緊湊型沖穴播種一體式穴盤育苗播種機(jī)的設(shè)計研究

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)蔬菜集約化育苗會議，但是國內(nèi)年生產(chǎn)量超過1000萬株的規(guī)?；鐖鋈匀缓苌賉2]，截止2018年，我國蔬菜規(guī)?；绻┟缌?000億株，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，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，費時費力，急需一種結(jié)構(gòu)緊湊工序簡單價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)上搜索和實地市場調(diào)研，通過對比國內(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，了解了穴盤育苗播種設(shè)備最新的發(fā)展趨勢，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]。但是同時也存在一些缺點，如體積龐大，價格昂貴，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：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，不適合中國小型個體戶的種植模式。

西漢時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

正如十九大報告所說：實踐沒有止境，理論創(chuàng)新也沒有止境。應(yīng)不斷認(rèn)識規(guī)律，不斷推進(jìn)理論創(chuàng)新、實踐創(chuàng)新?；A(chǔ)量概念不僅僅是一個管理小工具，其包涵內(nèi)部價格市場化改革方向，對堅持市場導(dǎo)向，催生公司產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整動力，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

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)計方案的制定，旨在減少播種機(jī)的工序，實現(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號引流管左右兩側(cè)各一瓣，且可繞轉(zhuǎn)軸14轉(zhuǎn)動；彈簧13連接于12號導(dǎo)向管和15號鴨嘴之間；鴨嘴自由狀態(tài)時在重力作用下兩片鴨嘴閉合。當(dāng)11號引流管向下運動沖穴到位時恰好彈簧被拉伸帶動鴨嘴打開種子落下，一步實現(xiàn)沖穴播種，沖穴完成后鴨嘴型播種頭機(jī)構(gòu)的11號引流管上行彈簧力消失，鴨嘴變?yōu)樽杂蔂顟B(tài)自動關(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，五個鴨嘴型播種頭機(jī)構(gòu)和吸盤吸種機(jī)構(gòu)一步完成五個穴盤的沖穴和播種，然后輸送帶帶動穴盤移動一個位置，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松散，方便吸盤吸取，不漏吸。種倉底部安裝一振動電機(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)尤其是個體種植戶生產(chǎn)規(guī)模相對較小，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。

鴨嘴型播種頭動作原理為：11號引流管通過氣缸1上下運動，完成點播動作；12號導(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號引流管上，用轉(zhuǎn)軸連接，鴨嘴可繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動；轉(zhuǎn)軸14安裝于11號引流管的外壁前后各一根；13號彈簧一端安裝于12號導(dǎo)向管上，一端安裝于15號鴨嘴上，當(dāng)11號引流管向下運動時彈簧拉開鴨嘴，實現(xiàn)播種，保證種子植入穴盤，當(dāng)11號引流管向上運動時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)置獨立沖頭先點窩，一步實現(xiàn)沖穴和播種兩個工序，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作用。該機(jī)一次可完成5個穴盤的播種，2秒完成一次播種，按照每分鐘播種150株計算，每小時可完成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，以人工費每天200元計算5人每天計1000元，按照量產(chǎn)后每臺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，解放勞動力，具有非常好的市場前景和推廣價值。

3 結(jié)語

本設(shè)計巧妙的把鴨嘴型播種頭機(jī)構(gòu)和吸盤吸種機(jī)構(gòu)完美配合實現(xiàn)沖穴播種一步到位，利用鴨嘴型播種頭機(jī)構(gòu)實現(xiàn)沖穴的完成時巧妙打開鴨嘴種子落入穴中，沖穴播種兩個動作一步完成，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，改善了因出苗時間不齊造成的蔬菜漲勢不一致的情況，有效提高蔬菜的產(chǎn)量和質(zhì)量。