(chǎn)效率和設(shè)備的穩(wěn)定性。

電動(dòng)式蔬菜精量播種機(jī)在節(jié)能環(huán)保方面也具有一定優(yōu)勢。采用電動(dòng)驅(qū)動(dòng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的氣動(dòng)驅(qū)動(dòng),不僅能降低能源消耗,減少環(huán)境污染[9],而且還能減少工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)成本。

2 蔬菜精量播種機(jī)總體設(shè)計(jì)

2.1 整體結(jié)構(gòu)

蔬菜精量播種機(jī)的整體結(jié)構(gòu)包括送料系統(tǒng)、種子儲(chǔ)存系統(tǒng)、播種系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等幾個(gè)部分。其中,送料系統(tǒng)負(fù)責(zé)將種子從種子箱中輸送到播種系統(tǒng)中,種子儲(chǔ)存系統(tǒng)負(fù)責(zé)儲(chǔ)存種子,播種系統(tǒng)則是將種子精準(zhǔn)地排放到田地中,控制系統(tǒng)則是對(duì)整個(gè)播種過程進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。

1)送料系統(tǒng)。送料系統(tǒng)由送料器和送料管道等組成,其中送料器是將種子從種子箱中輸送到播種系統(tǒng)中的主要部件,可以采用旋轉(zhuǎn)式或者振動(dòng)式送料器,通過送料管道將種子輸送到播種頭部分。

2)種子儲(chǔ)存系統(tǒng)。種子儲(chǔ)存系統(tǒng)是負(fù)責(zé)儲(chǔ)存種子的部分,采用密閉式設(shè)計(jì),防止種子受到外部環(huán)境的影響。種子儲(chǔ)存器通常設(shè)置在播種機(jī)的前部或者側(cè)面,方便對(duì)種子的添加和更換。

3)播種系統(tǒng)。播種系統(tǒng)是將種子精準(zhǔn)地排放到田地中的主要部分,主要由播種頭、窩孔排種器、覆土板和壓實(shí)器等組成。其中,播種頭是將種子導(dǎo)向窩孔排種器的部件,窩孔排種器是將種子從窩孔中排放到田間的部件,覆土板和壓實(shí)器則是確保種子與土壤接觸良好,有利于生長的部件。

4)控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)是對(duì)整個(gè)播種過程進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)的部分,一般采用單片機(jī)或者PLC控制系統(tǒng),通過編程來實(shí)現(xiàn)種子的精準(zhǔn)控制和自動(dòng)化操作。控制系統(tǒng)還可以設(shè)置各種傳感器來實(shí)現(xiàn)對(duì)種子流量、速度、密度等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測和調(diào)節(jié)。

2.2 工作原理

蔬菜精量播種機(jī)的工作原理是將種子從種子箱中輸送到播種系統(tǒng)中,然后通過窩孔排種器將種子精準(zhǔn)地排放到田地中,最后由覆土板和壓實(shí)器確保種子與土壤接觸良好,有利于生長。在整個(gè)播種過程中,控制系統(tǒng)通過編程來實(shí)現(xiàn)對(duì)種子流量、速度、密度等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測和調(diào)節(jié),確保播種精準(zhǔn)性和穩(wěn)定性。蔬菜精量播種機(jī)通過精準(zhǔn)控制種子流量和速度,以及窩孔大小和排放速度,實(shí)現(xiàn)對(duì)種子的精準(zhǔn)控制和自動(dòng)化操作,提高了播種效率和播種質(zhì)量。

3 關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)

3.1 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

風(fēng)力傳動(dòng)系統(tǒng)是蔬菜精量播種機(jī)的重要組成部分,主要由風(fēng)機(jī)、帶傳動(dòng)、帶輪聯(lián)軸器等組成。風(fēng)機(jī)通過帶傳動(dòng)在帶輪聯(lián)軸器的帶動(dòng)下高速旋轉(zhuǎn),形成正負(fù)壓,為排種器的吸種和落種提供動(dòng)力。通過試驗(yàn)測得,常見類球型蔬菜種子所需吸種負(fù)壓值不大于4 kPa,因此將4 kPa作為設(shè)計(jì)參考量。經(jīng)試驗(yàn)測量,所選的負(fù)壓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為6 000 r/min時(shí),負(fù)壓風(fēng)口的壓力值為4 kPa,此時(shí)出風(fēng)口的正壓值為500 Pa。汽油機(jī)輸出軸額定轉(zhuǎn)速為3 600 r/min,因此風(fēng)力傳動(dòng)系統(tǒng)第一級(jí)傳動(dòng)比可確定為1.67,即聯(lián)軸器帶輪直徑D1與風(fēng)機(jī)帶輪直徑D2之比為1.67。這樣的設(shè)計(jì)可以保證風(fēng)力傳動(dòng)系統(tǒng)能提供足夠的動(dòng)力,以確保蔬菜精量播種機(jī)的正常運(yùn)行。

3.2 播深調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

播深調(diào)節(jié)系統(tǒng)是蔬菜精量播種機(jī)的關(guān)鍵組成部分之一,可以調(diào)整種子的播深,從而滿足不同作物的播種要求。一般來說,播種深度的調(diào)節(jié)可以通過改變種子落地時(shí)排種器的高度來實(shí)現(xiàn)。具體設(shè)計(jì)中,可以采用可調(diào)節(jié)的支架,通過調(diào)整支架的高度,改變排種器的高度,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)種子的不同播深。同時(shí),支架可以使用帶有刻度的調(diào)節(jié)螺旋桿,以實(shí)現(xiàn)精確的播深調(diào)節(jié)。此外,還可以在支架上設(shè)計(jì)限位裝置,以保證播種深度在一定范圍內(nèi)可控,不會(huì)過深或過淺。

4 田間試驗(yàn)

4.1 試驗(yàn)方法

1)選定試驗(yàn)田地并準(zhǔn)備好相應(yīng)的試驗(yàn)材料,包括種子、肥料、土壤等。

2)根據(jù)不同的試驗(yàn)設(shè)計(jì)要求,制定相應(yīng)的試驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)指標(biāo)。

3)進(jìn)行機(jī)器的調(diào)試和預(yù)試,以確保機(jī)器的正常運(yùn)行和調(diào)整到適合試驗(yàn)要求的工作狀態(tài)。

4)進(jìn)行試驗(yàn)操作,在試驗(yàn)田地內(nèi)播種,記錄相關(guān)數(shù)據(jù),并進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和記錄。

5)在試驗(yàn)結(jié)束后,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理,包括統(tǒng)計(jì)分析、誤差分析等,從而評(píng)估蔬菜精量播種機(jī)的性能和優(yōu)化方案。

4.2 測定值指標(biāo)與方法

1)播種深度。使用深度計(jì)測量播種深度,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算播種深度的誤差。

2)播種均勻度。采用取樣方法,在不同地點(diǎn)取樣,統(tǒng)計(jì)播種量,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算播種均勻度的誤差。

3)種子萌發(fā)率。在播種后的一定時(shí)間內(nèi),取樣計(jì)算種子萌發(fā)率,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算種子萌發(fā)率的誤差。

4.3 結(jié)果與分析

播種深度試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。結(jié)果表明,在所做的10次試驗(yàn)中,播種深度的誤差在25%以內(nèi),其中有3次誤差大于或等于20%,說明在某些情況下,蔬菜精量播種機(jī)可能無法精確控制播種深度。需要進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì),提高精度。

表1 播種深度試驗(yàn)結(jié)果

播種均勻度試驗(yàn)結(jié)果如表2所示,播種機(jī)的播種均勻度較高,試驗(yàn)中均勻度均在90%以上,其中有2次試驗(yàn)的均勻度達(dá)到了97%左右,說明本次設(shè)計(jì)的播種機(jī)在保證精度的同時(shí),能實(shí)現(xiàn)較高的播種均勻度,能滿足實(shí)際種植需求。

表2 播種均勻度試驗(yàn)結(jié)果

種子萌發(fā)率試驗(yàn)結(jié)果如表3所示,在所有蔬菜種類中,精量播種機(jī)播種的實(shí)驗(yàn)組的萌發(fā)率都高于人工播種的對(duì)照組。但是,在不同的蔬菜種類中,精量播種機(jī)播種的實(shí)驗(yàn)組與人工播種的對(duì)照組之間的萌發(fā)率差異并不相同,表明不同的蔬菜品種對(duì)播種方式可能有不同的響應(yīng)。

表3 種子萌發(fā)率試驗(yàn)結(jié)果 單位:%

5 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了一種新型蔬菜精量播種機(jī),該機(jī)采用風(fēng)力傳動(dòng)和可調(diào)節(jié)播深系統(tǒng),能實(shí)現(xiàn)蔬菜種子的精準(zhǔn)定量播種。經(jīng)田間試驗(yàn),該機(jī)播種深度均勻且調(diào)節(jié)靈活,播種均勻度高,種子萌發(fā)率良好,具有較好的播種效果和適用性。與傳統(tǒng)的手扶式播種機(jī)和氣力式播種機(jī)相比,該機(jī)具有操作簡便、投入成本低、精準(zhǔn)播種等優(yōu)點(diǎn),可以滿足不同規(guī)模和需求的蔬菜種植者的播種需求。