吸吹式水稻精量播種裝置的設計

摘要：針對當前水稻播種機的播種裝置存在一定程度的傷種、重播、漏播、堵孔以及種子間距難以控制等問題，設計了吸吹式精量播種裝置；介紹了其結構和工作原理，給出了工作參數和主要零件結構參數，為育秧盤的機械化精量播種打下了基礎。

關鍵詞：水稻；精量播種裝置；滾筒；種孔

中圖分類號：Ｓ２２３．２＋６ 文獻標識碼：Ａ 文章編號：0439－８114（２０12）01－0149-03

Ｔｈｅ Dｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ Rｉｃｅ Aｓｐｉｒａｔｉｏｎ Pｒｅｃｉｓｉｏｎ Sｅｅｄｅｒ

ＹＩＮ Ｙｅ－ｈｏｎｇ，ＳＵＮ Ｊｉｎ－ｆｅｎｇ，ＹＵ Ｘｉａｏ－ｑｉｎ，ＸＩＡ Ｔｉａｎ，ＺＯＵ Ｚｈｅｎｇ－ｙａｎ

（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｈｕｂｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｗｕｈａｎ ４３００６８， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ａ ｒｉｃｅ ａｓｐｉｒａｔｉｏｎ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｓｅｅｄｅｒ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｎ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｅｅｄｅｒｓ， ｓｕｃｈ ａｓ ｈｕｒｔｉｎｇ ｓｅｅｄ， ｒｅ－ｓｅｅｄｉｎｇ， ｏｍｉｓｓｉｏｎ， ｂｌｏｃｋｉｎｇ ａｎｄ ｕｎｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅ ｇａｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｅａｃｈ ｒｏｗ． Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｔｈｉｓ ｎｅｗ ｓｅｅｄｅｒ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ， ａｌｓｏ ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｊｏｒ ｐａｒｔｓ ｗｅｒｅ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｔｈｅｓｉｓ． Ｉｔ ｗｉｌｌ ｌａｙ ｔｈｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｚｅｄ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｓｅｅｄｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｓｅｅｄｌｉｎｇ ｎｕｒｓｉｎｇ ｔｒａｙ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｒｉｃｅ； ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｓｅｅｄｉｎｇ； ｒｏｔａｒｙ ｄｒｕｍ； ｓｅｅｄｉｎｇ ｈｏｌｅ

水稻是我國主要糧食作物之一，種植面積大，分布廣，水稻作業機械的發展對提高水稻生產率、降低人工勞動強度起著至關重要的作用。作為機械化育秧技術的關鍵環節，精量播種裝置的質量好壞直接影響到水稻的出苗、生長及產量。目前國內的精量播種技術采用針吸和盤吸的方式，主要用于油菜和花卉類種子的條播；而以排播的方式用于水稻播種機的連續精量播種裝置尚不多見，大多數采用花鍵式和窩眼式排種輪的機械撒播，此類槽或孔均有一定程度的傷種，重播和種子間矩也不能控制［１，２］。為滿足水稻育秧盤機械化的要求，研究設計了一種適用于水稻育秧盤的連續吸吹式排播精量播種裝置，介紹了其結構和工作原理，并確定了主要結構參數和工作參數，為育秧盤的機械化精量播種打下了基礎。

１ 播種機的結構與工作過程

播種機的結構示意圖見圖１，主要由機架、減速電機、傳送帶（鏈）、鋪土裝置、灑水裝置、播種裝置、覆土裝置等組成。播種機的工作過程：傳送帶帶動育秧盤移動，底土鋪土裝置將營養土均勻充入育秧盤內；育秧盤繼續移動，灑水裝置以花灑的噴水方式將水灑在育秧盤中的底土上；當育秧盤繼續移動到光電開關前方時接通電磁離合器電路，播種裝置運動，對育秧盤進行連續播種，育秧盤繼續移動離開光電開關，停止播種；育秧盤繼續移動，經表土覆土裝置覆土，完成播種過程。從播種機的結構和工作過程可以得知播種裝置是播種機的核心，直接影響播種質量和生產效率。

２ 播種裝置的設計

２．１ 播種裝置要求及其結構

播種裝置是播種機中最重要的部件，要求在各種狀態下保證播種量的一致性和播種分布的均勻性，同時不損傷已發芽的種子。播種裝置結構如圖２所示，由滾筒、左右輪轂組成的播種輪，通過兩軸承裝在空心軸上，軸承的左右外側分別裝有唇式密封圈，使播種輪內形成一個密封的吸氣室，吸氣室的入口為滾筒壁上的種孔，吸氣室的出口通過空心軸由右端法蘭引出。播種輪室內裝有氣罩，氣罩的上部在彈簧的作用下將氣罩下部的口與滾筒內壁緊密貼合，形成一個吹氣室，吹氣室內的入口由連接在氣罩上部的波紋管通過空心軸左端法蘭上的氣管接頭引出，吹氣室的出口為滾筒壁上的種孔。空心軸通過固定座套固定在種子箱上。播種輪的動力由安裝在右輪轂右側連接套上的齒輪傳動。擋種板前端（與播種輪接觸端）裝有豬鬃刷，其作用是攔種和避免傷種。

２．２ 播種裝置工作原理

圖３為播種裝置的工作原理圖。將播種裝置的左端法蘭與旋渦氣泵吹氣口相連，右端法蘭與旋渦氣泵吸氣口連接，在播種輪內就會形成2個不同壓力的氣倉，即氣罩內的氣壓大于大氣壓，為正壓倉；氣罩外的氣壓小于大氣壓，為負壓倉。這樣種子箱里的種子受負壓倉氣壓的作用，被吸入播種輪外表面均勻分布的種孔內，在鏈輪的驅動下，播種輪轉動，當種子隨播種輪轉到氣罩下方時，受正壓倉內高壓氣流驅趕和種子本身重力的影響，種子落入育秧盤中，完成精量播種。

２．３ 播種輪的滾筒結構設計

２．３．１ 滾筒外形尺寸的設計 滾筒是播種輪的重要零件之一，其主要功用是能從種箱中定量取種，到達排種位置時及時排種。因此滾筒外形尺寸的設計主要考慮育秧盤的規格、育秧盤的輸送速度以及種子尺寸３個參數。

滾筒的有效長度是由育秧盤的寬度決定的，滾筒的外圓直徑是在滾筒的圓周線速度與育秧盤的輸送速度相同時，同時考慮播種密度決定的，設計滾筒的有效長度和直徑分別為Ｌ＝２８０ ｍｍ和Ｄ＝２２０ ｍｍ，如圖４ａ所示。

２．３．２ 種孔的間距確定 常規粳稻育秧要求每平方厘米成苗１．５～３．０株，雜交稻成苗１．０～５.0株［３］，設計按常規粳稻計算，滾筒圓周方向分布１１５個種孔，孔間距為２２０ ｍｍ×π／１１５＝６ ｍｍ；沿軸向分布４６個種孔，孔間距為２８０ ｍｍ／４６＝６ ｍｍ。

經驗算：■=■=2.73株/cm2

滿足要求。

２．３．３ 種孔的結構設計 目前國內最常見的種孔結構有Ａ形、Ｕ形和Ｖ形３種［４］，它們主要用于吸嘴式的端口。而用于滾筒外壁上的種孔結構國內尚未報道。筆者在現有的基礎上，根據水稻芽種的三軸平均尺寸［５］及其中間大、兩頭尖不規則的外形，經過反復試驗，設計出了四花瓣半球形種孔結構，如圖４ｂ所示。該種孔結構所要求的氣源真空度低，有利于吸種和排種。

２．３．４ 吸排種試驗 將播種裝置安裝在試驗臺上，選用ＸＧＢ－１３０型旋渦氣泵作為氣源，其功率為１．５ ｋＷ，并在播種裝置的左右兩端吹、吸管上分別接入氣壓表、真空表和閥門，如圖５所示。通過調整氣閥使播種輪內兩氣室獲得不同的吸、吹氣壓，在不同的氣壓下對播種裝置的播種效果進行了檢測，表１為不同氣壓下播種裝置吸排種性能測試的結果。

由表１可以看出，當吸氣室氣壓為０．０１６ ＭＰａ時，每穴粒數１～２粒的占９７．４３％，每穴粒數≥３粒的占２．４６％，空穴率接近０。空穴率接近零的主要原因有：一是由于四花瓣半球形種孔滾筒自身有助于充種，再通過負壓輔助充種，大大提高了充種性能；二是吹氣室內≥０．０２２ ＭＰａ氣壓有助于將吸入種孔內的種子清排出來，確保吸種孔暢通。隨著氣流量的增加，重播率增加，當種箱上的擋種板毛刷接觸到滾筒后，重播率中每穴４粒以上種子極為少見。

３ 小結

吸吹式水稻精量播種裝置不僅可以用于水稻育秧盤的精量播種，還可以用于其他類似水稻顆粒狀農作物的育秧盤精量播種。其核心一是具有四花瓣半球形種孔結構，它能確保各種孔吸種量的均勻性，只要改變半球面孔穴的半徑，便可適應不同類型種子的播種；二是采用高壓空氣進行排種，有利于排清種子，保證種孔的通暢，減小空穴率，但排種氣壓不能過大，否則會影響種距均勻性；三是根據播種需求，通過調整播種裝置兩端閥門，使正、負壓倉得到不同氣壓，從而獲得最佳播種效果。

參考文獻：

［１］ 孫齊磊，孫立濤，張曉輝． 播種機械的現狀與發展趨勢［Ｊ］． 中國農機化，２００２（５）：５１－５２．

［２］ 吳瑞成，熊永森，樓妙良． 稻拋秧苗盤式育秧精量播種機的設計與試驗［Ｊ］． 農機化研究，２００５（４）：１４８－１５１．

［３］ 倪雪榮，王志平． 水稻機插秧育秧技術［Ｊ］． 上海農業科技，２０１０（２）：４３．

［４］ 劉彩玲，宋建農，張廣智，等． 氣吸式水稻缽盤精量播種裝置的設計與試驗研究［Ｊ］． 農業機械學報，２００５，３６（２）：４３－４６．

［５］ 袁月明，吳 明，于恩中，等． 水稻芽種物料特性的研究［Ｊ］． 吉林農業大學學報，２００３，２５（６）：６８２－６８３．