CN107896588B - 具有漏种检测功能的种子气吸精密集排器及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有漏种检测、智能补给的针头气吸集排式精密集排器；本发明集排器结合偏心轮结构，实现集排器运动过程中，针头方向始终保持竖直向下，吸种针头随偏心轮运动到供种上方时，供种盘向上运动至针头处，吸种针头进行吸种工作，后期传感器可以检测针头是否吸上种子，具有漏种检测装置，能够进行漏种补给，可大大降低漏种率，并且提高单粒率。

Description

具有漏种检测功能的种子气吸精密集排器及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种针头式气吸蔬菜种子精量集排器，其运用偏心轮机构，并配有漏种检测、智能补给装置的种子气吸精密集排器。

背景技术

在我国，蔬菜也是我国农作物种植业中的第二大类作物，其种植面积、年产量、出口量及人均占有量稳居世界第一。蔬菜种植主要有种子直播和育苗移栽两种，前者可节省大量劳动力，降低生产成本，是广大种植户普遍采用的种植方法。蔬菜种子中大粒、中粒的种植较为简单，小粒种子的播种较为复杂，小粒径蔬菜种子粒径小、质量轻、易破损等特殊的物料特性制约着我国蔬菜机械化播种技术的发展。小粒径蔬菜播种机适用于全国各主要蔬菜集中生产地：如山东、山西、内蒙古、黑龙江、河北、河南等等省，然而蔬菜标准化、规模化程度低，种植技术落后，适合小粒径蔬菜种子的气吸集排式精密排种技术与装备研究尚处于起步发展阶段，蔬菜种植产业现代化水平无法迎合市场需求。加大小粒径蔬菜种子气吸集排式精密集排器的研究，有效提高其播种作业效率，对于提升我国蔬菜直播技术、机械化种植水平以及蔬菜种植面积和效益具有重要的现实意义。

集排器是播种机的核心部件，其性能好坏直接影响播种机的播种质量。现阶段市场上蔬菜集排器分为机械式和气力式两种，而气力式集排器又包括气吸式、气吹式、气压式三种。气吸式蔬菜播种机械形式大体可分为三种：盘式、针式、滚筒式，盘式和滚筒式播种机的精度低，容易损伤种子，因结构问题无法布置漏种检测装置，而气吸式集排器具有省种、不伤种、易实现单粒播种等优点，对种子的尺寸要求不严格，适应能力强。，现有的气吸式集排器都是简易式的，精密度不高，种子破损率高，且都不含有漏种检测装置，而发展适合小粒径蔬菜种子的气吸集排式精密排种技术与装备，需要重点设计性能结构合理的集排器，解决重播、空穴率高，单粒率低的问题。

实践证明，研究与开发设计播种精度高、具有漏种检测、气吸式的蔬菜种子精密集排器具有非常重要的现实意义。

发明内容

为解决上述存在的技术问题，本发明提供了一种单粒率高、种子破损率低，且具有漏种检测、智能补给的针头气吸集排式精密集排器。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

集排器结合偏心轮板，实现集排器运动过程中，吸种针头方向始终保持竖直向下，吸种针头随偏心轮板运动到盛种盘上方时，盛种盘向上运动至吸种针头处，吸种针头进行吸种工作，后期传感器可以检测吸种针头是否吸上种子，具有漏种检测装置，能够进行漏种补给，可大大降低漏种率，并且提高单粒率。

本发明的集排器有四条固定杆，集排器的行程中有四个关键位置点，分别为第一位置点、漏种检测点、漏种补给点、喷射排种点，集排器在每个位置点的动作保证了技术方案的顺利执行。

所谓第一位置点，是当偏心机构带动吸种针头转动到盛种盘上方时所在的位置点，即吸种针头位于最右端时的位置，在这个位置点时，盛种盘升降台提升，盛种盘向上移动，使种子位置能够被吸种针头吸上，完成第一次吸种动作。

所谓漏种检测点，是指偏心轮板带动吸种针头离开第一位置点后，达到整个行程最高点时的位置，此时置于偏心机构一侧的漏种检测机构进行检测漏种作业，漏种检测机构与漏种补给装置一一对应，漏种检测机构检测结束后并将信号发送给对应的漏种补给装置。

所谓漏种补给点，是当偏心机构带动吸种针头转动到盛种盘上方时所在的位置点，即吸种针头位于最左端时的位置，漏种补给装置接收漏种检测机构检测漏种结果，漏种补给装置接收信号后，执行补种任务，将漏种的吸种针头相对应的盛种盘提升，使漏种的吸种针头进行第二次吸种作业，降低漏种率。

所谓喷射排种点，是指排种轮带动吸种针头离开漏种补给点后，达到整个行程最低点时的位置，此时吸种针头位于漏斗导种器正上方，此时，真空发生器产生动作，吸种针头内压力换为正压，种子被吹出吸种针头，吹入漏斗状入种器，并赋予种子一个下落动力，使种子快速下落，避免只依靠自重下落，种子下落速度过慢，而出现漏播或重播。

本发明的有益效果为：

本发明基于对小粒径蔬菜种子播种机理的研究，提出了一种偏心轮式小粒径蔬菜种子气吸精密集排器，整体结构设计合理，结合了偏心轮式的运动特性，使吸种针头始终保持朝下，便于后续的吸种、漏种检测、补种、排种的顺利完成。采用了负压吸种，正负气压组合排种形式，种子破碎率低，实现均匀有序排种，并且后期排种采用了正压气吹投种，有效解决了排种不顺畅，容易堵塞针头的难题。设置有漏种检测装置，能够大大减少漏种率，精播质量好，避免漏播减产，节约劳动力。该集排器有效解决了蔬菜种子单粒精量取种，节约种子，并且大大提高了种子直播作业效率。

附图说明

图1为本发明具有漏种检测的偏心轮式蔬菜种子气吸精密集排器结构示意图；

图2为本发明吸种针头运动轨迹示意图；

图3为供种、补种机构示意图；

图4为吸种针头部分机构示意图；

图5为漏斗导种机构示意图；

图6为本发明电器控制系统流程图。

实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述：

本发明提出了一种具有漏种检测的偏心轮式蔬菜种子气吸精密集排器，如图1~5所示，附图中编号分别为： 1-机架，2-偏心轮板，3-曲轴，4-气缸，5-激光对射传感器发射器，6-管道，7-固定杆，8-供种机构，9-吸种针头，10-连接卡扣，11-管道分支器，12-固定板，13-轴承，14-轴，15-补种传感器，16-激光对射传感器接收器，17-支撑杆，18-排种管道，19-固定卡扣，20-漏斗状入种器，21-补种机构，22-供种传感器，23-螺母； 24-盛种盘，25-大销钉，26-滑动轴Ⅰ，27-内侧支撑杆，28-滑动轴Ⅱ，29-小销钉，30-滚轮Ⅰ，31-L型固定板Ⅰ，32-外侧支撑杆，33-固定连接杆，34-L型固定板Ⅱ，35-滚轮Ⅱ； 36-分支管道，37-螺母，38-螺柱，39-第一位置检测点，40-漏种检测点，41-漏种补给点，42-喷射排种点。

如图1所示的具有漏种检测的偏心轮式蔬菜种子气吸精密集排器：它包括偏心机构、吸排种机构、漏种检测机构、供种机构和补种机构以及传动机构，从一开始的右端供种、上端检测、左端补种、下端排种，最终种子受到正压的动力快速流入排种管道，完成排种过程，集排器循环往复工作，而形成了一个系统的循环的作业流水线。

偏心机构包括偏心轮板2、曲轴3、固定板12。偏心轮板2大体为方形板，中间轴孔的位置并不是处于正中间，而是偏移了一段距离，四个角的部分与曲轴3的一端连接，曲轴3另一端连接固定板12，固定板12形似偏心轮板2，但中间轴的位置位于正中间，这样才形成了偏心结构，实现特殊的运动特性，使吸种针头9能够受偏心机构控制做平面平行运动。所谓偏心结构实质是由四个平行四连杆机构组成。

吸排种机构包括：气缸4、管道6、固定杆7、吸种针头9、连接卡扣10、管道分支器11、排种管道18，偏心轮板2上固定气缸4，气缸4提供整个排种的吸种排种的正负气压，管道6与气缸4相连接，固定杆7上在固定位置处置有连接卡扣10，连接卡扣10一端安装吸种针头9，另一端与管道分支器11相连接，因管道6与气缸4直接连接，同时管道6又与管道分支器11相连接，管道6里的正负气压可以通过管道分支器11充入至吸种针头9，通过管道分支器11将气压传递到吸种针头9，是在供种、检测、补种三个过程中提供负压来实现吸种过程，从而实现吸种针头9的吸种和排种工作，本次吸种针头9设计是对称设计，间距和管道的设计使每个吸种针头9气压差微乎甚微。气缸4中气压的转换通过内置真空发生器，其中真空发生器选择MC5系列，可实现高速实装，单个重70克，小型轻量，可以最多8联的复式接头，实现30微秒高速反应（φ4Xφ2.5X800mm软管，-80千帕到达的时间）。在排种过程中，产生正压将种子喷出，种子被吹进排种管道18，能够实现快速排种，防止因种子质量较轻产生慢速坠落，而引起漏播或重播现象，并且采用正压气吹投种，有效解决了排种不顺畅，容易堵塞吸种针头的难题。

漏种检测机构包括：激光对射传感器（包括发射端5和接收端16）,补种传感器15。在吸种针头9吸上种子后，偏心机构带动吸种针头9转动到第二位置点时位置点，也就是到达漏种检测点，激光对射传感器5发射一束细的集聚激光进行检测漏种作业，若有种子被吸上，则细的集聚激光被遮住，证明被检测吸种针头9上携有种子，漏种检测机构不发射补种信号；若种子未被吸上，则细的集聚激光发射至接收端16，证明被检测吸种针头9上未携有种子，漏种检测机构将发射补种信号，漏种补给装置将驱动供种机构和补种机构，盛种盘24上升至吸种针头9下方，吸种针头9二次吸种、供种，从而减少漏播率。补种漏种检测机构与供种机构和补种机构相互对应，成对作用，播种质量大大提升。

供种机构和补种机构包括盛种盘24、大销钉25、滑动轴Ⅰ26、内侧支撑杆27、滑动轴Ⅱ28、大销钉25、小销钉29、L型固定板Ⅰ31、外侧支撑杆32、固定连接杆33、L型固定板Ⅱ34、滚轮Ⅰ30和滚轮Ⅱ35，盛种盘24的底部是带有倾斜角的平面，倾角为5°，有利于种子下滑至一端，保证靠近吸种针头9位置处种子量充足。供种机构和补种机构上下是由L型固定板Ⅰ31和L型固定板Ⅱ34分别与盛种盘24和机架1通过大销钉25、小销钉29相连，供种机构和补种机构都是通过c语言编程控制运动。L型固定板上有相应的槽，可以放置滚轮，滚轮Ⅰ30和滚轮Ⅱ35通过滑动轴Ⅰ26、滑动轴Ⅱ28连接，内侧支撑杆27和外侧支撑杆32一端与固定连接杆33相连接，另一端与滑动轴相连接。推动滑动轴Ⅱ28可以使内外侧支撑杆与水平面夹角变大，从而L型固定板Ⅰ31高度变大，盛种盘24上升，进行供种补种作业。相应的，供种机构是全部升高盛种盘24进行供种作业，供种机构会在吸种针头9转到相应的供种位置点之前，盛种盘24会提前上升，然后随着吸排种机构的转动而向上运动，也就是说供种时吸种针头9会和同时运动，通过c语言程序设定控制时间，供种机构只接收供种传感器22的信号；而补种机构是需要接收补种漏种检测机构的信号，进行相应补种，只在吸种针头9未吸上种子时进行升高补种。在补种时，吸排种机构保持运动，只是补种机构会在吸种针头9转到相应的补种位置点之前升到最高点，然后随着吸排种机构的转动而向下运动，也就是说补种时吸种针头9会和盛种盘24同时运动，通过c语言程序设定控制时间。

传动机构包括轴14、轴承13、偏心轮板2、固定板12、曲轴3、固定杆7。轴承13安装在机架1上，起到固定轴14的作用，轴14的转动直接带动偏心轮板2的转动。偏心轮板2四个角处安装曲轴3的一端，曲轴3另一端与固定板12连接，形成的偏心机构使固定杆7平行移动，从而固定杆上的吸种装置可以始终保持平衡，简而言之就是轴14的转动带动偏心轮板2的转动，然后通过曲轴3带动固定板12的转动，最终固定杆7随着一起转动，传动结构简单。

总的来说，通过传动机构，带动集排器的运转，通过管道6对吸种装置进行正负气压的传输，因吸种针头9在喷射排种点之前一直处于负压状态，从而保证了第一位置点和第三位置点的吸补种工作的实现，也能够促使运动过程中携种工作的顺利完成，而在喷射排种点时，此时整条管道6都是正压状态，而且漏斗状入种器20在支撑杆17上通过固定卡扣19固定在第四位置点的吸种针头9下方，种子被喷出吸种针头9，脱离吸种针头9后，种子以一定速度落入漏斗状入种器20，然后顺着排种管道18流入到开好的沟槽内，完成播种工作。图示集排器只能一器四行，但是可以增设吸种针头9装置和漏斗状入种器20，根据实际需要，通过更换管道6，增设和调节管道分支器11、固定卡扣19距离，实现一器多行播种。

本发明各用电装置统一由电气控制系统控制，协调动作，所述电气控制系统包括控制箱、控制器、触摸屏、开关电源、接触器、接线端子排、急停按钮、交流电动机、激光对射传感器（四个）、排种位置开关、供种位置开关、漏种位置开关、补种位置开关、气动阀。控制箱固定于外置机架上，用于布置控制器、触摸屏、开关电源、接触器、接线端子排、急停按钮；所述激光对射传感器位于偏心机构的发射端和接收端分别设置于两侧的机架上，其发射端发射的激光通过吸种针头下方，若吸种针头上吸有种子，则激光被遮挡，接收端接收不到激光，则表示吸种针头上有种子，若吸种针头上没有种子，则接收端可接收到激光，表明吸种针头上没有种子，控制补种机构进行补种操作。控制器优先选用西门子S7-200 SR40型PLC，并扩展一个DR08模块；所述开关电源选用24伏直流电源，所述激光对射传感器、排种位置开关、供种位置开关、漏种位置开关、补种位置开关连接到控制器输入端，控制器通过接触器控制交流电机启停，控制器通过气动阀控制吸种针头9吸种和排种。控制器采用西门子S7-200型PLC，并扩展两个DR08模块。

系统上电运行后电机旋转，排种位置开关检测到吸种针头运动到排种位置时，控制器控制供种气缸上升，通过气缸上升速度的调节使吸种针头运动到供种位置时，供种气缸正好运动到吸种针头下方，此时供种位置开关闭合，真空发生器产生真空吸种，供种气缸下降。吸种针头旋转到达漏种检测位置，漏种位置开关闭合，控制器控制激光漏种检测传感器检测是否有种，漏种时补种气缸上升，吸种针头运行到补种气缸正上方时漏种位置开关闭合，真空发生器产生真空吸种，补种气缸下降。吸种针头运行到排种位置时，排种位置开关闭合，真空发生器产生正压把种子排到排种管道中，然后开始下一个周期的循环。

本发明的优势在于：

本发明基于对气吸式排种机理的研究，提出了一种具有漏种检测的偏心轮式蔬菜种子气吸精密集排器的设计方案，结合了偏心轮式的运动特性，使吸种针头始终保持朝下，保证了初次吸种、漏种检测、智能补种、正压投种工作的顺利完成。整体结构设计合理，为实现一器多种工作奠定了结构基础，并且能够实现高的播种率。

本发明使用气泵来提供气压，采用正负气压组合排种形式，即负压吸种，后期排种为正压气吹投种，这种吸播种方式大大降低了种子破碎率，实现均匀有序排种。该集排器有效实现了蔬菜种子单粒精量取种，节约种子，大大提高了种子直播作业效率，并且正压气吹投种有效解决了排种不顺畅，容易堵塞吸种针头的难题。

本发明通过气吸状况和各类蔬菜种子物理特性的研究，发现通过更换吸种针头孔径大小和增大或减少气压，本集排器能适应不同品种、不同大小的蔬菜种子，极大地节省人力，能够实现一器多用。而且根据实际需要，通过更换管道，增设和调节吸种针头、漏斗状入种器、管道分支器、固定卡扣距离，实现一器多行播种，大大节省资源。

（4）本发明分析研究了多种蔬菜精量播种机，并没有一款播种机带有漏种检测装置，故本次发明设计了漏种检测装置，在当吸种针头处于第二位置点时，漏种检测机构发射一束细红外线进行检测漏种作业，检测检测吸种针头上是否携有种子，携有种子时漏种检测机构不发射补种信号；未携有种子，漏种检测机构将发射补种信号以驱动供种、补种装置，盛种盘上升至吸种针头，吸种针头二次吸种。能够大大减少漏种率，精播质量好，避免漏播减产，节约劳动力。

Claims (2)

1.具有漏种检测功能的种子气吸精密集排器，其特征在于包括偏心机构、吸排种机构、漏种检测机构、供种机构和补种机构以及传动机构，从一开始的右端供种、上端检测、左端补种、下端排种，最终种子受到正压的动力快速流入排种管道，完成排种过程，集排器循环往复工作，而形成了一个系统的循环的作业流水线；

偏心机构包括偏心轮板、曲轴、固定板；偏心轮板为方形，中间轴孔的位置并不是处于正中间，而是偏移了一段距离，四个角的部分与曲轴的一端连接，曲轴另一端连接固定板，固定板形似偏心轮板，但中间轴的位置位于正中间，这样形成了偏心结构，使吸种针头能够受偏心机构控制做平面平行运动；所谓偏心结构实质是由四个平行四连杆机构组成；

吸排种机构包括：气缸、管道、固定杆、吸种针头、连接卡扣、管道分支器、排种管道，偏心轮板上固定气缸，气缸提供整个排种的吸种排种的正负气压，管道与气缸相连接，固定杆上在固定位置处置有连接卡扣，连接卡扣一端安装吸种针头，另一端与管道分支器相连接，因管道与气缸直接连接，同时管道又与管道分支器相连接，管道里的正负气压能够通过管道分支器充入至吸种针头，通过管道分支器将气压传递到吸种针头，是在供种、检测、补种三个过程中提供负压来实现吸种过程，在排种部分提供正压完成排种，从而实现吸种针头的吸种和排种工作，吸种针头是对称设计，间距和管道的设计使每个吸种针头气压一致；气缸中气压的转换通过内置真空发生器，在排种过程中，产生正压将种子喷出，种子被吹进排种管道，实现快速排种；

漏种检测机构包括：激光对射传感器，所述激光对射传感器包括发射端和接收端,补种传感器；在吸种针头吸上种子后，偏心机构带动吸种针头转动到第二位置点时位置点，也就是到达漏种检测点，激光对射传感器发射一束细的集聚激光进行检测漏种作业，若有种子被吸上，则细的集聚激光被遮住，证明被检测吸种针头上携有种子，漏种检测机构不发射补种信号；若种子未被吸上，则细的集聚激光发射至接收端，证明被检测吸种针头上未携有种子，漏种检测机构将发射补种信号，漏种补给装置将驱动供种机构和补种机构，盛种盘上升至吸种针头下方，吸种针头二次吸种、供种；

供种机构和补种机构包括盛种盘、大销钉、滑动轴Ⅰ、内侧支撑杆、滑动 轴Ⅱ、小销钉、L型固定板Ⅰ、外侧支撑杆、固定连接杆、L型固定板Ⅱ、滚轮Ⅰ和滚轮Ⅱ，盛种盘的底部是带有倾斜角的平面，倾角为5°，有利于种子下滑至一端，保证靠近吸种针头位置处种子量充足；供种机构和补种机构上下是由L型固定板Ⅰ和L型固定板Ⅱ分别与盛种盘和机架1通过大销钉、小销钉相连，供种机构和补种机构都是通过c语言编程控制运动；L型固定板上有相应的槽，能够放置滚轮，滚轮Ⅰ与滑动轴Ⅰ连接，滚轮Ⅱ与滑动轴Ⅱ连接，内侧支撑杆一端与固定连接杆相连接，另一端与滑动轴Ⅰ相连接，外侧支撑杆一端与滑动轴Ⅱ连接，另一端与L型固定板Ⅰ连接，推动滑动轴Ⅱ能够使内外侧支撑杆与水平面夹角变大，从而L型固定板Ⅰ高度变大，盛种盘上升，进行供种补种作业，相应的，供种机构是全部升高盛种盘进行供种作业，供种机构会在吸种针头转到相应的供种位置点之前，盛种盘会提前上升，然后随着吸排种机构的转动而向上运动，也就是说供种时吸种针头会和盛种盘同时运动，通过程序设定控制时间，供种机构只接收供种传感器的信号；而补种机构是需要接收补种漏种检测机构的信号，进行相应补种，只在吸种针头未吸上种子时进行升高补种；在补种时，吸排种机构保持运动，只是补种机构会在吸种针头转到相应的补种位置点之前升到最高点，然后随着吸排种机构的转动而向下运动，也就是说补种时吸种针头会和盛种盘同时运动，通过程序设定控制时间；

传动机构包括轴、轴承、偏心轮板、固定板、曲轴、固定杆；轴承安装在机架上，起到固定轴的作用，轴的转动直接带动偏心轮板的转动；偏心轮板四个角处安装曲轴的一端，曲轴另一端与固定板连接，形成的偏心机构使固定杆平行移动，从而固定杆上的吸种装置能够始终保持平衡，简而言之就是轴的转动带动偏心轮板的转动，然后通过曲轴带动固定板的转动，最终固定杆随着一起转动，传动结构简单；

通过传动机构，带动集排器的运转，通过管道对吸种装置进行正负气压的传输，因吸种针头在喷射排种点之前一直处于负压状态，从而保证了第一位置点和第三位置点的吸补种工作的实现，也能够促使运动过程中携种工作的顺利完成，而在喷射排种点时，此时整条管道都是正压状态，而且漏斗状入种器在支撑杆上通过固定卡扣固定在第四位置点的吸种针头下方，种子被喷出吸种针头，脱离吸种针头后，种子以一定速度落入漏斗状入种器，然后顺着排种管道流入到开好的沟槽内，完成播种工作。

2.根据权利要求1所述的具有漏种检测功能的种子气吸精密集排器的工作方法，其特征在于：集排器结合偏心轮板，实现集排器运动过程中，吸种针头方向始终保持竖直向下，吸种针头随偏心轮板运动到盛种盘上方时，盛种盘向上运动至吸种针头处，吸种针头进行吸种工作，后期传感器能够检测吸种针头是否吸上种子，具有漏种检测装置，能够进行漏种补给；

集排器有四条固定杆，集排器的行程中有四个关键位置点，分别为第一位置点、漏种检测点、漏种补给点、喷射排种点，集排器在每个位置点的动作保证了技术方案的顺利执行；

所谓第一位置点，是当偏心机构带动吸种针头转动到盛种盘上方时所在的位置点，即吸种针头位于最右端时的位置，在这个位置点时，盛种盘升降台提升，盛种盘向上移动，使种子位置能够被吸种针头吸上，完成第一次吸种动作；

所谓漏种检测点，是指偏心轮板带动吸种针头离开第一位置点后，达到整个行程最高点时的位置，此时置于偏心机构一侧的漏种检测机构进行检测漏种作业，漏种检测机构与漏种补给装置一一对应，漏种检测机构检测结束后并将信号发送给对应的漏种补给装置；

所谓漏种补给点，是当偏心轮板带动吸种针头转动到盛种盘上方时所在的位置点，即吸种针头位于最左端时的位置，漏种补给装置接收漏种检测机构检测漏种结果，漏种补给装置接收信号后，执行补种任务，将吸种针头相对应盛种盘升降台提升，使漏种的吸种针头进行第二次吸种作业，降低漏种率；

所谓喷射排种点，是指偏心轮板带动吸种针头离开漏种补给点后，达到整个行程最低点时的位置，此时吸种针头位于漏斗状入种器正上方，此时，真空发生器产生动作，吸种针头内压力换为正压，种子被吹出吸种针头，吹入漏斗状入种器，并赋予种子一个下落动力，使种子快速下落，避免只依靠自重下落，种子下落速度过慢，而出现漏播或重播。