小型多功能气吸式穴盘精量播种机的研发设计

□史志明 郑述东 张昊鹏 赵旭辉/成都市农林科学院农业机械研究所

小型多功能气吸式穴盘精量播种机的研发设计

□史志明 郑述东 张昊鹏 赵旭辉/成都市农林科学院农业机械研究所

本文主要针对成都地区实际情况，为切实解决工厂化育苗中精量播种问题，通过理论和实际农艺要求相结合，成功地研发了一种小型多功能气吸式穴盘精量播种机。

图1小型多功能气吸式穴盘精量播种机

1 精量播种机的结构及工作原理

如图1所示，工作时在种盘盛放种子，将穴盘放在操作台上，打开吸气泵，然后推动吸种腔通过导轨至种盘上方触碰行程开关，自动控制打开了气路阀门和振动器，让吸种腔内产生负压，振动器振动种盘让种子均匀抖动利于吸种，同时用脚踩踏板通过导向缸和杠杆机构使种盘上升接触到吸种腔，吸种腔通过负压作用吸住种子，完成取种过程；然后去除踏板力，种盘下降与吸种腔分离，将吸种腔移至穴盘上方，通过触碰行程开关自动控制电磁阀关闭气路阀门和振动器，种子因重力自动落入穴盘中，完成投种过程。取走已经播种完毕的穴盘，放置新穴盘，重复吸种和投种工序完成种子的精量播种。

2 精量播种机的技术创新点

（1）设计了脚踏杠杆机构和导向缸，通过脚踏来控制种盘与吸种腔的接触与分离，同时在吸种腔前后接触点安装触碰式行程开关自动控制吸气管阀门的打开与关闭，减少了播种的操作步骤，提高操作舒适性和播种效率。

（2）在种盘下方安装了微型振动器，当种盘与吸种腔接触时通过振动使种子均匀抖动，增加吸孔对种子的吸附率从而减少漏播率。

（3）将吸种腔的吸板设计为可拆换式，同时根据播种工艺要求设计了不同孔径、孔数组合的吸板，可根据种子的不同特性选择相匹配的吸板。

3 主要部件结构参数设计

通过查阅资料及相关经验：常见的种子形状有球形、扁平、椭圆和盾形，外径约1～10mm，无通气性且吸附时表面无变化；较小的种子重量2～6g/千粒，中等种子重量20～80g/千粒，较大种子重量150～700g/千粒。根据种子的特性，对播种机所需参数进行分析计算。

（1）吸孔孔径参数的确定。设定吸孔形状为圆形，则按照公式进行计算。

式中：D为需要的吸孔直径（mm）

M为吸附物的重量（kg）

S为安全系数S＝4

n为吸孔的个数

P为真空压力（kPa），常用P=-0.7kPa

每个吸孔吸附一粒种子，吸孔个数：n=1个，种子单粒重量M= 0.000 002～0.000 7kg，则计算出D= 0.18～3.5mm。同时根据不同种子的外形尺寸，确定吸孔规格为1mm、2mm、3.5mm三种规格，满足不同种子的播种需要。

（2）吸种盘腔体形状尺寸的确定。气室对吸孔的吸附性能影响很大，理想的气室形状能实现气流从吸种盘到吸嘴的连续流动，形成均匀稳定的流场，根据穴盘形状同时为便于加工制造，将气室形状设计为长方体。气室腔体太大会造成负压不足，并增大漏气几率，导致吸不上种子，因此吸种腔的尺寸越小越好。目前市面上的常用穴盘，规格为540mm×280mm，有50孔、72孔、128孔、200孔、288孔五种，将吸种腔尺寸设计为550mm×300mm×100mm。

（3）种盘形状尺寸的确定。考虑到吸种腔需要落入种盘内吸附种子，故种盘要稍大于吸种腔面积，底面尺寸每边大于吸种盘2～3个种子直径，以免在边缘上挤碎种子，并且由于实际吸种时为了提高吸种性能，种盘要能放多层种子，需要有一定的深度，所以种盘尺寸设计为600mm×320mm×40mm。

（4）吸气泵的选择。按照播种效率为15s/盘（240盘/h）进行，除去人工操纵的时间约10s，则精量播种机吸附时间为5s/盘。

根据吸种腔尺寸为0.55m×0.3m× 0.1m=0.016 5m3，则吸气泵需要5s抽空0.016 5m3的量，抽气效率需≥11.88m3/h。同时因为气路系统不可能做到理论密封，总有一定的泄漏。在这种情况下，泵的流量越大，泄漏量所占的比例越小，越有利于泵维持较高的真空度，从而得到更大的吸附力。

根据公式F=10-2×（101－P）×S。F为理论吸附力大小（N）；P绝对真空度；S为吸种盘有效面积。则绝对真空度P≥21.57kPa，即所选取的泵的真空度P≥21.57kPa。

根据相关试验统计气泵的有效功率为总功率的30%～50%，选择抽气效率为40m3/h，电机功率1.6kW，额定电压220V，真空度24kPa的吸气泵。

3.5 振动器的选择。种盘形状尺寸为600mm×320mm×40mm，盛种盘容积为0.007 68m3，按照种子的比重为1 500kg/m3，装满种子的重量为11.52kg，及要求振动器的激振力需要115.2N，同时为了便于种子的吸取，需要将种子振动成沸腾状。根据设计要求选择激振力120N，振动频率2 840rpm，电机功率0.25kW，额定电压220V的振动器。

4 精量播种机的性能测试

分别采用水稻和豌豆种子进行试验，首先根据工厂化育苗要求对种子进行筛选，操作时按照每15秒播一盘的速度对种子进行连续播种试验，每播10盘为一组，从10盘中随机抽取2盘进行统计，共重复4次。测试结果如表1所示。

从表1中得出，4组试验中，水稻的平均吸附率为98.65%，漏播率为2%，种子破碎率为0.222 5%，总损失率为2.225%；豌豆的平均吸附率为98.6%，漏播率为1.8%，种子破碎率为0.183%，总损失率为2%，完全满足工厂化穴盘精量播种的技术要求。

5 精量播种机的经济和社会效益

（1）经济效益。以常用的128孔穴盘为例，人工按照1.5s播种一颗种子计算，一小时能播42盘，而播种机播种至少一小时240盘；按一人一天工时费100元计算，使用播种机一天工作8h可以播种1 920盘，而人工需要5.7天，共需要工时费570元。播种机播种可以节约时间、人力和财力，有效提高经济效益。

（2）社会效益。在成都市委、市政府大力推进设施农业发展形势下，育苗播种实现机械化自动化已经是大势所趋，不仅能减轻播种的劳动强度，提高播种效率，还为提高农产品质量打下良好基础，对育苗的产业化、规模化和现代化发展将产生重大影响，为推广工厂化育苗农业技术提供了先进实用的装备，从而促进成都市设施农业又好又快的发展。

表1精量播种机试验测试数据统计表