气吸滚筒式穴盘精量播种流水线设计

马广

（金华职业技术学院，浙江金华321017）

随着国内农业结构调整的不断推进，设施农业得到快速发展。尤其就蔬菜种植生产而言，我国不但是世界上蔬菜种植面积第一的大国，也是蔬菜品种最多的国家。但与欧美等发达国家相比，我国蔬菜生产的机械化、现代化水平相对滞后。源于美国的穴盘育苗技术的正式引进和在蔬菜育苗生产上的广泛应用，使我国蔬菜育苗的集约化生产成为可能，且得到了迅速发展。但要实现工厂化育苗，关键需要配置精量播种设备，它不但能够提高生产率，节约种子用量，而且决定了所育秧苗的质量，是整个工厂化育苗环节的核心。目前，代表世界先进水平的穴盘精密播种设备所采用的排种原理主要有2大类：机械式排种和气力式排种。按照自动化程度不同，还可细分为半自动播种机（手持管式播种机、板式播种机）和全自动播种机（针式精密播种机、滚筒式播种机）[1-5]。国外大多类型的精密播种设备都是采用真空吸附原理，播种精度高，多数能满足播种时行距和穴距可调的要求，且控制准确，可一次完成穴盘装土、刮平、压窝、播种、覆土和浇水等多道工序[6-8]。国内已经有企业研究开发了播种机械，如育苗精量播种机、平板式半自动播种机和秧盘精量播种机等，但这些大都采用平板式播种装置和针吸式播种，且为单机作业，没有形成生产流水线[9-11]。针对国内蔬菜育苗生产领域缺乏自动化流水线的问题，结合国内蔬菜种子的播种工艺，本文设计了气吸滚筒式穴盘精量播种流水线，以期为提高我国蔬菜育苗的集约化生产水平提供参考。

1 设计要求和产品主要指标要求

1.1 设计要求

1）根据本地区蔬菜育苗生产要求，选定合适的生产率，且性价比高，以提高产品的普及性与适应性；2）尽量采用通用标准件，以提高本产品播种流水线的经济性；3）设计为气吸滚筒式蔬菜穴盘精量播种流水线，以适应本地区种植情况。

1.2 产品主要设计指标

播种精度≥97%；空穴率≤2%；生产率≥500盘/h；种子破碎率≤0.5%；排种器形式为自动气吸滚筒式；气源压力0.4～0.8 MPa；播种量≥140盘/(kW·h)；铺土厚度20～120 mm；覆土厚度10～20 mm；适用育种盘规格为宽度＜350 mm，高度＜120 mm。

2 气吸滚筒式穴盘精量播种流水线结构设计

以蔬菜、花卉育苗集约化生产为目标，通过对播种原理的研究和机构的创新，并结合国内蔬菜种子播种工艺试验，开发适用于蔬菜育苗生产的精量播种自动流水线并产业化，不但实现在播种精度和播种速度等关键技术上与国外产品媲美，还能够适应各种异形种子的播种，不需要对种子进行丸粒化处理，且价格合理。主要结构包括1）系统结构组成：按基质装盘机、滚筒式播种机、覆土机、浇水机的顺序组成一条流水线；2）滚筒式精量播种系统：伺服电机传动的滚筒式播种机，并由电子控制播种系统的正负压转换，保证气压转换的灵敏度；3）打土系统：在重载运行情况下，保持基质均匀、不结块；4）种子振动系统：采用可调式低噪音材质，使料斗振动平稳，种子更易吸取；5）可调式覆土系统：采用基质流量控制和均匀分布技术，以保证覆盖效果均一、稳定；（6）控制系统：包括电控系统、传感系统、调节系统、报警系统等。

2.1 播种机的滚筒镶嵌式凸型吸嘴

传统的播种机滚筒一般都是在滚筒壁上直接开设吸孔，孔径大、吸力小，在吸附异形种子时容易出现空穴或多粒现象。本文设计的播种机采用滚筒镶嵌式凸型吸嘴（图1），即在安装于播种机机架上的滚筒转轴上安装滚筒，滚筒中安有吸嘴，吸嘴上设计有吸孔。吸嘴为由吸嘴头和吸嘴座构成的凸字形吸嘴，吸嘴头中设计有吸种口，吸嘴座中设计有锥形吸风孔和圆形吸风口，锥形吸风孔、圆形吸风口与吸种口连通构成吸嘴的吸风孔。采用该锥形吸风孔设计的吸嘴的内流速度是普通吸嘴的2～3倍，大大提高了吸嘴的吸附性能，避免了由于异形种子的不规则而形成的多粒现象，可大幅降低重播率，实现异形种子的高速精确播种。

图1 镶嵌式凸型吸嘴Fig.1 Mosaic convex nozzle

2.2 输送与滚筒同步传动的种子精播机

如图2所示，输送与滚筒同步传动的种子精播机包括一台机架，机架上设置压穴部、清种部、贮种振动部和播种部，各部分由输送机构相连接，输送机构上放置育苗盘。其中：压穴部包括安装在机架上的压穴轴，压穴轴上安装压穴轮，压穴轮上的压穴凸块与育种盘相接触；清种部包括安装在机架上的清种吹气管，清种吹气管上设有清种吹气嘴；贮种振动部包括安装在机架上的贮种槽和播种振动器；播种部包括安装在机架上的播种轴，播种轴上安装播种滚筒，播种滚筒上设有播种孔；输送机构包括安装在机架上的输送带，输送带和播种轴由同步传动机构带动。

图2 输送与滚筒同步传动的种子精播机Fig.2 Precision seeding-machine with conveyor and drum synchronous transmission

2.3 无动力压穴装置

传统自动播种流水线的压穴采用气缸带动压穴支架一排一排地下压，其缺点是机构复杂，安装麻烦，成本较高，压穴效率低。本产品无需动力带动压穴，且压穴速度快，效率高，其装置如图3所示：在压穴轮中安装压穴转动轴，压穴转动轴的两端连接压穴轴承座，在压穴轮的表面设计有均匀分布的压穴凸块，压穴凸块与育苗盘的穴位相配合，通过压穴升降机构实现无动力压穴。

图3 无动力压穴装置Fig.3 Unpowered cavitation device

2.4 流水线结构

穴盘精量播种步骤主要包括搅拌土料、进盘、上土、压穴、播种、覆土、洒水和出盘叠放。根据工序设计流水线图，如图4所示。

图4 穴盘精量播种流水线结构示意图Fig.4 Schematic diagram of the precision seeding streamline of the plug tray

3 气吸滚筒式穴盘精量播种流水线试验

试验条件：天气晴，环境温度25.6℃，环境相对湿度45%；选用油菜籽种子，含水率13.2%。

对油菜籽进行气吸滚筒式蔬菜穴盘精量播种试验，检测项目包括播种精度、播种空穴率、每小时生产率、每千瓦·时播种量、种子破碎率等。每个项目检测10次，每次检测时间为1 h，根据检测数据分析气吸滚筒式穴盘精量播种流水线的运行技术水平和稳定性。根据图5～9的检测结果，得到如表1所示的技术参数。从中可知，播种精度为98%，播种空穴率为0.6%，生产率为580盘/h，播种量为145盘/（kW·h），种子破碎率为0.4%。对比气吸滚筒式穴盘精量播种流水线使用的技术要求，上述5项指标均高于标准，能够满足流水线的实际使用需要。

图5 播种精度Fig.5 Seeding accuracy

图6 播种空穴率Fig.6 Seeding cavity rate

图7 生产率Fig.7 Productivity

图8 播种量Fig.8 Seeding amount

图9 种子破碎率Fig.9 Seed breakage rate

表1 气吸滚筒式油菜籽穴盘精量播种检验Table1 Precision seeding inspection of air-aspiration drum typerapeseed tray

4 结论

1）确定了气吸滚筒式蔬菜穴盘精量播种流水线设计要求及主要设计指标；

2）进行了播种机滚筒镶嵌式凸型吸嘴、输送与滚筒同步传动的种子精播机与无动力压穴装置的结构设计，实现了吸嘴的吸附性能提高2～3倍及异形种子高速精确播种等功能；

3）以油菜籽播种为例，采用气吸滚筒式穴盘精量播种是合理、可行的。