CN104396394B - 一种电驱式小区玉米精量排种器及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于自动化农业装备领域，具体涉及一种电驱式小区玉米精量排种器及其工作方法。包括进种模块、堵气模块、卸种模块、排种模块和光电检测模块。本发明的进种模块、堵气模块、卸种模块按照设定的程序协调、有序动作，能够使得排种器在合适的工作压力范围和额定排种盘转速范围内保证优良的充种性能、清种性能、排种性能和换种性能。此外，本发明能够实现气吸式小区玉米精量排种器在充种区种子数量较少的情况下具有良好的充种性能，实现小区间快速换种且不同小区种子无混杂的小区播种要求。
Description
技术领域
本发明属于自动化农业装备领域，具体涉及一种电驱式小区玉米精量排种器及其工作方法。
背景技术
目前，我国的小区播种机械分为机械式和气力式两种类型，广泛使用的机械式精量排种器有勺轮式、指夹式、窝眼轮式、内侧充种式、带式、水平式及倾斜圆盘式等。
机械式排种器的基本工作原理相近，均是根据种子的形状和尺寸设计出相应的型孔或凹槽等容纳种子的空间，然后经过重力或机械结构的清种过程去除多余的种子以达到分离所需种子的功能。其具有整体结构简单、造价低廉、低速作业效果好等优点；但同时存在机械结构易伤种、作业效率低以及对种子的尺寸适应性不好等缺点。由于机械式排种器排种原理的局限，通用性差，其排种性能易受种子尺寸及田间振动等因素的影响，机械式排种器转向较为精密的气力式排种器已经成为排种器的发展趋势。
气力式排种器主要有气吸式、气吹式以及气压式三种。对于气吸式和气压式排种器，其主要利用压差来吸附种子，通过辅助清种装置来完成排种过程。气吹式排种器则利用高压高速气流完成清种过程，充种过程则是靠重力和气流压力。
与机械式排种器相比，气力式排种器的显著优点为其充种或清种过程靠气力来完成，对种子外形尺寸要求不严，高速作业时不伤种，可显著提高作业效率。但由于其需要额外的风机以及压力调节等设备，结构复杂，增加了生产成本。
目前，小区播种广泛采用气力式小区精量播种机，小区与大田播种作业的显著不同之处在于其“份多量少”的特点，若要进行机播，其对排种器技术要求除大田的播种质量外，还必须在较短的一个小区长度内播下少量的种子并做到各个小区不混种，间隔道内快速换种，其难点主要在于保证少量种子时不漏播以及快速彻底换种无混杂。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种响应迅速、适用于现有小区玉米精密播种机的电驱式小区玉米精量排种器及其工作方法，其能够保证少量种子时不漏播、换种快速彻底、无混杂。
为了达到上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种电驱式小区玉米精量排种器，其包括进种模块、堵气模块、卸种模块、排种模块和光电检测模块；
其中，所述进种模块包括进种管1、舵机11、进种阀轴12和进种阀13；所述舵机11的轴与进种阀轴12连接，进种阀轴12与进种阀13通过合页连接，合页安装在进种管1的侧面；
所述排种模块包括直流电机2、排种轴21和排种盘22；所述直流电机2的轴与排种轴21的一端连接，排种轴21的另一端安装排种盘22上；
所述堵气模块包括推拉式电磁铁3、推杆31、堵气阀33和复位弹簧34；推拉式电磁铁3由单片机控制；复位弹簧34位于推杆31末端凸台与推拉式电磁铁3后端面之间；推拉式电磁铁3通过推杆31与堵气阀33连接，其中，堵气阀33位于推杆31的末端与排种盘22背面之间；
所述卸种模块包括步进电机4、卸种阀轴41和卸种阀42；步进电机4通过卸种阀轴41与卸种阀42连接，卸种模块通过法兰安装在排种器壳体上，卸种阀42位于排种器的充种区；
所述光电检测模块包括导种管5和光电传感器51；其中，所述光电传感器51安装在导种管5上。
所述进种阀13的形状与排种器的进种口的形状一致。
所述排种盘22的型孔转动半径为82.5mm，对应的型孔数为25。
所述排种盘22采用六方排种轴21驱动。
所述推杆31上设有限位凸台32，限位凸台32位于堵气阀33与推拉式电磁铁3前端面之间。
所述堵气阀33为内径75mm、外径85mm、圆心角21°的弧状环，其下端面带有45°的倒角。
所述弧状环的圆心位于排种盘22的中心线上，弧状环的对称面与水平面的夹角为17°。
所述卸种阀42包括两个中心对称的第一容种腔和第二容种腔，两个容种腔交替与排种盘22构成充种区的一部分。
一种电驱式小区玉米精量排种器的工作方法，所述方法包括以下步骤：
a.拖拉机启动，拖拉机输出轴带动风机转动，风机向排种器提供负压，进种管1加入种子，种子经进种管1到达进种阀13，单片机向舵机11发送信号，舵机11的轴逆时针旋转，通过进种阀轴12带动进种阀13打开，第一小区的种子进入充种区；
b.舵机11的轴顺时针旋转，通过进种阀轴12带动进种阀13关闭，单片机控制推拉式电磁铁3断电，推杆31在复位弹簧34的作用力下离开排种盘22背面，排种盘22上处于充种区被堵气阀33堵上的型孔与负压室连通，种子吸附在排种盘22的型孔上，清种后，每个型孔上只保留一粒种子；
c.单片机控制直流电机2带动排种轴21转动，排种轴21带动排种盘22旋转到排种口位置，型孔上的种子随排种盘22一起转动到达投种区，准备播种；
d.进入第一小区后，单片机控制直流电机2转动，种子经过导种管5落到种沟内，排种器开始播种作业；
e.当光电传感器51检测到播种数量达到预设的播种数量时，单片机控制推拉式电磁铁3通电，堵气阀33在推杆31的推动下与排种盘22的背面贴合，排种盘22上的型孔被堵上，随着排种盘22的转动，吸附在型孔上的种子掉落到充种区内；
f.单片机向步进电机4发送脉冲，步进电机4通过卸种阀轴41带动卸种阀42逆时针旋转，第一小区的种子通过卸种阀42带出容种腔，进种阀13关闭。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明实现了小区精量排种器的自动化，进种模块、排种模块、堵气模块、卸种模块、光电检测模块按照程序协调、有序工作，使排种器在合适的工作压力范围和额定排种盘转速范围内保证优良的充种性能、清种性能、排种性能和换种性能。此外，本发明能够实现气吸式小区玉米精量排种器在充种区种子数量较少的情况下具有良好的充种性能，能够实现小区间快速换种、且不同小区种子无混杂的要求，解决了小区间的换种慢、不同小区的种子容易混杂的难题。
附图说明
图1为电驱式小区玉米精量排种器的工作区划分图；
图2为电驱式小区玉米精量排种器的主视图；
图3为图2中沿剖面线A-A的剖视图；
图4为图2中沿剖面线B-B的剖视图；
图5为电驱式小区玉米精量排种器的左视图；
图6为图5中沿剖面线C-C的剖视图；
图7为电驱式小区玉米精量排种器控制系统电路图。
【主要组件符号说明】
1进种管
11舵机
12进种阀轴
13进种阀
2直流电机
21排种轴
22排种盘
3推拉式电磁铁
31推杆
32限位凸台
33堵气阀
34复位弹簧
4步进电机
41卸种阀轴
42卸种阀
5导种管
51光电传感器
A第一容种腔
B第二容种腔
C充种区
D清种区
E运种区
F投种区
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的说明，本发明并不局限于以下实施例。
图1为本发明的电驱式小区玉米精量排种器的工作区划分图，图2为所述电驱式小区玉米精量排种器的主视图，图3为沿图2中剖面线A-A的剖视图，图4为沿图2中剖面线B-B的剖视图，图5为所述小区玉米精量排种器的左视图，图6为沿图5中剖面线C-C的剖视图，图7为电驱式小区玉米精量排种器控制系统电路图。
如图1所示，在电驱式小区玉米精量排种器中，按照播种作业时种子经过的区域，排种器腔体可分为充种区C、清种区D、运种区E和投种区F四个部分。
种子首先通过进种阀13到达卸种阀第一容种腔A。排种盘22顺时针转动，其后为负压室，工作时由风机提供负压。排种盘22转动时，种子在排种盘22上设置的型孔两面的压力差的作用下吸附在型孔上。种子随排种盘22转动到达清种区D，位于清种区D内多余的种子被清除掉，使每个型孔上只保留一粒种子。该区域又可以分为三阶段，初始阶段依靠重力和型孔位置的不断变化使得多余的种子落回充种区C；第二阶段通过排种器的清种刀从圆周外侧逐渐向内侧清种；第三阶段从内侧向外侧进行清种。经过清种区D后种子进入运种区E，种子在该阶段被稳定输送的同时降低高度并改变相对运动速度，当离开运种区E并到达投种区F时，种子相对排种盘的速度方向正好竖直向下，种子竖直向下进入导种管，完成排种过程。
如图2-6所示，本发明的电驱式小区玉米精量排种器包括进种模块、堵气模块、卸种模块、排种模块和光电检测模块。
其中，所述进种模块包括进种管1、舵机11、进种阀轴12和进种阀13。所述舵机11的轴与进种阀轴12连接，进种阀轴12与进种阀13通过合页连接，合页安装在进种管1的侧面，进种阀13的形状与排种器的进种口的形状一致。舵机11通过进种阀轴12带动进种阀13摆动，进而实现种子在进种管内的储存以及沿导种管下落。。
所述排种模块包括直流电机2、排种轴21和排种盘22。所述直流电机2的轴与排种轴21的一端连接，排种盘22安装在排种轴21的另一端上。所述排种盘22具有型孔，型孔数为25，排种盘22型孔中心到排种轴21中心的距离为82.5mm，排种盘22的厚度为3mm，材质为铝合金1060，采用六方轴驱动，其可以沿排种轴21轴向自由移动以保证磨损后排种盘22仍可与密封圈紧密贴合，在单片机的控制下，直流电机带动排种盘22匀速和变速转动。
所述堵气模块包括推拉式电磁铁3、推杆31、限位凸台32、堵气阀33和复位弹簧34。推拉式电磁铁3由单片机控制；推拉式电磁铁3通过推杆31与堵气阀33连接，堵气阀33位于推杆31的末端与排种盘22背面之间；推杆31上还设有限位凸台32，其位于堵气阀33与推拉式电磁铁3前端面之间；复位弹簧34位于推杆31末端凸台与推拉式电磁铁3后端面之间。当单片机p1.7端口置0，推拉式电磁铁3通电，推杆31在推拉式电磁铁3的电磁力作用下向前运动，带动堵气阀33运动至排种盘22背面，堵住排种盘22背面的对应型孔，当推拉式电磁铁3断电时,堵气阀33在复位弹簧34的拉力作用下随推杆31离开排种盘22背面，回复原位置。所述堵气阀为内径75mm、外径85mm、圆心角21°的弧状环。所述弧状环的圆心位于排种轴21的中心线上，弧状环的对称面与水平面的夹角为17°，堵气阀33的下端面设计45°的倒角，能够避免卡种和种子损伤，使种子被顺利推出型孔。
所述卸种模块包括步进电机4、卸种阀轴41和卸种阀42。步进电机4通过卸种阀轴41与卸种阀42连接。卸种模块通过法兰安装在排种器壳体上，卸种阀42位于排种器的充种区，卸种阀42包括两个中心对称的第一容种腔A和第二容种腔B，在步进电机4的驱动下，卸种阀42的两个容种腔交替与排种盘22构成充种区C的一部分，其工作方式为回转式，卸种和恢复充种状态同时完成；该阀的直径为85mm，旋转中心距排种轴21的距离为99mm，与竖直方向成45°角，第一容种腔A的内壁与排种盘22的夹角小于60°，卸种阀42的厚度与排种器种子腔厚度相同，为30mm，能够保证在充种区C只有少量种子时顺利充种。
所述光电检测模块包括导种管5和光电传感器51。其中，所述光电传感器51安装在导种管5上。
参照图7，本发明的电驱式小区玉米精量排种器的具体工作方法为：
当需要播种第一小区的种子时，
a.首先拖拉机启动，拖拉机输出轴与发动机动力输出轴连接，拖拉机输出轴带动风机转动，风机向排种器提供负压，控制装置通电，手动或者由自动供种系统向进种管1加入适量种子，种子经进种管1到达进种阀13，单片机通过p1.2端口向舵机11发送一定周期和占空比的PWM脉冲信号，舵机11轴逆时针旋转30°，从而带动进种阀轴12旋转，进种阀13打开，第一小区的种子进入充种区C；
b.延时0.5s后，舵机11顺时针旋转30°，进种阀13关闭，单片机p1.7端口置1，推拉式电磁铁3断电，推杆31在复位弹簧的作用力下离开排种盘22背面，排种盘22上处于充种区C被堵气阀33堵上的型孔与负压室连通，种子在排种盘型孔处压力差产生的吸力作用下吸附在排种盘22的型孔上，种子通过清种区D时，多余的种子被清除，经过清种区D后，每个型孔上只保留一粒种子；
c.单片机控制直流电机2带动排种轴21加速转动，排种轴21带动排种盘22加速旋转，当第一个吸附有种子的型孔随排种盘22一起转动并到达投种区F时，排种盘22停止转动，为第一小区的播种做好准备；
d.排种器进入第一小区后，驾驶员按下播种按钮，单片机控制直流电机2按照设定速度转动，种子经过导种管5落到种沟内，开始第一小区的播种作业；
e.当安装在导种管5上的光电传感器51检测到经过导种管的种子数量达到第一小区预设的播种数量时，单片机p1.7端口置0，固态继电器输出端导通，推拉式电磁铁3通电，堵气阀33在推杆31的推动下与排种盘22的背面贴合，排种盘22上的型孔被堵上，随着排种盘的转动，吸附在型孔上的种子逐个掉落到充种区C内；
f.单片机通过p1.5向步进电机4发送脉冲，步进电机4通过卸种阀轴41带动卸种阀42逆时针旋转180°，第一小区的种子通过卸种阀42带出容种腔，进种阀13关闭，第一小区播种作业结束。
进行第二小区播种作业前，向进种管1内加入第二小区要播的种子，单片机通过p1.2端口向舵机11发送一定周期和占空比的PWM脉冲信号，舵机11的轴逆时针旋转30°，从而带动进种阀轴12旋转，进种阀13打开，第二小区待播的种子进入充种区C；单片机p1.7端口置1，推拉式电磁铁3断电，堵气阀33在复位弹簧34的拉力作用下回复原来的位置，排种器开始充种；然后，单片机通过p1.3端口向直流电机控制器脉冲端口发送一定周期和占空比的PWM脉冲信号，直流电机2带动排种轴21旋转，排种盘22转动，第二小区待播的种子吸附在型孔上并随排种盘22到达排种口位置，播种机进入第二小区后，排种器开始排种。
Claims (8)
1.一种电驱式小区玉米精量排种器，其特征在于：其包括进种模块、堵气模块、卸种模块、排种模块和光电检测模块；
其中，所述进种模块包括进种管(1)、舵机(11)、进种阀轴(12)和进种阀(13)；所述舵机(11)的轴与进种阀轴(12)连接，进种阀轴(12)与进种阀(13)通过合页连接，合页安装在进种管(1)的侧面；
所述排种模块包括直流电机(2)、排种轴(21)和排种盘(22)；所述直流电机(2)的轴与排种轴(21)的一端连接，排种轴(21)的另一端安装排种盘(22)上；
所述堵气模块包括推拉式电磁铁(3)、推杆(31)、堵气阀(33)和复位弹簧(34)；推拉式电磁铁(3)由单片机控制；复位弹簧(34)位于推杆(31)末端凸台与推拉式电磁铁(3)后端面之间；推拉式电磁铁(3)通过推杆(31)与堵气阀(33)连接，其中，堵气阀(33)位于推杆(31)的末端与排种盘(22)背面之间；
所述卸种模块包括步进电机(4)、卸种阀轴(41)和卸种阀(42)；步进电机(4)通过卸种阀轴(41)与卸种阀(42)连接，卸种模块通过法兰安装在排种器壳体上，卸种阀(42)位于排种器的充种区；
所述光电检测模块包括导种管(5)和光电传感器(51)；其中，所述光电传感器(51)安装在导种管(5)上。
2.如权利要求1所述的电驱式小区玉米精量排种器，其特征在于：所述进种阀(13)的形状与排种器的进种口的形状一致。
3.如权利要求1所述的电驱式小区玉米精量排种器，其特征在于：所述排种盘(22)的型孔转动半径为82.5mm，对应的型孔数为25。
4.如权利要求1所述的电驱式小区玉米精量排种器，其特征在于：所述排种盘(22)采用六方排种轴(21)驱动。
5.如权利要求1所述的电驱式小区玉米精量排种器，其特征在于：所述推杆(31)上设有限位凸台(32)，限位凸台(32)位于堵气阀(33)与推拉式电磁铁(3)前端面之间。
6.如权利要求1所述的电驱式小区玉米精量排种器，其特征在于：所述堵气阀(33)为内径75mm、外径85mm、圆心角21°的弧状环，其下端面带有45°的倒角。
7.如权利要求1所述的电驱式小区玉米精量排种器，其特征在于：
所述卸种阀(42)包括两个中心对称的第一容种腔和第二容种腔，两个容种腔交替与排种盘(22)构成充种区的一部分。
8.如前述权利要求之一所述的电驱式小区玉米精量排种器的工作方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
a.拖拉机启动，拖拉机输出轴带动风机转动，风机向排种器提供负压，进种管(1)加入种子，种子经进种管(1)到达进种阀(13)，单片机向舵机(11)发送信号，舵机(11)的轴逆时针旋转，通过进种阀轴(12)带动进种阀(13)打开，第一小区的种子进入充种区；
b.舵机(11)的轴顺时针旋转，通过进种阀轴(12)带动进种阀(13)关闭，单片机控制推拉式电磁铁(3)断电，推杆(31)在复位弹簧(34)的作用力下离开排种盘(22)背面，排种盘(22)上处于充种区被堵气阀(33)堵上的型孔与负压室连通，种子吸附在排种盘(22)的型孔上，清种后，每个型孔上只保留一粒种子；
c.单片机控制直流电机(2)带动排种轴(21)转动，排种轴(21)带动排种盘(22)旋转到排种口位置，型孔上的种子随排种盘(22)一起转动到达投种区，准备播种；
d.进入第一小区后，单片机控制直流电机(2)转动，种子经过导种管(5)落到种沟内，排种器开始播种作业；
e.当光电传感器(51)检测到播种数量达到预设的播种数量时，单片机控制推拉式电磁铁(3)通电，堵气阀(33)在推杆(31)的推动下与排种盘(22)的背面贴合，排种盘(22)上的型孔被堵上，随着排种盘(22)的转动，吸附在型孔上的种子掉落到充种区内；
f.单片机向步进电机(4)发送脉冲，步进电机(4)通过卸种阀轴(41)带动卸种阀(42)逆时针旋转，第一小区的种子通过卸种阀(42)带出容种腔，进种阀(13)关闭。
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