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塔里木大學(xué)畢業(yè)論文
目錄
1.緒論 1
1．1工廠化穴盤(pán)育苗技術(shù) 1
1．1．1工廠化育苗的基本技術(shù)特征[2-3] 1
1．1．2工廠化育苗的優(yōu)越性 1
1．2工廠化育苗穴盤(pán)播種裝置研究現(xiàn)狀 2
1．2．1國(guó)外工廠化穴盤(pán)育苗播種機(jī)現(xiàn)狀[6] 2
1．2．2國(guó)內(nèi)工廠化育苗穴盤(pán)播種機(jī)現(xiàn)狀 2
1．2．3國(guó)內(nèi)外播種性能影響因素及種子動(dòng)力學(xué)分析研究現(xiàn)狀 3
1．2．4生產(chǎn)實(shí)際中存在的問(wèn)題 3
2.工作原理及播種裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3
2．1設(shè)計(jì)目標(biāo) 3
2．2總體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 4
2．2．1結(jié)構(gòu)組成 4
2. 2. 2工作過(guò)程 5
2. 3主要部件結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì) 5
2. 3. 1氣室(吸種盤(pán)腔體)形狀尺寸的確定 5
2. 3. 2吸孔孔徑參數(shù)的確定 6
2. 3. 3氣源流量的確定 6
2. 3. 4氣泵的選擇 6
2. 3. 5種子箱的設(shè)計(jì) 7
2. 3. 6拋振裝置 7
2. 3. 7吸嘴投種及清種設(shè)計(jì) 8
2. 3. 8穴盤(pán)尺寸選取 9
2. 3. 9導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 9
2. 4其它機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 9
2. 5結(jié)構(gòu)創(chuàng)新點(diǎn) 10
3.理論分析與計(jì)算 10
3．1氣吸播種的理論分析 10
3．1．1種子吸附運(yùn)動(dòng)的流體力學(xué)的原理分析 10
3．1．2種子動(dòng)力學(xué)特性分析 10
3.2拋振機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析 12
3.2.1 種子“沸騰”運(yùn)動(dòng)條件與拋振強(qiáng)度計(jì)算 12
4結(jié)論 14
致謝 15
參考文獻(xiàn) 16
1.緒論
1．1工廠化穴盤(pán)育苗技術(shù)
播種育苗是一項(xiàng)勞動(dòng)強(qiáng)度大、費(fèi)時(shí)、技術(shù)性強(qiáng)的工作。過(guò)去大部分采用傳統(tǒng)的露地直播的方式或采用陽(yáng)畦、改良陽(yáng)畦和溫室育苗。由于設(shè)備簡(jiǎn)陋和自然條件的影響，育苗苗齡長(zhǎng)、質(zhì)量差、大小不齊，而且成本高，還往往會(huì)因凍害或病蟲(chóng)害等自然災(zāi)害造成缺苗。再者傳統(tǒng)的育苗技術(shù)只有靠經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)失誤多，特別是單憑經(jīng)驗(yàn)育苗很難掌握和推廣[1]。
隨著蔬菜、花卉生產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，育苗也由過(guò)去的農(nóng)戶(hù)分散育苗向著專(zhuān)業(yè)化、規(guī)?；⑸虡I(yè)化、機(jī)械化迅速發(fā)展，使蔬菜、花卉生產(chǎn)向設(shè)施農(nóng)業(yè)的方向再邁進(jìn)一步，形成了工廠化育苗的生產(chǎn)體系。
所謂工廠化穴盤(pán)育苗是20世紀(jì)70年代國(guó)際上發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新型育苗技術(shù)，即在人工控制的最佳條件下，充分利用自然資源，采用科學(xué)化、標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)措施以及機(jī)械化，自動(dòng)化手段，使蔬菜、花卉育苗達(dá)到快速、優(yōu)質(zhì)、高效率、低成本、成批而穩(wěn)定的水平。
穴盤(pán)育苗在歐、美等農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化程度比較高的國(guó)家推廣普及較為迅速。商品苗生產(chǎn)量第一位的是美國(guó)，其次是意大利、法國(guó)、荷蘭等。韓國(guó)及我國(guó)臺(tái)灣省發(fā)展穴盤(pán)育苗起步時(shí)問(wèn)與我國(guó)大陸相差不多，都在80年代中期，但推廣力度和相關(guān)配套設(shè)施卻強(qiáng)于我國(guó)內(nèi)地。
近幾年，穴盤(pán)育苗在國(guó)內(nèi)一些地方進(jìn)行了試驗(yàn)、推廣，有些地方己經(jīng)形成一定規(guī)模，取得一定的經(jīng)濟(jì)效益，在當(dāng)?shù)禺a(chǎn)生了較好的影響。實(shí)踐證明，工廠化育苗較常規(guī)育苗方式具有成苗快、不傷根系、能獲高產(chǎn)、減少用工量和勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約種子且適合遠(yuǎn)距離運(yùn)輸、避免氣候?yàn)?zāi)害影響等優(yōu)點(diǎn)，是一種適合我國(guó)國(guó)情的行之有效的育苗技術(shù)，主要應(yīng)用于蔬菜，花卉，林木，煙草，近年在水稻、棉花等農(nóng)作物以及經(jīng)濟(jì)作物上也有希望得到大面積的推廣和應(yīng)用。
1．1．1工廠化育苗的基本技術(shù)特征[2-3]
(1)一次成苗的容器育苗。
(2)容器是采用多穴的穴盤(pán)。實(shí)際是把許多呈上大下小的倒錐形苗缽連接在一起。穴盤(pán)現(xiàn)在有兩大類(lèi)：聚乙烯薄板吸塑而成的穴盤(pán)，為美國(guó)、加拿大的公司生產(chǎn)：聚苯乙烯泡沫塑料模塑而成的，主要在歐洲一些國(guó)家用得較多。
(3)采用無(wú)土栽培的育苗技術(shù)，其基質(zhì)主要采用泥炭土、蛙石、珍珠巖等輕基質(zhì)。這些基質(zhì)比土壤的比重輕得多，有良好的透氣性和保水性，與容器表面不粘著，容易從盤(pán)中脫出，也不粘在機(jī)械部件表面，便于機(jī)械操作，酸堿度適中。
(4)穴盤(pán)育苗技術(shù)是高科技的產(chǎn)物，必須同鄰接的近代高科技密切結(jié)合才能成為現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)力。
據(jù)考察現(xiàn)代穴盤(pán)育苗技術(shù)，它結(jié)合了：近代溫室技術(shù)，無(wú)土栽培技術(shù)，機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)，信息技術(shù)(智能控制)等。高度精確、高速度，保證嚴(yán)格規(guī)范化生產(chǎn)，提供規(guī)格整齊、無(wú)病蟲(chóng)害源的、高度生命力的商品苗。
1．1．2工廠化育苗的優(yōu)越性
(1)高出芽率，苗生命活力強(qiáng)，可以大大節(jié)約種子。
(2)比傳統(tǒng)育苗高幾倍的密度，節(jié)省育苗所需溫室或暖棚面積。每株商品苗所需的溫室投資(固定成本)和冬季采暖費(fèi)用(作業(yè)成本)相對(duì)地顯著下降，這兩項(xiàng)成本是比重最大的,由此得到顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
(3)穴盤(pán)苗在脫盤(pán)時(shí)，根系和基質(zhì)網(wǎng)結(jié)而成根沱相當(dāng)結(jié)實(shí)，不重壓重磕是不會(huì)散開(kāi)的。即使沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)的農(nóng)家，用穴盤(pán)苗移栽也能取得成功。另外，將來(lái)用穴盤(pán)苗進(jìn)行機(jī)械化移栽，技術(shù)上的困難比傳統(tǒng)育苗小得多。
(4)用高精度點(diǎn)播生產(chǎn)線實(shí)行機(jī)械化播種，作業(yè)質(zhì)量高超，每穴中基質(zhì)填裝量一致，播種深淺相差無(wú)幾，壓實(shí)程度、覆蓋深度等都很接近。進(jìn)入溫室后規(guī)范化管理，苗成活率幾乎是百分之百。而出苗同期和苗大小十分整齊一致。成苗茁壯，產(chǎn)量有很好保證。所有這些對(duì)現(xiàn)代種苗產(chǎn)業(yè)實(shí)行計(jì)劃管理和產(chǎn)品信譽(yù)有了保證，也為今后推行收獲機(jī)械化創(chuàng)造了方便條件。
(5)種苗業(yè)比較容易實(shí)行整個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的無(wú)毒化處理，防止病蟲(chóng)害侵入種苗，保證提供無(wú)病蟲(chóng)害商品苗，建立良好的商業(yè)信譽(yù)。
(6)輕基質(zhì)、輕容器，便于實(shí)現(xiàn)集裝運(yùn)輸。商品苗可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離運(yùn)輸，擴(kuò)大供應(yīng)范圍。這對(duì)種苗業(yè)擴(kuò)大生產(chǎn)創(chuàng)造了很好的條件。
隨著新農(nóng)村建設(shè)的不斷推進(jìn)和深化，我國(guó)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)模式及種植業(yè)結(jié)構(gòu)作出較大調(diào)整，集約化，規(guī)?；?、機(jī)械化、產(chǎn)業(yè)化農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)正成為主流趨勢(shì)，也標(biāo)志著我國(guó)工廠化育苗移栽技術(shù)已經(jīng)步入快速發(fā)展階段，種植產(chǎn)業(yè)必然走統(tǒng)一供種、統(tǒng)一育秧而后移栽的技術(shù)路錢(qián)，最終實(shí)現(xiàn)種苗的工廠化生產(chǎn)、商品化供應(yīng)。而要實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一供苗其關(guān)鍵之一是要有適合農(nóng)藝需要的育苗精量播種裝置。因此，與之相配套的育苗設(shè)備的研究與應(yīng)用是整個(gè)環(huán)節(jié)中的核心。目前，各種原理和方式的播種機(jī)被研制、生產(chǎn)出來(lái)，并在一定程度上得以推廣[2-5]。
1．2工廠化育苗穴盤(pán)播種裝置研究現(xiàn)狀
1．2．1國(guó)外工廠化穴盤(pán)育苗播種機(jī)現(xiàn)狀[6]
國(guó)外工廠化育苗機(jī)械研究起步較早，己經(jīng)有了40多年的發(fā)展研制歷程，技術(shù)比較成熟。研制出的機(jī)型多，功能完善，配套設(shè)施齊全，自動(dòng)化程度較高。為國(guó)內(nèi)所知名的育苗精量播種機(jī)的生產(chǎn)商及品牌主要有：美國(guó)的布萊克默(Blackmore)，E-Z，萬(wàn)達(dá)能(Vandana)，Gro-Mor，英國(guó)的漢密爾頓(Hamilton)；荷蘭的Visser；澳大利亞的W訂1lamesST750、STl500；韓國(guó)大東機(jī)電株式會(huì)的Helper播種機(jī)；日本洋馬公司的YVMPl30型、YVP400型播種機(jī)。其中Blackmore公司主要生產(chǎn)針式、滾筒式精密播種機(jī)；Vandana、E-Z公司主要生產(chǎn)板式精密播種機(jī)；Gro—Mor產(chǎn)品以手持式(hand)、手動(dòng)式(man—ual)針式播種機(jī)為主；Hamilton公司有手動(dòng)、針式(Natural)、滾筒式(Drum)三大系列產(chǎn)品；Yisser公司提供半自動(dòng)、全自動(dòng)的針式和滾筒式的精密播種機(jī)；Williames的產(chǎn)品則要是滾筒式；韓國(guó)的Helper精密播種機(jī)涵蓋了手持式、板式、手動(dòng)針式、自動(dòng)針式等。
美國(guó)作為世界上應(yīng)用穴盤(pán)育苗技術(shù)最廣泛的國(guó)家之一，其技術(shù)發(fā)展最為先進(jìn)、專(zhuān)業(yè)、規(guī)模最大。在生產(chǎn)環(huán)節(jié)采用高科技手段，播種育苗系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電腦管理機(jī)械化電氣化流程，在防病蟲(chóng)害、成活率、成熟收摘期一致性等育苗指標(biāo)上具有較高水平。此外，育苗播種裝置不斷采用新技術(shù)，如：信號(hào)裝置以及利用電子監(jiān)視裝置來(lái)及時(shí)進(jìn)行故障報(bào)警、自動(dòng)調(diào)節(jié)播種量大小等。
美國(guó)的勃蘭克莫爾生產(chǎn)了真空式精播機(jī)。這種播種機(jī)只完成精量播種一道工序，所以還要配上填充基質(zhì)，壓實(shí)，壓坑，刮平，覆蓋等全部工序的機(jī)械，才能完成全部工序。美國(guó)文圖爾公司的N．450精量播種機(jī)生產(chǎn)線是機(jī)械式精量播種機(jī)。這條生產(chǎn)線能完成混合基質(zhì)、填充穴盤(pán)、精量播種、覆蓋、噴水等全套工序。這種精量播種機(jī)只能播種一定大小的丸粒種了。除了圓粒種子外其它種子都要先經(jīng)丸?；幚怼Ｒ虼松a(chǎn)線還配套一個(gè)丸?；?chē)間、包括一套丸粒設(shè)備。
日本早在20世紀(jì)70年代就研制出一整套工廠化育秧技術(shù)和設(shè)備，經(jīng)過(guò)近幾十年的不斷發(fā)展完善，技術(shù)水平同臻完善，其用于蔬菜播種的播種機(jī)的播種精度很高，如洋馬公司的YVS13型YVMPl30型、YVP400型播種機(jī)、Svzvtec公司的SIH一200播種機(jī)等，采用振動(dòng)式敷土裝置，真空氣吸式播種裝置，自動(dòng)檢測(cè)穴坑位置，實(shí)現(xiàn)一次一粒的精確播種。YVRPU000型播種機(jī)既可以播種蔬菜種子又可以播種水稻種子。
臺(tái)灣省的工廠化育苗技術(shù)發(fā)展較快，自動(dòng)化水平較高。其生產(chǎn)了鼓式及針式穴盤(pán)自動(dòng)播種系統(tǒng)，包含育苗介質(zhì)供應(yīng)設(shè)備、自動(dòng)排種機(jī)、振蕩式真空播種機(jī)等。鼓式播種機(jī)一般適用于十字花科種子，針式播種機(jī)適用于非球形種子。臺(tái)灣科洋機(jī)械自動(dòng)控制有限公司的PN．20型針式播種機(jī)，對(duì)不同播種穴盤(pán)或種子只要更換附件即可。
國(guó)外機(jī)型多為一體機(jī)且價(jià)格昂貴，操作復(fù)雜，并不適合我國(guó)實(shí)際需要，特別是規(guī)模小的農(nóng)村個(gè)體生產(chǎn)者。
1．2．2國(guó)內(nèi)工廠化育苗穴盤(pán)播種機(jī)現(xiàn)狀
我國(guó)對(duì)工廠化育苗設(shè)備的研制及應(yīng)用起步較晚，總體水平較低。 “七五"期間，北京市從國(guó)外引進(jìn)了四條穴盤(pán)育苗生產(chǎn)線和一臺(tái)精量播種機(jī)。各地有關(guān)單位開(kāi)始水稻工廠化育秧的試驗(yàn)研究。特別是90年以后，隨著拋秧技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，對(duì)穴盤(pán)秧苗的需求是迅速增加，各水稻產(chǎn)區(qū)相繼建立了水稻育秧工廠，其數(shù)量也直線上升。在育秧設(shè)備方面，1979年從同本引進(jìn)育秧成套設(shè)備，吉林等省市進(jìn)行試驗(yàn)改制，總結(jié)實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合實(shí)際條件，研制出適合國(guó)情的育種生產(chǎn)流水線，如北京市農(nóng)機(jī)研制的2BSP-360育苗播種生產(chǎn)線，吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的吸盤(pán)式播種器、黑龍江省紅興隆機(jī)械廠研制的水稻工廠化育秧設(shè)備等[7]
目前，國(guó)內(nèi)擁有成套設(shè)備的育苗企業(yè)單位已達(dá)上百家，但經(jīng)營(yíng)規(guī)模還普遍偏小，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率不足10％。市場(chǎng)常見(jiàn)機(jī)型有[8]：北京碧斯凱農(nóng)業(yè)公司的系列播種機(jī)；胖龍(邯鄲)溫室工程有限公司最新研制成功的BZ200型農(nóng)林業(yè)及園藝花卉用穴盤(pán)育苗播種機(jī)；中國(guó)工業(yè)工程研究設(shè)計(jì)院和中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)等單位聯(lián)合研制成功2XB-400型穴盤(pán)育苗精量播種機(jī)。華南農(nóng)大研制的HNJ97—1型水稻播種機(jī)；廣西農(nóng)機(jī)化研究所的2ZBQ-300型雙層滾筒氣吸播種機(jī)；南京農(nóng)機(jī)化研究所和江蘇理工大學(xué)共同研制的20B一330型氣吸振動(dòng)式秧苗精量播種機(jī)等，其吸盤(pán)采用窩眼式，運(yùn)輸機(jī)構(gòu)是曲柄連桿，種子室采用電磁激震。
上述這些機(jī)型基本代表了國(guó)內(nèi)目前的生產(chǎn)與研究水平，存在著自動(dòng)化程度低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、適用范圍小等不足。同時(shí)由于設(shè)計(jì)制造或清種效果不好等多方面原因，致使機(jī)裝置性能達(dá)不到足夠精度，真正大量應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際中的并不多，還沒(méi)有形成市場(chǎng)規(guī)模，與國(guó)外的穴盤(pán)播種機(jī)生產(chǎn)還有一定的距離。因此，參照國(guó)外先進(jìn)機(jī)型，研制我國(guó)的穴盤(pán)精量播種機(jī)具有很大的市場(chǎng)潛力和經(jīng)濟(jì)效益。
1．2．3國(guó)內(nèi)外播種性能影響因素及種子動(dòng)力學(xué)分析研究現(xiàn)狀
氣吸式播種在精量播種機(jī)中有一定的優(yōu)勢(shì)，因此較多學(xué)者曾經(jīng)致力于它的研究。美國(guó)的Zulin．Z在1991年對(duì)發(fā)芽的芹菜籽用氣吸式播種機(jī)進(jìn)行了試驗(yàn)，探討了真空度及線速度對(duì)排種性能的影響。1994年Far，J．Jafari等人對(duì)發(fā)芽的西紅柿種子利用氣吸式播種機(jī)進(jìn)行了試驗(yàn)。1996年P(guān)．6uarella等人[9]用不同吸嘴的吸種盤(pán)對(duì)蔬菜種子進(jìn)行了試驗(yàn)與理論分析，找到了不同吸嘴對(duì)應(yīng)的最佳真空度。2004年D．Karayl等人建立了種子(玉米、棉花、大豆、西瓜等)的物理特性(千粒重、投影面積等)與氣室真空度的數(shù)學(xué)模型。
國(guó)內(nèi)，以氣吸式播種機(jī)為研究對(duì)象， 1996年欒明川采用氣吸式播種機(jī)對(duì)花生進(jìn)行了排種性能的試驗(yàn)研究，進(jìn)行了型孔參數(shù)設(shè)計(jì)。1999年李耀明、吳國(guó)瑞、龐昌樂(lè)等研究了振動(dòng)氣吸式精密播種機(jī)吸種運(yùn)動(dòng)規(guī)律，得到結(jié)論：吸種部件的工作性能與吸種氣流場(chǎng)的分布及其動(dòng)力學(xué)參數(shù)密切相關(guān)，是決定播種過(guò)程能否順利進(jìn)行的關(guān)鍵。2000年封俊等對(duì)小麥用新型組合吸孔式小麥精密播種機(jī)進(jìn)行了排種性能的試驗(yàn)，并進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)特性分析。2000年龐昌樂(lè)等設(shè)計(jì)了氣吸式雙層滾筒水稻播種器。2001年楊宛章等人從運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)角度分析氣吸式播種機(jī)的種子吸附過(guò)程。2002年陳迸等對(duì)振動(dòng)氣吸式穴盤(pán)精量播種機(jī)種子群運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了研究。2004年劉彩玲等分析了種子盤(pán)振動(dòng)對(duì)氣吸振動(dòng)式精量播種機(jī)的工作性能影響。2004年周曉峰對(duì)穴盤(pán)育苗氣吸式精量播種機(jī)的吸附性能進(jìn)行了研究。2007年陳進(jìn)、莊森等對(duì)真空氣吸式播種器吸針流場(chǎng)進(jìn)行了研究。2009年李耀明，趙湛等對(duì)氣吸振動(dòng)式排種器種盤(pán)內(nèi)種群運(yùn)動(dòng)規(guī)律的進(jìn)行離散元分析，得到多層種子間的運(yùn)動(dòng)規(guī)律[10-12]
1．2．4生產(chǎn)實(shí)際中存在的問(wèn)題
目前，工廠化育苗精量播種機(jī)械有了快速的發(fā)展和較大的進(jìn)步，已初步建立起適合我國(guó)工廠化穴盤(pán)育苗體系。但是，我國(guó)農(nóng)業(yè)正處在一個(gè)從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變的過(guò)度時(shí)期，工廠化育苗業(yè)剛進(jìn)入商品化生產(chǎn)的初級(jí)階段，存在著一系列制約工廠化育苗生產(chǎn)發(fā)展的因素，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
1)育苗播種機(jī)市場(chǎng)低迷，生產(chǎn)者意識(shí)淡薄。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)育苗播種設(shè)備市場(chǎng)需求，主要源于大量的國(guó)家政府園區(qū)的建設(shè)與投資，并非源自市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)力。實(shí)際中因?yàn)楣S化育苗所需的前期投資較大，門(mén)檻過(guò)高，導(dǎo)致生產(chǎn)者對(duì)工廠化育苗產(chǎn)業(yè)以及播種設(shè)備的認(rèn)知程度和積極性仍然不高。同時(shí)國(guó)內(nèi)在穴盤(pán)育苗設(shè)施條件、技術(shù)規(guī)范化程度、商品苗質(zhì)量、推廣力度及生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)規(guī)模相對(duì)國(guó)外差距較大，難以形成大規(guī)模的穴盤(pán)育苗產(chǎn)業(yè)化鏈條，致使科技人員專(zhuān)業(yè)化、管理技術(shù)體系規(guī)范化薄弱。
2)播種合格率較低。許多育苗播種機(jī)械播種裝置的播種性能達(dá)不到要求，尤其在高速作業(yè)下易發(fā)生種子箱排空、導(dǎo)種管雜物堵塞、播種器故障、針頭堵塞、不能及時(shí)清種等工藝性故障現(xiàn)象，造成重播、少播或漏播現(xiàn)象，尤其是在形狀不規(guī)則、重量比較輕的小顆粒種子的精量播種方面播種質(zhì)量不穩(wěn)定。
3)農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝結(jié)合不緊密?，F(xiàn)行播種裝置與育苗成套設(shè)備一般為獨(dú)立工作，所以整個(gè)流水線的自動(dòng)化程度較低，勞動(dòng)強(qiáng)度相對(duì)較大。多數(shù)育苗播種機(jī)械對(duì)裸種的適應(yīng)性差，或者要包衣丸化處理，增加了成本且影響發(fā)芽率。一般一種形式的精密播種機(jī)只能播種少數(shù)幾種品種的種子，而農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有很強(qiáng)的季節(jié)性，這樣農(nóng)機(jī)具的閑置周期相對(duì)延長(zhǎng)，降低了使用效率，不利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本的降低：
4)機(jī)械化育苗工藝的基礎(chǔ)性研究較為薄弱，與機(jī)械化育苗配套的設(shè)施發(fā)展不完善。目前，我國(guó)對(duì)育苗機(jī)械的發(fā)展還未有統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范，雖然在實(shí)際中應(yīng)用的機(jī)型較多，但還未制定機(jī)械化育苗的統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。很多的育苗工藝仍在探索之中，無(wú)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)指標(biāo)可循，各個(gè)研究單位之間缺乏交流而且少有企業(yè)參與其中研究。
2.工作原理及播種裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2．1設(shè)計(jì)目標(biāo)
本課題設(shè)計(jì)半自動(dòng)嘴形氣吸式穴盤(pán)育苗精密播種機(jī)，并討論該育苗精密播種機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)特性。
通過(guò)對(duì)嘴形氣吸式穴盤(pán)育苗精密播種機(jī)的初步測(cè)試，針對(duì)氣吸式育苗精密播種機(jī)的特點(diǎn)，制定以下設(shè)計(jì)性能指標(biāo)：
1、合格率(％)：≥93
2、空穴率(％)：≤3
3、多粒率(％)：≤2
4、純生產(chǎn)率大于300盤(pán)／小時(shí)；
5、電源：電壓為220伏；
6、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用維護(hù)方便；
2．2總體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
吸盤(pán)式精密播種機(jī)的工作原理是利用抽真空設(shè)備，經(jīng)吸氣閥調(diào)節(jié)后將播種機(jī)的氣室
內(nèi)抽成一定的負(fù)壓，即吸起種子所需的真空度，使播種機(jī)吸盤(pán)上的每個(gè)孔產(chǎn)生足夠的吸力。當(dāng)吸盤(pán)移至振動(dòng)的種子盤(pán)上時(shí)，就把在上拋的種子室內(nèi)處于“懸浮”狀態(tài)的種子吸到每個(gè)吸種孔上，再將吸盤(pán)移到穴盤(pán)上，打開(kāi)卸壓閥，然后推動(dòng)清種裝置將未自由下落的種子從氣孔中清除，實(shí)現(xiàn)精量播種。
這是一種間歇式播種機(jī)，一次可播種一個(gè)苗盤(pán)。它與常見(jiàn)的氣吸式播種機(jī)的工作原理相似，但結(jié)構(gòu)上又有較大差異。一般氣吸式播種機(jī)的吸種盤(pán)多是垂直圓盤(pán)，吸孔吸取種子時(shí)，需要克服種子重力和種子室內(nèi)種子間的阻力。要求吸孔吸附種子的力要大一些，每個(gè)孔吸起的種子可以是多粒的，用刮種板刮去多余的種子，而吸盤(pán)式精密播種機(jī)的吸種盤(pán)是水平盤(pán)，吸附種子的力僅需克服種子的重力就可以將種子提起。吸附力可以小一些，播種機(jī)與種子間無(wú)相互擠壓、摩擦等運(yùn)動(dòng)，基本不傷種。
2．2．1結(jié)構(gòu)組成
該機(jī)由工作臺(tái)、機(jī)架、吸嘴式吸種盤(pán)、氣泵、拋振裝置、氣控裝置等組成，圖2-1為其結(jié)構(gòu)示意圖。供種裝置是有種盤(pán)和拋振裝置組成，功能在于使種子在盤(pán)內(nèi)做均勻的上拋運(yùn)動(dòng)，呈瞬間游離狀，以利于吸種。拋振裝置有種盤(pán)、壓縮彈簧、牽引電磁鐵等組成。排種裝置包括吸嘴式吸種盤(pán)、氣室、直滑軌組成。氣控裝置由氣泵、泄壓閥、輸氣管路、行程開(kāi)關(guān)等組成。
1-氣泵 2-支架 3-導(dǎo)軌 4-氣室 5-泄壓閥 6-軟管 7-種盤(pán) 8-電磁繼電器
圖2-1 氣吸式精量點(diǎn)播裝置結(jié)構(gòu)示意圖
2. 2. 2工作過(guò)程
工作時(shí)，先將裝有育苗基質(zhì)的穴盤(pán)放置在播種工位．穴盤(pán)將被夾具自動(dòng)定位。拉動(dòng)吸種盤(pán)把手，直滑軌機(jī)構(gòu)將引導(dǎo)吸種盤(pán)作水平移動(dòng)。此時(shí)．行程開(kāi)關(guān)通過(guò)行程開(kāi)關(guān)撞塊檢測(cè)到電信號(hào)，反饋給牽引電磁鐵使其吸合，則種子盒下降到下工位，使播種部件能繼續(xù)向前水平移動(dòng)到播種工位。打開(kāi)泄壓閥，空氣從泄壓閥進(jìn)入氣室，負(fù)壓消失，種子在自身重力作用下掉落到穴盤(pán)中，然后手動(dòng)推動(dòng)清種裝置，清除吸孔中殘留的種子。
播種后關(guān)閉泄壓閥，并向內(nèi)移動(dòng)吸種盤(pán)，行程開(kāi)關(guān)根據(jù)行程開(kāi)關(guān)撞塊位移信號(hào)，行程開(kāi)關(guān)控制電磁牽引吸臺(tái)器斷電，種盤(pán)在復(fù)位彈簧作用下垂直上彈至上工位，種子被拋起懸空與針式吸嘴接觸并被吸停，完成吸種動(dòng)作，進(jìn)入下個(gè)播種循環(huán)。
2. 3主要部件結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)
2. 3. 1氣室(吸種盤(pán)腔體)形狀尺寸的確定
吸嘴式播種機(jī)是由吸孔處負(fù)壓完成吸附種子的，氣室對(duì)吸孔的吸附性能影啊很大。理想的氣室形狀應(yīng)設(shè)計(jì)成能使氣流從吸種盤(pán)到吸嘴連續(xù)地流動(dòng)，形成均勻穩(wěn)定的流場(chǎng)。根據(jù)田耘等研究試驗(yàn)結(jié)論：氣室形狀對(duì)氣室內(nèi)壓力傳遞、吸盤(pán)上壓力分布的均勻性無(wú)明顯影響，其真實(shí)的理論流場(chǎng)為一等勢(shì)線所表示的勢(shì)流場(chǎng)[13-14]。
據(jù)此將氣室型形狀確定為長(zhǎng)方體。這種設(shè)計(jì)便于加工制造，也便于同吸嘴連接。由于氣室腔體太大會(huì)造成負(fù)壓不足，吸不上種子．而且氣室過(guò)大，會(huì)造成漏氣現(xiàn)象嚴(yán)重，大大影響流量和真空度，從而影響吸種性能，同時(shí)便于加工和減輕重量考慮，吸種盤(pán)腔體尺寸越小越好，但為了裝載針式吸嘴和安裝吸嘴方便以及在氣室內(nèi)要安裝清種裝置，吸種腔體尺寸又不能太小。
綜合考慮上述因素的同時(shí)，也要考慮同現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)育苗盤(pán)尺寸相匹配。最終尺寸設(shè)計(jì)為：490X250X40(mm)，進(jìn)氣通道直徑為30mm。這樣吸種盤(pán)體積小，需要空氣流量小，響應(yīng)快速無(wú)滯后，容易吸起種子，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，氣室內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2—2所示。
l進(jìn)氣通道2氣道殼體3清種裝置導(dǎo)軌
圖2-2 吸種盤(pán)的氣室剖視圖
吸種盤(pán)氣腔殼體與吸嘴板采用螺母連接，并設(shè)計(jì)有定位銷(xiāo)?？煽焖?、方便地拆卸、清理種子室。由于零部件結(jié)構(gòu)限制和零部件的加工、裝配誤差，以及吸種盤(pán)在真空的作用下產(chǎn)生孌形，在集成吸嘴的吸板與氣室之問(wèn)會(huì)產(chǎn)生一定的間隙，特在吸盤(pán)上安裝有密封圈，保證殼體與吸嘴盤(pán)組成的氣室的氣密性．從而避免真空泄漏造成氣室壓力不均勻而影響播種性能。
通過(guò)生產(chǎn)實(shí)際中調(diào)研發(fā)現(xiàn)，購(gòu)置精量播種機(jī)的單位或個(gè)人，需穴播的種子往往并非單一的作物，通常有多種，而這些不同作物的種子的外形尺寸、千粒重差異較大。而市場(chǎng)上穴盤(pán)播種機(jī)機(jī)型雖多，但多具有針對(duì)性，對(duì)所播種子有嚴(yán)格要求，適應(yīng)性差，不能滿足多作物種于的播種或效果很差。為提高本機(jī)的通用性，降低重復(fù)投資購(gòu)機(jī)的成本，設(shè)計(jì)吸嘴極為活動(dòng)、可拆卸式。當(dāng)有需要更換作物播種時(shí)，僅需通過(guò)更換集成合適孔徑吸嘴的吸板，即可實(shí)現(xiàn)多作物的精量播種。解決了傳統(tǒng)吸盤(pán)播種機(jī)互換性和通用性籌問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了一機(jī)多用的功能，可在大?；蛐×７N子，棉種、甜菜、番茄、辣椒等作物上得到運(yùn)用推廣，其直接經(jīng)濟(jì)效益更加顯著。
2. 3. 2吸孔孔徑參數(shù)的確定
吸孔孔徑大小對(duì)單粒率、多粒率影響很大，孔徑尺寸減小，單粒率上升，多粒率下降，但孔徑太小不易加工且易被堵塞。研究表明：吸嘴孔徑取物料種子直徑的0.5一0.7倍較合適[6，7J。據(jù)此確定吸孔直徑分別為0．7mm和1.5mm二種尺寸，其中0．7mm用于吸附西紅柿和辣椒種子，1．5mm用于吸附棉種。帶導(dǎo)程的吸孔吸種單粒率明顯高于無(wú)導(dǎo)程的吸孔吸種單粒率，但吸嘴導(dǎo)程過(guò)長(zhǎng)會(huì)降低吸嘴口處負(fù)壓和流量，從而不利于吸種，為便于加工和配合拋振裝置的需要，選擇吸嘴長(zhǎng)度為8mm，吸嘴間距為30mm，吸嘴嘴型及結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。
圖2-3 針式吸嘴形狀結(jié)構(gòu)圖
2. 3. 3氣源流量的確定
物料的臨界速度是氣力輸送裝置和物料吸取裝置設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。在吸嘴氣力式播種機(jī)的氣流場(chǎng)中，按照氣力輸送裝置的氣流速度來(lái)進(jìn)一步確定流體速度，以保證種子被有效吸附。研究表明：當(dāng)氣流輸送速度為30m/s以上時(shí)，物料可以被有效吸附。吸嘴氣力式播種根據(jù)不同大小的種子選用不同孔徑的吸嘴，以番茄種子播種為研究對(duì)象，對(duì)吸嘴吸取種子進(jìn)行分析，確定吸嘴能夠吸取種子的最小氣體流量。假定每個(gè)吸嘴的真空度和氣體流量均勻，每個(gè)吸嘴的流量為：
（2-1）
吸嘴的總流量為：
（2-2）
上式中，d為吸嘴 直徑，0.7mm；n為吸嘴個(gè)數(shù)；128個(gè)；v為吸嘴口流速。
當(dāng)氣源氣體流量大于5.3/h時(shí)，吸嘴能夠把種子完全吸取。
2. 3. 4氣泵的選擇
產(chǎn)生負(fù)壓的裝置主要有兩類(lèi);一類(lèi)是風(fēng)機(jī)，一類(lèi)是真空泵，兩種負(fù)壓源各有其優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍。負(fù)壓源的選擇原則是，負(fù)壓源在克服工作管路的阻力后能夠產(chǎn)生滿足工作管路所需的流量，且這時(shí)負(fù)壓源的工作點(diǎn)應(yīng)在其效率較高的地方。一般在相同功率的情況下，風(fēng)機(jī)的流量大但獲得的負(fù)壓較低，而真空泵則可獲得較高的真空度，但允許通過(guò)的流量較小。查閱有關(guān)資料可知，由于漩渦氣泵和驅(qū)動(dòng)電機(jī)是一體構(gòu)成，葉片的轉(zhuǎn)速非常高。所以它可以產(chǎn)生比較高的負(fù)壓，而沒(méi)有真空泵的流量限制，同時(shí)真空泵的價(jià)格高于風(fēng)機(jī)。
如果負(fù)壓源流量小，風(fēng)管產(chǎn)生漏氣或風(fēng)管直徑小，均會(huì)因播種器氣室真空度小，吸不上種子而產(chǎn)生漏播現(xiàn)象。風(fēng)機(jī)是否達(dá)到播種器所要求的真空度，是播種機(jī)工作質(zhì)量的重要影響因素之一。
由于溫室大棚育苗播種一般要求空粒率低，對(duì)多粒率通常沒(méi)有特殊要求，故選用流量較大、價(jià)格便宜的XWB-1型旋渦氣泵作為氣源，以提高吸附率。由無(wú)錫某機(jī)電設(shè)備有限公司氣泵研究所的有關(guān)人員對(duì)旋渦氣泵產(chǎn)品所作的實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)得到，氣泵的有效功率為總效率的20％～45％XWB-1型旋渦氣泵最大流量為60，故實(shí)際工作流量為12～27，完全滿足設(shè)計(jì)流量要求。具體參數(shù)見(jiàn)下表。
表2-1 旋渦氣泵的參數(shù)
型號(hào)/參數(shù)
最大壓力(kpa)
真空度(kpa）
最大流量(M3/h)
電動(dòng)機(jī)功率(Kw)
電機(jī)轉(zhuǎn)速(Rpm)
管徑
(mm)
外型尺寸
長(zhǎng)＊寬＊高
紙箱包裝尺寸長(zhǎng)＊寬＊高
重量(Kg)
XWB-1
18
12
60
0.37
2800
40
280×252×260
290×260×280
10
2. 3. 5種子箱的設(shè)計(jì)
考慮到吸種盤(pán)來(lái)回吸種時(shí)，拋振裝置將種子箱彈起．吸種盤(pán)落入種了箱內(nèi)吸種，故種子箱稍大于吸種盤(pán)面積，底面尺寸每邊大于吸種盤(pán)2～3個(gè)種子直徑，以免在邊緣上擠碎種子，并且由于實(shí)際吸種時(shí)為了提高吸種性能，種子箱要能放多于三層的種子，故需有一定深度，所以種子箱尺寸設(shè)計(jì)為：550×320×20(mm)．由于種子箱需要上下振動(dòng)，所以也需要其有一定的厚度，在這里設(shè)計(jì)種子箱的厚度為5mm。結(jié)構(gòu)如圖2-4所示。
圖2-4 種子箱結(jié)構(gòu)
同時(shí)在種子箱底部打上小孔，孔徑小于種子直徑，以便能有足夠的氣體流入到吸嘴產(chǎn)生負(fù)壓，又能承放種子，減小因種子箱面震動(dòng)不均造成的種子水平位移、扎堆、厚度不均。在種了箱底面設(shè)計(jì)角鐵加強(qiáng)筋，提高種子種子箱正面受力的均勻性，使邊角與中心處種子得到最小偏差的上拋力，獲得一致的上拋高度。
2. 3. 6拋振裝置
種子盤(pán)內(nèi)的種子為散粒物料，散粒體動(dòng)力學(xué)理論表明，為使物料運(yùn)動(dòng)更加均勻，穩(wěn)定，必須減少散粒體的內(nèi)摩擦因數(shù)，增加其流動(dòng)性。特定物料的內(nèi)摩擦因數(shù)是常數(shù)，要想在不改變其物態(tài)的情況下改變其內(nèi)摩擦因數(shù)是不可能的。所以為改善其流動(dòng)性，廣泛采用振動(dòng)使物料形成準(zhǔn)流體增加其流動(dòng)性，拋振裝置正是在此基礎(chǔ)上建立起來(lái)的。拋振裝置設(shè)計(jì)為有壓縮彈簧、牽引電磁鐵等組成。將種子盤(pán)通過(guò)螺栓、銷(xiāo)釘與牽引電磁鐵的銜鐵孔連接在一起，四根彈簧安裝在設(shè)計(jì)好的工作臺(tái)與種子盤(pán)底面的凸臺(tái)上。牽引電磁鐵選用MQB-3型全封閉電磁鐵，具體參數(shù)見(jiàn)下表。
表2-2 牽引電磁鐵技術(shù)參數(shù)
型號(hào)規(guī)格
使用方法
外形尺寸（mm）
安裝孔中心距t1*t2（mm）
額定吸力（kg）
額定行程（mm）
操作頻率（次 /小時(shí)）
電壓（v）
凈重（kg）
a
b
c
d
e
h
MQB3-80N
100
97
167
88
81
187
83×72
8
25
1500
220
5
牽引電磁鐵通電時(shí)，銜鐵拉動(dòng)種子盤(pán)克服彈簧力向下運(yùn)動(dòng)一定行程。當(dāng)拋振裝置的牽引電磁鐵斷開(kāi)狀態(tài)時(shí)，復(fù)位彈簧在恢復(fù)力的作用下將種子箱彈起，盤(pán)內(nèi)種子隨盤(pán)產(chǎn)生上拋運(yùn)動(dòng)，種子群上表面的種子將脫離種子群，處于懸空沸騰狀態(tài)．可增加與吸嘴的接觸機(jī)會(huì)，能顯著種子吸附率。有種子箱及鏈接器重量約3kg，彈簧系統(tǒng)剛度4N/mm，故牽引電磁鐵型號(hào)選取為220v，牽力最大為80N，最大行程為20mm。
2. 3. 7吸嘴投種及清種設(shè)計(jì)
投種是指使種子離開(kāi)吸孔的過(guò)揮。吸嘴式播種機(jī)的投種方式分為：重力投種、氣力投種、機(jī)械投種等[2]。
(1）重力投種：當(dāng)吸嘴運(yùn)動(dòng)到輸種管上方時(shí)．?dāng)嘭?fù)壓后種子靠自重離開(kāi)吸孔。這種排種方式需要設(shè)計(jì)泄壓裝置，使作用在種子上的壓差消失，種子則在自身重力的作用下脫離吸孔。
(2)氣力投種：當(dāng)吸嘴運(yùn)動(dòng)到輸種管上方時(shí)．給吸嘴通以反向氣流，使種子在氣流的作用下脫離吸孔。
(3)機(jī)械投種：采用機(jī)械式推種器推落種子。
上述幾種投種方式中，重力投種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，種子破碎少。但是在吸種時(shí)有的種子可能因彈性變形而被卡在吸孔中，緊靠重力的作用不能脫離吸孔，而氣力投種不僅能吹落被卡的種了，而且能夠把吸孔內(nèi)的雜物吹出，以免吸孔堵塞造成漏播。
對(duì)于種子平均直徑≤3mm的小粒種子，主要包括大多數(shù)蔬菜、花卉和油菜等經(jīng)濟(jì)作物的種了，其具有直徑小、干粒重小、形狀不規(guī)則等特征。在對(duì)千粒重、外形尺寸較大的種子采用氣吸式播種機(jī)檑種時(shí)，一般不設(shè)計(jì)清種。對(duì)于小粒種子，由于結(jié)構(gòu)尺寸較小，同時(shí)形狀不規(guī)則。在吸種時(shí)種子的尖部容易被吸入吸種孔而不容易脫落，有時(shí)種子中的雜質(zhì)、種子外殼、不合格的小粒種了或破碎的種予被吸進(jìn)吸種孔后不易脫落而造成周期性的空穴。本氣吸式播種機(jī)上采用機(jī)械式清種裝置清理吸種孔的方式。
為了便于清種，本設(shè)計(jì)在氣室內(nèi)裝有機(jī)械式清種裝置，每個(gè)吸嘴孔處安裝一個(gè)清種針，整個(gè)清種裝置利用彈簧固定在氣室的上方，在需要清種時(shí)只需按下氣室上方的支架，每個(gè)清種針將吸嘴內(nèi)卡住的種子清出。松開(kāi)手后，整個(gè)清種裝置會(huì)自動(dòng)在彈簧彈力作用下將整個(gè)清種裝置上推到頂端，便于下一次的吸種。清種裝置如圖2-5所示。
圖2-5 清種裝置的結(jié)構(gòu)
2. 3. 8穴盤(pán)尺寸選取
穴盤(pán)整體由塑料沖壓成型，孔型多為錐形，上大下小。常用穴盤(pán)有每排5孔、6孔和8孔，其錐孔截面形狀多為正方形。常用穴盤(pán)已標(biāo)準(zhǔn)化，其外形尺寸為520(長(zhǎng))x270(寬)x55(高)，5孔穴盤(pán)的錐孔上截面尺寸為45x45mm，下截面尺寸為30x30mm，排數(shù)為10，底部排水孔直徑為10mm；6孔穴盤(pán)錐孔上截面尺寸為40x40mm，下截面尺寸為25x25rmn，排數(shù)為12，底部排水孔直徑為9mm；8孔穴盤(pán)的錐孔上截面尺寸為30x30mm，下截面尺寸為13x 13mm，排數(shù)為16，底部排水孔直徑為8mm。本課題主要利用16x8孔標(biāo)準(zhǔn)穴盤(pán)
2. 3. 9導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)的功能是保證氣室在水平方向上穩(wěn)定的移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)吸種和投種過(guò)程，在導(dǎo)軌的吸種盤(pán)一端安裝有行程開(kāi)關(guān)，利用氣室撞擊行程開(kāi)關(guān)撞塊來(lái)實(shí)現(xiàn)電磁繼電器的接通與斷開(kāi)。
圖2-6 導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)
2. 4其它機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
在工作臺(tái)面的兩側(cè)設(shè)有能可折疊的輔助工作臺(tái)，該輔助工作臺(tái)的內(nèi)端與機(jī)架鉸接．在輔助工作臺(tái)的底部通過(guò)鉸鏈連接有兩節(jié)活動(dòng)的支撐桿。抬起兩側(cè)輔助工作臺(tái)，將兩節(jié)支撐桿銷(xiāo)釘固定后，輔助工作臺(tái)便與工作臺(tái)保持同一水平面，拓寬工作臺(tái)面以便放置穴盤(pán)。展開(kāi)的工作臺(tái)可進(jìn)行流水線操作，即一個(gè)輔助工作臺(tái)準(zhǔn)備好育苗盤(pán)后，移入工作臺(tái)面，待播種完成后，快速移出到另一輔助工作臺(tái)上，由工人取走。輔助工作臺(tái)處于收折狀態(tài)貼靠在機(jī)架的側(cè)邊時(shí)，可以減小整機(jī)體積，便于運(yùn)輸。
人工放置穴盤(pán)到工作臺(tái)時(shí)，無(wú)法每次恰當(dāng)放置于吸盤(pán)正下方，而精量播種要求穴盤(pán)槽與吸嘴一一相對(duì)，因此設(shè)計(jì)了穴盤(pán)的定位裝置。
為便于用手拉動(dòng)吸盤(pán)，在吸盤(pán)頂面前端的中央位置安裝有手柄，提高工作效率。
2. 5結(jié)構(gòu)創(chuàng)新點(diǎn)
1．電銜鐵與彈簧組成的拋振式種子室取代了傳統(tǒng)電磁振動(dòng)式種子室，種子振動(dòng)后分布更均勻，避免電磁振動(dòng)式，種子連續(xù)振動(dòng)下，偏向聚集，取種更可靠；
2．針式吸嘴與板式吸種盤(pán)組成的吸種盤(pán)與傳統(tǒng)窩眼式吸種盤(pán)相比，改進(jìn)了吸嘴結(jié)構(gòu)，使其定量取種精度高，可拆換，通用型好。
3．采用直滑軌機(jī)構(gòu)取代傳統(tǒng)拱形或四連桿機(jī)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)行程縮短，操作簡(jiǎn)單快捷。
4. 采用氣室內(nèi)部安裝的清種裝置，可避免氣吹式清種系統(tǒng)將種子吹出穴盤(pán)的現(xiàn)象。
3.理論分析與計(jì)算
影響氣吸嘴式棉花精量播種機(jī)工作質(zhì)量的主要部分是播種裝置。本章節(jié)就氣吸播種機(jī)的種子吸附機(jī)理及影響工作質(zhì)量的參數(shù)進(jìn)行理論分析。播種裝置由播種機(jī)構(gòu)、種子盤(pán)彈振裝置和氣力吸種部件組成。本章將對(duì)氣力吸種部件、種子盤(pán)彈振裝置進(jìn)行介紹，進(jìn)一步闡明播種機(jī)的播種原理，并對(duì)種子的受力及運(yùn)動(dòng)進(jìn)行理論分析。
3．1氣吸播種的理論分析
種子在吸嘴趨近之前呈靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)吸嘴運(yùn)動(dòng)進(jìn)入種子群時(shí)，氣流對(duì)種子產(chǎn)生吸附攜帶作用，使種子產(chǎn)生向吸嘴氣流方向運(yùn)動(dòng)的趨式。同時(shí)種子受到其它種子的摩擦力作用、重力作用以及上層種子的壓力作用。因此種子在被吸附在氣針上之前的受力和運(yùn)動(dòng)過(guò)程相當(dāng)復(fù)雜。以下就氣體動(dòng)力學(xué)原理，對(duì)種子的運(yùn)動(dòng)過(guò)程和規(guī)律進(jìn)行定性分析。
3．1．1種子吸附運(yùn)動(dòng)的流體力學(xué)的原理分析
吸嘴前的種子(未被吸附在吸嘴上)處在具有一定流速的氣體流場(chǎng)中。根據(jù)流體力學(xué)原理可知，若流體為理想流體，即具有體積彈性(K≠0)，而沒(méi)有剛性(N=O)的流體。因?yàn)镹=0，所以理想流體具有以下三個(gè)特性[15-16]：
(1)它只能傳遞壓力；
(2)它是無(wú)摩擦的，因此它不能傳遞切向(剪切)力；
(3)一點(diǎn)處的壓力在所有方向上都相同。
而實(shí)際中，氣體流場(chǎng)中的流體不是理想流體，而是真實(shí)流體。在真實(shí)流體中，由于流體具有粘性，所以除慣性力和靜壓力之外，還存在粘性力。粘性力表現(xiàn)為相鄰流線問(wèn)的剪切應(yīng)力。此時(shí)物體所受的力稱(chēng)為阻力，總阻力可以分為以下兩種不同的阻力。
(1)由于作用在物體前面(上游邊)的壓力大于后面而引起的形狀阻力或壓差阻力；
(2)由物體壁面附近流體內(nèi)的剪切應(yīng)力引起的表面摩擦力。
3．1．2種子動(dòng)力學(xué)特性分析
根據(jù)流體動(dòng)力學(xué)原理可知，當(dāng)物體在流體中運(yùn)動(dòng)時(shí)要受到繞流阻力F的影響，包括摩擦阻力和漩渦阻力(壓差阻力或形狀阻力)。摩擦阻力為流體作用在物體表面上的切向力沿相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向的總和，方向與流體運(yùn)動(dòng)方向相反。漩渦阻力足由于流體繞流物體時(shí)產(chǎn)塵了附面層脫離，尾部出現(xiàn)漩渦，使物體前后部的壓力不同而形成的。在層流或低速流動(dòng)中．流體的密度變化不大。粘性作用支配著流體的流動(dòng)，漩渦阻力可以忽略不計(jì)。在紊流和高速流動(dòng)中．流體受壓縮而不受牯性作用支配，這時(shí)摩擦阻力可以忽略不計(jì)，漩渦阻力起著支配作用。
在被吸附前，位于吸嘴附近的種子離吸嘴有一定的距離，在種子背離吸嘴的一側(cè)，氣流的作用很小，可以忽略不計(jì)。而種子正對(duì)吸嘴一側(cè)的真空度較大，氣流速度很高，所以作用在種子上的吸附力主要是漩渦阻力，即壓差阻力。設(shè)種子背離吸嘴的表面上的氣壓為大氣壓Po，靠近吸嘴的表面上的氣壓為P，則Po一P為推動(dòng)種子向吸嘴移動(dòng)的氣壓差。
根據(jù)理想氣體運(yùn)動(dòng)微分方程的積分，即伯努利方程得：
(3-1)
對(duì)Po，P在種子面S上積分，則得種子所受得繞流阻力F
(3-2)
式中：S一種子在垂直于運(yùn)動(dòng)方向的平面上的投影面積；
ρ一空氣密度；
v一氣流速度。
直接利用式(3-2）來(lái)計(jì)算種子所受的繞流阻力是很困難的，關(guān)于繞流物體的阻力(摩
擦阻力和漩渦阻力)在實(shí)際計(jì)算中，通過(guò)一些合理的假設(shè)，則可使問(wèn)題簡(jiǎn)化。根據(jù)因次
分析，并引進(jìn)阻力系數(shù)，這樣可把(3-2)式寫(xiě)成下式：
(3-3)
式中：S一物體在垂直于流動(dòng)方向上平面的投影面積；
ρ一流體密度；
v一物體與流體的相對(duì)速度；
Co一物體的阻力系數(shù)(阻力系數(shù)，取決于物體的形狀(上下受力面的形狀)、表面狀念和雷諾數(shù))。
物體的阻力系數(shù)一般都由實(shí)驗(yàn)求得，對(duì)于不同的物體形狀和不同的流動(dòng)情況，阻力系數(shù)的值是不同的。
根據(jù)流體力學(xué)原理，孔內(nèi)的阻力系數(shù)與為
(3-4)
有（3-4）式可求得：
(3-5)
在己知?dú)忉樋讖絛i的情況下，通過(guò)吸孔的氣體流量Q為
(3-6)
氣源總的氣體流量Qz為：
(3-7)
式中：n一吸嘴個(gè)數(shù)。
有資料表明，吸嘴前的氣體流場(chǎng)的分布呈放射狀的圓錐體，錐角的大小與氣體流速及吸嘴的結(jié)構(gòu)形式有關(guān)。在錐頂為中心的錐面上，氣體流速大小相同，并與錐面的半徑相關(guān)，方向均指向錐角頂點(diǎn)。設(shè)錐角為2a，并設(shè)達(dá)到種子臨界速度的圓錐半徑為R, 此處錐面面積為：
假定氣體不被壓縮，根據(jù)質(zhì)量守衡定律有：
( 3-8)
將(3-6)式代入(3-8)式得：
(3-9)
代入式(3-9)得吸附力即繞流阻力F為
(3-10)
由式(3-10)可知，種子所受的吸附力大小與種子的大小和形狀、吸嘴的大小和形狀、通孔內(nèi)外壓力差及種子的位置有關(guān)，其中任意一項(xiàng)發(fā)生變化，吸附力也將變化。
由于繞流阻力與氣體流量Q的平方成正比．而氣體總流量為nQ，所以繞流阻力與氣源總流量的平方成正比．提高氣源的流量，能大大改善吸種效果。
同時(shí)．吸附力與錐面半徑的四次方成反比，即種子距氣針距離越遠(yuǎn)，吸附力越小。特別是當(dāng)R趨近于零時(shí)，吸附力急劇增加，因而最靠近吸嘴的種子最先被吸附。要獲得較好的吸種效果，應(yīng)使種子與吸嘴的距離最小。實(shí)驗(yàn)證明，有效的吸附通常都發(fā)生在種子群上表面。
3.2拋振機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析
3.2.1 種子“沸騰”運(yùn)動(dòng)條件與拋振強(qiáng)度計(jì)算
對(duì)單粒（層）種子在種盤(pán)上的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析。種盤(pán)上的種子受自身的重力和種盤(pán)運(yùn)動(dòng)時(shí)給予的慣性，忽略空氣阻力對(duì)種子受力運(yùn)動(dòng)的影響，種子脫離種盤(pán)出現(xiàn)跳動(dòng)的臨界條件為
(3-11)
式中 P——種子所受慣性力，N；G——種子重力，N。
種盤(pán)運(yùn)動(dòng)的周期性簡(jiǎn)諧方程為
(3-12)
當(dāng)不考慮系統(tǒng)阻尼 ε時(shí)，方程為
(3-13)
式中：x——運(yùn)動(dòng)方程；A——振幅，mm；t——振動(dòng)時(shí)間，s；φ——振動(dòng)初相位，rad；ω——振系固有角頻率rad/s。
種子初始加速度與種盤(pán)加速度相同
(3-14)
由牛頓第二定律可得
(3-15)
將（3-15）代入（3-11）式得
(3-16)
w = =
令 K為拋射強(qiáng)度，則
(3-17)
僅當(dāng)種子隨盤(pán)運(yùn)動(dòng)且與種盤(pán)之間接觸力為 0 時(shí)等號(hào)成立,說(shuō)明只有 K＞1 時(shí)，種子才可能被拋起。
如圖 2 所示，拋振機(jī)構(gòu)處于狀態(tài) A 時(shí)，彈簧處于壓縮狀態(tài)，存在
(3-18)
(3-19)
式中： F——牽引電磁鐵拉力，N；k——拋振系統(tǒng)等效彈簧勁度系數(shù)；Δx——F形成的壓縮量，mm；δ——種盤(pán)種子的靜變形量，mm；M——種盤(pán)質(zhì)量，kg；m——棉種質(zhì)量，kg。
將式（3-19）代入到公式（3-18）得
(3-20)
由拋振裝置設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)決定 ，吸嘴取種后將從種盤(pán)上方移動(dòng)到穴盤(pán)上方的播種工位，為避免吸盤(pán)吸嘴移出時(shí)種子不被種盤(pán)外沿碰掉，則種盤(pán)下移距離必須大于吸嘴和棉種的累加高度（即 16～20 mm） 。故選用80 N 的牽引電磁鐵時(shí)，設(shè)計(jì)拋振系統(tǒng)彈簧的剛度為4 N/mm。
則拋振系統(tǒng)的固有頻率為
+ （3-21）
振幅為
（3-22）
式中：——種盤(pán)位移量，mm；——有效位移時(shí)間，s。
代入式（3-17）得振系的拋射強(qiáng)度為
（3-22）
= = = >
故拋振機(jī)構(gòu)滿足設(shè)計(jì)要求，種子能從種盤(pán)上被拋起。
播種機(jī)取種時(shí)，系統(tǒng)電磁鐵斷電，回位彈簧將盤(pán)和盤(pán)內(nèi)種子向上拋擲，假設(shè)系統(tǒng)種子和種子盤(pán)均勻，均布的彈簧剛度一致，依據(jù)機(jī)械能守恒，能量方程式為
(3-23)
Es為彈性勢(shì)能，即
(3-24)
則可推出
(3-25)
式中M一種子盤(pán)和磁鐵銜鐵質(zhì)量之和；
m一種子質(zhì)量；
δ-M+m引起的靜變形鼉；
V-二者拋擲初速度；
k一系統(tǒng)等效彈簧勁度系數(shù)；
△x一磁鐵銜鐵下拉形成的壓縮量。
種子與種子盤(pán)拋擲后，種子受慣性力作用做自由上拋運(yùn)動(dòng)，自由上拋高度為
(3-26）
可以看出，種子上拋高度與彈簧剛度系數(shù)后，磁鐵銜鐵下拉形成的壓縮量△x和種子盤(pán)、種子和彈振機(jī)構(gòu)質(zhì)量(M+m)有關(guān)。將樣機(jī)的種盤(pán)質(zhì)量M =3 kg， 單粒棉種質(zhì)量m=0.096 g，銜鐵牽引力 F=80 N，代入得：v=735 mm/s，h =12.59 mm，h'=26.67mm，棉種脫離種盤(pán)上拋高度為：h'－h(huán)=14.08 mm。
4結(jié)論
本文在參考了近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者有關(guān)氣吸和振動(dòng)方面研究的基礎(chǔ)上，并結(jié)合課題組前期針對(duì)穴盤(pán)育苗播種的研究，對(duì)播種裝置進(jìn)行了深入的分析和試驗(yàn)驗(yàn)證。研制出一種新型精量播種設(shè)備，通過(guò)試驗(yàn)證明，該設(shè)備對(duì)播種的單粒率高達(dá)95％以上，空穴率小于3％以下，幾乎沒(méi)有每穴三粒以上的情況，完全滿足我國(guó)工廠化育苗精量播種的要求。
本研究完成的主要工作及得到結(jié)論如下：
(1)氣吸式精量種子播種器根據(jù)負(fù)壓吸種原理設(shè)計(jì)，吸盤(pán)與育苗穴盤(pán)匹配，整盤(pán)對(duì)穴播種，一盤(pán)一次，一穴一粒。整機(jī)采用半自動(dòng)生產(chǎn)方式，即人工放盤(pán)和取盤(pán)，人工泄壓，清種。而氣吸取種自動(dòng)完成。
(2)從育苗播種機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)入手，提出了種子上拋“沸騰”的新思路，創(chuàng)新設(shè)計(jì)種子室拋振機(jī)構(gòu)，相對(duì)于通用電磁激勵(lì)振動(dòng)方式，振動(dòng)更平穩(wěn)，取種更可靠，噪聲低。
(3)設(shè)計(jì)了機(jī)械清堵控制系統(tǒng)，避免因吸嘴堵塞漏取種，同時(shí)實(shí)現(xiàn)快速精確投種，為提高生產(chǎn)效率和降低空穴率創(chuàng)造了條件。
穴盤(pán)育苗裝置是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，本文雖然對(duì)拋振氣吸式精量播種機(jī)做了一定研究，但是這些工作僅僅是個(gè)開(kāi)端，還有很多不足之處，還需要不斷的驗(yàn)證和改進(jìn)，所以課題以后的任務(wù)和需要解決的問(wèn)題還有很多，本機(jī)操作尚基于半自動(dòng)化，在氣源電氣控制和播種自動(dòng)化上仍需改進(jìn)、提高。
致謝
經(jīng)過(guò)兩個(gè)月的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，作為一個(gè)本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒(méi)有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的支持，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是難以想象的。
??? 在這里首先要感謝我的導(dǎo)師馬少輝老師。馬老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，從實(shí)踐考察到查閱資料，設(shè)計(jì)草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細(xì)設(shè)計(jì)，裝配草圖等整個(gè)過(guò)程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。我的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜煩瑣，但是馬老師仍然細(xì)心地糾正圖紙中的錯(cuò)誤。導(dǎo)師淵博的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，誨人不倦的高尚師德，嚴(yán)以律己、寬以待人的崇高風(fēng)范，樸實(shí)無(wú)華、平易近人的人格魅力對(duì)我影響深遠(yuǎn)。不僅使我樹(shù)立了遠(yuǎn)大的學(xué)術(shù)目標(biāo)、掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多待人接物與為人處世的道理。本論文從選題到完成，每一步都是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成的，傾注了導(dǎo)師大量的心血。在此，謹(jǐn)向?qū)煴硎境绺叩木匆夂椭孕牡母兄x。
然后還要感謝大學(xué)四年來(lái)所有的老師，為我們打下專(zhuān)業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)；同時(shí)還要感謝所有的同學(xué)們，正是因?yàn)橛辛四銈兊闹С趾凸膭?lì)。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)才會(huì)順利完成。
最后感謝機(jī)械電氣化工程學(xué)院和我的母?！锬敬髮W(xué)四年來(lái)對(duì)我的大力栽培。
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