气吹悬浮供种的气吸滚筒式排种器设计与实验
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目前ꎬ气力 式 排 种 器 因 具 有 种 子 适 应 性 强、 生 产 效率高、不易伤种等优点ꎬ在农作物精量播种中广泛 应用[２] ꎮ 国内ꎬ李耀明、陈进等[３] 以油菜、水稻等作物 种子为研究对象ꎬ确定了振动气吸式排种器的核心部 件结构和工作参数ꎬ研究分析了振动种盘内种子的运 动机理ꎬ以 及 吸 孔 形 状、 孔 径、 导 程 对 吸 种 效 果 的 影 响ꎮ 王朝晖、袁月明、马旭等[４] 以超级稻为播种对象ꎬ 通过三维建模与仿真、高速摄像观察等方法对气吸滚 筒式排种器气室流场、投种过程及种层振动规律等排 种性能影响规律进行了研究ꎮ 上述气力式排种器大 都采用振动供种ꎬ不能满足小颗粒、不规整的番茄( 非 丸粒化种子) 种子“ 一穴一粒” 的育苗播种要求ꎮ
由于辣椒种子破损将影响出苗率ꎬ 且种子尺寸
收稿日期: ２０１７－０９－２１ 基金项目: 国家自然科学基金项目(５１２６５０４５) 作者简介: 赵永满(１９７９－) ꎬ男ꎬ甘肃古浪人ꎬ副教授ꎬ硕士生导师ꎬ博
士ꎬ( Ｅ－ｍａｉｌ) ｚｈｒｙｍ＠ １６３.ｃｏｍꎮ
小、外形不规整、 流动性差ꎬ 种植要求又属于精量播 种ꎬ针对现有气吸滚筒式排种器存在的取种难、吸种 孔容易堵塞、投种精度差等主要技术问题ꎬ提出了由 负压取种、正压气吹供种和投种的新方案ꎬ并设计了 一种适合辣椒育苗播种的气吹悬浮供种的气吸滚筒 式排种器ꎮ 同时ꎬ以种箱气室正压力、滚筒转速、吸种 角度为影响因素ꎬ对排种器排种性能进行试验分析ꎬ 寻找上述因素最优参参数组合ꎬ为辣椒等小粒种子育 苗排种器的设计提供参考ꎮ
２０１９ 年 ２ 月 农 机 化 研 究 第 ２ 期
气吹悬浮供种的气吸滚筒式排种器设计与实验
赵 永 满１ａꎬ１ｂ ꎬ 侯 晓 晓２ ꎬ 姜 有 忠１ａꎬ１ｂ ꎬ 刘 永 锋１ａꎬ１ｂ ꎬ 胡 斌１ａꎬ１ｂ ꎬ 罗 昕１ａꎬ１ｂ
器ꎮ 为此ꎬ阐述了气吹悬浮供种的气吸滚筒式排种器的工作原理ꎬ确定了各部件主要结构参数ꎬ并对种子吸附过
程进行了力学分析ꎮ 以新疆新选 ８８１９ 辣椒种子为试验对象ꎬ通过正交试验方法对影响排种器性能因素进行分
析ꎬ得出影响排种器性能因素的主次顺序为气室压力、滚筒转速、吸种角度ꎮ 当吸种角度为 ２０°、种箱气室正压值
中图分类号: Ｓ２２３.２＋ ５ ຫໍສະໝຸດ Baidu 文献标识码: Ａ
文章编号: １００３－１８８Ｘ(２０１９)０２－０１１４－０５
０ 引言
辣椒是新疆的特色经济作物ꎬ市场前景好ꎬ近几 年种植面积不断增加[１] ꎮ 穴盘育苗过程是移栽种植 模式的关键环节之一ꎬ穴盘育苗排种器是育苗过程的 关键部件ꎬ但辣椒种子存在外形不规整、流动性差、尺 寸小及分离效果不佳等问题[１] ꎮ 新疆育苗播种主要 靠人工点播ꎬ劳动强度大ꎬ效率低ꎬ成本高ꎬ目前还没 有满足“一穴一粒”辣椒穴盘育苗精量排种器ꎮ 因此ꎬ 迫切需要设计一种实现“ 一穴一粒” 精量播种要求的 排种器ꎮ
为 ２ ｋＰａ 、滚 筒 转 速 为 １２ ｒ / ｍｉｎ 时 ꎬ可 获 得 单 粒 率 为 ９１ . ５ ％ 、多 粒 率 为 ５ . ４ ％ 、漏 播 率 为 ３ . ２ ％ ꎮ 经 试 验 验 证 ꎬ样 机 满
足辣椒育苗精量播种的种植要求ꎮ
关键词: 排种器ꎻ 精量播种ꎻ 气吸滚筒式ꎻ 气吹悬浮供种
置将滚筒内部空间分成正压区域和负压区域ꎮ 排种 器工作时ꎬ 电 机 通 过 变 频 器 调 节 带 动 滚 筒 顺 时 针 转 动ꎻ旋涡气泵的正压供气管与滚筒正压空心轴和种箱 气室链接ꎬ负压供气管与滚筒负压空心轴连接ꎻ正压 供气管往绝压分隔装置和种箱气室中输入正压气体ꎬ 种箱供种板两疏种墙之间开有小于种子的吹孔ꎬ供种 板上的种子在正压气流吹动作用下悬浮跳动至滚筒 附近ꎻ滚筒表面上开有锥形通孔ꎬ负压供气管通过负 压空心轴往滚筒内部通入负压气体ꎻ正压供气管通过 正压空心轴往绝压分隔装置内部通入正压气体ꎬ当滚 筒转动到种箱出料口附近时ꎬ滚筒吸孔附近的种子在 滚筒负压腔内部负压的吸力作用下吸附在滚筒吸孔 上ꎬ并随着滚筒一起转动ꎻ当转动经过种箱上方的毛 刷时ꎬ将吸孔附近不稳定的种子以清理种箱ꎻ当吸孔 转动到绝压分隔装置下方时ꎬ种子失去滚筒内部负压 吸附力的作用ꎬ种子在自身重力和绝压分隔装置内部 正压气流的作用下掉落ꎬ完成整个投种过程ꎮ
１ 排种器的结构与工作原理
气吹悬浮供种的气吸滚筒式精量排种器由气吹 式种箱、排种滚筒、正负压空心轴、旋涡气泵、正压供 气管、负压供气管及传动链轮等组成ꎬ如图 １ 所示ꎮ
１.正压空心轴 ２.关卡 ３.滚筒 ４.Ｏ 型密封圈 ５.吸种孔 ６.定位凸台 ７.密封垫圈 ８.链轮螺栓 ９.铁箍 １０.负压空心轴 １１.滚筒支架 １２.链轮 １３.绝压分隔装置 １４.快速接头 １５.塑料管
２ 排种器关键部件的设计
２.１ 滚筒正负压腔的设计 正负压腔是排种滚筒实现精量取种和精准投种
的关键部件[５] ꎬ其结构设计直接影响滚筒吸种性能和 投种精度ꎮ 此内腔是两段空心轴ꎬ通过挂件与绝压分 隔装置焊接成为一体结构ꎮ 挂件与绝压分隔装置和 空心轴垂直连接ꎬ且两段空心轴的中心线和绝压分隔 装置的横向中心线在同一平面内ꎮ 连接正压气体空 心轴的滚筒内端密封并开有连接快速接头的小孔ꎬ绝 压分隔装置上部中心位置开有连接快速接头小孔ꎬ通 过快速接头和塑料管往绝压分隔装置中输送正压气 体ꎬ绝压分隔装置下部连接橡胶条与滚筒内表面密封 链接ꎮ 此设计使得滚筒内部负压流场更加均匀ꎬ并保 证了滚筒运转的稳定性ꎬ如图 ２ 所示ꎮ
( １.石河子大学 ａ.机械电气工程学院ꎻ ｂ.新疆建设兵团农业机械重点实验室ꎬ新疆 石河子 ８３２００３ꎻ２.黄河交 通学院 汽车工程学院ꎬ 河南 焦作 ４５４９５０)
摘 要: 为解决辣椒等小颗粒、不规整种子机械化精 量 排 种 问 题ꎬ 设 计 了 一 种 气 吹 悬 浮 供 种 的 气 吸 滚 筒 式 排 种
１６.挂件 １７.橡胶条 １８.种箱支架 １９.种箱气室 ２０.供种箱 图 １ 排种器结构示意图
Ｆｉｇ.１ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅｔｅｒｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ
滚筒内部有空心轴和绝压分隔装置ꎬ绝压分隔装
������１１４������
２０１９ 年 ２ 月 农 机 化 研 究 第 ２ 期
由于辣椒种子破损将影响出苗率ꎬ 且种子尺寸
收稿日期: ２０１７－０９－２１ 基金项目: 国家自然科学基金项目(５１２６５０４５) 作者简介: 赵永满(１９７９－) ꎬ男ꎬ甘肃古浪人ꎬ副教授ꎬ硕士生导师ꎬ博
士ꎬ( Ｅ－ｍａｉｌ) ｚｈｒｙｍ＠ １６３.ｃｏｍꎮ
小、外形不规整、 流动性差ꎬ 种植要求又属于精量播 种ꎬ针对现有气吸滚筒式排种器存在的取种难、吸种 孔容易堵塞、投种精度差等主要技术问题ꎬ提出了由 负压取种、正压气吹供种和投种的新方案ꎬ并设计了 一种适合辣椒育苗播种的气吹悬浮供种的气吸滚筒 式排种器ꎮ 同时ꎬ以种箱气室正压力、滚筒转速、吸种 角度为影响因素ꎬ对排种器排种性能进行试验分析ꎬ 寻找上述因素最优参参数组合ꎬ为辣椒等小粒种子育 苗排种器的设计提供参考ꎮ
２０１９ 年 ２ 月 农 机 化 研 究 第 ２ 期
气吹悬浮供种的气吸滚筒式排种器设计与实验
赵 永 满１ａꎬ１ｂ ꎬ 侯 晓 晓２ ꎬ 姜 有 忠１ａꎬ１ｂ ꎬ 刘 永 锋１ａꎬ１ｂ ꎬ 胡 斌１ａꎬ１ｂ ꎬ 罗 昕１ａꎬ１ｂ
器ꎮ 为此ꎬ阐述了气吹悬浮供种的气吸滚筒式排种器的工作原理ꎬ确定了各部件主要结构参数ꎬ并对种子吸附过
程进行了力学分析ꎮ 以新疆新选 ８８１９ 辣椒种子为试验对象ꎬ通过正交试验方法对影响排种器性能因素进行分
析ꎬ得出影响排种器性能因素的主次顺序为气室压力、滚筒转速、吸种角度ꎮ 当吸种角度为 ２０°、种箱气室正压值
中图分类号: Ｓ２２３.２＋ ５ ຫໍສະໝຸດ Baidu 文献标识码: Ａ
文章编号: １００３－１８８Ｘ(２０１９)０２－０１１４－０５
０ 引言
辣椒是新疆的特色经济作物ꎬ市场前景好ꎬ近几 年种植面积不断增加[１] ꎮ 穴盘育苗过程是移栽种植 模式的关键环节之一ꎬ穴盘育苗排种器是育苗过程的 关键部件ꎬ但辣椒种子存在外形不规整、流动性差、尺 寸小及分离效果不佳等问题[１] ꎮ 新疆育苗播种主要 靠人工点播ꎬ劳动强度大ꎬ效率低ꎬ成本高ꎬ目前还没 有满足“一穴一粒”辣椒穴盘育苗精量排种器ꎮ 因此ꎬ 迫切需要设计一种实现“ 一穴一粒” 精量播种要求的 排种器ꎮ
为 ２ ｋＰａ 、滚 筒 转 速 为 １２ ｒ / ｍｉｎ 时 ꎬ可 获 得 单 粒 率 为 ９１ . ５ ％ 、多 粒 率 为 ５ . ４ ％ 、漏 播 率 为 ３ . ２ ％ ꎮ 经 试 验 验 证 ꎬ样 机 满
足辣椒育苗精量播种的种植要求ꎮ
关键词: 排种器ꎻ 精量播种ꎻ 气吸滚筒式ꎻ 气吹悬浮供种
置将滚筒内部空间分成正压区域和负压区域ꎮ 排种 器工作时ꎬ 电 机 通 过 变 频 器 调 节 带 动 滚 筒 顺 时 针 转 动ꎻ旋涡气泵的正压供气管与滚筒正压空心轴和种箱 气室链接ꎬ负压供气管与滚筒负压空心轴连接ꎻ正压 供气管往绝压分隔装置和种箱气室中输入正压气体ꎬ 种箱供种板两疏种墙之间开有小于种子的吹孔ꎬ供种 板上的种子在正压气流吹动作用下悬浮跳动至滚筒 附近ꎻ滚筒表面上开有锥形通孔ꎬ负压供气管通过负 压空心轴往滚筒内部通入负压气体ꎻ正压供气管通过 正压空心轴往绝压分隔装置内部通入正压气体ꎬ当滚 筒转动到种箱出料口附近时ꎬ滚筒吸孔附近的种子在 滚筒负压腔内部负压的吸力作用下吸附在滚筒吸孔 上ꎬ并随着滚筒一起转动ꎻ当转动经过种箱上方的毛 刷时ꎬ将吸孔附近不稳定的种子以清理种箱ꎻ当吸孔 转动到绝压分隔装置下方时ꎬ种子失去滚筒内部负压 吸附力的作用ꎬ种子在自身重力和绝压分隔装置内部 正压气流的作用下掉落ꎬ完成整个投种过程ꎮ
１ 排种器的结构与工作原理
气吹悬浮供种的气吸滚筒式精量排种器由气吹 式种箱、排种滚筒、正负压空心轴、旋涡气泵、正压供 气管、负压供气管及传动链轮等组成ꎬ如图 １ 所示ꎮ
１.正压空心轴 ２.关卡 ３.滚筒 ４.Ｏ 型密封圈 ５.吸种孔 ６.定位凸台 ７.密封垫圈 ８.链轮螺栓 ９.铁箍 １０.负压空心轴 １１.滚筒支架 １２.链轮 １３.绝压分隔装置 １４.快速接头 １５.塑料管
２ 排种器关键部件的设计
２.１ 滚筒正负压腔的设计 正负压腔是排种滚筒实现精量取种和精准投种
的关键部件[５] ꎬ其结构设计直接影响滚筒吸种性能和 投种精度ꎮ 此内腔是两段空心轴ꎬ通过挂件与绝压分 隔装置焊接成为一体结构ꎮ 挂件与绝压分隔装置和 空心轴垂直连接ꎬ且两段空心轴的中心线和绝压分隔 装置的横向中心线在同一平面内ꎮ 连接正压气体空 心轴的滚筒内端密封并开有连接快速接头的小孔ꎬ绝 压分隔装置上部中心位置开有连接快速接头小孔ꎬ通 过快速接头和塑料管往绝压分隔装置中输送正压气 体ꎬ绝压分隔装置下部连接橡胶条与滚筒内表面密封 链接ꎮ 此设计使得滚筒内部负压流场更加均匀ꎬ并保 证了滚筒运转的稳定性ꎬ如图 ２ 所示ꎮ
( １.石河子大学 ａ.机械电气工程学院ꎻ ｂ.新疆建设兵团农业机械重点实验室ꎬ新疆 石河子 ８３２００３ꎻ２.黄河交 通学院 汽车工程学院ꎬ 河南 焦作 ４５４９５０)
摘 要: 为解决辣椒等小颗粒、不规整种子机械化精 量 排 种 问 题ꎬ 设 计 了 一 种 气 吹 悬 浮 供 种 的 气 吸 滚 筒 式 排 种
１６.挂件 １７.橡胶条 １８.种箱支架 １９.种箱气室 ２０.供种箱 图 １ 排种器结构示意图
Ｆｉｇ.１ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅｔｅｒｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ
滚筒内部有空心轴和绝压分隔装置ꎬ绝压分隔装
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２０１９ 年 ２ 月 农 机 化 研 究 第 ２ 期