摘要:為解決辣椒等小顆粒、不規(guī)整種子機(jī)械化精量排種問題，設(shè)計(jì)了一種氣吹懸浮供種的氣吸滾筒式排種器。為此，闡述了氣吹懸浮供種的氣吸滾筒式排種器的工作原理，確定了各部件主要結(jié)構(gòu)參數(shù)，并對種子吸附過程進(jìn)行了力學(xué)分析。以新疆新選8819辣椒種子為試驗(yàn)對象，通過正交試驗(yàn)方法對影響排種器性能因素進(jìn)行分析，得出影響排種器性能因素的主次順序?yàn)闅馐覊毫Α�滾筒轉(zhuǎn)速、吸種角度。當(dāng)吸種角度為20°、種箱氣室正壓值為2kPa、滾筒轉(zhuǎn)速為12r/min時，可獲得單粒率為91.5%、多粒率為5.4%、漏播率為3.2%。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，樣機(jī)滿足辣椒育苗精量播種的種植要求。

　　關(guān)鍵詞:排種器,精量播種,氣吸滾筒式,氣吹懸浮供種

　　辣椒是新疆的特色經(jīng)濟(jì)作物，市場前景好，近幾年種植面積不斷增加[1]。穴盤育苗過程是移栽種植模式的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，穴盤育苗排種器是育苗過程的關(guān)鍵部件，但辣椒種子存在外形不規(guī)整、流動性差、尺寸小及分離效果不佳等問題[1]。

　　新疆育苗播種主要靠人工點(diǎn)播，勞動強(qiáng)度大，效率低，成本高，目前還沒有滿足“一穴一粒”辣椒穴盤育苗精量排種器。因此，迫切需要設(shè)計(jì)一種實(shí)現(xiàn)“一穴一粒”精量播種要求的排種器。目前，氣力式排種器因具有種子適應(yīng)性強(qiáng)、生產(chǎn)效率高、不易傷種等優(yōu)點(diǎn)，在農(nóng)作物精量播種中廣泛應(yīng)用[2]。國內(nèi)，李耀明、陳進(jìn)等[3]以油菜、水稻等作物種子為研究對象，確定了振動氣吸式排種器的核心部件結(jié)構(gòu)和工作參數(shù)，研究分析了振動種盤內(nèi)種子的運(yùn)動機(jī)理，以及吸孔形狀、孔徑、導(dǎo)程對吸種效果的影響。

　　王朝暉、袁月明、馬旭等[4]以超級稻為播種對象，通過三維建模與仿真、高速攝像觀察等方法對氣吸滾筒式排種器氣室流場、投種過程及種層振動規(guī)律等排種性能影響規(guī)律進(jìn)行了研究。上述氣力式排種器大都采用振動供種，不能滿足小顆粒、不規(guī)整的番茄(非丸粒化種子)種子“一穴一粒”的育苗播種要求。

　　由于辣椒種子破損將影響出苗率，且種子尺寸小、外形不規(guī)整、流動性差，種植要求又屬于精量播種，針對現(xiàn)有氣吸滾筒式排種器存在的取種難、吸種孔容易堵塞、投種精度差等主要技術(shù)問題，提出了由負(fù)壓取種、正壓氣吹供種和投種的新方案，并設(shè)計(jì)了一種適合辣椒育苗播種的氣吹懸浮供種的氣吸滾筒式排種器。同時，以種箱氣室正壓力、滾筒轉(zhuǎn)速、吸種角度為影響因素，對排種器排種性能進(jìn)行試驗(yàn)分析，尋找上述因素最優(yōu)參參數(shù)組合，為辣椒等小粒種子育苗排種器的設(shè)計(jì)提供參考。

　　1排種器的結(jié)構(gòu)與工作原理

　　氣吹懸浮供種的氣吸滾筒式精量排種器由氣吹式種箱、排種滾筒、正負(fù)壓空心軸、旋渦氣泵、正壓供氣管、負(fù)壓供氣管及傳動鏈輪等組成。滾筒內(nèi)部有空心軸和絕壓分隔裝置，絕壓分隔裝置將滾筒內(nèi)部空間分成正壓區(qū)域和負(fù)壓區(qū)域。

　　排種器工作時，電機(jī)通過變頻器調(diào)節(jié)帶動滾筒順時針轉(zhuǎn)動;旋渦氣泵的正壓供氣管與滾筒正壓空心軸和種箱氣室鏈接，負(fù)壓供氣管與滾筒負(fù)壓空心軸連接;正壓供氣管往絕壓分隔裝置和種箱氣室中輸入正壓氣體，種箱供種板兩疏種墻之間開有小于種子的吹孔，供種板上的種子在正壓氣流吹動作用下懸浮跳動至滾筒附近;滾筒表面上開有錐形通孔，負(fù)壓供氣管通過負(fù)壓空心軸往滾筒內(nèi)部通入負(fù)壓氣體。

　　正壓供氣管通過正壓空心軸往絕壓分隔裝置內(nèi)部通入正壓氣體，當(dāng)滾筒轉(zhuǎn)動到種箱出料口附近時，滾筒吸孔附近的種子在滾筒負(fù)壓腔內(nèi)部負(fù)壓的吸力作用下吸附在滾筒吸孔上，并隨著滾筒一起轉(zhuǎn)動;當(dāng)轉(zhuǎn)動經(jīng)過種箱上方的毛刷時，將吸孔附近不穩(wěn)定的種子以清理種箱;當(dāng)吸孔轉(zhuǎn)動到絕壓分隔裝置下方時，種子失去滾筒內(nèi)部負(fù)壓吸附力的作用，種子在自身重力和絕壓分隔裝置內(nèi)部正壓氣流的作用下掉落，完成整個投種過程。

　　2排種器關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)

　　2.1滾筒正負(fù)壓腔的設(shè)計(jì)

　　正負(fù)壓腔是排種滾筒實(shí)現(xiàn)精量取種和精準(zhǔn)投種的關(guān)鍵部件[5]，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)直接影響滾筒吸種性能和投種精度。此內(nèi)腔是兩段空心軸，通過掛件與絕壓分隔裝置焊接成為一體結(jié)構(gòu)。掛件與絕壓分隔裝置和空心軸垂直連接，且兩段空心軸的中心線和絕壓分隔裝置的橫向中心線在同一平面內(nèi)。連接正壓氣體空心軸的滾筒內(nèi)端密封并開有連接快速接頭的小孔，絕壓分隔裝置上部中心位置開有連接快速接頭小孔，通過快速接頭和塑料管往絕壓分隔裝置中輸送正壓氣體，絕壓分隔裝置下部連接橡膠條與滾筒內(nèi)表面密封鏈接。此設(shè)計(jì)使得滾筒內(nèi)部負(fù)壓流場更加均勻，并保證了滾筒運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性。

　　目前，國內(nèi)外氣吸滾筒式排種器的滾筒直徑多為140～260mm[6]，經(jīng)過前期的試驗(yàn)研究確定滾筒直徑為180mm。在此內(nèi)腔結(jié)構(gòu)下采用CFD模擬滾筒內(nèi)部流場情況，模擬過程采用k-ε模型，設(shè)定邊界為恒壓力條件，選取滾筒上吸孔為壓力進(jìn)口，負(fù)壓空心軸截面為壓力出口，壁面采用無滑移壁面條件(ui=0)。

　　2.2吸種孔的設(shè)計(jì)

　　2.2.1辣椒種子幾何特性

　　選取新疆種植最為廣泛的辣椒品種新選8819線辣椒種子為研究對象[7]，應(yīng)用精度為0.01mm的SF-2000型電子顯示游標(biāo)卡尺，對在辣椒種子樣品中隨意抽取的100粒種子進(jìn)行三軸方向的大小測量。

　　2.2.2滾筒吸孔與吸孔位置的設(shè)計(jì)

　　吸種孔直徑大小對排種器充種性能影響較大[8]。參考吸種孔d經(jīng)驗(yàn)公式，即d=(0.6～0.7)B(1)其中，d為吸孔直徑;B為種子平均短徑。由上述可知:辣椒種子的平均短徑為3.08mm，從式(1)中可以得出吸孔直徑的數(shù)值范圍為1.85～2.16mm。所以，本吸孔直徑設(shè)計(jì)為2.0mm。

　　由于本設(shè)計(jì)為穴盤育苗排種器，目前最常使用的穴盤為PS材料的128孔16×8標(biāo)準(zhǔn)穴盤，其穴盤尺寸為532mm×278mm×44mm，穴盤兩錐孔中心距為32mm。由于滾筒長度、軸向吸孔數(shù)、周向吸孔排數(shù)會影響排種器性能和穩(wěn)定性，綜合考慮，滾筒長度設(shè)計(jì)為310mm，軸向吸孔的數(shù)量為8個，滾筒周向排數(shù)設(shè)計(jì)16排。

　　2.3種箱的設(shè)計(jì)

　　種箱由供種箱和種箱氣室組成，種箱的出料口上部設(shè)有與滾筒表面弧形相對應(yīng)的弧凹槽，弧凹槽套在滾筒的圓周上，與滾筒通過種箱支架成一定角度安裝在機(jī)架上。考慮到與滾筒設(shè)計(jì)相對應(yīng)，滾筒長310mm，滾筒兩側(cè)吸種孔中心距離為224mm，所以種箱寬度設(shè)計(jì)為280mm。供種板出料口處設(shè)計(jì)有疏種墻，疏種墻之間的供種板上開有整齊排列的吹孔，其直徑為2.0mm。

　　種箱設(shè)計(jì)有8個出料口，每個出料口之間的中心距為32mm，與滾筒吸孔之間的中心距相同。工作時，種箱氣室通入正壓氣體，在供種板吹孔氣流的作用下使種子懸浮出料口附近。滾筒吸孔轉(zhuǎn)動至種箱出料口處，滾筒吸孔在壓差作用下將種子吸附在滾筒吸孔中，實(shí)現(xiàn)吸種過程。

　　3結(jié)論

　　1)設(shè)計(jì)了一種氣吹懸浮供種的氣吸式排種器，確定了氣吹供種和滾筒排種的工作原理、主要結(jié)構(gòu)與性能參數(shù)。

　　2)采用三因素四水平正交試驗(yàn)得出最佳參數(shù)范圍如下:在吸種角度為20°，種箱氣室正壓值為2kPa、滾筒轉(zhuǎn)速為12r/min時，可獲得單粒率91.5%、多粒率5.4%、漏播率3.2%的結(jié)果。分析表明:影響排種器性能因素的主次順序?yàn)榉N箱氣室正壓力、滾筒轉(zhuǎn)速、吸種角度。

　　參考文獻(xiàn):

　　[1]緱海嘯.基于氣吹供種的盤吸式辣椒排種器排種機(jī)理研究[D].石河子:石河子大學(xué)，2014.

　　[2]楊文偉.氣吹供種的滾筒式番茄育苗播種器的研究[D].石河子:石河子大學(xué)，2014.

　　[3]陳進(jìn)，李耀明.氣吸振動式播種試驗(yàn)臺內(nèi)種子運(yùn)動規(guī)律的研究[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2002，33(1):47-50.

　　[4]王朝輝，袁月明，董潤堅(jiān)，等.超級稻育秧精密播種器內(nèi)部流場的數(shù)值模擬[J].吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)2009，31(6):78-784.

　　[5]賴慶輝，高筱鈞，張智泓.三七氣吸滾筒式排種器充種性能模擬與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2016(5):27-37.

　　[6]高筱鈞，周金華，賴慶輝.中草藥三七氣吸滾筒式精密排種器的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2016，32(2):20-28.

　　[8]馬亞鵬，高捷，胡斌，等.氣吹供種的滾筒式排種器的設(shè)計(jì)研究[J].農(nóng)機(jī)化研究，2016，38(4):80-83，89.

　　[9]張靜，李志偉，劉皞春，等.氣力滾筒式排種器種子吸附邊界模型及驗(yàn)證[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2016(23):12-20.

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