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12 屆畢業(yè)設計 缽體精量點播裝置的設計說明書 學生姓名 王汝澤 學 號 8031208233 所屬學院 機械電氣化工程學院 專 業(yè) 農(nóng)業(yè)機械化及其自動化 班 級 12-2班 指導教師 馬少輝 日 期 2012年05月 塔里木大學教務處制 摘 要 工廠化育苗是近年國內(nèi)外發(fā)展的一項有效的農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收的技術(shù)。由于秧苗生產(chǎn)在溫室內(nèi)進行，秧苗生長的環(huán)境可以有效控制，擺脫惡劣自然環(huán)境的影響，移栽后可以抵御早春低溫寒潮，大人縮短緩苗期，與常規(guī)秋苗生產(chǎn)技術(shù)比較有許多優(yōu)勢，在我國不同的地區(qū)逐步開始得到應用。與工廠化育秧技術(shù)配套的育苗播種機是該技術(shù)得以推廣的一個重要前提， 因此發(fā)展育苗播種機是必要的。 國外對工廠化穴盤育苗技術(shù)研究已久，技術(shù)相對成熟，特別是在蔬菜，花卉等方面的播種機械，本設計是一種氣吸式精量點播裝置，利用負壓吸種，拋振式的原理。物理樣機試驗表明，該裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、能耗低、播種性能良好等特點，符合穴盤育苗精量播種的技術(shù)要求。通過更換吸嘴可以適合番茄、辣椒等作物種子的育苗播種。 關(guān)鍵字：氣吸；拋振式；精量播種機；工廠化育苗 塔里木大學 畢業(yè)論文（設計）開題報告 課題名稱 缽體精量點播裝置的設計 學生姓名 王汝澤 學 號 8031208233 所屬學院 機械電氣化工程學院 專 業(yè) 農(nóng)業(yè)機械化及其自動化 班 級 12-2 指導教師 馬少輝 起止時間 2011/12/15 機械電氣化工程學院教務辦制 填 表 說 明 一、學生撰寫《開題報告》應包含的內(nèi)容： 1、本課題來源及研究的目的和意義； 2、本課題所涉及的問題在國內(nèi)（外）研究現(xiàn)狀及分析； 3、對課題所涉及的任務要求及實現(xiàn)預期目標的可行性分析； 4、本課題需要重點研究的、關(guān)鍵的問題及解決的思路； 5、完成本課題所必須的工作條件及解決的辦法； 6、完成本課題的工作方案及進度計劃； 7、主要參考文獻（不少于7篇）。 二、本報告必須由承擔畢業(yè)論文（設計）課題任務的學生在接到“畢業(yè)論文（設計）任務書”的兩周內(nèi)獨立撰寫完成，并交指導教師審閱。 三、開題報告要求手寫體，字數(shù)在3000字以上，由學生在本報告冊內(nèi)填寫，頁面不夠可自行添加A4紙張。 四、每個畢業(yè)論文（設計）課題須提交開題報告一式三份，一份學生本人留存，一份指導教師存閱，一份學生所在學院存檔，備檢備查。 缽體精量點播裝置的設計 1本課題的來源及研究的目的和意義 為了滿足日益增長的種苗需求量，各地開始建立育苗工廠，引進世界先進的穴盤育苗技術(shù)，進行種苗工廠化生產(chǎn)。在育苗工廠中傳統(tǒng)的手工操作方式是不能滿足人們對生產(chǎn)的需求的，育苗工廠需要有精確、便捷、高效的現(xiàn)代化的育苗設備，來完成育苗的各項工作。 番茄生產(chǎn)在人們生活地位日益重要，發(fā)展生產(chǎn)機械化和工廠化是調(diào)整農(nóng)村經(jīng)濟結(jié)構(gòu)和種植業(yè)結(jié)構(gòu)重要措施之一。番茄育苗是一項對整個生產(chǎn)至關(guān)重要的作業(yè)環(huán)節(jié)，尤其是穴盤育苗；其用種量少，幼苗分布均勻、發(fā)育好，同時節(jié)省幼苗移栽的工作量，保證秧苗的成活率和增產(chǎn)豐收，為機械化和工廠化育苗生產(chǎn)提供可能。隨著我國設施園藝的快速發(fā)展，機械化育苗設備也有了較快的發(fā)展，相應的核心設備——精密播種裝置的重要性在整個育苗環(huán)節(jié)中顯得更加突出。中國是世界最大的蔬菜生產(chǎn)國，蔬菜的總產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的60％左右。近幾年來，種植業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)不斷調(diào)整，在糧食作物的播種面積呈現(xiàn)持續(xù)遞減的趨勢下，蔬菜、水果等經(jīng)濟作物的種植面積持續(xù)增長。健壯的幼苗是生產(chǎn)的基本條件，因此培育壯苗就是實現(xiàn)早熟、高產(chǎn)的重要的基礎。因為幼苗的好壞直接影響到定植田地以后的生長情況，又在很大的程度上影響到產(chǎn)量和采收期的早晚。幼苗的品質(zhì)如果不好，即使在定植以后加強管理也是事倍功半，很難獲得很好的收成。因此育苗是一項對整個生產(chǎn)至關(guān)重要的技術(shù)，是一項需要大量勞動力的勞動密集型的作業(yè)項目。能否育出苗、育出壯苗，很大程度上決定于人對秧苗的培育。我國傳統(tǒng)栽培上的“苗好一半收”，就是對培育壯苗重要性的概括。隨著生產(chǎn)現(xiàn)代化科學技術(shù)發(fā)展，培育壯苗的意義也變得猶為重要。以輕基質(zhì)無土材料草炭、蛭石等作育苗的基質(zhì)、采用機械化精量播種、一次成苗的現(xiàn)代化育苗體系是國際上70年代發(fā)展起來的一項新的技術(shù)。 播種是穴盤育苗中的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。穴盤育苗技術(shù)對播種要求很高，要求每穴進行單粒播種，漏播和多粒種子的穴數(shù)盡可能少，以保證出苗整齊一致，群體結(jié)構(gòu)合理，因此，工廠化育苗需要進行精密播種，精量播種還可以節(jié)省大量種子。工廠化育苗精量播種主要依靠精量播種機來完成。育苗工廠使用的育苗設備大多是從國外引進的播種流水線或是單一用途的播種機。從國外購買播種流水線價格達100萬元左右，單一用途的播種機價格也要5萬元左右，這樣高的價格與我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)品價格水平不相適應，因此很難推廣應用。另外，由于種子形狀差異較大，種類繁多，實現(xiàn)精量播種的難度較大，因此，研究穴盤精量播種裝置對促進我國的蔬菜生產(chǎn)機械化進程具有現(xiàn)實意義。 2. 本課題所涉及的問題在國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀及分析 2．1 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 我國工廠化農(nóng)業(yè)起步較晚，70年代末開始引進一些國外技術(shù)設備進行試驗研究，20 年來在技術(shù)與生產(chǎn)上均有較大的發(fā)展，目前我國各種溫室已發(fā)展到30萬公頃，對我國 農(nóng)業(yè)發(fā)展起到積極有效的促進作用。但也存在很多問題。 1. 播種機的播種合格率低。我國精密播種機結(jié)構(gòu)尚不完善，排種器精度不高，特別是對于形狀不規(guī)則、重量較輕的小粒蔬菜種子，播種機的播種質(zhì)量不穩(wěn)定，重播、漏播現(xiàn)象比較嚴重，多數(shù)播種機的性能尚不能達到要求。 2. 播種機的適應能力差。機械化播種育苗技術(shù)為精密播種．對種子的品質(zhì)和外形均有較高要求。但由于不同蔬菜種子差距較大，目前我國多數(shù)精密播種 機械一般還只能播種一種或少數(shù)幾種種子。多為一機一用，對不同種子的適應能力較差．造成機器的使用周期短、利用率低，不利于降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的成本。 3. 播種機的播種效率低。我國的排種機構(gòu)存在結(jié)構(gòu)冗余、播種速度低等問題，造成整機的工作效率 較低。一些國產(chǎn)播種機的工作情況相比人工播種，效率并沒有顯著提高，無法滿足規(guī)?；a(chǎn)的需要．限制了工廠化育苗技術(shù)的推廣應用。 2．2國外發(fā)展現(xiàn)狀 國外發(fā)達國家普遍采用溫室營養(yǎng)缽育苗，然后進行田間移栽的作業(yè)方法。近10年來， 有關(guān)部門加強從育苗到移栽整個系統(tǒng)的研究，使育苗和移栽有機結(jié)合，研制出多種全自動移栽機，使育苗過程實現(xiàn)機械化、工廠化和設施化。 經(jīng)過二三十年的發(fā)展，工廠化育苗自動生產(chǎn)線在發(fā)達國家成套技術(shù)己基本形成并向 高科技、高度自動化發(fā)展。工廠化育苗自動生產(chǎn)線一般由育苗穴盤擺放機、送料機、基質(zhì)裝盤機、壓穴及精量播種機、覆土和噴淋機等五大部分組成，這五大部分連在一起構(gòu)成自動生產(chǎn)線，拆開后每一部分又可獨立作業(yè)。這種自動生產(chǎn)線在荷蘭、美國、日本、韓國都有產(chǎn)品。穴盤育苗生產(chǎn)線的核心部分是復雜的精量播種系統(tǒng)，其播種系統(tǒng)的型號多種多樣。穴盤育苗生產(chǎn)線上多采用吸嘴式排種器，如美國Hamilton公司、Blackmore 公司及歐共體等廠家生產(chǎn)的各種穴盤精量播種生產(chǎn)線。 布萊克默系統(tǒng)(Black more system)播種裝置可將單粒種子分別播到648個育苗缽中， 它有一個平臺，發(fā)芽盤在平臺上可靜置，亦可滑動。還有側(cè)梁對發(fā)芽盤的滑動起導向作用，對種子的吸持裝置起支持作用。種子吸持裝置有一根橫梁，橫梁懸掛在裝有彈簧的套管支臂上，并可旋轉(zhuǎn)。橫梁兩端分別與導桿相連。橫梁經(jīng)過關(guān)閉閥與真空管相通。每個吸嘴均由富有彈性的柔軟材料構(gòu)成，內(nèi)部有一個通道，一直延伸到平臺的進口處。存放單層種子的槽與橫梁平行安裝，使吸嘴能降至槽內(nèi)。 美國佛羅里達州的斯匹德林公司發(fā)明了培育蔬菜秧苗的斯匹德林系統(tǒng)(Speeding System)。該系統(tǒng)的自動播種裝置采用吸嘴式排種器將種子單粒放到TODD育苗缽(穴盤)。真空式精播機公認比較有代表性的，有美國的勃蘭克莫爾自動播種機。這種播種機只完成精量播種一道工序，所以還要配上填充基質(zhì)，壓實，壓坑，刮平，覆蓋等全部工序的機械，才能完成全部工序。 范達納(Van Dana)播種機是由美國密爾沃基的生長系統(tǒng)(Growing System lnc)設計制造的。該機較實用，成本卻僅為大多數(shù)播種機的一半。該設備能準確、快速的將種子播種于真空導板上，將真空導管轉(zhuǎn)動到排種管處，此時真空產(chǎn)生壓力，種子通過排種管進入各個缽體。它能100％單個地吸持住所有顆粒狀種子，以適應各種類型的種子和缽體。 目前國外的精量播種機已達到相當完善的程度，在精量播種機上除了設有完善的整地、覆土、鎮(zhèn)壓及施肥、灑農(nóng)藥裝置外，其排種裝黃多采用新的工作原理，包括各種氣力式排種原理與機械式排種原理，以保證單粒精量播種。另外，液壓技術(shù)及電子技術(shù)也在播種機上得以應用。 精量播種裝置有機械式、氣力式等多種，由于機械式精量播種裝置對種子的外形要求嚴格，有一定的種子破碎率，而且其總體結(jié)構(gòu)配置復雜擁擠，整機笨重，效率低等因素，限制了機械式精量播種機性能的進一步提高。所以氣力式精量播種裝置較為多用。氣力式精量播種裝置是通過空氣真空度產(chǎn)生的吸力工作的。氣力式精量播種機對種子的形狀要求不嚴，通用性好而且播種速度也比機械式的高。氣力式精量播種機盡管形式多種多樣，但其工作原理只有氣吹式、氣壓式和氣吸式。 3、對課題所涉及的任務要求及實現(xiàn)預期目標的可行性分析 任務要求：查閱相關(guān)文獻，進行歸納整理 ，并進行總結(jié)，從而梳理思路，進行缽體精量點播機的設計，設計一種適用于棉花或番茄精量點播于穴盤（96穴或128穴）的機械，要求該機械每穴1-2粒，能連續(xù)工作，實現(xiàn)自動或半自動作業(yè)。 可行性分析：本設計用振動氣吸工作原理進行吸氣和排種。由于種子之間有摩擦，所以利用振動器將種子處于懸浮狀態(tài)以便吸種。當進行吸種時，將氣力吸種部件移動到種子盤振動盤正上方，調(diào)節(jié)氣力吸種部件的轉(zhuǎn)換開關(guān)，使氣源和氣室接通，氣室形成負壓，拋起的種子在氣力作用下，被吸附在吸種盤上均布的吸種孔上；吸種后將吸種盤移到育秧盤上方適當位置，氣室與氣源通路切斷，同時氣室與大氣相通，迅速釋放負壓，種子將靠自身質(zhì)量落入育秧盤，實現(xiàn)對靶播種。 4、本課題需要重點研究的、關(guān)鍵的問題及解決的思路 重點研究的問題： 1.核心部件是播種裝置，它由吸種部件和振動部件組成。 2.振動部件由振動臺和種子盤組成，振動臺由支架和激振機構(gòu)組成。振動部件主要是是種子處于懸浮狀態(tài)便于吸種。 3.吸種部件主要由吸種盤，氣室，轉(zhuǎn)換開關(guān)，接管和氣源等組成。其主要功用是保證每孔吸附1-2粒種子，并且準確將種子點播于穴盤中。 關(guān)鍵的問題：本課題的關(guān)鍵在于吸種部件在吸種時必須保證每個孔吸附1-2粒種子，并且能準確點播于盤中。 解決的思路：需研究種子在多大的氣力下才能被吸附起來，進行種子的質(zhì)量與氣力吸附的相關(guān)試驗，得出相關(guān)數(shù)據(jù)。對于播種的準確性需對設備的整體結(jié)構(gòu)進行合理的設計，保證播種的準確性。 5、完成本課題所必須的工作條件及解決的辦法 1. 了解精量點播機行業(yè)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀：上網(wǎng)和圖書館查閱相關(guān)資料文獻。 2. 確定設計方案：參考資料，進行設計，問詢老師、同學。 3. 確定點播機關(guān)鍵結(jié)構(gòu)尺寸：上網(wǎng)和圖書館查閱。 4. 畫裝配圖：利用運用AutoCAD軟件制圖。 5. 計算校核：參考資料書中的計算方法和公式等進行計算校核。 6、完成本課題的工作方案及進度計劃 1. 查找文獻資料，并完成開題報告，2011-12-20 2. 對查閱的文獻資料進行歸納整理，設計精量點播機的總體方案，2012-04-18 3. 對精量點播機的結(jié)構(gòu)進行具體的設計，2012-05-11 4. 撰寫設計說明，2012-05-25 5. 整理資料準備答辯，2012-05-26 7、 主要參考文獻 [1] 石宏，李達．2000．目前國內(nèi)外播種機械發(fā)展走向(I)．農(nóng)業(yè)機械化與電氣化，(1)：47． [2] 宋裕民，胡敦?。?002．工廠化育苗精量播種裝置的試驗研究m．山東工程學院學報 [3] 王麗君．2003．針吸式穴盤自動播種機的設計與研究，河南農(nóng)業(yè)大學碩士論文． [4] 魏智龍等．2001．穴盤育苗技術(shù)要點．長江蔬菜(3)：19-20． [5] 吳國瑞，李耀明．1998．氣吸式精量播種裝置的研究設計．農(nóng)機化研究，(2)：55． [6] 王耀林．2001．國內(nèi)外設施農(nóng)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢中國農(nóng)業(yè)科學，34． [7] 徐正林．1996．關(guān)于氣吸式精密播種有關(guān)問題的研究．山西農(nóng)業(yè)大學學報，16(2)：145．148． [8] 楊宛章等．2001．氣吸式播種機種子吸附過程研究，農(nóng)業(yè)大學學報，24(4)：49-53． 學生簽名 年 月 日 指導教師審閱意見 指導教師簽名 年 月 日 塔里木大學畢業(yè)論文 目錄 1.緒論 1 1．1工廠化穴盤育苗技術(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工廠化育苗穴盤播種裝置研究現(xiàn)狀 2 1．2．1國外工廠化穴盤育苗播種機現(xiàn)狀[6] 2 1．2．2國內(nèi)工廠化育苗穴盤播種機現(xiàn)狀 2 1．2．3國內(nèi)外播種性能影響因素及種子動力學分析研究現(xiàn)狀 3 1．2．4生產(chǎn)實際中存在的問題 3 2.工作原理及播種裝置的結(jié)構(gòu)設計 3 2．1設計目標 3 2．2總體機構(gòu)設計 4 2．2．1結(jié)構(gòu)組成 4 2. 2. 2工作過程 5 2. 3主要部件結(jié)構(gòu)參數(shù)設計 5 2. 3. 1氣室(吸種盤腔體)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種子箱的設計 7 2. 3. 6拋振裝置 7 2. 3. 7吸嘴投種及清種設計 8 2. 3. 8穴盤尺寸選取 9 2. 3. 9導軌結(jié)構(gòu)的設計 9 2. 4其它機構(gòu)設計 9 2. 5結(jié)構(gòu)創(chuàng)新點 10 3.理論分析與計算 10 3．1氣吸播種的理論分析 10 3．1．1種子吸附運動的流體力學的原理分析 10 3．1．2種子動力學特性分析 10 3.2拋振機構(gòu)運動規(guī)律分析 12 3.2.1 種子“沸騰”運動條件與拋振強度計算 12 4結(jié)論 14 致謝 15 參考文獻 16 1.緒論 1．1工廠化穴盤育苗技術(shù) 播種育苗是一項勞動強度大、費時、技術(shù)性強的工作。過去大部分采用傳統(tǒng)的露地直播的方式或采用陽畦、改良陽畦和溫室育苗。由于設備簡陋和自然條件的影響，育苗苗齡長、質(zhì)量差、大小不齊，而且成本高，還往往會因凍害或病蟲害等自然災害造成缺苗。再者傳統(tǒng)的育苗技術(shù)只有靠經(jīng)驗，技術(shù)失誤多，特別是單憑經(jīng)驗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，育苗也由過去的農(nóng)戶分散育苗向著專業(yè)化、規(guī)模化、商業(yè)化、機械化迅速發(fā)展，使蔬菜、花卉生產(chǎn)向設施農(nóng)業(yè)的方向再邁進一步，形成了工廠化育苗的生產(chǎn)體系。 所謂工廠化穴盤育苗是20世紀70年代國際上發(fā)展起來的一項新型育苗技術(shù)，即在人工控制的最佳條件下，充分利用自然資源，采用科學化、標準化技術(shù)措施以及機械化，自動化手段，使蔬菜、花卉育苗達到快速、優(yōu)質(zhì)、高效率、低成本、成批而穩(wěn)定的水平。 穴盤育苗在歐、美等農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化程度比較高的國家推廣普及較為迅速。商品苗生產(chǎn)量第一位的是美國，其次是意大利、法國、荷蘭等。韓國及我國臺灣省發(fā)展穴盤育苗起步時問與我國大陸相差不多，都在80年代中期，但推廣力度和相關(guān)配套設施卻強于我國內(nèi)地。 近幾年，穴盤育苗在國內(nèi)一些地方進行了試驗、推廣，有些地方己經(jīng)形成一定規(guī)模，取得一定的經(jīng)濟效益，在當?shù)禺a(chǎn)生了較好的影響。實踐證明，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)、減少用工量和勞動強度，節(jié)約種子且適合遠距離運輸、避免氣候災害影響等優(yōu)點，是一種適合我國國情的行之有效的育苗技術(shù)，主要應用于蔬菜，花卉，林木，煙草，近年在水稻、棉花等農(nóng)作物以及經(jīng)濟作物上也有希望得到大面積的推廣和應用。 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。實際是把許多呈上大下小的倒錐形苗缽連接在一起。穴盤現(xiàn)在有兩大類：聚乙烯薄板吸塑而成的穴盤，為美國、加拿大的公司生產(chǎn)：聚苯乙烯泡沫塑料模塑而成的，主要在歐洲一些國家用得較多。 (3)采用無土栽培的育苗技術(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，容易從盤中脫出，也不粘在機械部件表面，便于機械操作，酸堿度適中。 (4)穴盤育苗技術(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)代穴盤育苗技術(shù)，它結(jié)合了：近代溫室技術(shù)，無土栽培技術(shù)，機械自動化技術(shù)，信息技術(shù)(智能控制)等。高度精確、高速度，保證嚴格規(guī)范化生產(chǎn)，提供規(guī)格整齊、無病蟲害源的、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，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)和冬季采暖費用(作業(yè)成本)相對地顯著下降，這兩項成本是比重最大的,由此得到顯著的經(jīng)濟效益。 (3)穴盤苗在脫盤時，根系和基質(zhì)網(wǎng)結(jié)而成根沱相當結(jié)實，不重壓重磕是不會散開的。即使沒有經(jīng)驗的農(nóng)家，用穴盤苗移栽也能取得成功。另外，將來用穴盤苗進行機械化移栽，技術(shù)上的困難比傳統(tǒng)育苗小得多。 (4)用高精度點播生產(chǎn)線實行機械化播種，作業(yè)質(zhì)量高超，每穴中基質(zhì)填裝量一致，播種深淺相差無幾，壓實程度、覆蓋深度等都很接近。進入溫室后規(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。所有這些對現(xiàn)代種苗產(chǎn)業(yè)實行計劃管理和產(chǎn)品信譽有了保證，也為今后推行收獲機械化創(chuàng)造了方便條件。 (5)種苗業(yè)比較容易實行整個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的無毒化處理，防止病蟲害侵入種苗，保證提供無病蟲害商品苗，建立良好的商業(yè)信譽。 (6)輕基質(zhì)、輕容器，便于實現(xiàn)集裝運輸。商品苗可實現(xiàn)遠距離運輸，擴大供應范圍。這對種苗業(yè)擴大生產(chǎn)創(chuàng)造了很好的條件。 隨著新農(nóng)村建設的不斷推進和深化，我國農(nóng)村經(jīng)濟模式及種植業(yè)結(jié)構(gòu)作出較大調(diào)整，集約化，規(guī)模化、機械化、產(chǎn)業(yè)化農(nóng)業(yè)經(jīng)營正成為主流趨勢，也標志著我國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，最終實現(xiàn)種苗的工廠化生產(chǎn)、商品化供應。而要實現(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備的研究與應用是整個環(huán)節(jié)中的核心。目前，各種原理和方式的播種機被研制、生產(chǎn)出來，并在一定程度上得以推廣[2-5]。 1．2工廠化育苗穴盤播種裝置研究現(xiàn)狀 1．2．1國外工廠化穴盤育苗播種機現(xiàn)狀[6] 國外工廠化育苗機械研究起步較早，己經(jīng)有了40多年的發(fā)展研制歷程，技術(shù)比較成熟。研制出的機型多，功能完善，配套設施齊全，自動化程度較高。為國內(nèi)所知名的育苗精量播種機的生產(chǎn)商及品牌主要有：美國的布萊克默(Blackmore)，E-Z，萬達能(Vandana)，Gro-Mor，英國的漢密爾頓(Hamilton)；荷蘭的Visser；澳大利亞的W訂1lamesST750、STl500；韓國大東機電株式會的Helper播種機；日本洋馬公司的YVMPl30型、YVP400型播種機。其中Blackmore公司主要生產(chǎn)針式、滾筒式精密播種機；Vandana、E-Z公司主要生產(chǎn)板式精密播種機；Gro—Mor產(chǎn)品以手持式(hand)、手動式(man—ual)針式播種機為主；Hamilton公司有手動、針式(Natural)、滾筒式(Drum)三大系列產(chǎn)品；Yisser公司提供半自動、全自動的針式和滾筒式的精密播種機；Williames的產(chǎn)品則要是滾筒式；韓國的Helper精密播種機涵蓋了手持式、板式、手動針式、自動針式等。 美國作為世界上應用穴盤育苗技術(shù)最廣泛的國家之一，其技術(shù)發(fā)展最為先進、專業(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)實現(xiàn)電腦管理機械化電氣化流程，在防病蟲害、成活率、成熟收摘期一致性等育苗指標上具有較高水平。此外，育苗播種裝置不斷采用新技術(shù)，如：信號裝置以及利用電子監(jiān)視裝置來及時進行故障報警、自動調(diào)節(jié)播種量大小等。 美國的勃蘭克莫爾生產(chǎn)了真空式精播機。這種播種機只完成精量播種一道工序，所以還要配上填充基質(zhì)，壓實，壓坑，刮平，覆蓋等全部工序的機械，才能完成全部工序。美國文圖爾公司的N．450精量播種機生產(chǎn)線是機械式精量播種機。這條生產(chǎn)線能完成混合基質(zhì)、填充穴盤、精量播種、覆蓋、噴水等全套工序。這種精量播種機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)線還配套一個丸?；囬g、包括一套丸粒設備。 日本早在20世紀70年代就研制出一整套工廠化育秧技術(shù)和設備，經(jīng)過近幾十年的不斷發(fā)展完善，技術(shù)水平同臻完善，其用于蔬菜播種的播種機的播種精度很高，如洋馬公司的YVS13型YVMPl30型、YVP400型播種機、Svzvtec公司的SIH一200播種機等，采用振動式敷土裝置，真空氣吸式播種裝置，自動檢測穴坑位置，實現(xiàn)一次一粒的精確播種。YVRPU000型播種機既可以播種蔬菜種子又可以播種水稻種子。 臺灣省的工廠化育苗技術(shù)發(fā)展較快，自動化水平較高。其生產(chǎn)了鼓式及針式穴盤自動播種系統(tǒng)，包含育苗介質(zhì)供應設備、自動排種機、振蕩式真空播種機等。鼓式播種機一般適用于十字花科種子，針式播種機適用于非球形種子。臺灣科洋機械自動控制有限公司的PN．20型針式播種機，對不同播種穴盤或種子只要更換附件即可。 國外機型多為一體機且價格昂貴，操作復雜，并不適合我國實際需要，特別是規(guī)模小的農(nóng)村個體生產(chǎn)者。 1．2．2國內(nèi)工廠化育苗穴盤播種機現(xiàn)狀 我國對工廠化育苗設備的研制及應用起步較晚，總體水平較低。 “七五"期間，北京市從國外引進了四條穴盤育苗生產(chǎn)線和一臺精量播種機。各地有關(guān)單位開始水稻工廠化育秧的試驗研究。特別是90年以后，隨著拋秧技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，對穴盤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。在育秧設備方面，1979年從同本引進育秧成套設備，吉林等省市進行試驗改制，總結(jié)實驗經(jīng)驗，結(jié)合實際條件，研制出適合國情的育種生產(chǎn)流水線，如北京市農(nóng)機研制的2BSP-360育苗播種生產(chǎn)線，吉林農(nóng)業(yè)大學研制的吸盤式播種器、黑龍江省紅興隆機械廠研制的水稻工廠化育秧設備等[7] 目前，國內(nèi)擁有成套設備的育苗企業(yè)單位已達上百家，但經(jīng)營規(guī)模還普遍偏小，國內(nèi)市場占有率不足10％。市場常見機型有[8]：北京碧斯凱農(nóng)業(yè)公司的系列播種機；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)及園藝花卉用穴盤育苗播種機；中國工業(yè)工程研究設計院和中國農(nóng)業(yè)大學等單位聯(lián)合研制成功2XB-400型穴盤育苗精量播種機。華南農(nóng)大研制的HNJ97—1型水稻播種機；廣西農(nóng)機化研究所的2ZBQ-300型雙層滾筒氣吸播種機；南京農(nóng)機化研究所和江蘇理工大學共同研制的20B一330型氣吸振動式秧苗精量播種機等，其吸盤采用窩眼式，運輸機構(gòu)是曲柄連桿，種子室采用電磁激震。 上述這些機型基本代表了國內(nèi)目前的生產(chǎn)與研究水平，存在著自動化程度低、結(jié)構(gòu)復雜、適用范圍小等不足。同時由于設計制造或清種效果不好等多方面原因，致使機裝置性能達不到足夠精度，真正大量應用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實際中的并不多，還沒有形成市場規(guī)模，與國外的穴盤播種機生產(chǎn)還有一定的距離。因此，參照國外先進機型，研制我國的穴盤精量播種機具有很大的市場潛力和經(jīng)濟效益。 1．2．3國內(nèi)外播種性能影響因素及種子動力學分析研究現(xiàn)狀 氣吸式播種在精量播種機中有一定的優(yōu)勢，因此較多學者曾經(jīng)致力于它的研究。美國的Zulin．Z在1991年對發(fā)芽的芹菜籽用氣吸式播種機進行了試驗，探討了真空度及線速度對排種性能的影響。1994年Far，J．Jafari等人對發(fā)芽的西紅柿種子利用氣吸式播種機進行了試驗。1996年P(guān)．6uarella等人[9]用不同吸嘴的吸種盤對蔬菜種子進行了試驗與理論分析，找到了不同吸嘴對應的最佳真空度。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)學模型。 國內(nèi)，以氣吸式播種機為研究對象， 1996年欒明川采用氣吸式播種機對花生進行了排種性能的試驗研究，進行了型孔參數(shù)設計。1999年李耀明、吳國瑞、龐昌樂等研究了振動氣吸式精密播種機吸種運動規(guī)律，得到結(jié)論：吸種部件的工作性能與吸種氣流場的分布及其動力學參數(shù)密切相關(guān)，是決定播種過程能否順利進行的關(guān)鍵。2000年封俊等對小麥用新型組合吸孔式小麥精密播種機進行了排種性能的試驗，并進行了運動學、動力學特性分析。2000年龐昌樂等設計了氣吸式雙層滾筒水稻播種器。2001年楊宛章等人從運動學及動力學角度分析氣吸式播種機的種子吸附過程。2002年陳迸等對振動氣吸式穴盤精量播種機種子群運動規(guī)律進行了研究。2004年劉彩玲等分析了種子盤振動對氣吸振動式精量播種機的工作性能影響。2004年周曉峰對穴盤育苗氣吸式精量播種機的吸附性能進行了研究。2007年陳進、莊森等對真空氣吸式播種器吸針流場進行了研究。2009年李耀明，趙湛等對氣吸振動式排種器種盤內(nèi)種群運動規(guī)律的進行離散元分析，得到多層種子間的運動規(guī)律[10-12] 1．2．4生產(chǎn)實際中存在的問題 目前，工廠化育苗精量播種機械有了快速的發(fā)展和較大的進步，已初步建立起適合我國工廠化穴盤育苗體系。但是，我國農(nóng)業(yè)正處在一個從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變的過度時期，工廠化育苗業(yè)剛進入商品化生產(chǎn)的初級階段，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)在以下幾個方面： 1)育苗播種機市場低迷，生產(chǎn)者意識淡薄。當前，國內(nèi)育苗播種設備市場需求，主要源于大量的國家政府園區(qū)的建設與投資，并非源自市場驅(qū)動力。實際中因為工廠化育苗所需的前期投資較大，門檻過高，導致生產(chǎn)者對工廠化育苗產(chǎn)業(yè)以及播種設備的認知程度和積極性仍然不高。同時國內(nèi)在穴盤育苗設施條件、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)營規(guī)模相對國外差距較大，難以形成大規(guī)模的穴盤育苗產(chǎn)業(yè)化鏈條，致使科技人員專業(yè)化、管理技術(shù)體系規(guī)范化薄弱。 2)播種合格率較低。許多育苗播種機械播種裝置的播種性能達不到要求，尤其在高速作業(yè)下易發(fā)生種子箱排空、導種管雜物堵塞、播種器故障、針頭堵塞、不能及時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)機與農(nóng)藝結(jié)合不緊密?，F(xiàn)行播種裝置與育苗成套設備一般為獨立工作，所以整個流水線的自動化程度較低，勞動強度相對較大。多數(shù)育苗播種機械對裸種的適應性差，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)具有很強的季節(jié)性，這樣農(nóng)機具的閑置周期相對延長，降低了使用效率，不利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本的降低： 4)機械化育苗工藝的基礎性研究較為薄弱，與機械化育苗配套的設施發(fā)展不完善。目前，我國對育苗機械的發(fā)展還未有統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范，雖然在實際中應用的機型較多，但還未制定機械化育苗的統(tǒng)一技術(shù)標準。很多的育苗工藝仍在探索之中，無標準的技術(shù)指標可循，各個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)設計 2．1設計目標 本課題設計半自動嘴形氣吸式穴盤育苗精密播種機，并討論該育苗精密播種機的工作原理和結(jié)構(gòu)特性。 通過對嘴形氣吸式穴盤育苗精密播種機的初步測試，針對氣吸式育苗精密播種機的特點，制定以下設計性能指標： 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／小時； 5、電源：電壓為220伏； 6、結(jié)構(gòu)簡單，使用維護方便； 2．2總體機構(gòu)設計 吸盤式精密播種機的工作原理是利用抽真空設備，經(jīng)吸氣閥調(diào)節(jié)后將播種機的氣室 內(nèi)抽成一定的負壓，即吸起種子所需的真空度，使播種機吸盤上的每個孔產(chǎn)生足夠的吸力。當吸盤移至振動的種子盤上時，就把在上拋的種子室內(nèi)處于“懸浮”狀態(tài)的種子吸到每個吸種孔上，再將吸盤移到穴盤上，打開卸壓閥，然后推動清種裝置將未自由下落的種子從氣孔中清除，實現(xiàn)精量播種。 這是一種間歇式播種機，一次可播種一個苗盤。它與常見的氣吸式播種機的工作原理相似，但結(jié)構(gòu)上又有較大差異。一般氣吸式播種機的吸種盤多是垂直圓盤，吸孔吸取種子時，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，而吸盤式精密播種機的吸種盤是水平盤，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，播種機與種子間無相互擠壓、摩擦等運動，基本不傷種。 2．2．1結(jié)構(gòu)組成 該機由工作臺、機架、吸嘴式吸種盤、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。供種裝置是有種盤和拋振裝置組成，功能在于使種子在盤內(nèi)做均勻的上拋運動，呈瞬間游離狀，以利于吸種。拋振裝置有種盤、壓縮彈簧、牽引電磁鐵等組成。排種裝置包括吸嘴式吸種盤、氣室、直滑軌組成。氣控裝置由氣泵、泄壓閥、輸氣管路、行程開關(guān)等組成。 1-氣泵 2-支架 3-導軌 4-氣室 5-泄壓閥 6-軟管 7-種盤 8-電磁繼電器 圖2-1 氣吸式精量點播裝置結(jié)構(gòu)示意圖 2. 2. 2工作過程 工作時，先將裝有育苗基質(zhì)的穴盤放置在播種工位．穴盤將被夾具自動定位。拉動吸種盤把手，直滑軌機構(gòu)將引導吸種盤作水平移動。此時．行程開關(guān)通過行程開關(guān)撞塊檢測到電信號，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)向前水平移動到播種工位。打開泄壓閥，空氣從泄壓閥進入氣室，負壓消失，種子在自身重力作用下掉落到穴盤中，然后手動推動清種裝置，清除吸孔中殘留的種子。 播種后關(guān)閉泄壓閥，并向內(nèi)移動吸種盤，行程開關(guān)根據(jù)行程開關(guān)撞塊位移信號，行程開關(guān)控制電磁牽引吸臺器斷電，種盤在復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，完成吸種動作，進入下個播種循環(huán)。 2. 3主要部件結(jié)構(gòu)參數(shù)設計 2. 3. 1氣室(吸種盤腔體)形狀尺寸的確定 吸嘴式播種機是由吸孔處負壓完成吸附種子的，氣室對吸孔的吸附性能影啊很大。理想的氣室形狀應設計成能使氣流從吸種盤到吸嘴連續(xù)地流動，形成均勻穩(wěn)定的流場。根據(jù)田耘等研究試驗結(jié)論：氣室形狀對氣室內(nèi)壓力傳遞、吸盤上壓力分布的均勻性無明顯影響，其真實的理論流場為一等勢線所表示的勢流場[13-14]。 據(jù)此將氣室型形狀確定為長方體。這種設計便于加工制造，也便于同吸嘴連接。由于氣室腔體太大會造成負壓不足，吸不上種子．而且氣室過大，會造成漏氣現(xiàn)象嚴重，大大影響流量和真空度，從而影響吸種性能，同時便于加工和減輕重量考慮，吸種盤腔體尺寸越小越好，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，也要考慮同現(xiàn)行標準育苗盤尺寸相匹配。最終尺寸設計為：490X250X40(mm)，進氣通道直徑為30mm。這樣吸種盤體積小，需要空氣流量小，響應快速無滯后，容易吸起種子，并且結(jié)構(gòu)簡單，氣室內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2—2所示。 l進氣通道2氣道殼體3清種裝置導軌 圖2-2 吸種盤的氣室剖視圖 吸種盤氣腔殼體與吸嘴板采用螺母連接，并設計有定位銷。可快速、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會產(chǎn)生一定的間隙，特在吸盤上安裝有密封圈，保證殼體與吸嘴盤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。 通過生產(chǎn)實際中調(diào)研發(fā)現(xiàn)，購置精量播種機的單位或個人，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。而市場上穴盤播種機機型雖多，但多具有針對性，對所播種子有嚴格要求，適應性差，不能滿足多作物種于的播種或效果很差。為提高本機的通用性，降低重復投資購機的成本，設計吸嘴極為活動、可拆卸式。當有需要更換作物播種時，僅需通過更換集成合適孔徑吸嘴的吸板，即可實現(xiàn)多作物的精量播種。解決了傳統(tǒng)吸盤播種機互換性和通用性籌問題，實現(xiàn)了一機多用的功能，可在大?；蛐×７N子，棉種、甜菜、番茄、辣椒等作物上得到運用推廣，其直接經(jīng)濟效益更加顯著。 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。帶導程的吸孔吸種單粒率明顯高于無導程的吸孔吸種單粒率，但吸嘴導程過長會降低吸嘴口處負壓和流量，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計的關(guān)鍵參數(shù)。在吸嘴氣力式播種機的氣流場中，按照氣力輸送裝置的氣流速度來進一步確定流體速度，以保證種子被有效吸附。研究表明：當氣流輸送速度為30m/s以上時，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象，對吸嘴吸取種子進行分析，確定吸嘴能夠吸取種子的最小氣體流量。假定每個吸嘴的真空度和氣體流量均勻，每個吸嘴的流量為： （2-1） 吸嘴的總流量為： （2-2） 上式中，d為吸嘴 直徑，0.7mm；n為吸嘴個數(shù)；128個；v為吸嘴口流速。 當氣源氣體流量大于5.3/h時，吸嘴能夠把種子完全吸取。 2. 3. 4氣泵的選擇 產(chǎn)生負壓的裝置主要有兩類;一類是風機，一類是真空泵，兩種負壓源各有其優(yōu)缺點和適用范圍。負壓源的選擇原則是，負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，且這時負壓源的工作點應在其效率較高的地方。一般在相同功率的情況下，風機的流量大但獲得的負壓較低，而真空泵則可獲得較高的真空度，但允許通過的流量較小。查閱有關(guān)資料可知，由于漩渦氣泵和驅(qū)動電機是一體構(gòu)成，葉片的轉(zhuǎn)速非常高。所以它可以產(chǎn)生比較高的負壓，而沒有真空泵的流量限制，同時真空泵的價格高于風機。 如果負壓源流量小，風管產(chǎn)生漏氣或風管直徑小，均會因播種器氣室真空度小，吸不上種子而產(chǎn)生漏播現(xiàn)象。風機是否達到播種器所要求的真空度，是播種機工作質(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，對多粒率通常沒有特殊要求，故選用流量較大、價格便宜的XWB-1型旋渦氣泵作為氣源，以提高吸附率。由無錫某機電設備有限公司氣泵研究所的有關(guān)人員對旋渦氣泵產(chǎn)品所作的實驗統(tǒng)計得到，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，故實際工作流量為12～27，完全滿足設計流量要求。具體參數(shù)見下表。 表2-1 旋渦氣泵的參數(shù) 型號/參數(shù) 最大壓力(kpa) 真空度(kpa） 最大流量(M3/h) 電動機功率(Kw) 電機轉(zhuǎn)速(Rpm) 管徑 (mm) 外型尺寸 長＊寬＊高 紙箱包裝尺寸長＊寬＊高 重量(Kg) XWB-1 18 12 60 0.37 2800 40 280×252×260 290×260×280 10 2. 3. 5種子箱的設計 考慮到吸種盤來回吸種時，拋振裝置將種子箱彈起．吸種盤落入種了箱內(nèi)吸種，故種子箱稍大于吸種盤面積，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，所以種子箱尺寸設計為：550×320×20(mm)．由于種子箱需要上下振動，所以也需要其有一定的厚度，在這里設計種子箱的厚度為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)生負壓，又能承放種子，減小因種子箱面震動不均造成的種子水平位移、扎堆、厚度不均。在種了箱底面設計角鐵加強筋，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 種子盤內(nèi)的種子為散粒物料，散粒體動力學理論表明，為使物料運動更加均勻，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。所以為改善其流動性，廣泛采用振動使物料形成準流體增加其流動性，拋振裝置正是在此基礎上建立起來的。拋振裝置設計為有壓縮彈簧、牽引電磁鐵等組成。將種子盤通過螺栓、銷釘與牽引電磁鐵的銜鐵孔連接在一起，四根彈簧安裝在設計好的工作臺與種子盤底面的凸臺上。牽引電磁鐵選用MQB-3型全封閉電磁鐵，具體參數(shù)見下表。 表2-2 牽引電磁鐵技術(shù)參數(shù) 型號規(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） 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，銜鐵拉動種子盤克服彈簧力向下運動一定行程。當拋振裝置的牽引電磁鐵斷開狀態(tài)時，復位彈簧在恢復力的作用下將種子箱彈起，盤內(nèi)種子隨盤產(chǎn)生上拋運動，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會，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吸嘴投種及清種設計 投種是指使種子離開吸孔的過揮。吸嘴式播種機的投種方式分為：重力投種、氣力投種、機械投種等[2]。 (1）重力投種：當吸嘴運動到輸種管上方時．斷負壓后種子靠自重離開吸孔。這種排種方式需要設計泄壓裝置，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：當吸嘴運動到輸種管上方時．給吸嘴通以反向氣流，使種子在氣流的作用下脫離吸孔。 (3)機械投種：采用機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)簡單，種子破碎少。但是在吸種時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。在對千粒重、外形尺寸較大的種子采用氣吸式播種機檑種時，一般不設計清種。對于小粒種子，由于結(jié)構(gòu)尺寸較小，同時形狀不規(guī)則。在吸種時種子的尖部容易被吸入吸種孔而不容易脫落，有時種子中的雜質(zhì)、種子外殼、不合格的小粒種了或破碎的種予被吸進吸種孔后不易脫落而造成周期性的空穴。本氣吸式播種機上采用機械式清種裝置清理吸種孔的方式。 為了便于清種，本設計在氣室內(nèi)裝有機械式清種裝置，每個吸嘴孔處安裝一個清種針，整個清種裝置利用彈簧固定在氣室的上方，在需要清種時只需按下氣室上方的支架，每個清種針將吸嘴內(nèi)卡住的種子清出。松開手后，整個清種裝置會自動在彈簧彈力作用下將整個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穴盤尺寸選取 穴盤整體由塑料沖壓成型，孔型多為錐形，上大下小。常用穴盤有每排5孔、6孔和8孔，其錐孔截面形狀多為正方形。常用穴盤已標準化，其外形尺寸為520(長)x270(寬)x55(高)，5孔穴盤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孔標準穴盤 2. 3. 9導軌結(jié)構(gòu)的設計 導軌結(jié)構(gòu)的功能是保證氣室在水平方向上穩(wěn)定的移動，從而實現(xiàn)吸種和投種過程，在導軌的吸種盤一端安裝有行程開關(guān)，利用氣室撞擊行程開關(guān)撞塊來實現(xiàn)電磁繼電器的接通與斷開。 圖2-6 導軌機構(gòu) 2. 4其它機構(gòu)設計 在工作臺面的兩側(cè)設有能可折疊的輔助工作臺，該輔助工作臺的內(nèi)端與機架鉸接．在輔助工作臺的底部通過鉸鏈連接有兩節(jié)活動的支撐桿。抬起兩側(cè)輔助工作臺，將兩節(jié)支撐桿銷釘固定后，輔助工作臺便與工作臺保持同一水平面，拓寬工作臺面以便放置穴盤。展開的工作臺可進行流水線操作，即一個輔助工作臺準備好育苗盤后，移入工作臺面，待播種完成后，快速移出到另一輔助工作臺上，由工人取走。輔助工作臺處于收折狀態(tài)貼靠在機架的側(cè)邊時，可以減小整機體積，便于運輸。 人工放置穴盤到工作臺時，無法每次恰當放置于吸盤正下方，而精量播種要求穴盤槽與吸嘴一一相對，因此設計了穴盤的定位裝置。 為便于用手拉動吸盤，在吸盤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 1．電銜鐵與彈簧組成的拋振式種子室取代了傳統(tǒng)電磁振動式種子室，種子振動后分布更均勻，避免電磁振動式，種子連續(xù)振動下，偏向聚集，取種更可靠； 2．針式吸嘴與板式吸種盤組成的吸種盤與傳統(tǒng)窩眼式吸種盤相比，改進了吸嘴結(jié)構(gòu)，使其定量取種精度高，可拆換，通用型好。 3．采用直滑軌機構(gòu)取代傳統(tǒng)拱形或四連桿機構(gòu)，運動行程縮短，操作簡單快捷。 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)將種子吹出穴盤的現(xiàn)象。 3.理論分析與計算 影響氣吸嘴式棉花精量播種機工作質(zhì)量的主要部分是播種裝置。本章節(jié)就氣吸播種機的種子吸附機理及影響工作質(zhì)量的參數(shù)進行理論分析。播種裝置由播種機構(gòu)、種子盤彈振裝置和氣力吸種部件組成。本章將對氣力吸種部件、種子盤彈振裝置進行介紹，進一步闡明播種機的播種原理，并對種子的受力及運動進行理論分析。 3．1氣吸播種的理論分析 種子在吸嘴趨近之前呈靜止狀態(tài)，當吸嘴運動進入種子群時，氣流對種子產(chǎn)生吸附攜帶作用，使種子產(chǎn)生向吸嘴氣流方向運動的趨式。同時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動過程相當復雜。以下就氣體動力學原理，對種子的運動過程和規(guī)律進行定性分析。 3．1．1種子吸附運動的流體力學的原理分析 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中。根據(jù)流體力學原理可知，若流體為理想流體，即具有體積彈性(K≠0)，而沒有剛性(N=O)的流體。因為N=0，所以理想流體具有以下三個特性[15-16]： (1)它只能傳遞壓力； (2)它是無摩擦的，因此它不能傳遞切向(剪切)力； (3)一點處的壓力在所有方向上都相同。 而實際中，氣體流場中的流體不是理想流體，而是真實流體。在真實流體中，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)為相鄰流線問的剪切應力。此時物體所受的力稱為阻力，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)的剪切應力引起的表面摩擦力。 3．1．2種子動力學特性分析 根據(jù)流體動力學原理可知，當物體在流體中運動時要受到繞流阻力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運動方向的總和，方向與流體運動方向相反。漩渦阻力足由于流體繞流物體時產(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。在層流或低速流動中．流體的密度變化不大。粘性作用支配著流體的流動，漩渦阻力可以忽略不計。在紊流和高速流動中．流體受壓縮而不受牯性作用支配，這時摩擦阻力可以忽略不計，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。而種子正對吸嘴一側(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為推動種子向吸嘴移動的氣壓差。 根據(jù)理想氣體運動微分方程的積分，即伯努利方程得： (3-1) 對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一種子在垂直于運動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）來計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)在實際計算中，通過一些合理的假設，則可使問題簡化。根據(jù)因次 分析，并引進阻力系數(shù)，這樣可把(3-2)式寫成下式： (3-3) 式中：S一物體在垂直于流動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)一般都由實驗求得，對于不同的物體形狀和不同的流動情況，阻力系數(shù)的值是不同的。 根據(jù)流體力學原理，孔內(nèi)的阻力系數(shù)與為 (3-4) 有（3-4）式可求得： (3-5) 在己知氣針孔徑di的情況下，通過吸孔的氣體流量Q為 (3-6) 氣源總的氣體流量Qz為： (3-7) 式中：n一吸嘴個數(shù)。 有資料表明，吸嘴前的氣體流場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。設錐角為2a，并設達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．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，吸附力越小。特別是當R趨近于零時，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，應使種子與吸嘴的距離最小。實驗證明，有效的吸附通常都發(fā)生在種子群上表面。 3.2拋振機構(gòu)運動規(guī)律分析 3.2.1 種子“沸騰”運動條件與拋振強度計算 對單粒（層）種子在種盤上的運動進行分析。種盤上的種子受自身的重力和種盤運動時給予的慣性，忽略空氣阻力對種子受力運動的影響，種子脫離種盤出現(xiàn)跳動的臨界條件為 (3-11) 式中 P——種子所受慣性力，N；G——種子重力，N。 種盤運動的周期性簡諧方程為 (3-12) 當不考慮系統(tǒng)阻尼 ε時，方程為 (3-13) 式中：x——運動方程；A——振幅，mm；t——振動時間，s；φ——振動初相位，rad；ω——振系固有角頻率rad/s。 種子初始加速度與種盤加速度相同 (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為拋射強度，則 (3-17) 僅當種子隨盤運動且與種盤之間接觸力為 0 時等號成立,說明只有 K＞1 時，種子才可能被拋起。 如圖 2 所示，拋振機構(gòu)處于狀態(tài) A 時，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——種盤種子的靜變形量，mm；M——種盤質(zhì)量，kg；m——棉種質(zhì)量，kg。 將式（3-19）代入到公式（3-18）得 (3-20) 由拋振裝置設計結(jié)構(gòu)決定 ，吸嘴取種后將從種盤上方移動到穴盤上方的播種工位，為避免吸盤吸嘴移出時種子不被種盤外沿碰掉，則種盤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，設計拋振系統(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：——種盤位移量，mm；——有效位移時間，s。 代入式（3-17）得振系的拋射強度為 （3-22） = = = > 故拋振機構(gòu)滿足設計要求，種子能從種盤上被拋起。 播種機取種時，系統(tǒng)電磁鐵斷電，回位彈簧將盤和盤內(nèi)種子向上拋擲，假設系統(tǒng)種子和種子盤均勻，均布的彈簧剛度一致，依據(jù)機械能守恒，能量方程式為 (3-23) Es為彈性勢能，即 (3-24) 則可推出 (3-25) 式中M一種子盤和磁鐵銜鐵質(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。 種子與種子盤拋擲后，種子受慣性力作用做自由上拋運動，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、種子和彈振機構(gòu)質(zhì)量(M+m)有關(guān)。將樣機的種盤質(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，棉種脫離種盤上拋高度為：h'－h(huán)=14.08 mm。 4結(jié)論 本文在參考了近年來國內(nèi)外學者有關(guān)氣吸和振動方面研究的基礎上，并結(jié)合課題組前期針對穴盤育苗播種的研究，對播種裝置進行了深入的分析和試驗驗證。研制出一種新型精量播種設備，通過試驗證明，該設備對播種的單粒率高達95％以上，空穴率小于3％以下，幾乎沒有每穴三粒以上的情況，完全滿足我國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)負壓吸種原理設計，吸盤與育苗穴盤匹配，整盤對穴播種，一盤一次，一穴一粒。整機采用半自動生產(chǎn)方式，即人工放盤和取盤，人工泄壓，清種。而氣吸取種自動完成。 (2)從育苗播種機整機結(jié)構(gòu)設計入手，提出了種子上拋“沸騰”的新思路，創(chuàng)新設計種子室拋振機構(gòu)，相對于通用電磁激勵振動方式，振動更平穩(wěn)，取種更可靠，噪聲低。 (3)設計了機械清堵控制系統(tǒng)，避免因吸嘴堵塞漏取種，同時實現(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。 穴盤育苗裝置是一個復雜的系統(tǒng)，本文雖然對拋振氣吸式精量播種機做了一定研究，但是這些工作僅僅是個開端，還有很多不足之處，還需要不斷的驗證和改進，所以課題以后的任務和需要解決的問題還有很多，本機操作尚基于半自動化，在氣源電氣控制和播種自動化上仍需改進、提高。 致謝 經(jīng)過兩個月的忙碌和工作，本次畢業(yè)設計已經(jīng)接近尾聲，作為一個本科生的畢業(yè)設計，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導師的督促指導，以及一起工作的同學們的支持，想要完成這個設計是難以想象的。 ??? 在這里首先要感謝我的導師馬少輝老師。馬老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設計的每個階段，從實踐考察到查閱資料，設計草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細設計，裝配草圖等整個過程中都給予了我悉心的指導。我的設計較為復雜煩瑣，但是馬老師仍然細心地糾正圖紙中的錯誤。導師淵博的專業(yè)知識，嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，精益求精的工作作風，誨人不倦的高尚師德，嚴以律己、寬以待人的崇高風范，樸實無華、平易近人的人格魅力對我影響深遠。不僅使我樹立了遠大的學術(shù)目標、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，每一步都是在導師的指導下完成的，傾注了導師大量的心血。在此，謹向?qū)煴硎境绺叩木匆夂椭孕牡母兄x。 然后還要感謝大學四年來所有的老師，為我們打下專業(yè)知識的基礎；同時還要感謝所有的同學們，正是因為有了你們的支持和鼓勵。此次畢業(yè)設計才會順利完成。 最后感謝機械電氣化工程學院和我的母校—塔里木大學四年來對我的大力栽培。 參考文獻 [1]余震中等．容器育苗[M]北京：中國林業(yè)山版社，1993． [2]袁華玲，張金云等．蔬菜穴盤工廠化育苗技術(shù)及發(fā)展策略[J]．安徽農(nóng)業(yè)科學，2003，(6)：977—979 [3]曾臣繁等．穴盤育苗技術(shù)在蔬菜上的應用初探[J]．貴州農(nóng)業(yè)科學，1996，24(3)：7-11． [4]宋元林等．現(xiàn)代蔬菜育苗技術(shù)[M]．北京：中國農(nóng)業(yè)科技出版社，1989． [5]葛曉光等．蔬菜育苗技術(shù)及理論[M]．西安：陜西科學技術(shù)出版社，1989． [6]趙明宇，劉德軍，陳靜華，李華．機械化育苗設備現(xiàn)狀與存在的問題農(nóng)機化研究，2004，(03)． [7]王越進，水稻：工廠化育秧成套設備[J]現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)，1998，(06)． [8]黃正秉．穴盤播種機市場漸趨平穩(wěn)[N]．中國花卉報，2004-10—19． [9]王慶和．國內(nèi)外氣力式精密播種機的研制簡況[J]．農(nóng)牧與食品機械，1991(1)，9-14 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