【正文】 FP 系列氣動活塞振動器 振動式排種器設(shè)計 14 圖 氣動活塞振動器結(jié)構(gòu)示意圖 表 FP18M 型氣動活塞振動器的技術(shù)參數(shù) 型號 不同壓強（ MPa）下的頻率 Hz 不同壓強（ MPa）下的離心力 N 不同壓強（ MPa）下空氣消耗量 L 目前振動形式主要有簡諧直線振動、非簡諧直線振動、圓周振動、橢圓振動等。～ 10176。 水稻秧盤育秧精密播種機總體配置 10 2 水稻秧盤育秧精密播種機總體配置 總體結(jié)構(gòu) 水稻秧盤育秧播種流水線主要由機架、供盤裝置、播底土裝置、播種裝置 (勺式槽輪 供種裝置和振動播種器 )、覆表土裝置、清掃裝置、淋水裝置、取秧臺、傳動系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)及空氣壓縮機等組成（圖 ）。還有采用以稻草為原料研制的一次性秧盤，為增產(chǎn)和環(huán)保提供了新思路。我國在引進日本塑盤拋秧的基礎(chǔ)上，開始研究水稻孔體育秧拋栽技術(shù)。世界水稻種植區(qū)域主要集中在亞洲，其產(chǎn)量占世界水稻總產(chǎn)量的 92%，除此之外，北美和歐洲的主要水稻生產(chǎn)大國分別為美國和意大利。 水稻吸針式播種器一般采用往復(fù)擺動式機構(gòu)帶動吸嘴，主要用于單粒播種 (吸種部件結(jié)構(gòu)簡圖見 (圖 )，精度比較高，從理論上詳細分析了影響吸種性能的主要因素有吸嘴直徑、吸嘴端部結(jié)構(gòu)形式、氣室真空度，試驗采取 A 型結(jié)構(gòu)吸嘴，孔徑為 mm，真空度為 MPa，工作頻率為 30 r/min，播種精度可達單粒率 96%，重播率 3%，空穴率 1%，為保證充種，目前的工作頻率提高范圍不大，單排吸針生產(chǎn)效率僅能達到100 盤 /h 左右，另外吸孔堵塞也是吸針式播種器不容忽 視的問題，對于水稻種子，所需的吸嘴孔徑一般在 1～ 2 mm 左右，又因為發(fā)芽后的水稻細小雜質(zhì)較多，極易堵塞吸嘴，因吸針細長，目前除風(fēng)力外，還沒有強制通孔措施；而蔬菜、花卉等圓形小粒種子，外型比較規(guī)則，雜質(zhì)也很少，一般不需要芽播，因此吸針式播種器主要用于蔬菜、花卉等經(jīng)濟作物的育秧精量播種。 通過上述超級稻機械化秧盤育秧精密播種的難度及關(guān)鍵性問題分析，要求水稻秧盤育秧播種機在播種精量、投種準(zhǔn)確、減少空穴和高效率等技術(shù)方面還需進一步研究，需要采用先進 的播種技術(shù)、控制方法和檢測手段，才能使其達到更好的播種性能和更高的工作可靠性，另外各地區(qū)所用秧盤規(guī)格的不同，也需具有較強的通用性。1 1～ 2 超級稻機械化播種的難度 隨著水稻新品種的研發(fā)和種植技術(shù)的不斷發(fā)展，原有的常規(guī)稻、雜交稻將被單產(chǎn)～ t/hm2 的超級稻品種所替代，種植要求以精量播種、培育壯苗、寬行稀植、定量控苗、好氣灌溉、精確施肥、綜合防治等 技術(shù)為核心的超高產(chǎn)集成技術(shù)相配套。日本水稻插秧機械科技水平一直走在世界的前列， 20 世紀(jì) 80 年代，日本全國基本形成了統(tǒng)一的水稻栽培模式，育秧、插秧機械已實現(xiàn)了系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，到 1990 年水稻種植機械化水平達到 98%。 因此，大力推進水稻生產(chǎn)機械化，是解決水稻生產(chǎn)勞動力短缺問題，抵御自然災(zāi)害緒論 2 的影響，增強水稻生產(chǎn)防災(zāi)減災(zāi)能力，保障水稻 生產(chǎn)增產(chǎn)增收，穩(wěn)定水稻生產(chǎn)，實現(xiàn)水稻生產(chǎn)節(jié)本增效，提高水稻生產(chǎn)的勞動生產(chǎn)率和水稻綜合生產(chǎn)能力，保證糧食安全，增加農(nóng)民收入的現(xiàn)實之需，迫切之舉。中國是世界上最大的水稻生產(chǎn)國，水稻常年種植面積約 3000 萬公頃，占全國谷物種植面積的 30％左右，世界水稻種植面積的 20％左右；水稻也是我國最主要的糧食作物之一，稻谷總產(chǎn)量近 2 億噸，占全國糧食總產(chǎn)的40％，占世界稻谷總產(chǎn)的 35％，稻谷平均單產(chǎn) 噸／公頃，我國有近 60%的人以稻米為主食，每年直接消耗大米 億～ 億噸，同時水稻深加工產(chǎn)業(yè)也日益興起，例 如用米糠加工成的米糠油作為一種高檔營養(yǎng)保健食用油，在美國市場上價格是橄欖油的 3倍 (米糠經(jīng)深加工后總價值增加 1940 元 /噸 ) ，還可提取人體所需的多種維生素、工業(yè)用原料及飼料，進行多種產(chǎn)品精深加工，帶來可觀的經(jīng)濟效益，加工后的副產(chǎn)品附加值已引起各國家重視，所以水稻生產(chǎn)對推動國際國內(nèi)的經(jīng)濟發(fā)展起著重要作用。實現(xiàn)了水稻機械化秧盤育秧的播種作業(yè)過程，可以裝配流水線上，實現(xiàn)水稻工廠化育秧。具體結(jié)果如下：首先，介紹了水稻工廠化育秧播種流水線 的組成和工作原理，進而確定了振動式排種器的總體結(jié)構(gòu)；采用機械式定量供種裝置，即勺式排種器，將種子實時定量的供應(yīng)給振動式排種盤，完成了對該核心工作部件的二維結(jié)構(gòu)設(shè)計；以水稻育秧盤為工作對象，采用氣動振動器驅(qū)動，為了適應(yīng)不同秧盤的育秧播種，完成了不同數(shù)量 V 形槽板數(shù)的振動排種盤的二維結(jié)構(gòu)設(shè)計； 應(yīng)用 CATIA 軟件，建立了 勺式定量供種裝置和振動排種盤的三維零件建模，并將其裝配在一起； 該排種器利用 勺式排種器將種子從種箱中播出，種子落于篩分板上，經(jīng)振動篩分、除雜后，流入到與其安裝為一體的 V 形槽板上，種子流沿 V 形槽板有序排 隊，最后經(jīng)出口播出。亞洲是世界水稻主要集中種植區(qū)域，其產(chǎn)量占世界水稻總產(chǎn)量的 92％，美國是北美的主要水稻生產(chǎn)國，意大利是歐洲最大的水稻生產(chǎn)國。 4)提高稻米品質(zhì) 水稻機械化能實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，按照農(nóng)藝技術(shù)要求精確控制各環(huán)節(jié)作業(yè)質(zhì)量，為無公害米、綠色大米、有機米生產(chǎn)提供保障。 育苗移栽是亞洲水稻種植的主要形式，主要包括插秧、拋秧等方法。在精密播種時，受水稻發(fā)芽率 λ 影響，不同水稻品種的秧盤育秧播種量要求也不一 樣，其播量 φ 與成秧率 ρ 的關(guān)系一般為 φ = λρ，見表 表 不同水稻品種秧盤育秧播種的精度要求 水稻品種 常規(guī)稻 雜交稻 超級稻 播種量 φ 粒 /穴 (或取秧面積 ) 成秧數(shù) ρ 株 /穴 (或取秧面積 ) 5～ 8 3～ 6 2～ 4 2～ 3 2177。 4) 自動化生產(chǎn)的高效性 雖然超級稻秧盤育秧的播種精度要求很高，但其機械化生產(chǎn)的速度還必須保證，為此上述技術(shù)的研究必須適合高效連續(xù)自動化生產(chǎn)。 緒論 6 1 供種箱 2 調(diào)速電機 3 槽輪 4 連接架 5 電磁鐵 6 彈簧板 7 排鐘箱 8 秧盤 圖 電磁振動式播種器 3．氣力式播種裝置 目前用于水稻育秧的氣力式播種裝置主要采用氣吸 方式，氣吸式播種器主要有吸針式、吸盤式和滾筒式。 水稻是主要的糧食作物之一，世界上有半數(shù)以上的人口以稻米為食，全世界有 111個國家生產(chǎn)并以水稻為主糧，水稻生產(chǎn)在國內(nèi)外糧食安全中都有著極其重要的地位。前二種適于育中苗，后一種適于育小苗。 目前配套的秧盤從材料和規(guī)格方面也不盡相同，塑料秧盤按照經(jīng)濟性和使用情況看，硬塑秧盤一般價格為 ～ 元 /個，費用高，較少使用；硬化軟塑秧盤價格雖然是硬塑秧盤的五分之一左右，但費用仍較高，使用越來越少； PVC 軟塑秧盤價格最低 (僅 ～緒論 9 元 /個 )，但因其薄軟易變形，一般需要托盤支 撐，是現(xiàn)今使用較多的一類，如浙江理工大學(xué)的 2616 穴、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)的 2515 穴和 2512 穴缽體盤以及 600mm300mm 軟毯狀盤等。 主要研究內(nèi)容 圍繞超級稻機械化種植的農(nóng)藝要求，進行了超級稻超低播量機械化秧盤育秧精密播種關(guān)鍵技術(shù)及裝備等工作，具體如下： 1) 采用機械式排種器，設(shè)計外勺輪式定量供種裝置 2) 采用振動原理，對振動式精密播種裝置的具體結(jié)構(gòu)進行設(shè)計。由振動板簧把排種盤懸吊在支架內(nèi)側(cè)，調(diào)整支架的安裝角度，可保證排種盤與水平面夾角 α1在 4176。 水稻種子輸送的基礎(chǔ)理論分析 稻種子屬散粒物料，散粒體動力學(xué)理論表明，為使物料運動更加均勻穩(wěn)定，必須減少散粒體的內(nèi)摩擦因數(shù)，可增加其流動性，而特定物料的內(nèi)摩擦因數(shù)是常數(shù)，要想在不改變物料狀態(tài)的情況下改變其內(nèi)摩擦因數(shù)是不可能的，因此為改變水稻種子流動性，可以采用振動原理使其形成 “準(zhǔn)流體 ”。 本研究根據(jù)試驗條件以離心力大和耗氣量少為原則選擇了 FP18M 型氣動活塞振動器，以下簡稱氣動振動器 (圖 )，其技術(shù)參數(shù)、形狀及安裝參數(shù)見表 和表 。 水稻芽種的物料特性 種子的形狀和尺寸直接影響到種子在播種裝置內(nèi)的充填和流動性能，在選擇播種裝置結(jié)構(gòu)時，首先要考慮這個基本參數(shù)。 176。 4）勺式外槽輪 定量供種器采用外槽輪進行排種，外槽輪的周圈均布著勺形種槽，其截面為 “直線段+圓弧線 ”構(gòu)成的 “勺形流線 ”，如 (圖 )，在調(diào)節(jié)門柔性清種的作用下，槽輪的轉(zhuǎn)向有利于種子沿著勺形流線滑動，并且順勢堆積于勺內(nèi)，如圖中的陰影所示，這也是勺形流線積種、槽輪順轉(zhuǎn)集種 、調(diào)節(jié)門清種的完美組合，達到充種飽滿的目的。范圍內(nèi)調(diào)節(jié)；氣動振動器安裝在排種盤上橫梁的中間位置，振動方向角為 δ1，其振動引起振動板簧帶動排種盤產(chǎn)生有規(guī)律的振動，調(diào)節(jié)振動器的輸入氣體壓力 P (～ )， 可 促使落于排種盤內(nèi)的種子按照順序向下滑行，完成播種或者充種過程。 振動式精密播種裝置三維設(shè)計 20 5 振動式精密播種裝置三維設(shè)計 由以上參數(shù)繪出定量供種器結(jié)構(gòu)和氣動振盤結(jié)構(gòu)的三維設(shè)計圖。 振動式精密播種裝置三維設(shè)計 22 圖 V 形播種盤 氣動振盤結(jié)構(gòu)三維設(shè)計 氣動振盤主要由排種盤、氣動振動器、振動板簧和支架等組成。 2） 采用機械式定量供種裝置，即勺式排種器，將種子實時定量的供應(yīng)給振動式排種盤，經(jīng)過計算選取，確定了勺式外槽輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)，完成了對該核心工作部件的二維結(jié) 構(gòu)計； 3） 采用氣動振動器驅(qū)動，為了適應(yīng)不同秧盤的育秧播種，完成了不同數(shù)量 V 形槽板數(shù)的振動排種盤的二維結(jié)構(gòu)設(shè)計。 從論文的選題、構(gòu)思、撰寫、修改到定稿的全過程都是在老師的悉心指導(dǎo)下完成的。最后，謹(jǐn)向各位論文評審專家和答辯委員會成員致以衷心的感謝。 感謝工程學(xué)院各位老師在大學(xué)四年當(dāng)中對我教育和培養(yǎng)， 沒有你們的辛 勤勞動，就沒有我們今日的滿載而歸。 參考文獻 25 參考文獻 [1]周海波，馬旭 . 水稻秧盤育秧播種技術(shù)與裝備的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 [J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報， 2021， 24(4)： 301306. 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