5BP-30智能型批次式種子包衣機研發

◎ 賈 煜，李召峰，李文革，馬云霞，王震民

（鄭州中糧科研設計院有限公司，河南 鄭州 450001）

種子包衣技術是提高種子質量的重要手段，也是糧食增產的重要途徑之一。據統計，種子經加工處理，出苗齊且苗多而壯，單產一般可提高5%～10%。種子包衣以種子為載體，以包衣設備為手段，將含有農藥、復合肥料、微量元素、生長調節劑等有效成分的種衣劑按一定比例均勻有效地包裹到種子表面，形成一層牢固的藥膜[1]。能有效驅避害蟲對已播種子及幼苗的侵害，同時為幼苗生長提供營養肥料，使其生長旺盛、根系發達。提高種子的科技含量、達到促進農業增產增收的目的。因此，對小麥、水稻、玉米等農作物種子進行包衣處理環節就顯得尤為重要。

歐美等發達國家在種子包衣等加工技術裝備研究方面已有近百年歷史，目前在種子包衣技術方面相對成熟，包衣裝備性能優勢明顯，自動化程度較高，正向更精細的檢測控制流程和更友好的用戶體驗方向發展[2-3]，能很好地滿足種子加工業發展需要。我國在種子包衣裝備方面的研究與應用起步較晚，在不斷引進、吸收、消化發達國家種子包衣設備先進技術和生產經驗的基礎上，發展速度快且已具有一定規模。我國現階段研制和使用的種子包衣機代表機型包括：①由上海交通大學智能機電系統控制研究所研制和生產的BY2150A型種子包衣機，通過超細霧化藥劑的方式能夠有效增加種子包衣的均勻程度，避免存在種子包衣不徹底或個別種子未包衣的現象，能夠顯著降低種子的病蟲害發生率，從而提高種子的發芽率和生長質量。②由浙江杭州錢橋機械廠研制的5BYX－3.0型種子包衣機，具有使用簡便的特點，其自動化程度高，通過機械的自動化控制，有效避免了種子包衣過程中產生的物料堵塞、漏包、藥劑沉淀等問題。③農業部南京農業機械化研究所研制了5B－5型種子包衣機。采用了基于PLC的控制系統，有效保證了包衣流程的科學進行。用戶可以根據自身情況對包衣作業的生產率、種子重量和種藥配比等參數進行設定，種子和種衣劑通過葉輪式加料部件和供液比例泵實現定量添加，并使用雙甩盤式機構實現均勻混合包衣，顯著提升了包衣質量。④奧凱種子機械股份有限公司研制的5BY－10P種子包衣機，采用了全封閉式的結構，通過自動化的對種子重量和包衣藥劑量的計算與調整，能夠更好地實現種子藥劑的更均勻混合，且比例更為合理，避免包衣不足或藥劑過量導致的浪費。⑤石家莊三立谷物精選機械有限公司所研制的5BYX－5型種子包衣機利用旋轉進料機構有效實現了種子有連續定量供給，通過流量計和霧化噴頭的配合實現包衣藥劑高精度的噴施添加，種子在運動的過程中能夠充分與藥劑攪拌和混合，其具有良好的包衣效果。雖然我國在種子包衣技術上取得了一定進展，但至今仍存在設備自動化程度不高、產量較低、包衣劑損失大等問題，嚴重制約了種子包衣質量的提高，且難以滿足現代農業生產對種子包衣質量高標準的要求[4-5]。現代大型種子加工企業和外資企業包衣設備幾乎全部采用國外的高端進口產品，不僅設備前期購置費投資巨大，而且配件及維護費用昂貴，國內無法找到替代配件，并且售后服務不及時，設備出現故障后嚴重影響種子加工企業正常生產運行。基于此，研發新型高端包衣機替代進口，打破國外高端產品的壟斷地位，獨立自主掌握核心技術，對于提高我國種子包衣技術水平，促進種子產業持續發展及提高農業現代化具有重要意義。

1 5BP-30智能型批次式包衣機設計參數

5BP-30智能型批次式包衣機是在引進、消化、吸收丹麥NoroGard、德國佩特庫斯等眾多國內外包衣機的基礎上研制出的一種批次式大產量的種子包衣機，該機吸收國外機型的優點并結合國內實際情況進行了優化設計，具有自動程度高、操作簡單、人機界面、破損率低、節省種劑的優點。該技術適合對玉米、水稻、小麥、花生等種子物料進行包衣加工，同時還適合草種丸粒化加工。5BP-30智能型批次式包衣機設計參數見表1。

表1 5BP-30智能型批次式包衣機設計參數表

2 結構及工作原理

2.1 基本結構

5BP-30智能型批次式包衣機主要由藥液供應系統、除塵系統、計量備載倉、混合室、物料甩盤、藥液霧化盤、動力控制裝置及氣動系統等部分組成，如圖1所示。

圖1 批次包衣機結構圖

2.2 工作原理

①物料從頂部管道通過自身重力流入包衣機計量暫存倉，通過傳感器稱量設定重量的物料后，由氣動控制系統控制氣缸a關閉倉上進料閘門，停止來料。同時在進料過程中通過進料除塵裝置近一步除去物料中的粉塵，減少粉塵對藥液的吸收浪費。②待控制系統檢測到排料門氣缸c處于關閉狀態下，計量暫存倉下方的閘門通過氣缸b打開，物料甩盤旋轉，物料流入混合室，在物料甩盤的離心作用下物料開始沿著混合室圓周旋轉。③藥液泵啟動，向混合室內持續注入設定好劑量的種衣劑，種衣劑通過管道流入藥液霧化盤內，在甩盤高速旋轉作用下形成較大的離心力而被高速甩出霧化為液滴，與旋轉的物料充分融合接觸。④在物料和液滴充分混合過程中，在混合室內壁安裝的導流板在電機控制下來回撥動，改變物料在混合室內的流動軌跡，與種衣劑更加充分混合完成包衣過程。⑤包衣完成后，通過氣缸c打開混合室下部的排料門，將包衣完成的物料在物料甩盤離心力作用下快速排出，完成一批次包衣作業。

3 包衣機技術特點

3.1 自動控制系統

①采用帶觸摸屏的工業一體機及PLC控制，保證設備安全可靠，同時通過人機對話界面，根據用戶需求設置不同的物料轉速、藥液盤轉速、物料質量、種衣劑質量、批次包衣時間等主要參數設置。②藥液泵采用軟管蠕動泵，通過變頻電機控制，方便調節不同物料的藥種比。③采用準確的種子和種衣劑的電子稱重系統，PLC變頻控制抽取包衣劑，確保藥種比精度。④混合室排出后，為防止籽粒卡在倉門上，造成大批量的物料破損，特設有一傳感器測量關門的位置，若有籽粒卡住，便報警停機。同時在氣缸行程位置檢測信號確保閥門的正確運動，采用雙保險自動控制系統，確保設備安全運行。

3.2 結構特點

①在物料進入計量暫存倉之前，通過除塵裝置近一步除去物料中的粉塵，減少粉塵對種衣劑的吸收浪費，降低包衣成本。②旋轉的物料甩盤與固定的混合室側壁在制造安裝中要預留一定的間隙，不同的加工工藝及制造精度，間隙的大小存在不同，本文采用特殊的結構設計，使物料甩盤高度略低于混合室底部，并且混合室內徑略小于物料甩盤，此時即便有未完全利用的藥液會沿著混合室內壁流入物料甩盤，再次與物料接觸混合。同時在底部設置高壓風機，形成正壓系統，減少藥液粉塵從物料甩盤與殼體的縫隙處落下，節省種衣劑。③為了適應不同物料和種衣劑，物料甩盤和藥液霧化盤采用單獨控制。針對不同的物料設置不同的轉速，減少物料的破損；同時藥液霧化盤采用變頻控制，根據不同種衣劑采用不同的轉速，從而獲得最佳的霧化效果；并且與物料甩盤旋轉方向相反旋轉，相對加長了物料在混合室內的停留時間，增加藥滴對物料的包敷時間和接觸時間，從而提高包衣質量。④在混合室側壁安裝導料裝置，通過電機控制來回調節導料板的角度，從而改變物料在混合室內旋轉軌跡，使物料在混合室內混合翻轉更加充分，包衣質量近一步提高。

3.3 關鍵技術

①物料盤高速運轉，長期與物料接觸磨損比較嚴重，因此需要在物料盤與種子接觸的表面敷一層耐磨涂層，以減少物料盤磨損及種子破碎。基于此，研究物料盤表面耐磨硬質涂層技術，確定涂層材料、配比以及成型工藝，并研究耐磨硬質涂層與物料盤表面的粘附性能影響因素，以提高物料盤的耐磨性，延長物料盤使用壽命。②目前藥液盤霧化不均勻，霧化的效果直接影響到種子包衣的質量和種衣劑的利用率。因此，需要通過實驗與數值仿真相結合的方法來研究藥液霧化盤結構、旋轉速度、藥劑特性等參數對藥液霧化效果的影響關系，進而找到最佳的藥液霧化盤結構參數以及工作參數。③氣動控制系統要求動作靈活迅速，具有位置檢測連鎖控制，減少閘門誤開或者開關不到位對種子造成的破壞。④設計自適應模糊PID（AF-PID）控制器，并通過MPSO算法對AF-PID控制器中的量化因子和比例因子進行迭代尋優，進而設計并開發出種子包衣機智能控制系統，具備物料盤轉速、藥液盤轉速、物料質量、種衣劑質量、批次包衣時間等參數設置以及物料品種配方參數推薦、數據儲存、批量訂單數據記錄等功能。

4 結論

本文主要介紹了種子包衣機的功能和國內外發展歷程。在引進、消化、吸收眾多國內外先進技術的基礎上研制出一種批次式大產量的種子包衣機，在結構上進行了優化設計，具有包衣效果好、節省藥劑、產量大等優點，能滿足現代農業生產對種子包衣質量高標準的要求，對促進農業增產增收具有重要意義。