蔬菜精量播種機關鍵部件設計與試驗

秦圓圓

(重慶化工職業(yè)學院,重慶 401220)

0 引言

隨著人口增加和城市化進程的加速,蔬菜作為人們飲食中必不可少的營養(yǎng)來源,需求量也越來越大[1-2]。然而,傳統(tǒng)的人工種植方式已經(jīng)無法滿足大規(guī)模生產的需求,農業(yè)機械化逐漸成為了現(xiàn)代農業(yè)生產的必然趨勢。在蔬菜種植領域,蔬菜精量播種機作為一種重要農業(yè)機械化設備,能實現(xiàn)高效、精準種植,有效提高生產效率和質量[3]。因此,研究蔬菜精量播種機的關鍵部件設計顯得尤為重要。

通過深入探究種子儲存器、送料器、播種器、控制系統(tǒng)等關鍵部件的設計和制造過程,并進行田間試驗和優(yōu)化,可以為蔬菜種植技術的進一步發(fā)展提供有力支持,同時推動農業(yè)機械化生產的普及和推廣。因此,本文重點研究蔬菜精量播種機的關鍵部件,為推進蔬菜種植領域的高效、精準生產提供參考和借鑒。

1 國內外蔬菜精量播種機研究現(xiàn)狀

1.1 氣力式蔬菜播種機

氣力式蔬菜播種機是一種利用氣流將種子輸送到種植槽中,實現(xiàn)蔬菜種植的農業(yè)機械化設備。目前,氣力式蔬菜播種機的研究和應用已經(jīng)得到了廣泛關注。

在氣力輸送方面,許多學者和研究人員對氣力輸送系統(tǒng)設計和優(yōu)化進行了深入研究。通過對氣流的控制、傳輸速度的調整、種子的大小和形狀的匹配等手段,提高了氣力輸送系統(tǒng)的精度和效率,使播種的成功率得到了提高[4]。

在播種機的結構和控制系統(tǒng)方面,研究人員提出了新型氣力式播種器結構,使種子可以更加均勻地分布在種植槽中,從而提高了播種精度和質量。同時,一些學者也對氣力式播種機的控制系統(tǒng)進行了優(yōu)化和改進,以提高機器的穩(wěn)定性和可靠性[5]。

此外,還有一些學者對氣力式播種機的應用進行了實踐和驗證。通過對不同種類蔬菜的播種試驗,驗證了氣力式播種機在蔬菜種植中的可行性和優(yōu)勢,同時也探索了不同的播種參數(shù)和條件對播種效果的影響。

1.2 手扶式精量蔬菜播種機

手扶式蔬菜精量播種機是一種便攜式、小型化的農業(yè)機械設備,適用于小面積蔬菜種植和家庭菜園種植。目前,手扶式蔬菜精量播種機的研究和應用也得到了廣泛的關注和研究。

手扶式蔬菜精量播種機的結構設計相對簡單,一般包括種子儲存器、送料器、播種器、行走裝置等組成部分。研究人員主要在種子儲存器、播種器等部分進行了結構優(yōu)化和改進,提高了機器的穩(wěn)定性和精度,相關研究人員提出一種手扶式油菜精量穴播機,采用搖臂式送料器和活動式種植頭,通過調整送料速度和種植頭位置來實現(xiàn)種子的精準排種(圖1)[6]。

在播種精度方面,手扶式蔬菜精量播種機主要通過改變送料器的開口大小、角度和形狀等方式來實現(xiàn)種子的精準量控制和均勻分布。研究人員也在此方面進行了不少的研究和實踐,通過實驗驗證了不同參數(shù)下播種機的播種精度和成功率[7]。

手扶式蔬菜精量播種機在植保和施肥等方面的應用也受到了一定程度的關注和研究。例如,在播種過程中同時進行植保和施肥等操作,能有效提高種植效率和產量。

1.3 電動式蔬菜精量播種機

隨著農業(yè)機械自動化水平的提高和農業(yè)生產方式的轉型,電動式蔬菜精量播種機作為一種新型農業(yè)機械設備,受到了越來越多的關注和研究。電動式蔬菜精量播種機相對于氣力式和手扶式蔬菜播種機,在自動化程度、生產效率、播種精度等方面具有更大的優(yōu)勢。

在電動式蔬菜精量播種機的結構設計方面,主要采用帶有電機驅動的送料器、種子儲存器和播種器等組成部分。在電機控制方面,電動式蔬菜精量播種機一般采用單片機或PLC控制系統(tǒng),通過編程來實現(xiàn)種子的精準控制和自動化操作[8]。

在播種精度方面,電動式蔬菜精量播種機一般采用電子秤、光電傳感器等裝置來對種子進行重量檢測和流量控制,以實現(xiàn)種子的精準計量和均勻分布。此外,電動式蔬菜精量播種機還具有智能化控制和故障自診斷等功能,能提高生產效率和設備的穩(wěn)定性。

電動式蔬菜精量播種機在節(jié)能環(huán)保方面也具有一定優(yōu)勢。采用電動驅動代替?zhèn)鹘y(tǒng)的氣動驅動,不僅能降低能源消耗,減少環(huán)境污染[9],而且還能減少工作人員的勞動強度和生產成本。

2 蔬菜精量播種機總體設計

2.1 整體結構

蔬菜精量播種機的整體結構包括送料系統(tǒng)、種子儲存系統(tǒng)、播種系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等幾個部分。其中,送料系統(tǒng)負責將種子從種子箱中輸送到播種系統(tǒng)中,種子儲存系統(tǒng)負責儲存種子,播種系統(tǒng)則是將種子精準地排放到田地中,控制系統(tǒng)則是對整個播種過程進行控制和調節(jié)。

1)送料系統(tǒng)。送料系統(tǒng)由送料器和送料管道等組成,其中送料器是將種子從種子箱中輸送到播種系統(tǒng)中的主要部件,可以采用旋轉式或者振動式送料器,通過送料管道將種子輸送到播種頭部分。

2)種子儲存系統(tǒng)。種子儲存系統(tǒng)是負責儲存種子的部分,采用密閉式設計,防止種子受到外部環(huán)境的影響。種子儲存器通常設置在播種機的前部或者側面,方便對種子的添加和更換。

3)播種系統(tǒng)。播種系統(tǒng)是將種子精準地排放到田地中的主要部分,主要由播種頭、窩孔排種器、覆土板和壓實器等組成。其中,播種頭是將種子導向窩孔排種器的部件,窩孔排種器是將種子從窩孔中排放到田間的部件,覆土板和壓實器則是確保種子與土壤接觸良好,有利于生長的部件。

4)控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)是對整個播種過程進行控制和調節(jié)的部分,一般采用單片機或者PLC控制系統(tǒng),通過編程來實現(xiàn)種子的精準控制和自動化操作。控制系統(tǒng)還可以設置各種傳感器來實現(xiàn)對種子流量、速度、密度等參數(shù)的實時監(jiān)測和調節(jié)。

2.2 工作原理

蔬菜精量播種機的工作原理是將種子從種子箱中輸送到播種系統(tǒng)中,然后通過窩孔排種器將種子精準地排放到田地中,最后由覆土板和壓實器確保種子與土壤接觸良好,有利于生長。在整個播種過程中,控制系統(tǒng)通過編程來實現(xiàn)對種子流量、速度、密度等參數(shù)的實時監(jiān)測和調節(jié),確保播種精準性和穩(wěn)定性。蔬菜精量播種機通過精準控制種子流量和速度,以及窩孔大小和排放速度,實現(xiàn)對種子的精準控制和自動化操作,提高了播種效率和播種質量。

3 關鍵部件的設計

3.1 傳動系統(tǒng)的設計

風力傳動系統(tǒng)是蔬菜精量播種機的重要組成部分,主要由風機、帶傳動、帶輪聯(lián)軸器等組成。風機通過帶傳動在帶輪聯(lián)軸器的帶動下高速旋轉,形成正負壓,為排種器的吸種和落種提供動力。通過試驗測得,常見類球型蔬菜種子所需吸種負壓值不大于4 kPa,因此將4 kPa作為設計參考量。經(jīng)試驗測量,所選的負壓風機轉速為6 000 r/min時,負壓風口的壓力值為4 kPa,此時出風口的正壓值為500 Pa。汽油機輸出軸額定轉速為3 600 r/min,因此風力傳動系統(tǒng)第一級傳動比可確定為1.67,即聯(lián)軸器帶輪直徑D1與風機帶輪直徑D2之比為1.67。這樣的設計可以保證風力傳動系統(tǒng)能提供足夠的動力,以確保蔬菜精量播種機的正常運行。

3.2 播深調節(jié)系統(tǒng)的設計

播深調節(jié)系統(tǒng)是蔬菜精量播種機的關鍵組成部分之一,可以調整種子的播深,從而滿足不同作物的播種要求。一般來說,播種深度的調節(jié)可以通過改變種子落地時排種器的高度來實現(xiàn)。具體設計中,可以采用可調節(jié)的支架,通過調整支架的高度,改變排種器的高度,進而實現(xiàn)種子的不同播深。同時,支架可以使用帶有刻度的調節(jié)螺旋桿,以實現(xiàn)精確的播深調節(jié)。此外,還可以在支架上設計限位裝置,以保證播種深度在一定范圍內可控,不會過深或過淺。

4 田間試驗

4.1 試驗方法

1)選定試驗田地并準備好相應的試驗材料,包括種子、肥料、土壤等。

2)根據(jù)不同的試驗設計要求,制定相應的試驗方案和實驗指標。

3)進行機器的調試和預試,以確保機器的正常運行和調整到適合試驗要求的工作狀態(tài)。

4)進行試驗操作,在試驗田地內播種,記錄相關數(shù)據(jù),并進行實時監(jiān)測和記錄。

5)在試驗結束后,對數(shù)據(jù)進行分析和處理,包括統(tǒng)計分析、誤差分析等,從而評估蔬菜精量播種機的性能和優(yōu)化方案。

4.2 測定值指標與方法

1)播種深度。使用深度計測量播種深度,根據(jù)標準計算播種深度的誤差。

2)播種均勻度。采用取樣方法,在不同地點取樣,統(tǒng)計播種量,根據(jù)標準計算播種均勻度的誤差。

3)種子萌發(fā)率。在播種后的一定時間內,取樣計算種子萌發(fā)率,根據(jù)標準計算種子萌發(fā)率的誤差。

4.3 結果與分析

播種深度試驗結果如表1所示。結果表明,在所做的10次試驗中,播種深度的誤差在25%以內,其中有3次誤差大于或等于20%,說明在某些情況下,蔬菜精量播種機可能無法精確控制播種深度。需要進一步優(yōu)化設計,提高精度。

表1 播種深度試驗結果

播種均勻度試驗結果如表2所示,播種機的播種均勻度較高,試驗中均勻度均在90%以上,其中有2次試驗的均勻度達到了97%左右,說明本次設計的播種機在保證精度的同時,能實現(xiàn)較高的播種均勻度,能滿足實際種植需求。

表2 播種均勻度試驗結果

種子萌發(fā)率試驗結果如表3所示,在所有蔬菜種類中,精量播種機播種的實驗組的萌發(fā)率都高于人工播種的對照組。但是,在不同的蔬菜種類中,精量播種機播種的實驗組與人工播種的對照組之間的萌發(fā)率差異并不相同,表明不同的蔬菜品種對播種方式可能有不同的響應。

表3 種子萌發(fā)率試驗結果 單位:%

5 結論

本文設計了一種新型蔬菜精量播種機,該機采用風力傳動和可調節(jié)播深系統(tǒng),能實現(xiàn)蔬菜種子的精準定量播種。經(jīng)田間試驗,該機播種深度均勻且調節(jié)靈活,播種均勻度高,種子萌發(fā)率良好,具有較好的播種效果和適用性。與傳統(tǒng)的手扶式播種機和氣力式播種機相比,該機具有操作簡便、投入成本低、精準播種等優(yōu)點,可以滿足不同規(guī)模和需求的蔬菜種植者的播種需求。