CN105850309A - 基于种子外缘曲线特征的耦合仿生气吸排种盘 - Google Patents

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Abstract

基于种子外缘曲线特征的耦合仿生气吸排种盘属农业机械技术领域，本发明中排种盘上设有吸孔、二安装孔、销孔和中心孔，10‑20个吸孔均布于直径为170‑172mm的圆上；吸孔单体的上表面沿中心孔顶圆圆周设有凸缘；吸孔单体的中心孔内表面设有5‑7个褶皱，褶皱为半径为0.1mm的圆弧，各圆弧顶端连线为轮廓曲线，其方程式为：y＝a0xn+a1xn‑1+…+an‑1x+an；吸孔单体对应固接于排种盘的吸孔中；本发明吸孔内表面自上而下设有圆弧状褶皱，各圆弧顶端连线模仿作物种子的轮廓曲线，在吸孔单体圆周模仿水蛭后吸盘设置半圆状凸缘，增强排种器吸孔对种子的吸附效果，能显著减少精密播种过程中出现的漏播、重播现象，提高精密播种作业效率。

Description

基于种子外缘曲线特征的耦合仿生气吸排种盘
技术领域
本发明属农业机械技术领域，具体涉及一种具有种子外缘曲线特征的耦合仿生气吸排种盘。
背景技术
气吸式排种器能适应多种作物，广泛应用于高速播种作业，因此它是精密播种作业过程中的关键部件。气吸式排种器运转时通过风机作用，使排种盘内部产生气力负压，通过这种气压作用将种子吸附在种盘的吸孔上。作业过程中风机的风力难以调整，气力负压过大或过小会引起多吸或者不吸的状况，从而影响精密播种的效果。为解决吸力不稳定的问题，专利“电力气吸排种器”ZL 200920093581.2公开了一种电力气吸排种器，通过直流电机带动风机，将吸力维持在一定范围内。因该专利中电机由拖拉机蓄电池供电，带动风机转动，蓄电池电压不稳定时会出现供电不足或者电机功率不够的情况，影响整体播种效果。
排种盘多为硬质材料制成。当种子吸附在吸孔上时，种子的圆弧轮廓与排种盘的吸孔不能很好地贴合，因此产生较大的缝隙，导致负压力减弱，影响种子的吸附效果。目前采用的吸孔多为直孔式或锥孔式，直孔式吸孔在播种过程中容易漏风，减弱负压的吸附效果；锥孔式吸孔对种子的形状尺寸有所限制，并且开口过大会导致多吸、重播情况出现。通过增大吸孔的直径可以增大吸种能力，但对应的也可能增大重播率。
排种盘吸孔的形状、尺寸和吸孔周围的材质对吸孔处负压力和吸种效果有一定影响。仿生学研究表明，某些具有吸盘的生物进化出了具有非常强的吸附物体的本领，如水蛭、帽贝等，此类具有吸盘的生物已成为爬壁作业机械和水下作业机械，以及具有吸附作用的机械部件的仿生原型。如：发明专利“一种负压吸附式仿生爬壁机器人”专利申请号：201510127149.0，通过分析模拟生物的吸盘结构，增强了机器人的爬壁性能。排种盘吸孔的工作原理与生物的吸盘相同，都是通过负压作用吸附物体。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于种子外缘曲线特征的耦合仿生气吸排种盘，减少精密播种过程中出现的漏播、重播现象，提高精密播种作业效率。
本发明由排种盘A和吸孔单体B组成，所述排种盘A的直径D1为140-260mm，厚度H2为1.5-5mm；排种盘A上设有吸孔1、安装孔Ⅰ2、销孔3、中心孔4和安装孔Ⅱ5，其中吸孔1为10-20个，且均布于直径D2为170-172mm的圆上；安装孔Ⅰ2和安装孔Ⅱ5对称设于中心孔4两边，销孔3的直径D4为7-8mm，中心孔4的直径D3为30-32mm，销孔3位于中心孔4下方，销孔3和中心孔4中心间距L2为34.5-35.5mm；安装孔Ⅰ2和安装孔Ⅱ5为半径为4mm的半圆弧与半径为5.5mm的3/4圆弧连接而成，半圆弧的圆心与中心孔4的圆心在一条直线上，两半圆弧的中心距L1为62mm，3/4圆弧在半圆弧上方，3/4圆弧和半圆弧的中心距为12mm，连接线与半圆弧相切。
所述的吸孔单体B为10-20个，对应固接于排种盘A的10-20个吸孔1中。
所述吸孔单体B为空心圆台体形，吸孔单体B的顶端外圆直径D5为12-13mm，底端外圆直径D6为10-11mm，高H1为1.5-3mm，吸孔单体B的中心孔顶圆直径D8为5.0-8.2mm，中心孔底圆直径D7为4-5.5mm；
吸孔单体B的中心孔顶圆圆周边缘设有凸缘7，凸缘7的横截面为半圆形，其半径r为0.15-0.2mm；吸孔单体B的中心孔内表面自上而下设有褶皱6，褶皱6为5-7个半径为0.1mm的圆弧，各圆弧顶端连线模仿作物种子的轮廓曲线C的曲线方程式为：
y＝a0xn+a1xn-1+…+an-1x+an
其中：a0…an为实数系数；n为正整数，且n≥2；
优选的拟合曲线方程为：
y＝0.0001x7+0.002x6-0.0006x5-0.0189x4-0.0013x3+0.1714x2+0.0312x+0.7104
y＝a0xn+a1xn-1+…+an-1x+an
其中：a0…an为实数系数，n为正整数，且n≥2；
拟合的曲线方程为：
y＝0.2349x2+0.0079x+0.4948；
y＝-0.0021x3+0.2348x2+0.0287x+0.4954；
y＝0.0187x4-0.0007x3-0.0017x2+0.0181x+0.8110；
y＝0.0004x5+0.0187x4-0.0068x3-0.0019x2+0.0368x+0.8112；
y＝0.002x6+0.0005x5-0.0189x4-0.0084x3+0.1711x2+0.0421x+0.7105；
优选的拟合曲线方程为：
y＝0.0001x7+0.002x6-0.0006x5-0.0189x4-0.0013x3+0.1714x2+0.0312x+0.7104
其中：x∈[-3.5，3.5]，单位：mm，所得曲线关于Y轴对称，取曲线y∈[1.25,3.25]，单位：mm,在这范围的左右两段作为吸孔截面的两段曲线；
吸孔单体B的中心孔内表面由上述轮廓曲线沿Y轴旋转一周所得。
所述排种盘A的材料为不锈钢，所述吸孔单体B的材料为硅胶。
为了减少精密播种过程中出现的重播或漏播现象，提升精密播种作业的效果，本发明为气吸式排种器排种盘的吸孔提供一种曲线外形和仿生结构。模仿作物种子的轮廓曲线，将之应用到气吸式排种器排种盘吸孔的设计之中，使作物种子能与吸孔更好地接触。以水蛭吸盘为仿生对象，将其特殊的特征运用于吸孔的设计，吸孔单体B的中心孔内表面自上而下设有褶皱6，在吸孔单体B上表面沿中心孔顶圆圆周模仿水蛭后吸盘外缘，形成一圈横截面为半圆状的凸缘7，并通过使用柔性材料模仿水蛭吸盘的柔软特性增大种子与排种盘的接触面积，凸缘7的结构及采用的柔性材料，使种子与吸孔单体B的中心孔更紧密接触，增强气室的密闭性、保证气室负压力，增强种子在排种盘上的吸附效果。
本发明吸孔模仿作物种子的轮廓曲线，外形结构通过模仿生物的吸盘，增强排种器吸孔对种子的吸附效果，能显著减少精密播种过程中出现的漏播、重播现象，提高精密播种作业效率。
附图说明
图1为基于种子外缘曲线特征耦合仿生气吸排种盘主视图
图2为排种盘结构示意图一
图3为排种盘结构示意图二
图4为吸孔单体轴测图
图5为吸孔单体的剖视图
图6为图1中a-a截面示意图
图7为吸孔单体吸附种子的示意图
图8为种子失去负压从排种盘上掉落的示意图
图9为拟合的大豆轮廓的二次多项式曲线方程图
图10为拟合的大豆轮廓的三次多项式曲线方程图
图11为拟合的大豆轮廓的四次多项式曲线方程图
图12为拟合的大豆轮廓的五次多项式曲线方程图
图13为拟合的大豆轮廓的六次多项式曲线方程图
图14为拟合的大豆轮廓的七次多项式曲线方程图
图15为吸孔内部皱褶内轮廓形成曲线示意图
其中：A.排种盘 B.吸孔单体 1.吸孔 2.安装孔Ⅰ 3.销孔 4.中心孔 5.安装孔Ⅱ6.褶皱 7.凸缘 8.吸孔单体 9.种子
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本实例为用于大豆精密播种过程中所使用的气吸式排种器的排种盘，其特点是：吸孔单体B为20个，对应固接于排种盘A的20个吸孔1中，排种盘A的材料为不锈钢，吸孔单体B的材料为邵氏硬度A20-30的硅胶。
如图2、3、6所示，排种盘A的直径D1为200mm，厚度H2为2mm。排种盘A上设有吸孔1、安装孔Ⅰ2、销孔3、中心孔4和安装孔Ⅱ5，其中安装孔Ⅰ2和安装孔Ⅱ5对称设于中心孔4两边，销孔3的直径D4为7.5mm，4的直径D3为30mm，销孔3位于中心孔4下面，销孔3和中心孔4中心间距L2为35mm。吸孔1为20个，且均布于直径为172mm的圆上。安装孔Ⅰ2和5为半径为4mm的半圆弧与半径为5.5mm的3/4圆弧连接而成，半圆弧的圆心与中心孔圆心在一条中心线上，两半圆弧的中心距为62mm，3/4圆弧在半圆弧上方，两者中心距L1为12mm，连接线与半圆弧相切；
如图4所示，吸孔单体B的中心孔顶圆圆周边缘设有凸缘7，材料为邵氏硬度A20的硅胶。
如图5、6所示，凸缘7的横截面为半圆形；其半径r为0.2mm，吸孔单体B的中心孔内表面自上而下设有褶皱6，褶皱为7个半径为0.1mm的圆弧。所述吸孔单体B的顶圆直径D5为12mm，底圆直径D6为11mm，高H1为2mm，吸孔单体B的中心孔顶圆直径D8为8mm，中心孔底圆直径D7为4mm。
如图7和图8所示，在风力负压的作用下种子与吸孔较好的贴合，且种子的重心在排种盘吸孔外侧。当排种盘转至无风力处时，种子失去负压自然掉落。
如图9-14所示，拟合大豆轮廓的曲线方程式为：
y＝a0xn+a1xn-1+…+an-1x+an
其中：a0…an为实数系数，n为正整数，且n≥2；
拟合的曲线方程为：
y＝0.0001x7+0.002x6-0.0006x5-0.0189x4-0.0013x3+0.1714x2+0.0312x+0.7104
其中：x∈[-3.5，3.5]，单位：mm，所得曲线关于Y轴对称，取曲线y∈[1.25,3.25]，单位：mm,在这范围的左右两段作为吸孔截面的两段曲线。
吸孔单体B的中心孔内表面由上述轮廓曲线沿Y轴旋转一周所得。
如图15所示，各褶皱6表面顶端连线形成了大豆轮廓曲线C。

Claims (2)

1.一种基于种子外缘曲线特征的耦合仿生气吸排种盘，由排种盘(A)和吸孔单体(B)组成，所述排种盘(A)的直径D1为140-260mm，厚度H2为1.5-5mm；排种盘(A)上设有吸孔(1)、安装孔Ⅰ(2)、销孔(3)、中心孔(4)和安装孔Ⅱ(5)，其中吸孔(1)为10-20个，且均布于直径D2为170-172mm的圆上；安装孔Ⅰ(2)和安装孔Ⅱ(5)对称设于中心孔(4)两边，销孔(3)的直径D4为7-8mm，中心孔(4)的直径D3为30-32mm，销孔(3)位于中心孔(4)下方，销孔(3)和中心孔(4)中心间距L2为34.5-35.5mm；安装孔Ⅰ(2)和安装孔Ⅱ(5)为半径为4mm的半圆弧与半径为5.5mm的3/4圆弧连接而成，半圆弧的圆心与中心孔(4)的圆心在一条直线上，两半圆弧的中心距L1为62mm，3/4圆弧在半圆弧上方，3/4圆弧和半圆弧的中心距为12mm，连接线与半圆弧相切；所述的吸孔单体(B)为10-20个，对应固接于排种盘(A)的10-20个吸孔(1)中；其特征在于：所述吸孔单体(B)为空心圆台体形，吸孔单体(B)的顶端外圆直径D5为12-13mm，底端外圆直径D6为10-11mm，高H1为1.5-3mm，吸孔单体(B)的中心孔顶圆直径D8为5.0-8.2mm，中心孔底圆直径D7为4-5.5mm；吸孔单体(B)的中心孔顶圆圆周边缘设有凸缘(7)，凸缘(7)的横截面为半圆形，其半径r为0.15-0.2mm；吸孔单体(B)的中心孔内表面自上而下设有褶皱(6)，褶皱(6)为5-7个半径为0.1mm的圆弧，各圆弧顶端连线的轮廓曲线C的曲线方程式为：
y＝a0xn+a1xn-1+…+an-1x+an
其中：a0…an为实数系数；n为正整数，且n≥2；
优选的拟合曲线方程为：
y＝0.0001x7+0.002x6-0.0006x5-0.0189x4-0.0013x3+0.1714x2+0.0312x+0.7104
其中：x∈[-3.5，3.5]，单位：mm，所得曲线关于Y轴对称，取曲线y∈[1.25,3.25]，单位：mm,在这范围的左右两段作为吸孔中心截面的两段曲线；
吸孔单体(B)的中心孔内表面由上述轮廓曲线沿Y轴旋转一周所得。
2.按权利要求1所述的基于种子外缘曲线特征的耦合仿生气吸排种盘，其特征在于：所述排种盘(A)的材料为不锈钢，所述吸孔单体(B)的材料为硅胶。
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