【正文】 。 感謝我的父母多年來在我求學(xué)生涯中給予的關(guān)注和鼓勵(lì)，你們辛苦了。感謝大學(xué)四年曾經(jīng)幫助過我的所有同學(xué)。導(dǎo)師的辛苦培育和細(xì)心教導(dǎo)，學(xué)生將永遠(yuǎn)銘記于心。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、一絲不茍的工作作風(fēng)、勇于創(chuàng)新的科研精神時(shí)時(shí)鞭策著我在治學(xué)、研究和工作中不敢有絲毫的懈怠。 首先，我衷心的感謝我的導(dǎo)師 老師。 畢業(yè)論文較為圓滿的完成了計(jì)劃研究?jī)?nèi)容。實(shí)現(xiàn)了水稻機(jī)械化秧盤育秧的播種作業(yè)過程，可以裝配流水線上，實(shí)現(xiàn)水稻工廠化育秧。 4） 應(yīng)用 CATIA 軟件，建立了 勺式定量供種裝置和振動(dòng)排種盤的三維零件建模，并將其裝配在一起。 1) 設(shè)計(jì)了一種勺輪式定量供種裝置和氣動(dòng)振盤相結(jié)合的排種器，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，適于水稻工廠化育秧播種流水線的播種要求。振動(dòng)式精密播種裝振動(dòng)式精密播種裝置三維設(shè)計(jì) 23 置如（圖 ）。范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，如 （ 圖 ） 。由振動(dòng)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。 圖 定量供種器 氣動(dòng)振盤結(jié)構(gòu)三維設(shè)計(jì) V 形播種盤三維設(shè)計(jì)圖 V 形播種盤由梯形篩分板、調(diào)節(jié)板、 V 形槽板、上橫梁組成如 (圖 )。如 (圖 )所示。 圖 橡膠彈性板 勺式外槽輪的三維設(shè)計(jì)圖 外槽輪用于排種，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 ”，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(dòng)，并且順勢(shì)堆積于勺內(nèi)。 定量供種器結(jié)構(gòu)三維設(shè)計(jì) 橡膠彈性板的三維設(shè)計(jì)圖 橡膠彈性板設(shè)于箱體內(nèi) ,其前部貼附在勺式外槽輪的左右兩側(cè)和后方， 其前方開口寬度與秧盤播寬 B 秧 相等，控制著外槽輪的充種區(qū)域，同時(shí)與外槽輪接觸，使其隨外槽輪轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生振動(dòng)，促進(jìn)外槽輪充種。 V 形播種 盤的工作原理：按照生產(chǎn)率的不同，通過勺式外槽輪從供種箱中定量取出種子，自由落到篩分板上，振動(dòng)的 V 形播種盤使種子均勻的散布于梯形篩分板上，其中雜質(zhì)篩分去除，干凈的種子繼續(xù)下滑，落入 V 形槽板的相應(yīng) “V”形槽內(nèi)，通過振動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化，控制種子的流動(dòng)速度，形成均勻連續(xù)的種子流，順暢播種。該 V 形播種盤的功能是：一方面起到篩分除雜作用；另一方面使進(jìn)入 V 形播種盤的種子形成連結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 19 續(xù)的種子流，保持均勻播種的性能?！?10176。 根據(jù)氣動(dòng)振盤的功能不同，排種盤有 V 形播種盤和充種平盤兩種， V 形播種盤用于直接播種，而充種平盤是氣力式雙層滾筒播種器的充填區(qū)，起到振動(dòng)充種的作用，具體結(jié)構(gòu)和功能如下： 1） V 形播種盤設(shè)計(jì) V 形播種盤由梯形篩分板、調(diào)節(jié)板、 V 形槽板、上橫梁組成 (圖 )?！?10176。 氣動(dòng)振盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 氣動(dòng)振盤主要由排種盤、氣動(dòng)振動(dòng)器、振動(dòng)板簧和支架等組成 (圖 )。 r ≥b 3b≥r≥ ≥L+r≥ (ΔL+L+r)/π=D α=π/11 β=90176。通過試驗(yàn)證實(shí)，槽輪反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，充種不均勻現(xiàn)象十分明顯。同時(shí)振動(dòng)板可促使反 “S”形續(xù)種流的正常流動(dòng)，起到對(duì)充種區(qū)域連續(xù)穩(wěn)定續(xù)種的作用，避免在無振狀態(tài)下因種子被架空而造成局部充種困難的現(xiàn)象，這是以往所沒有的特點(diǎn)。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 17 圖 橡膠彈性板平面示意圖 表 秧盤型號(hào)與播寬 B 秧 對(duì)照表 名稱 缽體盤 缽體毯狀盤 毯狀盤 秧盤總穴數(shù) 規(guī)格尺寸比 播寬 B 秧 mm 2515 2512 600:350 600:300 345 300 2616 3616 585:356 600:300 352 280 4016 3618 3020 600:300 280 3）振動(dòng)板 振動(dòng)板連接在電磁振動(dòng)器上，距種箱前臂 左右間隙 (該值大于電磁振動(dòng)器的振幅，小于種子的高度 )，隨電磁振動(dòng)器一起振動(dòng)，其下部與種箱內(nèi)隔板配置，使種子形成一反 “S”形續(xù)種流。 2）橡膠彈性板 設(shè)于箱體內(nèi)的橡膠彈性板的前部貼附在勺式外槽輪的左右兩側(cè)和后方，其前方開口(圖 )，寬度與秧盤播寬 B 秧 相等，控制著外槽輪的充種區(qū)域，同時(shí)與外槽輪接觸，使其隨外槽輪轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生振動(dòng)，促進(jìn)外槽輪充種。 176。 176。 176。 176。具體數(shù)據(jù)見表 。氣動(dòng)振盤有 V 形播種盤和充種平盤兩種形式，由氣動(dòng)振動(dòng)器產(chǎn)生振動(dòng)，對(duì)定量供種器排出的脈動(dòng)種子進(jìn)行篩分除雜，形成均勻分布的種子流，在保證水稻種子沿氣動(dòng)振盤運(yùn)動(dòng)條件下，重點(diǎn)進(jìn)行氣動(dòng)振盤排種速度優(yōu)化，同時(shí)給出種子流對(duì)播種均勻性的影響規(guī)律，確定不同種子流和供種量的排種氣動(dòng)振動(dòng)器壓強(qiáng)。定量供種器采用電磁振動(dòng)種室，在勺式外槽輪充種區(qū)上方形成振動(dòng)連續(xù)的反 “S”形薄層續(xù)種流。 振動(dòng)式排種器設(shè)計(jì) 15 a) 0 ≤ sinω t≤1 b) ? 1 ≤sinωt≤0 圖 種子在排種盤上的受力 如 (圖 )所示，在 xoy 坐標(biāo)系中，振動(dòng)體沿 x 方向和 y 方向的分位移方程為 Sx=ACosδ1sinωt， Sy=Asinδ1sinωt （ ） 式中： δ1 為振動(dòng)方向角， 對(duì)上式求導(dǎo)得速度方程為 Vx=AωCosδ1Cosωt， Vy=Aωsinδ1Cosωt， （ ） 同理加速度方程為 αx=Aω2Cosδ1sinωt， αy=Aω2sinδ1sinωt， （ ） 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 16 4 振動(dòng)式精密播種裝置 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 為滿足超級(jí)稻精量播種、少傷種的技術(shù)要求，本章將采用振動(dòng)原理對(duì)振動(dòng)式精密播種裝置 的基本理論及工作性能進(jìn)行研究和分析。 a) b) c) d) 圖 FP 系列氣動(dòng)活塞振動(dòng)器 振動(dòng)式排種器設(shè)計(jì) 14 圖 氣動(dòng)活塞振動(dòng)器結(jié)構(gòu)示意圖 表 FP18M 型氣動(dòng)活塞振動(dòng)器的技術(shù)參數(shù) 型號(hào) 不同壓強(qiáng)（ MPa）下的頻率 Hz 不同壓強(qiáng)（ MPa）下的離心力 N 不同壓強(qiáng)（ MPa）下空氣消耗量 L 振動(dòng)式排種器設(shè)計(jì) 13 a) 電磁振動(dòng)器應(yīng)用 b) 控制電路板 圖 電磁振動(dòng)播種器及控制電路板 氣動(dòng)振動(dòng)器 瑞士 Findeva 公司生產(chǎn)的 FP 系列氣動(dòng)活塞振動(dòng)器 (圖 )，具有直線振動(dòng)功能，其內(nèi) 部結(jié)構(gòu)如（圖 ），頻率和離心力由氣壓控制，空氣壓縮機(jī)提供氣源，通過氣體調(diào)壓閥控制進(jìn)氣壓力和流量來實(shí)現(xiàn)頻率和離心力的調(diào)節(jié)，振動(dòng)頻率高達(dá) 4000Hz。通過試驗(yàn)觀察，振動(dòng)系統(tǒng)的頻率和振幅對(duì)流動(dòng)性影響比較明顯，因此為獲得較好的排種流動(dòng)性，所選用的振動(dòng)器要具有頻率和振幅可調(diào)且調(diào)節(jié)范圍寬，適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。 為滿足均勻播種或穩(wěn)定充種的需要，本研究將采用簡(jiǎn)諧直線振動(dòng)形式的氣 動(dòng)振盤系統(tǒng)，使水稻種子產(chǎn)生沿盤面下滑或拋擲運(yùn)動(dòng)。 目前振動(dòng)形式主要有簡(jiǎn)諧直線振動(dòng)、非簡(jiǎn)諧直線振動(dòng)、圓周振動(dòng)、橢圓振動(dòng)等。本研究的氣動(dòng)振盤可在振動(dòng)力作用下，使滑落到排種盤上的種子分散平鋪，并繼續(xù)向下滑動(dòng)，經(jīng)篩分除雜后，流入 V 形槽板或者充種室板內(nèi)，通過調(diào)節(jié)振動(dòng)系統(tǒng)的工作參數(shù)，控制種子的流動(dòng)速度，使原本分段下滑的種群，形成均勻連續(xù)的種子流，按照既定的生產(chǎn)率達(dá)到均勻播種或穩(wěn)定充種的目 的?？捎糜趯?duì)秧盤直接播種或者為氣力式雙層滾筒播種器的充填區(qū)穩(wěn)定供種。 如(圖 )所示?！?10176。 氣動(dòng)振盤主要由排種盤、氣動(dòng)振動(dòng)器、振動(dòng)板簧和支架等組成。在定量供種試驗(yàn)基礎(chǔ)上，基于 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立定量供種模型。 圖 水稻秧盤育秧精密播種流水線總體結(jié)構(gòu)示意圖 振動(dòng)式精密播種裝置結(jié)構(gòu)及工作原理 振動(dòng)式精密播種裝置包括定量供種器和氣動(dòng)振盤。 水稻秧盤育秧精密播種機(jī)總體配置 10 2 水稻秧盤育秧精密播種機(jī)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(jī)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(dòng)播種器 )、覆表土裝置、清掃裝置、淋水裝置、取秧臺(tái)、傳動(dòng)系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)及空氣壓縮機(jī)等組成（圖 ）。隨著超級(jí)稻種植的推廣，能適應(yīng)其農(nóng)藝要求的秧盤育秧播種技術(shù)及裝備將是今后研究的主攻目標(biāo)，因而從精量取種、準(zhǔn)確播種、減少空穴等方面深入研究更加精密的播種器、更加簡(jiǎn)單實(shí)用的同步播種控制系統(tǒng)和秧盤檢測(cè)等關(guān)鍵技術(shù)，盡快研制性能優(yōu)良、工作可靠的新型精密育秧播種設(shè)備，進(jìn)一步完善秧盤 育秧播種體系，使水稻秧盤育秧播種機(jī)向著高速化、高精度、高自動(dòng)化、低成本的方向發(fā)展，從而更好的滿足超級(jí)稻秧盤育秧的精密播種需求。 采用振動(dòng)方式播種時(shí)，定量供種、保持排種盤里各 V 形槽中種子流的連續(xù)性和統(tǒng)一性、對(duì)穴同步播種等方面都是傳統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中的難點(diǎn)所在，如果借鑒水稻直播的電磁定量供種技術(shù)，可防止供種損傷，進(jìn)一步提高種子流控制策略，避免斷流和竄穴，穩(wěn)定保持高速生產(chǎn)的同步播種，則對(duì)于水稻秧盤育秧播種是一種極有 前途的生產(chǎn)方式。 以傳統(tǒng)機(jī)械式播種器為核心技術(shù)的水稻育秧流水線，雖然具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低，能連續(xù)生產(chǎn)，效率高的特點(diǎn)，但由于其用種量大和落種隨機(jī)性大，播種均勻 性差，機(jī)械磨擦和擠壓作用易傷種等特點(diǎn)都是不可避免的缺陷，不易滿足超級(jí)雜交稻機(jī)播作業(yè)的精播、不傷種的農(nóng)藝要求，只能適用于常規(guī)稻和雜交稻的播種育秧作業(yè)。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。另外用于插秧的育秧盤又出現(xiàn)了缽體毯狀盤，其特點(diǎn)是具備帶土拋秧和插秧的優(yōu)點(diǎn)，但其橫、縱向插秧次數(shù)不可調(diào)，如 3616 穴的缽體毯狀盤。 1987 年，牡丹江地區(qū)農(nóng)科所與上海市塑料廠合作利用聚氯乙烯回收料，研制出價(jià)格較低的孔體塑料軟盤，并生產(chǎn)出多種規(guī)格孔盤，滿足了各地培育大、中、小苗的需要。 1985 年，黑龍江省牡丹江塑料三廠又生產(chǎn)了聚氯乙烯壓塑 406 孔育秧硬盤。我國(guó)在引進(jìn)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)。 1975 年，日本學(xué)者松島省三與丸井加工公司合作研制出塑料孔盤，每盤孔數(shù)按秧齡長(zhǎng)短而不同，分別為 578 個(gè)孔體、 648 個(gè)孔體和 2021 個(gè)孔體。 1 負(fù)壓室 2 播種滾筒 3 種子箱 4 同步輸送機(jī)構(gòu) 5 增壓室 6 氣流方向 7 抽氣機(jī)構(gòu) 8 機(jī)架 9 秧盤 10 正壓室 圖 氣吸雙層滾筒式播種器 秧盤 用于拋秧的缽體盤技術(shù)研究方面，從 60 年代初期，日本稻作科技工作者就開始試用紙筒培育 秧苗，結(jié)合手工拋撒自然入土，具有返青快、分蘗早，穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。水稻是 我國(guó)最主要的糧食作物之一，是單產(chǎn)（平均 ，即 414kg/）和總產(chǎn)都最高的作物，總產(chǎn)量近 2 億 t，占全國(guó)糧食總產(chǎn)的 40%，占世界稻谷總產(chǎn)的 35%，位居世界第一。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(guó)分別為美國(guó)和意大利。 圖 帶吸嘴的吸盤式播種器 氣吸滾筒式播種器在水稻、玉米、大豆、蔬菜和花卉秧盤育秧精密播種設(shè)備中均有應(yīng)用，像美國(guó) Marksman 公司的蔬菜育秧流水線采用的小滾筒播種器，日本和國(guó)內(nèi)等都有此類播種器， (圖 )為 2ZBQ300 型水稻育秧播種流水線所使用的雙層滾筒氣吸式播種器，其內(nèi)層吸孔孔徑為 mm，外層孔徑為 mm，壁厚為 mm，試驗(yàn)表明，氣吸式雙層滾筒播種器能夠有效的解決吸孔堵塞的問題，其性能指標(biāo)可達(dá)到：在真空度為 MPa 情況下，空穴率 5%，入 穴率 94%（ 1～ 4 粒標(biāo)準(zhǔn)），生產(chǎn)率 550 盤 /h，該播種器能實(shí)現(xiàn)連續(xù)吸 /排種，并且保證播種育秧流水線連續(xù)運(yùn)行。后來針對(duì)吸盤式的不足之處，西南農(nóng)業(yè)大學(xué)將機(jī)械式振動(dòng)改為電磁式激振機(jī)構(gòu)，吸種效果有所提升 ；江蘇理工大學(xué)還針對(duì)播種裝置的振動(dòng)臺(tái)面的振動(dòng)頻率和氣力吸種部件進(jìn)行了深入研究，試驗(yàn)給出了播種裝置的工作參數(shù)，但通過試驗(yàn)結(jié)果可以看出，吸種盤式播種器內(nèi)部的壓力分布不均，流場(chǎng)變化不穩(wěn)定，吸種效果受風(fēng)量和不穩(wěn)定流場(chǎng)的壓力變化等因素影響嚴(yán)重；為保證箱體內(nèi)流場(chǎng)壓力均等，黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)在吸盤內(nèi)部還設(shè)計(jì)了帶有窗型孔的內(nèi)隔板，來進(jìn)一步控制流場(chǎng)的穩(wěn)定性；在解決吸孔防堵方面，西南農(nóng)業(yè)大學(xué)還提出了設(shè)計(jì)有對(duì)位通針裝置的吸盤。 1 換向閥 2 氣源 3 吸針 4 氣室 5 球半徑 圖 吸針式吸種部 件結(jié)構(gòu)示意圖 緒論 7 水稻吸盤式播種器國(guó)內(nèi)外研究的比