气吸振动滚筒式防堵塞精密播种装置设计与分析

龚智强，刘永庆，魏如志，陈 进，李耀明，赵 湛



气吸振动滚筒式防堵塞精密播种装置设计与分析

龚智强1，刘永庆1，魏如志1，陈 进2a，李耀明2b，赵 湛2b

(1.巢湖学院 机械与电子工程学院，合肥 238000；2.江苏大学 a.机械工程学院; b.农业装备工程学院，江苏 镇江 212013)

针对目前精密播种装置在长时间的播种中容易出现吸嘴被堵塞、播种合格率降低等问题，设计了一种气吸振动滚筒式防堵塞精密播种装置。该装置由滚筒装置、落种装置、振动种盘及加种箱等组成，利用振动种盘振动使其内的种子群做“沸腾”运动；带有负压的吸嘴将种子吸附并携带种子进入排种区，利用重力和正压进行排种；并通过安装在滚筒装置中的导针以实现清理吸嘴中的杂物，可有效防止播种过程中吸嘴堵塞，有利于播种装置实现精量、低伤种率的播种需求。在播种前向加种箱中加入适量的种子，可实现自动精量均匀加种，播种装置加种过程对种子损伤率小，加种效率高，可实现长时间连续播种的需求，播种工作效率可达到225盘/h以上。

气吸振动；滚筒式；防堵塞；精密播种装置

0 引言

近年来，国家大力支持农业机械化发展，推广水稻全程机械化。播种在保证粮食增产、推动种植业发展和农业科技进步中，具有极其重要的地位和作用[1-3]，而播种机则是实现精密播种的前提与基础。

随着我国农业机械技术的快速发展，对播种育苗技术提出了更高的要求，播种装置性能的好坏直接影响秧苗的质量及其生长状况。精密播种装置是实现精量播种的关键设备，对种子的着床出苗、分蘖及后期秧苗存活率都具有很大的关联。目前，在超级稻播种的领域还有待研究[4-6]，现有的播种装置大都采用机械式播种，其性能较差、工作效率低，难以连续作业，且容易造成空穴，播种精度难以有效控制，对种子的损伤率较大，容易造成吸嘴堵塞，难以广泛使用[7-8]。因此，亟待研制一种气吸振动滚筒式防堵塞精密播种装置。本播种装置采用电磁振动器实现振动种盘的振动，使其内的种子群处于“沸腾”运动状态，以便吸嘴实现精密吸种与排种，可降低空穴率、提高合格率、保证精量播种；采用齿轮传动装置带动滚筒装置运动，使得滚筒装置转动平稳，提高了吸、排种过程的稳定性；通过对滚筒装置供负压和正压实现吸种和清种，保证了种子颗粒低损伤率。同时，通过安装在滚筒装置中的导针清理吸嘴中的杂物，可有效防止播种过程中吸嘴堵塞。本播种装置具有操作简单方便、播种均匀稳定、伤种子率低及效率高等优点，可实现不同种子的精密播种。

1 整体结构与工作原理

气吸振动滚筒式防堵塞精密播种装置由机架、控制单元、传动装置一、加种箱、落种装置、正压气泵、电磁振动器、振动种盘、滚筒装置、传动装置二、电机一、弹簧、负压气泵及电机二等组成，如图1所示。

1.机架 2.控制单元 3.传动装置一 4.加种箱 5.落种装置

工作过程：开启主电源，将种子放入振动种盘内，启动电磁振动器，使得电磁振动器带动种箱做上下振动，使得振动种盘内的种子处于“沸腾“运动状态；启动负压气泵和正压气泵，使得滚筒体的中心空腔和吸嘴内分别处于正压状态和负压状态。启动电机二，通过传动装置二使得滚筒装置转动，吸嘴越过振动种盘上的两海绵块的间隙，带负压的吸嘴与种子接触实现吸种；种子随滚筒体回转至排种区域时，导管架上的凹槽压板与安装在正压端盖上的固定轮接触，固定轮压着导体架向外移动；当导体架处于竖直状态且移动至吸嘴内孔时，导管架上的导管板空心内腔通入正压，使得导管二的内腔的负压转换为正压，致使种子落入吸嘴正下方的排种位置。随着滚筒装置继续回转，导针架上的直压板与正压端盖上的固定轮接触，固定轮又压着导针板向外继续移动使位于导管二内导针插入吸嘴中，实现清理吸嘴中的杂物；当导体架渐渐与正压端盖上的固定轮脱离时，导管架和导针架受到弹簧的弹力作用向回移动至复位，完成一次吸、排种。播种进行一定时间后，当种槽内种子达到一定质量后，通过位于滑种槽一下方的称重传感器将信号反馈给控制器，控制加种箱停止转动；位于滑种槽一上的电磁铁断电，使得安装在滑种槽一上的挡板闭合，阻止种子下落，以保证对播种装置精量均匀加种。

2 关键部件设计

气吸振动滚筒式防堵塞精密播种装置核心部件有滚筒装置、振动种盘、传动装置及加种箱，其结构参数直接影响播种装置的播种性能。

2.1 滚筒装置设计

滚筒装置结构参数直接影响播种过程吸、排种。滚筒装置由滚筒体、吸嘴、负压凹盖、导体架、密封圈、圆柱滚子轴承、固定空心轴、正压端盖及固定轮等组成，如图2所示。滚筒装置上装有6行、14列共84个吸嘴，缩小气腔的体积[9]，使得结构更紧凑，吸种嘴的内孔直径为2.0mm。固定空心轴一端通过螺钉连接在机架上，另一端与正压端盖上的轴孔形成螺纹配合；负压凹盖与固定空心轴通过圆柱滚子轴承连接；吸嘴通过螺纹连接在滚筒体上；滚筒体与两侧的负压凹盖分别通过螺钉连接；导体架有6个，分别安装在滚筒上，且呈周向排列，导体架的两端分别与正压端盖内侧面密封相切；密封圈有2个，安装在正压端盖上；固定轮有2个，分别安装在两侧的正压端盖上。

导体架由凹槽压板、导针、导管一、导管二、导管板、导针板、导杆及直压板等组成，如图3所示。凹槽压板通过螺钉连接在导管板上；导针和导杆固连在导针板上，导管一和导管二固连在导管板上；导杆安装在导管一内，起到导向作用；导针插入导管二内；直压板通过螺钉连接在导针板上。

1.滚筒体 2.吸嘴 3.负压凹盖 4.导体架 5.密封圈 6.圆柱滚子轴承 7.固定空心轴 8.正压端盖 9.固定轮

1.凹槽压板 2.导针 3.导管一 4.导管二 5.导管板

2.2 落种装置设计

落种装置由称重传感器、支撑板架、滑种槽一、滑种槽二、槽板二、扭簧、挡板、扭簧固定板、槽板一及电磁铁组成，如图4所示。称重传感器安装在机架上；滑种槽一通过螺钉连接在支撑板架上；滑种槽二下端连接在滑种槽一上；扭簧的一端固连在扭簧固定板上，另一端固连在挡板上；扭簧固定板通过螺钉连接在滑种槽一上。

根据种子颗粒特性[10]，将滑种槽斜面角度设计为大于水稻种子休止角度，滑种槽一斜面二倾角设计为45°，滑种槽二斜面的倾角设计为60°。

1.称重传感器 2.支撑板架 3.滑种槽一 4.滑种槽二 5.槽板二 6.扭簧 7.挡板 8.扭簧固定板 9.槽板一 10.电磁铁

种子在重力作用下落入滑种槽一中，然后顺着滑种槽一落入滑种槽二中，最后进入振动种盘内；当滑种槽一内的种子达到一定质量后，通过位于滑种槽一下方的称重传感器将信号反馈给控制器，控制加种箱停止转动，位于滑种槽一上的电磁铁通电，使得安装在滑种槽一上的挡板打开，使种子落入振动种盘中，以保证对播种装置精量均匀加种。

2.3 振动种盘设计

振动种盘按一定规律振动，以实现种子群在其凹槽内做“沸腾”运动，其结构参数直接影响种群运动规律。振动种盘主要由海绵块、海绵粘贴板条、海绵固定板、隔板及种盘体组成，如图5所示。

1.海绵块 2.海绵粘贴板条 3.海绵固定板 4.隔板 5.种盘体

振动种盘通过螺栓连接在电磁振动器的振动体上；凹槽底部均匀开有直径为2.5mm的圆孔，用于筛除种群中的细小杂质颗粒，避免吸嘴被细小杂质颗粒堵塞；海绵块共有15块，分别胶结在海绵粘贴板条上，两海绵块间间隙为1mm，可使得吸嘴越过振动种盘，防止种子从振动种盘与滚筒体的间隙掉落。

2.4 加种箱设计

加种箱由挂锁扣、加种箱盖、滚筒轴、加种箱体、隔板、下料口、下料盖及电磁铁组成，如图6所示。

加种箱体的截面轮廓曲线为涡状线，用于存储种子；隔板均匀焊接在加种箱内部；下料口上有凹形通道且通过螺栓连接在加种箱口；下料盖通过铰链连接在加种箱体上；挂锁扣通过螺钉连接在加种箱体上；电磁铁位于下料口左右两侧并安装在加种箱体上。

1.挂锁扣 2.加种箱盖 3.滚筒轴 4.加种箱体 5.隔板 6.下料口 7.下料盖 8.电磁铁

向加种箱体中加入适量种子，盖上加种箱盖，并挂上挂锁扣。需加种时，启动电机一，通过传动装置一带动加种箱体转动，使得其内的种子运动。当下料口旋转至落种区域时，箱体内的种子将沿着加种箱体内壁运动并填满下料口；当下料口处于加种箱体的轴线所在水平位置附近时，处于通电状态下的电磁铁断电，致使下料盖打开，位于下料口中内的种子在重力作用下落入滑种槽一中。此时，位于加种箱体上的电磁铁又被通电，使得下料盖被闭合。

3 播种装置播种效率分析

播种装置工作效率是衡量播种装置经济性的一个重要指标，其工作效率与滚筒转速相关。当滚筒体旋转过快可能导致部分吸嘴难以吸附到种子，也可能导致吸嘴上吸附的种子掉落，导致播种漏播率增高。在保证满足超级稻播种农艺要求的前提下，应尽可能提高播种装置工作效率。

滚筒体旋转1周的时间为1个播种周期，滚筒体旋转速度设定为20r/min，选择长×宽为608mm×289mm，32行、14列共448个穴孔的钵体育秧盘，播完一盘育秧盘所需时间为16s，作业效率可达225盘/h。

4 结论

1)针对目前精密播种装置在长时间的播种中容易出现吸嘴被堵塞、播种合格率较低等问题，设计了一种气吸振动滚筒式防堵塞精密播种装置。该装置由滚筒装置、落种装置、振动种盘及加种箱等组成，利用振动使种子群在按一定规律振动的振动种盘内“沸腾”运动；种箱上均匀开有小孔，可以筛除细小的杂质颗粒，避免吸嘴被细小杂质颗粒堵塞；带有负压吸种嘴将种子吸附并携带种子进入排种区，利用重力和正压进行排种，并通过安装在滚筒装置中的导针以实现清理吸嘴中的杂物，有利于播种装置实现精量、低伤种率的播种需求，可有效防止播种过程中吸嘴堵塞。其播种工作效率可达到225盘/h以上，有利于(2±1)满足粒/穴及低伤种率的播种需求。

2)设计了加种箱，在播种前向加种箱中加入适量的种子，加种过程对种子损伤率小、加种效率高，可实现自动精量均匀加种，有利于提高播种性能，实现长时间连续播种的需求。

3)在保证满足超级稻播种农艺要求的前提下，尽可能提高播种装置工作效率。通过对设计的播种装置分析，得到播种作业效率可达到225盘/h以上。

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[10] 张红生.种子学[M].北京: 科学出版社,2010.

Design and Analysis of Vacuum-vibration Drum Type Precision Seeding Device

Gong Zhiqiang1， Liu Yongqing1，Wei Ruzhi1， Chen Jin2a， Li Yaoming2b， Zhan Zhan2b

(1.School of Mechanical and Electronic Engineering, Chaohu University, Hefei 238000, China; 2.a,School of Mechanical Engineering；b.School of Agricultural Equipment Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, China)

Aiming at the problems of sowing is easy to occur in suction mouth was blocked,and resulting in low seeding qualified rate precision seeding device in the long time,design a vacuum-vibration drum type anti-blocking precision seeding device,which is composed of a roller device,drop device,vibrating seed tray,add a kind of box etc,vibrating seed tray vibrate to make the seed group “boiling”,with negative pressure suction nozzle will absorb and carry the seeds into seed zone, using gravity and pressure rowing seeds,and to achieve cleaning sundries in suction mouth through guide pin is installed on the roller device, which can effectively prevent the process of seeding in suction mouth blocking, achieve the demand of precision and low damage rate in the process of seeding; adding seeds to seeding boxes before seeding, can realize the automatic precision seeding with uniform,seeding damage rate is small and adding efficiency is high in the process of seeding, the requirement of continuous seeding can be realized for a long time, and seeding efficiency can reach over 225 seedling tray/h.

vacuum-vibration; drum type;anti-blocking; precision seeding device

2016-08-11

国家自然科学基金项目(51305169)；安徽省高等学校自然科学研究重点项目(KJ2015A246);巢湖学院博士科研启动资助项目(KYQD-201403)；巢湖学院校级科研项目(XLY-201403)

龚智强(1983-),男，江西宜春人，讲师，博士研究生，(E-mail) gzhq2008@126.com。

S223.2；TH112

A

1003-188X(2017)07-0089-04