緊湊型沖穴播種一體式穴盤育苗播種機(jī)的設(shè)計(jì)研究

楊葉

（寧夏工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院，寧夏 銀川 750021）

中國是世界上最大的蔬菜生產(chǎn)國和消費(fèi)國，蔬菜產(chǎn)業(yè)作為我國的第二大農(nóng)作物產(chǎn)業(yè)，有著非常重要的地位[1]。育苗移栽是常見蔬菜的主要種植方式之一，我國有4000多萬的蔬菜種植戶，大多數(shù)采用自育自用方式，導(dǎo)致育苗地分散、質(zhì)量參差不齊，育苗效率和質(zhì)量都亟待提高，2007年-2010年，全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心分別在山西、河北、寧夏、山東連續(xù)4 年召開有關(guān)蔬菜集約化育苗會(huì)議，但是國內(nèi)年生產(chǎn)量超過1000萬株的規(guī)?；鐖?chǎng)仍然很少[2]，截止2018年，我國蔬菜規(guī)模化育苗供苗量1000億株，蔬菜種苗需求量超過6800億株，巨大的缺口背后全靠人工育苗彌補(bǔ)，截至2019年，中國蔬菜規(guī)?；缌看蠹s占全年總需苗量的30%，剩余的70%蔬菜苗仍然依靠傳統(tǒng)的人工播種育苗方式完成[3]。寧夏作為西部農(nóng)業(yè)小省，蔬菜育苗種植以人工育苗為主的問題更為突出。

上世紀(jì)80年代我國蔬菜穴盤育苗移栽生產(chǎn)的機(jī)械化研究起步，雖然也經(jīng)過了30多年的研究與發(fā)展，蔬菜育苗技術(shù)得到了不斷提升和發(fā)展，但是在推廣應(yīng)用中仍存在著一些問題：育苗設(shè)施設(shè)備成本高、關(guān)鍵設(shè)備依賴進(jìn)口；生產(chǎn)規(guī)模小、勞動(dòng)力成本投入大、設(shè)備生產(chǎn)條件差、生產(chǎn)效益低；配套服務(wù)欠缺等問題很突出，加上當(dāng)前農(nóng)村青壯年勞動(dòng)力緊缺，嚴(yán)重制約了蔬菜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

穴盤育苗作為現(xiàn)代蔬菜生產(chǎn)的重要作業(yè)方式，集約化程度很高，對(duì)于提高農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量都具有重要意義[4]。蔬菜穴盤育苗播種設(shè)備又是育苗播種機(jī)械化生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，但是傳統(tǒng)的穴盤育苗播種機(jī)有獨(dú)立的沖穴結(jié)構(gòu)，先沖穴后放種子，這種結(jié)構(gòu)不緊湊，工序分散，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、機(jī)體龐大，不同目標(biāo)種子放置位置不同，無法保證將種子放入穴盤每一個(gè)小穴中心范圍，不能保證后序?qū)ΨN子的覆土厚度。此外由于穴盤自身結(jié)構(gòu)的原因，輸送帶無法對(duì)其進(jìn)行導(dǎo)向，工序分散沖穴和植種很難保證在一條線上完成相應(yīng)作業(yè)，這樣就有將種子種植到穴盤外部的可能，后續(xù)還需要大量人工去修正，加上大型育苗播種設(shè)備的價(jià)格昂貴，體積龐大，造成小型育苗種植戶無力購買，小型種植戶育苗播種移栽作業(yè)仍然以人工為主，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，急需一種結(jié)構(gòu)緊湊工序簡單價(jià)格低廉的育苗播種設(shè)備，研發(fā)一款小型種植戶適用的穴盤育苗播種機(jī)很有必要。

1 育苗播種設(shè)備的現(xiàn)狀和不足

經(jīng)查閱科技文獻(xiàn)、網(wǎng)上搜索和實(shí)地市場(chǎng)調(diào)研，通過對(duì)比國內(nèi)外主要穴盤育苗播種設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)的育苗播種設(shè)備的特點(diǎn)，了解了穴盤育苗播種設(shè)備最新的發(fā)展趨勢(shì)，發(fā)現(xiàn)了國內(nèi)穴盤育苗播種設(shè)備與國外設(shè)備存在的差距和國內(nèi)穴盤育苗設(shè)備存在的問題。

首先，國外穴盤育苗播種機(jī)發(fā)展起步較早，已有50多年的發(fā)展研制歷程。經(jīng)過多年的技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)品升級(jí)改造，國外穴盤育苗播種機(jī)設(shè)備種類齊全，產(chǎn)品技術(shù)成熟，作業(yè)效率高，智能化程度高[5]。但是同時(shí)也存在一些缺點(diǎn)，如體積龐大，價(jià)格昂貴，售后服務(wù)跟不上等，造成了國內(nèi)小型種植戶無力購買，制約了在國內(nèi)小型種植戶中的應(yīng)用。

苗播種機(jī)播種性能不夠穩(wěn)定，播種精度和出苗合格率低。多數(shù)穴盤育苗播種機(jī)先沖穴然后移動(dòng)位置到播種工位進(jìn)行播種，工序分開，存在二次定位，種子植入到穴盤的位置會(huì)有偏差，種植精度和出苗合格率低。

1、整機(jī)結(jié)構(gòu)組成和特點(diǎn)：整機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示，由氣缸1、鴨嘴型播種頭2、穴盤3、氣缸2、吸盤5、上料盤6、種倉7、皮帶輸送機(jī)8、鴨嘴型播種頭機(jī)構(gòu)9和吸盤吸種機(jī)構(gòu)10等結(jié)構(gòu)組成。該緊湊型沖穴播種一體式穴盤育苗播種設(shè)備采用鴨嘴型播種頭機(jī)構(gòu)和吸盤吸種機(jī)構(gòu)配合實(shí)現(xiàn)沖穴播種一步到位，吸盤吸種機(jī)構(gòu)的播種引流管安裝于鴨嘴型播種頭機(jī)構(gòu)的鴨嘴頭的上方中間位置，當(dāng)鴨嘴型播種頭機(jī)構(gòu)沖穴到達(dá)預(yù)定位置時(shí)鴨嘴頭恰好在彈簧的作用下打開，通過播種引流管的種子通過鴨嘴型播種頭開口落入穴盤，沖穴和播種一步完成。

設(shè)備成本較高，機(jī)構(gòu)復(fù)雜，產(chǎn)品笨重，造成小型種植戶不愿購買，推廣應(yīng)用難，不適合中國小型個(gè)體戶的種植模式。

西漢時(shí)期的外交家張騫從漢水邊的城固踏出了第一條通向世界的絲綢之路；東漢的蔡倫封侯于漢水邊的龍亭鋪，發(fā)明了造紙術(shù)。

金釵石斛為亞熱帶附生植物，在我國主要分布于烏蒙山片區(qū)的瀘州、赤水、云南等地。金釵石斛對(duì)生長環(huán)境要求苛刻，栽培困難，野生產(chǎn)量少。隨著石斛產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和栽培，繁育、栽培等關(guān)鍵技術(shù)不斷被攻克，多地紛紛建立起金釵石斛種植基地，其中就包括貴州赤水和四川瀘州等地［16］。本課題組采用超音速氣流粉碎方法對(duì)瀘州道地藥材金釵石斛進(jìn)行超微粉碎，以壓縮空氣或過熱蒸汽通過噴嘴產(chǎn)生的超音速高湍流氣流作為顆粒的載體，顆粒與顆粒之間或顆粒與固定板之間發(fā)生沖擊性擠壓，摩擦和剪切等作用，從而達(dá)到粉碎的目的。

設(shè)λ是F′(θa,0)在Sy上的特征值,它對(duì)應(yīng)的特征函數(shù)是(u,v),則v=0,且u是方程的非零解。同理可知，上述方程沒有大于或等于1的特征值,即σ=0。故當(dāng)

2 緊湊型沖穴播種一體式穴盤育苗播種機(jī)的設(shè)計(jì)

正如十九大報(bào)告所說：實(shí)踐沒有止境，理論創(chuàng)新也沒有止境。應(yīng)不斷認(rèn)識(shí)規(guī)律，不斷推進(jìn)理論創(chuàng)新、實(shí)踐創(chuàng)新?；A(chǔ)量概念不僅僅是一個(gè)管理小工具，其包涵內(nèi)部價(jià)格市場(chǎng)化改革方向，對(duì)堅(jiān)持市場(chǎng)導(dǎo)向，催生公司產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整動(dòng)力，理順產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)責(zé)任關(guān)系，確保各板塊效益與集團(tuán)公司效益一致，不斷實(shí)現(xiàn)集團(tuán)公司的大效益，意義重大。

2.1 緊湊型沖穴播種一體式穴盤育苗播種機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

其次，國內(nèi)穴盤育苗播種機(jī)發(fā)展起步較晚，但隨著近年來的快速發(fā)展，逐漸縮小了與國外之間的差距，目前穴盤育苗播種機(jī)基本可分為針式播種機(jī)、滾筒式播種機(jī)、盤式（平板式）播種機(jī)，其中針式播種機(jī)、滾筒式播種機(jī)在國內(nèi)應(yīng)用較多[6]。但是不論是哪一種類型的播種機(jī)都存在一些問題和不足：

本設(shè)計(jì)基于氣力式針穴育苗播種原理進(jìn)行了緊湊型沖穴播種一體式穴盤育苗播種機(jī)設(shè)計(jì)方案的制定，旨在減少播種機(jī)的工序，實(shí)現(xiàn)沖穴播種一步到位，精準(zhǔn)高效，結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，鴨嘴型自動(dòng)播種頭機(jī)構(gòu)的鴨嘴植入穴盤的深度可調(diào)，滿足不同型號(hào)穴盤和不同種子的種植深度需求，符合廣大小型種植戶的購買要求。整機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1。

3、鴨嘴型播種頭機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，由引流管（11）、導(dǎo)向管（12）、 彈簧（13）、轉(zhuǎn)軸（14） 和鴨嘴（15）組成。鴨嘴15為兩瓣，上部設(shè)有孔通過轉(zhuǎn)軸12連接于9號(hào)引流管左右兩側(cè)各一瓣，且可繞轉(zhuǎn)軸14轉(zhuǎn)動(dòng)；彈簧13連接于12號(hào)導(dǎo)向管和15號(hào)鴨嘴之間；鴨嘴自由狀態(tài)時(shí)在重力作用下兩片鴨嘴閉合。當(dāng)11號(hào)引流管向下運(yùn)動(dòng)沖穴到位時(shí)恰好彈簧被拉伸帶動(dòng)鴨嘴打開種子落下，一步實(shí)現(xiàn)沖穴播種，沖穴完成后鴨嘴型播種頭機(jī)構(gòu)的11號(hào)引流管上行彈簧力消失，鴨嘴變?yōu)樽杂蔂顟B(tài)自動(dòng)關(guān)閉。

2、穴盤育苗播種機(jī)的工作原理：將預(yù)裝培育土壤的穴盤放置到輸送帶，輸送到鴨嘴型播種頭機(jī)構(gòu)的正下方時(shí)，五個(gè)鴨嘴型播種頭機(jī)構(gòu)和吸盤吸種機(jī)構(gòu)一步完成五個(gè)穴盤的沖穴和播種，然后輸送帶帶動(dòng)穴盤移動(dòng)一個(gè)位置，進(jìn)行第二行的操作，剩余穴盤依次進(jìn)行。氣缸2與吸盤及其附件配合使用，從上料盤吸取種子放置到鴨嘴型播種頭中，待鴨嘴型播種頭中將種子植入穴盤中。氣缸1與鴨嘴型播種頭及其附件配合使用，將種子植入穴盤目標(biāo)小穴中，上料盤底部通入壓縮空氣，氣流可調(diào)，防止種子被吹飛，通氣的目的在于讓種子振動(dòng)松散，方便吸盤吸取，不漏吸。種倉底部安裝一振動(dòng)電機(jī)，此組合相當(dāng)于震盤上料機(jī)，持續(xù)少量將種子輸送到上料盤。

種植規(guī)模大小不一，生產(chǎn)規(guī)模不均等。中國幅員遼闊，各地地形不一，各地蔬菜種植規(guī)模也不一致，比如西部省份一些蔬菜育苗企業(yè)尤其是個(gè)體種植戶生產(chǎn)規(guī)模相對(duì)較小，沒有達(dá)到引進(jìn)大型育苗播種機(jī)的規(guī)模，也沒有購買能力，小規(guī)模個(gè)體戶育苗播種生產(chǎn)更多地還是以人工為主。

鴨嘴型播種頭動(dòng)作原理為：11號(hào)引流管通過氣缸1上下運(yùn)動(dòng)，完成點(diǎn)播動(dòng)作；12號(hào)導(dǎo)向管固定于機(jī)架上，與輸送機(jī)連接處做成高低可調(diào)型，滿足不同尺寸穴盤的使用；鴨嘴上部連接于11號(hào)引流管上，用轉(zhuǎn)軸連接，鴨嘴可繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)；轉(zhuǎn)軸14安裝于11號(hào)引流管的外壁前后各一根；13號(hào)彈簧一端安裝于12號(hào)導(dǎo)向管上，一端安裝于15號(hào)鴨嘴上，當(dāng)11號(hào)引流管向下運(yùn)動(dòng)時(shí)彈簧拉開鴨嘴，實(shí)現(xiàn)播種，保證種子植入穴盤，當(dāng)11號(hào)引流管向上運(yùn)動(dòng)時(shí)鴨嘴通過自身重力閉合。

通過觀察創(chuàng)造性地使用幾何中的全等證明法，顯然是對(duì)解析幾何的一種新思路的嘗試，這道看是無從下手的解析幾何題就被轉(zhuǎn)化成了一道其貌不揚(yáng)的初中平面幾何題。

4、吸盤吸種機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成：主要由氣缸2與吸盤及其附件組成，氣缸2與吸盤及其附件配合使用，從上料盤吸取種子放置到鴨嘴型播種頭中， 待鴨嘴型播種頭中將種子植入穴盤中。

整機(jī)可一次將目標(biāo)種子植入穴盤，無需傳統(tǒng)穴盤育苗播種機(jī)設(shè)置獨(dú)立沖頭先點(diǎn)窩，一步實(shí)現(xiàn)沖穴和播種兩個(gè)工序，結(jié)構(gòu)緊湊，工序簡單，成本低廉，非常適宜小型種植戶的機(jī)械化育苗播種需求。

2.2 緊湊型沖穴播種一體式穴盤育苗播種機(jī)的主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)：

該機(jī)研制成功后，使小型種植戶的育苗播種機(jī)械化成為可能，對(duì)于我國穴盤育苗播種的全面機(jī)械化的普及具有巨大的推動(dòng)作用。該機(jī)一次可完成5個(gè)穴盤的播種，2秒完成一次播種，按照每分鐘播種150株計(jì)算，每小時(shí)可完成9000株的播種，與人工育苗相比，是大顆粒種子的5倍，小顆粒種子的10倍以上，種子越小人工越慢，該機(jī)1人操作即可，工作效率是人工的5倍以上，以人工費(fèi)每天200元計(jì)算5人每天計(jì)1000元，按照量產(chǎn)后每臺(tái)1.5萬元售出，15天左右就可收回成果，經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。而且育苗播種周期的縮短可以保障出苗的時(shí)間一致性，出苗的均勻性和出苗率均好于人工育苗，該機(jī)將有效助力育苗產(chǎn)業(yè)的全面機(jī)械化的發(fā)展進(jìn)程，解放勞動(dòng)力，具有非常好的市場(chǎng)前景和推廣價(jià)值。

3 結(jié)語

本設(shè)計(jì)巧妙的把鴨嘴型播種頭機(jī)構(gòu)和吸盤吸種機(jī)構(gòu)完美配合實(shí)現(xiàn)沖穴播種一步到位，利用鴨嘴型播種頭機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)沖穴的完成時(shí)巧妙打開鴨嘴種子落入穴中，沖穴播種兩個(gè)動(dòng)作一步完成，巧妙地避免了沖穴和播種兩步完成、兩次定位等工序繁瑣結(jié)構(gòu)復(fù)雜的情況，可以保障種子的植入位置和深度準(zhǔn)確可靠，有效防止了播種位置偏差的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確快速的穴盤育苗播種的機(jī)械化操作，降低了育苗播種人力的投入，提高了出苗率和一致性，改善了因出苗時(shí)間不齊造成的蔬菜漲勢(shì)不一致的情況，有效提高蔬菜的產(chǎn)量和質(zhì)量。