一种多功能烟草装盘播种机的设计

楚宜民　张燕平

摘要：阐述了一种多功能烟草装盘播种机的工作原理和结构。根据烟草漂浮育苗盘播种农艺要求，分析研究了烟草苗盘播种的一般规律及包衣种子的结构特征，找出了影响苗盘基质装盘、播种的若干因素，确定了播种机的装基、播种及控制原理。根据工作原理确定了主要工作部件的结构形状和技术参数，设计出了播种机的主要部件——机架、苗盘驱动装置、气吸式播种器、基质填充装置和压穴装置等。通过样机的试制和生产性试验，该机与同类其他播种机相比具有良好的工作性能、优良的播种效果，同时具有结构紧凑、使用操作方便的优点。

关键词：烟草；播种；气吸式播种器；基质填充；压穴

中图分类号： S223.2 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2016）07-0422-03

烟草种植是先在大棚中育苗然后移栽到大田中，育苗质量直接影响着烟苗移栽后的生长、烟草收获的质量和产量。目前培育烟草壮苗的方法是工厂化大棚漂浮育苗，漂浮育苗能有效控制烟苗生长，促进烟苗根系发育，提高根冠比，生成壮苗[2-3]。而漂浮育苗的第一道工序就是往漂浮育苗盘中播种，因此，研究高效率的程控播种机对实现烟草育苗机械化具有重要意义。由于烟草种子的特殊性，烟草播种技术还相对落后，大部分地区烟草播种靠人工作业或半机械化作业，即手工向苗盘中填充基质，手工压穴，然后再用手或半机械化的播种滚筒或推板向苗盘穴坑中播种。这种播种方式不仅劳动强度大、效率低，而且播种不均匀、空穴率高、种子破碎率高、不能保证一穴一种。其中播种不均又会给后期烟种发芽后长出1～2张叶后的间苗带来很大的工作量。显然，这种播种方式与推行的烟草种植机械化显得极不和谐。为了满足烟叶生产的规模化、集约化、标准化的要求，及早实现烟叶生产机械化，以达到有效地降低广大烟农的劳动强度、提高劳动效率、提升烟叶培育质量、降低烟叶生产成本的目的，在吸收国内外漂浮育苗播种机优点的基础上，结合我国烟草漂浮育苗的农艺要求以及漂浮育苗盘的结构特点、烟草包衣种子颗粒尺寸离散程度，研究设计出了一种多功能烟草程控播种机。该机可一次完成基质填充、苗盘压穴、精量播种、喷水裂解、二次覆盖基质等农艺过程，成功解决了传统手工播种的难题。该机采用微电脑控制，播种精确，填充基质量可调，同时又结构紧凑、体积小、便于移动、操作简单、生产效率高。

1 基本结构及工作原理

1.1 基本结构

多功能烟草程控播种机的主要工作部件包括组合式机架、带式苗盘输送系统、由主减速电机构成的动力系统、四滚筒式装基装置、压穴装置、气吸式播种器、淋水装置、覆基装置、控制系统等。图1为多功能烟草程控播种机结构示意图。为实现机具加工、装配、运输、维修的方便，该机结构采用模块化设计。苗盘输送系统安装在机架上横梁的下面，由 550 W 带有减速器的单相异步电动机驱动、装基装置3、气吸式播种器4、淋水装置5、覆基装置6分别通过支架安装在机架上横梁的上面，动力系统、控制系统安装在机架的侧面，方便操作和调整。为了便于运输和储存，出盘架、进盘架与主机架做成分体形式，安装时通过定位块和连接销与机架连为一体。为实现机具在小范围移动的方便性，机架下部安装有万向轮和滚轮。

1.2 工作原理

多功能烟草程控播种机动力源分别由550 W的输送单相异步电动机、120 W的装基调速电机以及120 W的播种步进电机组成，其工作原理如图2。工作时，按下启动按钮输送

电机工作，通过输送系统带动苗盘移动，为便于后道工序对苗盘位置的检测，苗盘与苗盘之间应有20～30 mm的间距，因此输送系统为速度不同的双级输送系统组成。当苗盘移动到装基装置的入口处时，此位置的红外光电传感器检测到信号，让装基电机工作，驱动四滚筒装基装置工作实现2次装基，紧接着被动压穴装置在苗盘的带动下实现压穴。随着苗盘的移动，安装在播种器前方的红外光电传感器检测苗盘的位置，安装在播种器侧面的槽型光电开关定位盘检测步进电机起点位置，通过两传感器的结合控制步进电机的转动和苗盘的移动同步，由步进电机带动气吸式播种器的滚筒转动完成精确播种。随着苗盘的继续移动，静压淋水器对苗盘进行淋水，湿润包衣种子的包衣层，使包衣层破裂。当苗盘运动到覆基装置下方时，给种子覆上一薄层细碎的基质来保护种子，为种子发芽提供有利的条件。当苗盘运行到出盘架时，通过另外一套输送装置把苗盘运送到苗池中，实现整个装盘、播种、输送的自动化、程序化。

该机具主要技术参数如下：外形尺寸为2 740 mm×740 mm×1 230 mm；整机质量为240 kg；电压为220 V；传动电机功率为0.55 kW；步进电机功率为0.12 kW；装基电机功率为0.12 kW；生产效率为650盘/h。

2 关键部件的设计

2.1 气吸式播种器的设计

气吸式播种器主要由种子箱1、毛刷辊2、滚筒3、刮种板5、配流板6等组成（图3）。滚筒3 是气吸式播种器的关键零件，采用薄壁无缝不锈钢管制造，其上沿轴线方向加工有10排（依据育苗盘空穴的排数）直径为0.8 mm的通孔，在10排小孔中每2沿处的一排为双孔组成，排与排之间的距离与所用漂浮苗盘的穴坑间距相等，这样在播种时保证中间穴坑每穴1粒，边沿穴坑每穴2粒，为烟苗发芽后的间苗提供足够的幼苗。配流板6是一个精加工零件，通过轴承及密封件安装在滚筒的内测，与滚筒内壁不仅要有良好的配合，而且还要有良好的同轴度，从而保证二者相对转动时既转动平稳又密封良好，实现可靠的播种。工作时，滚筒内腔形成负压，当滚筒上的小孔转到种子箱位置时，包衣种子被吸附在滚筒上，在毛刷辊的作用下，实现每个小孔吸附1粒种子。随着滚筒的转动，吸附的种子被带动到滚筒的正下方时，在分流盘的作用下，小孔由负压变为常压，种子在自身重力和刮种板的作用下脱离小孔落入苗盘的坑穴中，完成精确播种。

2.2 装基装置的设计

育苗盘坑穴中基质的填充质量在育苗过程中十分重要。基质填充量少，育苗盘坑穴内出现大的空隙，造成育苗过程中水分不能向上供给，使种子不能发芽或者发芽后枯萎；基质填充量过多，育苗盘坑穴被压得太实，影响育苗过程中烟苗根系的发育。在基质填充过程中，基质本身的质量即基质纤维的长短，将直接影响着基质的填充质量。为了使装基质装置能适应各种基质填充的要求，设计了1种基质2次填充装置，结构如图4。该装置主要由基质箱1、搅拌器2、滚筒3、橡胶刮板4、被动压穴辊5等组成。其结构特点是基质箱通过支架安装在机架上，保证滚筒离机架有一定距离，以便安装被动压穴辊；基质箱内安装4个滚筒和2个搅拌器，搅拌器可有效疏松箱内基质，避免基质结块和棚架现象，影响基质的抛撒；四滚筒抛撒装置由120W的调速电机驱动，可根据基质的撒落程度、基质含水量和粒度的大小通过控制面板的调速旋钮手动调整滚筒的转速，控制基质抛撒量。四滚筒装基装置的中央位置和出口位置分别安装有浮动的被动压穴装置，实现2次基质抛撒和2次基质压实。工作时，当苗盘移动到装基装置的入口处时，该位置的红外光电传感器检测到信号，让装基电机工作驱动四滚筒装基装置，实现抛撒滚筒的运转和育苗盘运行同步，避免基质撒落在机架的下面影响工作。

2.3 机架及苗盘输送系统的设计

机架是该机具的基础件，它承载着该机具所有功能模块，

保持整机结构合理、紧凑，并方便整机运输和储存。因此，机架设计成由进盘架、出盘架和主机架组合而成的三段式（图1），3个部分通过铰链、定位销连接成一个整体。

苗盘输送系统以机架为依托，安装在机架上平面下方，主要由传力部分、导向部分、压紧部分组成。传力部分由2级V带系统组成，以装基装置为界分别安装，第1级V带系统带的线速度比第2级低，目的是在苗盘输送过程中让苗盘之间拉开一定距离，便于检测。导向部分是安装在机架内侧的可调导向板。压紧部分是可浮动的，主要由压辊、支座、弹簧等组成，目的是保证苗盘与输送V带可靠接触并产生一定的正压力，保证苗盘输送可靠。

3 结果与分析

3.1 空载试运转

空载运行各运动零件应工作良好，无卡滞和异响现象，苗盘输送装置运行良好，且运行过程中能把盘与盘之间拉开 20～30 mm 的间距。苗盘运行到装基传感器位置时，装基电机能自启动，气吸式播种辊能与苗盘同步运行且运转良好，风机工作正常，气管连接密封良好。

3.2 播种试验

3.2.1 试验条件 播种试验在许昌市西南的襄城县王洛镇的许昌烟草公司0.67万hm2全程机械化烟田示范园区进行。试验用基质为有机基质，基质纤维最大长度小于10 mm，基质含水率控制在30%左右，所用种子为包衣种子，且包衣种子尺寸控制在1.6～2.5 mm之间。所用漂浮育苗盘为泡沫成型盘，其规格为672 mm×342 mm×52 mm，每盘20行，每行10穴，穴坑上端最大口径为25 mm×25 mm。

3.2.2 试验结果 本试验为该机连续工作1 h产出的500盘中随机抽样10盘检测的结果，试验结果如表1所示。表1结果表明，空穴率≤5%，破碎率≤2%，二者均符合标准要求。

该机具已通过河南省农业机械产品质量试验鉴定站的测试，机具各项指标均达到标准规定和要求。

4 结论

本研究提出了滚筒式气吸播种，通过程序控制，一次完成基质填充、苗盘压穴、精量播种、喷水裂解、覆盖基质等农艺过程，实现了播种过程的自动化、精量化，提高了烟草播种的效率，为烟草适时播种赢得了宝贵时间，同时也为烟种出牙后生长到1～2张叶时的间苗减少了工作量。本机设计的装基装置为四滚筒抛撒装置，该装置由120 W的调速电机驱动，可根据基质的撒落程度、基质含水量和粒度的大小通过调速旋钮手动调整滚筒的转速，实现装基量的可控。四滚筒装基装置的中央位置和出口位置分别安装有浮动的被动压穴装置，实现2次基质抛撒和2次基质压实，从而解决了装基后苗盘穴中基质量不够和压不实的问题。为满足烟草漂浮育苗工厂化的需要而设计的烟草程控播种机具有结构紧凑、操作方便合理、动力消耗小、性能稳定、装基压穴质量高、空穴率低等特点。目前，由于漂浮育苗盘没有统一标准，各个地区的漂浮育苗盘规格尺寸都不一样，因此需扩大本机的使用范围。

水稻育秧气吸式播种机的试验研究[3]、气力板式蔬菜排种器设计与试验[4]、气吸式水稻钵盘精量播种装置的设计与试验研究[5-8]等文献所阐述的重点为水稻播种装置的设计与试验，而气吸式烟草程控播种机是把烟草播种农艺要求的基质填充、苗盘压穴、精量播种、喷淋裂解、二次覆基质等过程通过程序控制的方式融为一体，实现整个过程的自动化，从而满足烟草漂浮育苗工厂化的需求，达到作业质量好、效率高、功耗少、操作方便的目的，是实现烟草种植机械化的关键设备之一。

参考文献：

[1]何 堤，谢宇峰，陈立东，气吸式排种器排种质量影响因素的试验研究[J]农机化研究，2006（1）：175-179.

[2]刘仁详，徐 玮，等. 烟草工厂化育苗技术研究[J]. 贵州农业科学，2003（3）：5-8.

[3]汪 春，张锡志，衣淑娟，等. 水稻育秧气吸式播种机的试验研究[J]. 机械设计与制造，2006（4）：103-105

[4]夏红梅，李志伟，甄文斌.气力板式蔬菜排种器设计与试验[J]. 农业机械学报，2010，41（6）：56-60.

[5]刘彩玲，宋建农，张广智，等. 气吸式水稻钵盘精量播种装置的设计与试验研究[J]. 农业机械学报，2005，36（2）：43-46.

[6]王朝辉，马 旭，贾瑞昌. 工作参数对超级稻育秧播种部件吸种性能的影响[J]. 农业工程学报，2009，25（8）：88-91.

[7]陈立东，何 堤，谢宇峰. 气吸式排种器压力与转速关系的试验研究[J]. 农机化研究，2006（9）：130-131.

[8]刘文忠，赵满全，王文明. 气吸式排种装置排种性能试验研究[J]. 农机化研究，2009（9）：152-156