CN104067737B - 一种防堵塞无漏种的气力式穴盘育苗精密排种方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防堵塞无漏种的气力式穴盘育苗精密排种方法及装置，采用活塞块检测开关检测精密排种装置吸种单元部件中吸嘴的漏种和堵塞并控制多吸嘴吸种系统的运动。多吸嘴吸种系统上吸种单元部件按育苗穴盘上穴孔的位置对应排列，且各吸种单元部件自装有一个活塞块检测开关；活塞块不工作时处于中间平衡位置，而当气力的变化时产生相对于气室的活塞运动，从而接通相应的开关功能。当吸嘴未吸种时，吸嘴内气压为较小的负压，则活塞块不动，接通防漏吸开关；当吸嘴吸上种子后孔内的气压力为较大的负压，活塞块向下运动，接通正常播种开关；正压放种时，吸嘴被堵塞不能放种时，则活塞块被迫向上运动，防堵塞开关接通。本发明可以实现所有吸嘴无漏种无堵塞的精播过程，可应用于穴盘育苗的精确播种。

Description

一种防堵塞无漏种的气力式穴盘育苗精密排种方法及装置

技术领域

本发明属于农业机械精密播种技术领域，具体涉及工厂化育苗精密播种装备技术。

背景技术

本发明所述的排种器属于工厂化育苗精密播种装备技术范畴，精密播种装置是精密播种装备的核心装备技术，直接影响播种的效果。其推广将有力地促进工厂化育苗精密播种机以及室内现代化农业的发展，节省大量人力、昂贵种子用量，改善从事栽培技术人员的工作环境和劳动强度，并取得较好的经济和社会效益。

国外精密排种器的研制始于20世纪40年代，技术水平已经很高，如美国、意大利、法国、德国、加拿大、澳大利亚等国，播种机形式多样，新结构、新原理、新工艺、新材料不断出现，制造工艺也比较精细。国内20世纪70年代开始精密播种排种器研究，取得了长足的进展。

精密播种机的核心部件是精密排种器。常态下种子处于静止，不能直接进行精密播种，须经过精密播种装置的外力作用使种子产生所需的播种状态实现精密播种，这个过程称为排种。即在排种器的作用下，使种子处于规则化运动状态实现单粒或少粒（如2~3粒）排列。按工作方式排种器分为机械式排种器和气力式排种器。各类机械式排种器的结构特点与其基本原理、运动规律、控制排量方式及其在载体上的配置不同而不同。气力式排种器充分利用气力性能，具有不伤种、适应性强、通用性好和对种子尺寸要求不严等特点，并可大大提高排种频率、适应高速播种等优越性。

气力式精密排种器通常由风机产生真空吸力或空气压力，吸力或压力使种子按粒(单粒或少粒)贴附在型孔上，充种或清种环节靠气力来完成。因气流作用方式和功能的不同而分为若干类型。利用排种器上排种盘两侧形成的负压排种方式称为气吸式排种器。利用排种元件两侧的正压差排种则成为气压式排种器。气吸式排种器根据其吸种部件的结构方式可以分为吸嘴式、吸针式、吸盘式、气吸滚筒式等排种器，且都是采用气吸力（负压）吸种实现排种，但放种的方式有不同，有的采用气压力（正压）吹种，有的采用常压（零压）自由落种，也有采用弹性防堵塞结构同时兼放种，总之都是为了实现一穴一粒或一穴多粒的规则化精密播种，且为了提高效率，育苗穴盘都是由按照农艺要求设计和制造的固定行距和列距的多行多列孔穴排列，吸种部件上的吸种单元一般也是按此多行多列排列在一起或一行多列（主要是吸针式），但总是以多个吸种单元排列成一种阵列，不同的气吸式排种器只要根据吸种单元结构及数量配置即可。

工厂化育苗主要是穴盘育苗，穴盘育苗生产线上多采用吸嘴式排种器，如美国Hamilton、Blackmore公司及欧共体等厂家生产的各种穴盘精量播种生产线。用于手工操作的设备有吸盘式排种器，生产厂家有美国E—ZSeederCo.等公司。此外，美国液体播种公司生产的FD6300MKII型播种机是一种能播种预发芽种子的播种机；日本生产的磁力播种机可用于根菜类种子的播种。广西材料所研制的4LRZ—10000型流动式容器育苗装置装播作业线，播种装置采用气吸式滚筒型排种器，用真空泵作负压源。该装置可以用来精播松树种子和丸粒化种子，缺播率低于5%，但生产率低（每小时播1000穴）。北京农业工程大学研制出了型孔齿盘转动式穴盘育苗精量播种机（2XB—300），该装置播种合格率达96%以上，纯生产率为每分钟播6盘，适用于播中等大小的丸粒化种子，该项技术现已推广应用。台湾在蔬菜穴盘育苗方面比大陆起步稍早，陈世铭等研制出了“振荡式多用途真空播种机”，原理为利用真空设备将播种滚筒内部抽成真空，种子被吸附在滚筒表面的吸种孔上，采用气力方式清种和投种，并通过振动装置来改变种子群的充种状态。淮海工学院张石平采用幕流气吸式精密播种原理，研究出了两个相关发明专利分别为：ZL201110003418.4穴盘育苗精密排种器ZL201110003358.6一种多功能精密播种机。

以上各种播种机及其所配置的排种器都没有较完备的相关播种检漏装置。由于漏种使某几穴或多穴没有播上种子，浪费了穴位，大大减少了经济效益，精密播种时出现的漏播现象要有两种情况，一种播种机本身没有吸到种子，另一种由于孔的堵塞不能吸种，要解决以下两个问题即：既要保证能检测到漏种的孔并同时控制播种器上吸种系统的吸种运动；又要能检测到堵塞孔并同时能控制防堵塞机构或设备的运行。一直是精密播种解决的重点难题，根据农艺要求播种率一般控制在95%~98%，但目前所有精密播种装置都不能即时、主动实现无漏种问题。国内外较多地采用电子监测、单片机控制等方法监测漏播情况，根据监测进行补种，如马旭、李伟等人运用计算机图像技术检测排种器排种情况或播种情况；中国农业大学金衡模对精密播种机进行了漏种自动监测和自动补偿，并采用空气排堵系统排除堵塞；新疆农业大学杨宛章、郭辉研究出了垂直圆盘精量排种器用的弹性针防堵塞装置，容易伤种。

发明内容

本发明的目的在于提供一种防堵塞无漏种的气力式穴盘育苗精密排种方法与装置，以实现穴盘育苗精密排种时的无堵塞且无漏种。

为了解决以上技术问题，本发明采用能根据气力变化进行运动的活塞块在所设定的位置接通或断开电极的方式作为开关来接通或断开气力部件和振动器等主动地解决漏种问题，并采用凸轮机构在放种位置实现防堵塞清种，具体技术方案如下：

一种防堵塞无漏种的气力式穴盘育苗精密排种方法，其特征在于：为保证无漏种和堵塞，在每个吸种单元部件内都设有一个堵塞和漏种检测装置活塞块检测开关，用以产生控制信号控制多吸嘴吸种组件的运行，只有在没有堵塞和漏种的情况下多吸嘴吸种组件才能进行循环播种运动；如果有堵塞则由PLC控制系统启动凸轮清种装置推动所有的吸种单元部件的清种推杆，使堵塞的气室内气压力骤然增大而清种；具体过程如下：

利用活塞块检测开关检测吸种和放种时吸种单元部件气室内气力的变化，从而检测各吸嘴的吸种和堵塞情况，并由活塞块检测开关的连接电路控制排种过程，实现无漏播和无堵塞排种；

活塞块不工作时，处于中间平衡位置，而当气力的变化时产生相对于气室的活塞运动，从而接通相应的开关功能；

吸种时，空气泵使气室内处于负压状态，当有吸嘴未吸上种即漏吸种时，则气室内气力为较小负压，活塞块不动，处于平衡位置，相应的防漏吸开关S0仍接通且相应的LED显示灯亮；而当某吸嘴吸上种时，气室内的负压气力增大使活塞块向下移动，与吸种单元部件相应的正常播种开关S1接通；

运行到放种位置正常放种后，活塞块回到平衡位置，相应的防漏吸开关S0接通LED显示灯亮；如果种子堵塞吸嘴，则吸嘴内的正压气力升高，使活塞块向上运动并接通防堵塞开关S2。

通过将正常播种开关S1为串联连接，实现只有当正常播种开关S1都接通时，吸种系统的电机正转运行电路才接通，驱动多吸嘴吸种组件向放种位置方向运动；当多吸嘴吸种组件运行到放种位置时，压下行程开关K_放，行程开关K_放控制吸种系统停止运动，同时控制二位三通气力转换电磁阀使气室和吸嘴内转换为正压气力实现放种；只要有一个吸嘴未放完种，则使吸种组件都不能返回去吸种，从而避免堵塞产生的漏吸；通过将防堵塞开关S2并联连接，并由PLC控制系统驱动防堵塞清种凸轮机构使清种推杆向下运动，使气室内的正压气力更高，迫使吸嘴清种；当所有吸嘴都放完种或清完种时，活塞块都回到中间平衡位置，接通防漏吸开关S0，使多吸嘴吸种组件的传动电机反转运行电路接通，返回吸种位置时压下行程开关K_吸，多吸嘴吸种组件停止并进行吸种；

以上过程循环往复，使吸排种过程继续进行。

每个吸嘴的吸种、放种情况通过LED发光二极管显示系统及时显示出来；当未吸上种时，防漏吸开关S0亮；吸上种且未放种时，防漏吸开关S0不亮；放完种时，防漏吸开关S0亮。

放种后有未能放种的吸嘴存在时，则PLC控制系统控制清种凸轮旋转，在凸轮的作用下推动所有清种推杆向下运动实现清种。

根据所述的一种防堵塞无漏种的气力式穴盘育苗精密排种方法的装置，包括多吸嘴吸种组件、多吸嘴吸种组件传动系统、播种架、种子盘、种子盘电磁振动器、育苗穴盘、育苗穴盘传动系统、空气泵和气力回路、PLC控制系统、播种情况LED发光二极管显示系统、凸轮清种装置；所述多吸嘴吸种组件包括：多吸嘴吸种盘、安装在多吸嘴吸种盘上并与育苗穴盘上穴位一一对应的吸种单元部件；每个吸种单元部件带有一个吸嘴；其特征在于：

在每个吸种单元部件中设有活塞块检测开关；所述活塞块检测开关、行程开关K_放和K_吸以及PLC控制器组成PLC控制系统，用于控制多吸嘴吸种组件传动系统上电机的正反转及其启动、停止，实现多吸嘴吸种组件的前进放种、后退返回吸种的启动、停止；

PLC控制系统的硬件以及播种情况LED发光二极管显示系统均固定安装于播种架上，并通过线缆与多吸嘴吸种组件相连实现信号的传递；多吸嘴吸种组件传动系统在PLC控制系统的控制下带动多吸嘴吸种组件在播种架的L形轨道梁上的放种位置和吸种位置间来回移动；

种子盘放置于吸种位置正下方,种子盘下方安装有电磁振动器用以实现种子盘的振动；育苗穴盘放置于放种位置正下方，在育苗穴盘传动系统的传动下实现育苗穴盘的更换；

固定安装于播种架上方的空气泵具有一个正压气力出口和一个负压气力进口，产生的正压气力和负压气力通过二位三通气力转换电磁阀切换，由行程开关K_放和K_吸控制；所述二位三通气力转换电磁阀的进气口和出气口分别通过软气管与吸种单元部件的进气口和出气口相连；

所有正常播种开关S1为串联连接；防堵塞开关S2并联连接；一个防漏吸开关S0与一个LED发光二极管串联成一路，然后各路再并联。

本发明的主要工作过程及其工作原理如下：（1）吸种过程。按下PLC控制系统的启动键，使空气泵打开并使气力回路中二位三通气力转换电磁阀切换为气吸口工作，吸种单元部件气室内产生气吸力，多吸嘴吸种部件在其传动系统的带动下运动到种子盘上方即吸种位置完成吸种；而种子盘上的种子在电磁振动器的振动激励作用下产生振动以利于吸种；只有当所有吸嘴都吸上种子后PLC控制系统才能发出吸种系统向放种位置运动的运行信号；（2）放种过程。吸种组件运动到育苗穴盘上方即放种位置时压下相应的放种位置行程开关，并由PLC控制系统作用下发出控制信号，使吸种组件停止运动，同时控制二位三通气力转换电磁阀切换气力为正压气力放种。只有都放完种后才能使吸种组件返回吸种；到达吸种位置时压下相应的行程开关，PLC控制系统控制吸种组件停止，同时控制二位三通气力转换电磁阀切换气力为负压气力吸种。

本发明的重点是在吸种单元部件中设有活塞块检测开关，能检测吸种和放种时吸种单元部件气室内气力的变化，从而检测各吸嘴的吸种和堵塞情况，并由活塞块检测开关的连接电路与PLC控制器连接而成一个PLC控制系统控制排种过程，实现无漏播和无堵塞排种的目的。本发明所述的多吸嘴吸种系统主要由多吸嘴吸种组件及其传动系统、气泵与气力回路、播种情况LED发光二极管显示系统、PLC控制系统等组成。多吸嘴吸种组件为精密播种排种器的核心装置，由吸种单元部件、多吸嘴吸种盘等组成，每个吸种单元部件上都设计一个独立的活塞块检测开关检测吸种单元部件气室内的气力变化，同时多吸嘴吸种系统配合凸轮清种装置，实现无漏播、无堵塞的精密播种要求。

多吸嘴吸种系统的结构组成及工作原理。本发明所述的精密排种装置基本工作原理与所有气力式播种方式的排种器相同或相似，播种机上排种器为垂直安装、使用，则该排种器放置也为垂直状态，其吸种系统也为垂直安装、使用。包括多吸嘴吸种组件及其传动系统、气泵和气力回路、PLC控制系统、播种情况LED发光二极管显示系统等。其中多吸嘴吸种组件主要结构为在多吸嘴吸种盘上安装有与育苗穴盘上穴位一一对应的吸种单元部件，且一个吸种单元部件只有一个吸嘴，由此构成多吸嘴吸种组件；另一方面，每个吸种单元部件中的活塞块检测开关、行程开关K_放和K_吸以及PLC控制器组成PLC控制系统，且PLC控制系统控制多吸嘴吸种组件的传动系统上电机的正反转及其启动、停止，实现多吸嘴吸种组件的前进放种、后退返回吸种的启动、停止。PLC控制系统硬件以及播种情况LED发光二极管显示系统安装于播种架上固定不动，通过线缆与多吸嘴吸种组件相连实现信号的传递，而多吸嘴吸种组件的传动系统在PLC控制系统的控制下带动多吸嘴吸种组件在播种架L形轨道梁上放种位置和吸种位置间来回移动。其中在吸种位置下方放置有种子盘，种子盘下方安装电磁振动器以保证种子盘的振动；在放种位置下方放置有育苗穴盘，育苗穴盘在其传动系统的传动下实现育苗穴盘的更换。气泵采用具有一个正压气力出口和一个负压气力进口的空气泵，固定安装于播种架上方，其正压和负压气力通过二位三通气力转换电磁阀切换，二位三通气力转换电磁阀进出气口与吸种单元部件进出气口软气管相连。二位三通气力转换电磁阀的切换由行程开关K_放和K_吸控制。其特征在于：为保证精密排种装置实现无漏种和无堵塞的精密排种，在每个吸种单元部件内都设有一个堵塞和漏种检测装置活塞块检测开关，用以产生控制信号控制装置的运行，只有在没有堵塞和漏种的情况下多吸嘴吸种组件才能进行循环播种动作。多吸嘴吸种组件在吸种位置即吸种系统压下相应的吸种行程开关而不能移动时，气力回路切换为气吸状态，各个吸嘴利用气吸力即负压力从振动的种子盘中吸住种子并实现精密排种，吸嘴吸住种子后气室内保持负压气力。当全部吸嘴都吸种后，活塞块检测开关相关的开关连接电路接通发出吸盘移动信号到放种、清种位置，此时吸种组件压下放种行程开关并使多吸嘴吸种组件停止，同时该行程天关还控制气力回路进行气力切换，将负压气力转换为气吹力即正压力进行放种、清种，且只有在所有吸嘴都放完种才能返回吸种位置吸种，重复以上过程进行下一个循环过程。吸种单元所发出的控制信号同时由播种情况LED发光二极管显示系统（m行*n列）由LED发光二极管显示出来，以直观地了解播种过程的情况。

吸种单元部件的基本结构及其工作原理。每个吸种单元部件由吸嘴、进出气口及其气路组件、气室及其气力缸体、清种推杆及其凸轮驱动机构、气力检测活塞块开关及其电极组件等组成。吸嘴安装在气力缸体的下端，吸嘴的吸种孔大小或形状由种子所确定以保证达到最佳吸种状态（这方面已有很多的研究，本发明不再作说明）；清种推杆与气力缸体相互配合形成气力缸结构，并在设计、安装时形成一个吸种气室以保证空气气流的通过和气力的产生，在气力缸体下方开一个进出气口并通过相关气力组件与气泵及气力控制回路组件相通。气力检测活塞块及其开关电极组件检测气室内的气力大小及其性质，使活塞块向不同的方向运动到极限位置并接通相关开关，实现防堵塞、无漏种的目的；当需要清种时，采用凸轮机构推动推杆向下运动使气室内正压力增大而实现清种。

活塞块开关组件的工作原理与结构及其控制作用。为检测每个吸嘴是否吸种或是否堵塞，又以清种推杆作为缸体，每个吸嘴内设计出气力检测活塞块开关组件，基本原理是利用密闭空间内气力能使活塞运动的原理，即活塞块在气力的作用下，活塞块的运动方向及位置与气力的性质和大小有关，气吸力时活塞向空间减少的方向移动，反之向相反方向移动，因此本设计中活塞块须有一定的活动空间，且气室初始态为常压，则活塞块处于中间平衡位置。活塞块开关组件的结构主要有活塞块、气力检测开关包括防漏吸开关S0、正常播种开关S1、防堵塞开关S2，金属电极及其引线、平衡弹簧2根。活塞块及推杆是绝缘体，活塞块能在推杆内的空间活动，且下侧通过小孔与气室相连，与气室组成一个封闭的空间；活塞块开关上下两端分别装有相同的两根平衡弹簧支持住，使活塞块保持在气力缸体中间的平衡位置，同时平衡弹簧外侧进行绝缘处理。开关的电极触点设计为：弹簧作为电极的负极，活塞块两端分别设置有正电极触点，同时气力缸体内有金属套作正电极开关触点，气室内的气力变化引起活塞块运动，由此在活动空间的上、中、下三个位置设置开关电极触点，活塞块开关组件的三个开关位置形成三个开关动作：一个为吸嘴未吸上种子或在气力转换时气室内为常压时，活塞块处于活动空间的“中”平衡位置，此处的开关为防漏吸开关S0，且每一个该开关连接一个LED发光二极管，且各防漏吸开关S0并联连接，由此当活塞块处于此位置时，LED显示发光二极管亮；一个为吸嘴吸上种时，气室内为较强的气吸负压力，活塞块受气吸力的作用向下运动，处于活动空间“下”极限位置，此处的开关为正常播种开关S1。所有吸嘴的正常播种开关S1为串联连接。当某一吸嘴未吸上种时，正常播种开关S1未接通，此时防漏吸开关S0是接通的且LED发光二极管仍显示，则电路不能接通；当吸嘴都吸上孔后，正常播种开关S1才能都接通，吸种盘传动系统的运动控制电路才能接通，吸种盘向放种位置运动，运动到放种位置后，压下相应的行程开关K_放，气室内的气力转换为正压气力，吸嘴向外吹种。如果某一吸嘴被种子堵塞时，则气室内的气吹正压力增大并推动活塞块运动到活动空间“上”的位置，活塞块开关成为防堵塞开关S2，即防堵塞开关S2接通，且只要有一个吸嘴是堵塞的，即只要有一个防堵塞开关S2开关接通，就能控制防堵塞电机的启动以驱动凸轮机构旋转，推动清种推杆向下运动，使气室内压骤然增加，而迫使种子吹落，实现清种，因此所有防堵塞开关S2为并联连接。由于吸嘴里的种子被清除，气室内的气力变为常压，活塞块在弹簧的作用下回到平衡位置，所有防堵塞开关S2均断开，同时防漏吸开关S0接通，相应的LED显示发光二极管显示系统也接通，可以直观地看到，如果不能完全清种，还可以采用人工清种，通过人眼观察结果来控制清种推杆手柄实现清种，人工方式较为简单。当放完种后控制系统发出控制信号使吸盘返回，则行程开关K_放松开，气力由正变为负，且在返回的过程中，吸盘也能吸种，到达吸种位置后，压下行程开关K_压，吸种盘停止运动并开始吸种，进行下一个播种循环，实现了在一次播种循环过程中二次吸种，大大提高了吸种率和播种效率。

本发明具有的有益效果。本发明采用能检测气吸、气吹力的漏播检测装置活塞块开关设计的由多吸嘴所组成的气吸盘式无漏播穴盘育苗精密播种装置，解决了气力式精密播种容易出现的堵塞和漏吸引起的漏播问题，能提高吸种率和播种效率，具有较高的推广应用价值。（1）防漏吸：如果有漏吸，则该吸种单元部件上的防漏吸开关S0发出信号给PLC控制系统，并由PLC控制系统发出控制信号改变电磁振动器激励种子盘的振动频率和幅值，使种子盘上种子处于较好的“沸腾”运动状态，以利于吸种；（2）防堵塞：当有未能放种的吸嘴堵塞时，相应的防堵塞开关S2发出信号给PLC控制系统，PLC控制系统接通凸轮清种装置推动所有的吸种单元部件的清种推杆，使堵塞的气室内气压力骤然增大而清种。为保证完全放种，凸轮清种装置可以机动，也可以手工。机动是采用一个直流电机，与凸轮机构同轴安装，直接驱动凸轮机构；手工是用于出现机动无法解决的时候由人通过清种手柄完成和调试推杆的气密性。

附图说明

图1A为本发明吸种单元常压下时的结构及其状态示意图；

图1B为本发明吸种单元常吸种时的结构及其状态示意图；

图1C为本发明吸种单元放种时的结构及其状态示意图；

图2A为本发明排种器主要工作部件的结构及其状态示意图；

图2B为本发明控制面板和LED发光二极管阵列显示示意图图；

图3A为本发明防漏吸开关S0与LED发光二极管阵列接线简易示意图；

图3B为本发明中正常播种开关S1、防堵塞开关S2与可编程控制器PLC接线简易示意图；

图3C为本发明气路气力转换控制示意图。

图中：1种子、2吸嘴、3气力缸体、4密封垫圈、5进出气口b、6清种推杆、7开关正电极铜环A、8下弹簧、9开关正电极铜环B、10开关电极触点A、11活塞块、12开关电极触点B、13上弹簧、14开关正电极铜环C、15弹性调节堵头、16开关绝缘层A、17开关绝缘层B；

201种子盘及其电磁振动器、202L形轨道梁、203滚轮、204吸种单元部件、205导柱、206导套、207梁、208吸种系统固定板、209槽凸轮机构、210手工清种用手柄、211气泵与气力控制回路及辅助部件、212推杆、213吸种盘、214育苗穴盘、215育苗穴盘运动传动部件、216运动控制和显示系统；

301LED发光二极管显示系统、302吸种系统传动机构驱动电机M1、303清种凸轮机构驱动电机M2、304空气泵。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的详细说明。

一种防堵塞无漏种的气力式穴盘育苗精密排种方法与装置，包括多吸嘴吸种组件、多吸嘴吸种组件传动系统、播种架、种子盘及其电磁振动器、育苗穴盘、育苗穴盘传动系统、空气泵和气力回路、PLC控制系统、LED发光二极管显示系统、凸轮清种装置等。为保证无漏种和堵塞的检测需要，将多吸嘴吸种组件中每个吸嘴都设计成一个独立的吸种单元部件，各吸种单元部件内均设有一个防堵塞和漏种的活塞块检测开关，并由此活塞块检测开关通过PLC控制系统控制多吸嘴吸种组件、电磁振动器的运行，只有在没有堵塞和漏种的情况下才能进行下一步的运行，实现无漏吸和无堵塞的吸种和放种、清种。由此本发明所述的精密排种装置采用了活塞块开关作为吸种和放种的检测。

为了说明的方便，首先对吸种单元部件的实施说明如下：该吸种单元的结构及其工作原理如图1A、图1B、图1C所示。其中吸嘴2、气力缸体3、密封垫圈4、进出气口b5、清种推杆6、活塞块11、上弹簧13和同时作为开关负电极的下弹簧8、开关电极触点A10、开关电极触点B12、开关正电极铜环A7、开关正电极铜环B9、开关正电极铜环C14、弹性调节堵头15、开关绝缘层A16、开关绝缘层B17。吸嘴2安装在气力缸体3的下端，并通过橡胶密封垫圈4实现密封，吸嘴内的吸种孔h大小和形状与所需播种的种子大小和形状相适应；清种推杆6与气力缸体3相互配合，并在设计、安装时形成一个吸种气室a。为检测每个吸嘴是否吸种或是否堵塞，又以清种推杆作为缸体，其内设计出活塞块检测开关。活塞块检测开关由活塞块11、上弹簧13及下弹簧8、开关电极触点A10，开关电极触点B12、开关正电极铜环A7、开关正电极铜环B9和开关正电极铜环C14等组成。活塞块检测开关的基本原理是利用密闭空间内气力能使活塞运动的原理，因此本设计中活塞块11上下两端设有活动空间e和活动空间f，为保证空气气流的通过和气力的产生，在推杆上开有小孔b和小孔c，在气力缸体3下方开一个进出气口b并通过软气力管与空气泵及气力回路相通，弹性调节堵头15内有通气小孔g。

图1A所示为精密排种装置不工作或未吸上种时，预紧的上弹簧13和下弹簧8使活塞块11处于平衡位置，且在活塞块11的上方有空间f、下方有空间e，此时开关电极组件由用作开关负电极的上弹簧13和下弹簧8、开关电极触点A10、开关电极触点12、开关正电极铜环9构成防漏吸开关S0；活塞块11在气力的作用下，运动方向及位置与气力的性质和大小有关，气吸力时活塞块11向空间e的方向移动，反之向相反方向空间f移动。

图1B所示为精密排种装置某一吸种单元部件吸上种子1时，由于气室a内较强的负压力，活塞块向下运动到极限位置并接通该吸种单元的正常播种开关S1，而防漏吸开关S0断开。所有正常播种开关S1由下弹簧8、触点10、正电极7构成。

图1C所示为精密排种装置放种时种子1堵塞于吸嘴2上时，则使气室a内正压气力增大较高，并使活塞块11向上运动到极限位置，上弹簧13被压缩，下弹簧8放松，接通所在的吸种单元部件内的防堵塞开关S2，而正常播种开关S1、防漏吸开关S0断开。所有防堵塞开关S2由上弹簧13、触点12、正电极14构成。

本发明装置如图2A和图2B所示，主要包括多吸嘴吸种组件、由L形轨道梁202和梁207等组成的播种架、种子盘及其电磁振动器201、育苗穴盘214及其传动系统215、PLC控制系统和播种情况LED发光二极管显示系统216、由槽凸轮清种机构209及212组成的凸轮清种装置、由导柱205和导套206组成的清种导向机构。吸种系统包括在播种架L形轨道梁202、梁207上一起运动的部件,包括：具有m行*n列吸种单元排列且每个吸嘴的位置都与穴盘育苗盘一一对应的多吸嘴吸种盘213、吸种单元部件204、空气泵与气力回路211、槽凸轮清种机构209及推杆212、由导柱205和导套构成的清种导向机构、手工清种用手柄210、吸种系统固定板208和滚轮203。多吸嘴吸种组件由固定板208、所有吸种单元部件、吸种盘213及导向机构组成，具有可左右移动的固定框架，并由滚轮203支承带动其上的部件一起沿轨道梁202、梁207移动；吸种组件固定板208主要用于吸种组件上部件,如气泵与气力控制回路及辅助部件211、吸种单元部件204、槽凸轮机构209及推杆212的支承和固定；槽凸轮清种机构209及推杆212主要有电机及其减速器、联轴器等传动机构,槽凸轮机构209可以推动推杆212上下运动，种子盘及种子盘电磁振动器201由种子盘和电磁振动器等组成，种子盘为具有一定深度的方锥体，高度为5-10cm，由0.5-2mm厚不锈钢板材料制作而成；电磁振动器直接选用现有的。

本发明所述的PLC控制系统216如图3A、图3B和图3C所示。本发明未设计包括诸如PLC控制系统对穴盘传动机构的驱动电机、振动器等的控制设计内容，这些内容属于常规设计，可以根据需要直接设计、选用即可，本发明所述的PLC控制系统216控制内容主要包括：

（1）活塞块检测开关中防漏吸开关S0所控制的播种情况LED发光二极管显示系统301如图3A。播种情况LED发光二极管显示系统由m行*n列个LED发光二极管排列组成，电源为直流5V，且每个发光二极管与所相应的吸嘴位置相对应，同时与相应的防漏吸开关S0开关相串联后，所有发光二极管并联连接；

（2）正常播种开关S1和防堵塞开关S2的控制信号发给PLC控制器控制吸种组件的传动机构驱动电机M1302和清种凸轮装置驱动电机M2303，并与其他电机的控制一起设计和编程,如附图3B。其中：所有正常播种开关S1串联所控制的吸种组件的传动系统驱动电机M1302，所有正常播种开关S1接通，则PLC控制器A0口为高电平有效，传动系统驱动电机M1正转使多吸嘴吸种组件运动到放种位置，且压下K_放,K_放为常闭，断开电路，多吸嘴吸种组件停下放种；所有活塞块检测开关中的防堵塞开关S2并联，则当所有防堵塞开关S2中只要有一个接通，清种凸轮机构驱动电机M2则接通，并由A2口接入PLC控制器，控制清种凸轮机构驱动电机M2，当凸轮转过180°时，固定板212压下清种行程开关K_清，清种完成，此时防堵塞开关S2全部断开，A1为高电平，传动系统驱动电机M1反转，并松开K_放，多吸嘴吸种组件反向移动。当运行到吸种位置时，多吸嘴吸种组件压下行程开关K_吸,K_吸为常开触点，K_吸接通，但正常播种开关S1未接通，所以传动系统驱动电机M1仍断电准备吸种。

（3）气力回路气力切换的控制。由二位三通气力转换电磁阀304、行程开关K_放、所控制的气力回路如图3C所示。空气泵与气力回路211如图3C，由空气泵304及气力回路组成，空气泵304具有两个气孔：一个为气吸进气口E1,可使吸嘴产生负压气吸力；另一个为气压出气口E2,可使吸嘴产生正压气吹力。气力回路通过二位三通气力转换电磁阀305控制空气泵304的气吸进气口E1和气压出气口E2的切换。由于K_放是常闭触点，电磁阀305的电磁铁芯由K_放控制并一直得电，直到K_放被压下而断电，将二位三通气力转换电磁阀推向另一位气力切换为正压气力而实现清种，并由PLC控制系统确定是否需要凸轮清种装置，实现无堵塞精密排种；当吸种组件离开放种位置，K_放松开，气力切换为气吸力，多吸嘴吸种组件在返回的过程中即可吸种，因此实现二次吸种，吸种效率得到较大提高；当运行到吸种位置时，多吸嘴吸种组件压下行程开关K_吸，并将信号送给PLC控制系统，并由PLC控制系统发出相关控制信号实现无漏吸精密排种。以上吸排种过程、放种过程在PLC控制系统的作用下循环进行。

Claims (5)

1.一种防堵塞无漏种的气力式穴盘育苗精密排种方法，其特征在于：为保证无漏种和无堵塞，在每个吸种单元部件内都设有一个堵塞和漏种检测装置活塞块检测开关，用以产生控制信号控制多吸嘴吸种组件的运行，只有在没有堵塞和漏种的情况下多吸嘴吸种组件才能进行循环播种运动；如果有堵塞则由PLC控制系统启动凸轮清种装置推动所有的吸种单元部件的清种推杆，使堵塞的气室内气压力骤然增大而清种；所述活塞块检测开关、行程开关K_放和K_吸以及PLC控制器组成PLC控制系统，具体过程如下：

利用活塞块检测开关检测吸种和放种时吸种单元部件气室内气力的变化，从而检测各吸嘴的吸种和堵塞情况，并由活塞块检测开关的连接电路控制排种过程，实现无漏播和无堵塞排种；

活塞块不工作时，处于中间平衡位置，而当气力的变化时产生相对于气室的活塞运动，从而接通相应的开关功能；

吸种时，空气泵使气室内处于负压状态，当有吸嘴未吸上种即漏吸种时，则气室内气力为较小负压，活塞块不动，处于平衡位置，相应的防漏吸开关S0仍接通且相应的LED显示灯亮；而当某吸嘴吸上种时，气室内的负压气力增大使活塞块向下移动，与吸种单元部件相应的正常播种开关S1接通；

运行到放种位置正常放种后，活塞块回到平衡位置，相应的防漏吸开关S0接通LED显示灯亮；如果种子堵塞吸嘴，则吸嘴内的正压气力升高，使活塞块向上运动并接通防堵塞开关S2。

2.根据权利要求1所述的一种防堵塞无漏种的气力式穴盘育苗精密排种方法，其特征在于：

通过将正常播种开关S1为串联连接，实现只有当正常播种开关S1都接通时，吸种系统的电机正转运行电路才接通，驱动多吸嘴吸种组件向放种位置方向运动；当多吸嘴吸种组件运行到放种位置时，压下行程开关K_放，行程开关K_放控制吸种系统停止运动，同时控制二位三通气力转换电磁阀使气室和吸嘴内转换为正压气力实现放种；只要有一个吸嘴未放完种，则使吸种组件都不能返回去吸种，从而避免堵塞产生的漏吸；通过将防堵塞开关S2并联连接，并由PLC控制系统驱动防堵塞清种凸轮机构使清种推杆向下运动，使气室内的正压气力更高，迫使吸嘴清种；当所有吸嘴都放完种或清完种时，活塞块都回到中间平衡位置，接通防漏吸开关S0，使多吸嘴吸种组件的传动电机反转运行电路接通，返回吸种位置时压下行程开关K_吸，多吸嘴吸种组件停止并进行吸种；

以上过程循环往复，使吸排种过程继续进行。

3.根据权利要求1所述的一种防堵塞无漏种的气力式穴盘育苗精密排种方法，其特征在于：每个吸嘴的吸种、放种情况通过LED发光二极管显示系统及时显示出来；当未吸上种时，防漏吸开关S0亮；吸上种且未放种时，防漏吸开关S0不亮；放完种时，防漏吸开关S0亮。

4.根据权利要求1所述的一种防堵塞无漏种的气力式穴盘育苗精密排种方法，其特征在于：放种后有未能放种的吸嘴存在时，则PLC控制系统控制清种凸轮旋转，在凸轮的作用下推动所有清种推杆向下运动实现清种。

5.根据权利要求1所述的一种防堵塞无漏种的气力式穴盘育苗精密排种方法的装置，包括多吸嘴吸种组件、多吸嘴吸种组件传动系统、播种架、种子盘、种子盘电磁振动器、育苗穴盘、育苗穴盘传动系统、空气泵和气力回路、PLC控制系统、播种情况LED发光二极管显示系统、凸轮清种装置；所述多吸嘴吸种组件包括：多吸嘴吸种盘、安装在多吸嘴吸种盘上并与育苗穴盘上穴位一一对应的吸种单元部件；每个吸种单元部件带有一个吸嘴；其特征在于：

在每个吸种单元部件中设有活塞块检测开关；所述活塞块检测开关、行程开关K_放和K_吸以及PLC控制器组成PLC控制系统，用于控制多吸嘴吸种组件传动系统上电机的正反转及其启动、停止，实现多吸嘴吸种组件的前进放种、后退返回吸种的启动、停止；

PLC控制系统的硬件以及播种情况LED发光二极管显示系统均固定安装于播种架上，并通过线缆与多吸嘴吸种组件相连实现信号的传递；多吸嘴吸种组件传动系统在PLC控制系统的控制下带动多吸嘴吸种组件在播种架的L形轨道梁上的放种位置和吸种位置间来回移动；

种子盘放置于吸种位置正下方,种子盘下方安装有电磁振动器用以实现种子盘的振动；育苗穴盘放置于放种位置正下方，在育苗穴盘传动系统的传动下实现育苗穴盘的更换；

固定安装于播种架上方的空气泵具有一个正压气力出口和一个负压气力进口，产生的正压气力和负压气力通过二位三通气力转换电磁阀切换，由行程开关K_放和K_吸控制；所述二位三通气力转换电磁阀的进气口和出气口分别通过软气管与吸种单元部件的进气口和出气口相连；

所有正常播种开关S1为串联连接；防堵塞开关S2并联连接；一个防漏吸开关S0与一个LED发光二极管串联成一路，然后各路再并联。