紧凑型冲穴播种一体式穴盘育苗播种机的设计研究

杨叶

（宁夏工商职业技术学院，宁夏 银川 750021）

中国是世界上最大的蔬菜生产国和消费国，蔬菜产业作为我国的第二大农作物产业，有着非常重要的地位[1]。育苗移栽是常见蔬菜的主要种植方式之一，我国有4000多万的蔬菜种植户，大多数采用自育自用方式，导致育苗地分散、质量参差不齐，育苗效率和质量都亟待提高，2007年-2010年，全国农业技术推广服务中心分别在山西、河北、宁夏、山东连续4 年召开有关蔬菜集约化育苗会议，但是国内年生产量超过1000万株的规模化育苗场仍然很少[2]，截止2018年，我国蔬菜规模化育苗供苗量1000亿株，蔬菜种苗需求量超过6800亿株，巨大的缺口背后全靠人工育苗弥补，截至2019年，中国蔬菜规模化育苗量大约占全年总需苗量的30%，剩余的70%蔬菜苗仍然依靠传统的人工播种育苗方式完成[3]。宁夏作为西部农业小省，蔬菜育苗种植以人工育苗为主的问题更为突出。

上世纪80年代我国蔬菜穴盘育苗移栽生产的机械化研究起步，虽然也经过了30多年的研究与发展，蔬菜育苗技术得到了不断提升和发展，但是在推广应用中仍存在着一些问题：育苗设施设备成本高、关键设备依赖进口；生产规模小、劳动力成本投入大、设备生产条件差、生产效益低；配套服务欠缺等问题很突出，加上当前农村青壮年劳动力紧缺，严重制约了蔬菜产业的发展。

穴盘育苗作为现代蔬菜生产的重要作业方式，集约化程度很高，对于提高农作物产量和质量都具有重要意义[4]。蔬菜穴盘育苗播种设备又是育苗播种机械化生产的关键设备，但是传统的穴盘育苗播种机有独立的冲穴结构，先冲穴后放种子，这种结构不紧凑，工序分散，结构复杂、机体庞大，不同目标种子放置位置不同，无法保证将种子放入穴盘每一个小穴中心范围，不能保证后序对种子的覆土厚度。此外由于穴盘自身结构的原因，输送带无法对其进行导向，工序分散冲穴和植种很难保证在一条线上完成相应作业，这样就有将种子种植到穴盘外部的可能，后续还需要大量人工去修正，加上大型育苗播种设备的价格昂贵，体积庞大，造成小型育苗种植户无力购买，小型种植户育苗播种移栽作业仍然以人工为主，费时费力，急需一种结构紧凑工序简单价格低廉的育苗播种设备，研发一款小型种植户适用的穴盘育苗播种机很有必要。

1 育苗播种设备的现状和不足

经查阅科技文献、网上搜索和实地市场调研，通过对比国内外主要穴盘育苗播种设备生产企业的育苗播种设备的特点，了解了穴盘育苗播种设备最新的发展趋势，发现了国内穴盘育苗播种设备与国外设备存在的差距和国内穴盘育苗设备存在的问题。

首先，国外穴盘育苗播种机发展起步较早，已有50多年的发展研制历程。经过多年的技术发展和产品升级改造，国外穴盘育苗播种机设备种类齐全，产品技术成熟，作业效率高，智能化程度高[5]。但是同时也存在一些缺点，如体积庞大，价格昂贵，售后服务跟不上等，造成了国内小型种植户无力购买，制约了在国内小型种植户中的应用。

苗播种机播种性能不够稳定，播种精度和出苗合格率低。多数穴盘育苗播种机先冲穴然后移动位置到播种工位进行播种，工序分开，存在二次定位，种子植入到穴盘的位置会有偏差，种植精度和出苗合格率低。

1、整机结构组成和特点：整机结构如图1所示，由气缸1、鸭嘴型播种头2、穴盘3、气缸2、吸盘5、上料盘6、种仓7、皮带输送机8、鸭嘴型播种头机构9和吸盘吸种机构10等结构组成。该紧凑型冲穴播种一体式穴盘育苗播种设备采用鸭嘴型播种头机构和吸盘吸种机构配合实现冲穴播种一步到位，吸盘吸种机构的播种引流管安装于鸭嘴型播种头机构的鸭嘴头的上方中间位置，当鸭嘴型播种头机构冲穴到达预定位置时鸭嘴头恰好在弹簧的作用下打开，通过播种引流管的种子通过鸭嘴型播种头开口落入穴盘，冲穴和播种一步完成。

设备成本较高，机构复杂，产品笨重，造成小型种植户不愿购买，推广应用难，不适合中国小型个体户的种植模式。

西汉时期的外交家张骞从汉水边的城固踏出了第一条通向世界的丝绸之路；东汉的蔡伦封侯于汉水边的龙亭铺，发明了造纸术。

金钗石斛为亚热带附生植物，在我国主要分布于乌蒙山片区的泸州、赤水、云南等地。金钗石斛对生长环境要求苛刻，栽培困难，野生产量少。随着石斛产业的发展和栽培，繁育、栽培等关键技术不断被攻克，多地纷纷建立起金钗石斛种植基地，其中就包括贵州赤水和四川泸州等地［16］。本课题组采用超音速气流粉碎方法对泸州道地药材金钗石斛进行超微粉碎，以压缩空气或过热蒸汽通过喷嘴产生的超音速高湍流气流作为颗粒的载体，颗粒与颗粒之间或颗粒与固定板之间发生冲击性挤压，摩擦和剪切等作用，从而达到粉碎的目的。

设λ是F′(θa,0)在Sy上的特征值,它对应的特征函数是(u,v),则v=0,且u是方程的非零解。同理可知，上述方程没有大于或等于1的特征值,即σ=0。故当

2 紧凑型冲穴播种一体式穴盘育苗播种机的设计

正如十九大报告所说：实践没有止境，理论创新也没有止境。应不断认识规律，不断推进理论创新、实践创新。基础量概念不仅仅是一个管理小工具，其包涵内部价格市场化改革方向，对坚持市场导向，催生公司产品结构调整动力，理顺产业链各环节责任关系，确保各板块效益与集团公司效益一致，不断实现集团公司的大效益，意义重大。

2.1 紧凑型冲穴播种一体式穴盘育苗播种机的结构特点

其次，国内穴盘育苗播种机发展起步较晚，但随着近年来的快速发展，逐渐缩小了与国外之间的差距，目前穴盘育苗播种机基本可分为针式播种机、滚筒式播种机、盘式（平板式）播种机，其中针式播种机、滚筒式播种机在国内应用较多[6]。但是不论是哪一种类型的播种机都存在一些问题和不足：

本设计基于气力式针穴育苗播种原理进行了紧凑型冲穴播种一体式穴盘育苗播种机设计方案的制定，旨在减少播种机的工序，实现冲穴播种一步到位，精准高效，结构简单，成本低廉，鸭嘴型自动播种头机构的鸭嘴植入穴盘的深度可调，满足不同型号穴盘和不同种子的种植深度需求，符合广大小型种植户的购买要求。整机的结构示意图如图1。

3、鸭嘴型播种头机构的结构示意图如图2所示，由引流管（11）、导向管（12）、 弹簧（13）、转轴（14） 和鸭嘴（15）组成。鸭嘴15为两瓣，上部设有孔通过转轴12连接于9号引流管左右两侧各一瓣，且可绕转轴14转动；弹簧13连接于12号导向管和15号鸭嘴之间；鸭嘴自由状态时在重力作用下两片鸭嘴闭合。当11号引流管向下运动冲穴到位时恰好弹簧被拉伸带动鸭嘴打开种子落下，一步实现冲穴播种，冲穴完成后鸭嘴型播种头机构的11号引流管上行弹簧力消失，鸭嘴变为自由状态自动关闭。

2、穴盘育苗播种机的工作原理：将预装培育土壤的穴盘放置到输送带，输送到鸭嘴型播种头机构的正下方时，五个鸭嘴型播种头机构和吸盘吸种机构一步完成五个穴盘的冲穴和播种，然后输送带带动穴盘移动一个位置，进行第二行的操作，剩余穴盘依次进行。气缸2与吸盘及其附件配合使用，从上料盘吸取种子放置到鸭嘴型播种头中，待鸭嘴型播种头中将种子植入穴盘中。气缸1与鸭嘴型播种头及其附件配合使用，将种子植入穴盘目标小穴中，上料盘底部通入压缩空气，气流可调，防止种子被吹飞，通气的目的在于让种子振动松散，方便吸盘吸取，不漏吸。种仓底部安装一振动电机，此组合相当于震盘上料机，持续少量将种子输送到上料盘。

种植规模大小不一，生产规模不均等。中国幅员辽阔，各地地形不一，各地蔬菜种植规模也不一致，比如西部省份一些蔬菜育苗企业尤其是个体种植户生产规模相对较小，没有达到引进大型育苗播种机的规模，也没有购买能力，小规模个体户育苗播种生产更多地还是以人工为主。

鸭嘴型播种头动作原理为：11号引流管通过气缸1上下运动，完成点播动作；12号导向管固定于机架上，与输送机连接处做成高低可调型，满足不同尺寸穴盘的使用；鸭嘴上部连接于11号引流管上，用转轴连接，鸭嘴可绕转轴转动；转轴14安装于11号引流管的外壁前后各一根；13号弹簧一端安装于12号导向管上，一端安装于15号鸭嘴上，当11号引流管向下运动时弹簧拉开鸭嘴，实现播种，保证种子植入穴盘，当11号引流管向上运动时鸭嘴通过自身重力闭合。

通过观察创造性地使用几何中的全等证明法，显然是对解析几何的一种新思路的尝试，这道看是无从下手的解析几何题就被转化成了一道其貌不扬的初中平面几何题。

4、吸盘吸种机构的结构组成：主要由气缸2与吸盘及其附件组成，气缸2与吸盘及其附件配合使用，从上料盘吸取种子放置到鸭嘴型播种头中， 待鸭嘴型播种头中将种子植入穴盘中。

整机可一次将目标种子植入穴盘，无需传统穴盘育苗播种机设置独立冲头先点窝，一步实现冲穴和播种两个工序，结构紧凑，工序简单，成本低廉，非常适宜小型种植户的机械化育苗播种需求。

2.2 紧凑型冲穴播种一体式穴盘育苗播种机的主要经济技术指标：

该机研制成功后，使小型种植户的育苗播种机械化成为可能，对于我国穴盘育苗播种的全面机械化的普及具有巨大的推动作用。该机一次可完成5个穴盘的播种，2秒完成一次播种，按照每分钟播种150株计算，每小时可完成9000株的播种，与人工育苗相比，是大颗粒种子的5倍，小颗粒种子的10倍以上，种子越小人工越慢，该机1人操作即可，工作效率是人工的5倍以上，以人工费每天200元计算5人每天计1000元，按照量产后每台1.5万元售出，15天左右就可收回成果，经济效益非常显著。而且育苗播种周期的缩短可以保障出苗的时间一致性，出苗的均匀性和出苗率均好于人工育苗，该机将有效助力育苗产业的全面机械化的发展进程，解放劳动力，具有非常好的市场前景和推广价值。

3 结语

本设计巧妙的把鸭嘴型播种头机构和吸盘吸种机构完美配合实现冲穴播种一步到位，利用鸭嘴型播种头机构实现冲穴的完成时巧妙打开鸭嘴种子落入穴中，冲穴播种两个动作一步完成，巧妙地避免了冲穴和播种两步完成、两次定位等工序繁琐结构复杂的情况，可以保障种子的植入位置和深度准确可靠，有效防止了播种位置偏差的产生，实现了准确快速的穴盘育苗播种的机械化操作，降低了育苗播种人力的投入，提高了出苗率和一致性，改善了因出苗时间不齐造成的蔬菜涨势不一致的情况，有效提高蔬菜的产量和质量。