一種多功能煙草裝盤播種機的設計

楚宜民　張燕平

摘要：闡述了一種多功能煙草裝盤播種機的工作原理和結構。根據煙草漂浮育苗盤播種農藝要求，分析研究了煙草苗盤播種的一般規律及包衣種子的結構特征，找出了影響苗盤基質裝盤、播種的若干因素，確定了播種機的裝基、播種及控制原理。根據工作原理確定了主要工作部件的結構形狀和技術參數，設計出了播種機的主要部件——機架、苗盤驅動裝置、氣吸式播種器、基質填充裝置和壓穴裝置等。通過樣機的試制和生產性試驗，該機與同類其他播種機相比具有良好的工作性能、優良的播種效果，同時具有結構緊湊、使用操作方便的優點。

關鍵詞：煙草；播種；氣吸式播種器；基質填充；壓穴

中圖分類號： S223.2 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2016）07-0422-03

煙草種植是先在大棚中育苗然后移栽到大田中，育苗質量直接影響著煙苗移栽后的生長、煙草收獲的質量和產量。目前培育煙草壯苗的方法是工廠化大棚漂浮育苗，漂浮育苗能有效控制煙苗生長，促進煙苗根系發育，提高根冠比，生成壯苗[2-3]。而漂浮育苗的第一道工序就是往漂浮育苗盤中播種，因此，研究高效率的程控播種機對實現煙草育苗機械化具有重要意義。由于煙草種子的特殊性，煙草播種技術還相對落后，大部分地區煙草播種靠人工作業或半機械化作業，即手工向苗盤中填充基質，手工壓穴，然后再用手或半機械化的播種滾筒或推板向苗盤穴坑中播種。這種播種方式不僅勞動強度大、效率低，而且播種不均勻、空穴率高、種子破碎率高、不能保證一穴一種。其中播種不均又會給后期煙種發芽后長出1～2張葉后的間苗帶來很大的工作量。顯然，這種播種方式與推行的煙草種植機械化顯得極不和諧。為了滿足煙葉生產的規?；?、集約化、標準化的要求，及早實現煙葉生產機械化，以達到有效地降低廣大煙農的勞動強度、提高勞動效率、提升煙葉培育質量、降低煙葉生產成本的目的，在吸收國內外漂浮育苗播種機優點的基礎上，結合我國煙草漂浮育苗的農藝要求以及漂浮育苗盤的結構特點、煙草包衣種子顆粒尺寸離散程度，研究設計出了一種多功能煙草程控播種機。該機可一次完成基質填充、苗盤壓穴、精量播種、噴水裂解、二次覆蓋基質等農藝過程，成功解決了傳統手工播種的難題。該機采用微電腦控制，播種精確，填充基質量可調，同時又結構緊湊、體積小、便于移動、操作簡單、生產效率高。

1 基本結構及工作原理

1.1 基本結構

多功能煙草程控播種機的主要工作部件包括組合式機架、帶式苗盤輸送系統、由主減速電機構成的動力系統、四滾筒式裝基裝置、壓穴裝置、氣吸式播種器、淋水裝置、覆基裝置、控制系統等。圖1為多功能煙草程控播種機結構示意圖。為實現機具加工、裝配、運輸、維修的方便，該機結構采用模塊化設計。苗盤輸送系統安裝在機架上橫梁的下面，由 550 W 帶有減速器的單相異步電動機驅動、裝基裝置3、氣吸式播種器4、淋水裝置5、覆基裝置6分別通過支架安裝在機架上橫梁的上面，動力系統、控制系統安裝在機架的側面，方便操作和調整。為了便于運輸和儲存，出盤架、進盤架與主機架做成分體形式，安裝時通過定位塊和連接銷與機架連為一體。為實現機具在小范圍移動的方便性，機架下部安裝有萬向輪和滾輪。

1.2 工作原理

多功能煙草程控播種機動力源分別由550 W的輸送單相異步電動機、120 W的裝基調速電機以及120 W的播種步進電機組成，其工作原理如圖2。工作時，按下啟動按鈕輸送

電機工作，通過輸送系統帶動苗盤移動，為便于后道工序對苗盤位置的檢測，苗盤與苗盤之間應有20～30 mm的間距，因此輸送系統為速度不同的雙級輸送系統組成。當苗盤移動到裝基裝置的入口處時，此位置的紅外光電傳感器檢測到信號，讓裝基電機工作，驅動四滾筒裝基裝置工作實現2次裝基，緊接著被動壓穴裝置在苗盤的帶動下實現壓穴。隨著苗盤的移動，安裝在播種器前方的紅外光電傳感器檢測苗盤的位置，安裝在播種器側面的槽型光電開關定位盤檢測步進電機起點位置，通過兩傳感器的結合控制步進電機的轉動和苗盤的移動同步，由步進電機帶動氣吸式播種器的滾筒轉動完成精確播種。隨著苗盤的繼續移動，靜壓淋水器對苗盤進行淋水，濕潤包衣種子的包衣層，使包衣層破裂。當苗盤運動到覆基裝置下方時，給種子覆上一薄層細碎的基質來保護種子，為種子發芽提供有利的條件。當苗盤運行到出盤架時，通過另外一套輸送裝置把苗盤運送到苗池中，實現整個裝盤、播種、輸送的自動化、程序化。

該機具主要技術參數如下：外形尺寸為2 740 mm×740 mm×1 230 mm；整機質量為240 kg；電壓為220 V；傳動電機功率為0.55 kW；步進電機功率為0.12 kW；裝基電機功率為0.12 kW；生產效率為650盤/h。

2 關鍵部件的設計

2.1 氣吸式播種器的設計

氣吸式播種器主要由種子箱1、毛刷輥2、滾筒3、刮種板5、配流板6等組成（圖3）。滾筒3 是氣吸式播種器的關鍵零件，采用薄壁無縫不銹鋼管制造，其上沿軸線方向加工有10排（依據育苗盤空穴的排數）直徑為0.8 mm的通孔，在10排小孔中每2沿處的一排為雙孔組成，排與排之間的距離與所用漂浮苗盤的穴坑間距相等，這樣在播種時保證中間穴坑每穴1粒，邊沿穴坑每穴2粒，為煙苗發芽后的間苗提供足夠的幼苗。配流板6是一個精加工零件，通過軸承及密封件安裝在滾筒的內測，與滾筒內壁不僅要有良好的配合，而且還要有良好的同軸度，從而保證二者相對轉動時既轉動平穩又密封良好，實現可靠的播種。工作時，滾筒內腔形成負壓，當滾筒上的小孔轉到種子箱位置時，包衣種子被吸附在滾筒上，在毛刷輥的作用下，實現每個小孔吸附1粒種子。隨著滾筒的轉動，吸附的種子被帶動到滾筒的正下方時，在分流盤的作用下，小孔由負壓變為常壓，種子在自身重力和刮種板的作用下脫離小孔落入苗盤的坑穴中，完成精確播種。

2.2 裝基裝置的設計

育苗盤坑穴中基質的填充質量在育苗過程中十分重要?；|填充量少，育苗盤坑穴內出現大的空隙，造成育苗過程中水分不能向上供給，使種子不能發芽或者發芽后枯萎；基質填充量過多，育苗盤坑穴被壓得太實，影響育苗過程中煙苗根系的發育。在基質填充過程中，基質本身的質量即基質纖維的長短，將直接影響著基質的填充質量。為了使裝基質裝置能適應各種基質填充的要求，設計了1種基質2次填充裝置，結構如圖4。該裝置主要由基質箱1、攪拌器2、滾筒3、橡膠刮板4、被動壓穴輥5等組成。其結構特點是基質箱通過支架安裝在機架上，保證滾筒離機架有一定距離，以便安裝被動壓穴輥；基質箱內安裝4個滾筒和2個攪拌器，攪拌器可有效疏松箱內基質，避免基質結塊和棚架現象，影響基質的拋撒；四滾筒拋撒裝置由120W的調速電機驅動，可根據基質的撒落程度、基質含水量和粒度的大小通過控制面板的調速旋鈕手動調整滾筒的轉速，控制基質拋撒量。四滾筒裝基裝置的中央位置和出口位置分別安裝有浮動的被動壓穴裝置，實現2次基質拋撒和2次基質壓實。工作時，當苗盤移動到裝基裝置的入口處時，該位置的紅外光電傳感器檢測到信號，讓裝基電機工作驅動四滾筒裝基裝置，實現拋撒滾筒的運轉和育苗盤運行同步，避免基質撒落在機架的下面影響工作。

2.3 機架及苗盤輸送系統的設計

機架是該機具的基礎件，它承載著該機具所有功能模塊，

保持整機結構合理、緊湊，并方便整機運輸和儲存。因此，機架設計成由進盤架、出盤架和主機架組合而成的三段式（圖1），3個部分通過鉸鏈、定位銷連接成一個整體。

苗盤輸送系統以機架為依托，安裝在機架上平面下方，主要由傳力部分、導向部分、壓緊部分組成。傳力部分由2級V帶系統組成，以裝基裝置為界分別安裝，第1級V帶系統帶的線速度比第2級低，目的是在苗盤輸送過程中讓苗盤之間拉開一定距離，便于檢測。導向部分是安裝在機架內側的可調導向板。壓緊部分是可浮動的，主要由壓輥、支座、彈簧等組成，目的是保證苗盤與輸送V帶可靠接觸并產生一定的正壓力，保證苗盤輸送可靠。

3 結果與分析

3.1 空載試運轉

空載運行各運動零件應工作良好，無卡滯和異響現象，苗盤輸送裝置運行良好，且運行過程中能把盤與盤之間拉開 20～30 mm 的間距。苗盤運行到裝基傳感器位置時，裝基電機能自啟動，氣吸式播種輥能與苗盤同步運行且運轉良好，風機工作正常，氣管連接密封良好。

3.2 播種試驗

3.2.1 試驗條件 播種試驗在許昌市西南的襄城縣王洛鎮的許昌煙草公司0.67萬hm2全程機械化煙田示范園區進行。試驗用基質為有機基質，基質纖維最大長度小于10 mm，基質含水率控制在30%左右，所用種子為包衣種子，且包衣種子尺寸控制在1.6～2.5 mm之間。所用漂浮育苗盤為泡沫成型盤，其規格為672 mm×342 mm×52 mm，每盤20行，每行10穴，穴坑上端最大口徑為25 mm×25 mm。

3.2.2 試驗結果 本試驗為該機連續工作1 h產出的500盤中隨機抽樣10盤檢測的結果，試驗結果如表1所示。表1結果表明，空穴率≤5%，破碎率≤2%，二者均符合標準要求。

該機具已通過河南省農業機械產品質量試驗鑒定站的測試，機具各項指標均達到標準規定和要求。

4 結論

本研究提出了滾筒式氣吸播種，通過程序控制，一次完成基質填充、苗盤壓穴、精量播種、噴水裂解、覆蓋基質等農藝過程，實現了播種過程的自動化、精量化，提高了煙草播種的效率，為煙草適時播種贏得了寶貴時間，同時也為煙種出牙后生長到1～2張葉時的間苗減少了工作量。本機設計的裝基裝置為四滾筒拋撒裝置，該裝置由120 W的調速電機驅動，可根據基質的撒落程度、基質含水量和粒度的大小通過調速旋鈕手動調整滾筒的轉速，實現裝基量的可控。四滾筒裝基裝置的中央位置和出口位置分別安裝有浮動的被動壓穴裝置，實現2次基質拋撒和2次基質壓實，從而解決了裝基后苗盤穴中基質量不夠和壓不實的問題。為滿足煙草漂浮育苗工廠化的需要而設計的煙草程控播種機具有結構緊湊、操作方便合理、動力消耗小、性能穩定、裝基壓穴質量高、空穴率低等特點。目前，由于漂浮育苗盤沒有統一標準，各個地區的漂浮育苗盤規格尺寸都不一樣，因此需擴大本機的使用范圍。

水稻育秧氣吸式播種機的試驗研究[3]、氣力板式蔬菜排種器設計與試驗[4]、氣吸式水稻缽盤精量播種裝置的設計與試驗研究[5-8]等文獻所闡述的重點為水稻播種裝置的設計與試驗，而氣吸式煙草程控播種機是把煙草播種農藝要求的基質填充、苗盤壓穴、精量播種、噴淋裂解、二次覆基質等過程通過程序控制的方式融為一體，實現整個過程的自動化，從而滿足煙草漂浮育苗工廠化的需求，達到作業質量好、效率高、功耗少、操作方便的目的，是實現煙草種植機械化的關鍵設備之一。

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