CN114009188B - 倒鳍状型孔轮式多物料兼用变量给种装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于兼用型农业机械装置技术领域，具体涉及一种倒鳍状型孔轮式多物料兼用变量给种装置，包括种箱、柔性清种毛刷、开度调节板、导种壳体和落种管，所述导种壳体内设有变量排种机构，所述变量排种机构包括型孔轮、调节环和容量调节旋钮，容量调节旋钮用于调节调节环上型孔容量调节板与型孔槽的相对位置；所述型孔槽纵截面形状为倒鳍状。本发明相比现有技术具有以下优点：保证油菜和小麦在振动条件下具有较优的排种速率稳定性变异系数，排种量稳定系数低于3%，有效改善“卡种”问题，能适应8‑14km/h的高速播种工况，能够满足江淮地区小麦高速播种的需求。

Description

倒鳍状型孔轮式多物料兼用变量给种装置

技术领域

本发明属于兼用型农业机械装置技术领域，具体涉及一种倒鳍状型孔轮式多物料兼用变量给种装置。

背景技术

型孔轮式排种器是一种常见的机械式排种器，精量播种需要控制的重要指标是播量，要求排种器能根据作物品种、农艺要求等因素方便的调节单位播种量；油菜、小麦是我国主要的粮油作物，其中江淮地区是我国油菜、小麦主要种植区之一，两者虽然播期相近、播种工序类似，但由于油麦种子物料特性与播量差异较大，两者种植机械化率差异较大，油菜种植机械化率相对较低；油麦兼用播种装备技术落后，主要是因为播种量不易准确控制，机械化播种时通用性差，不能实现一器多用，导致种植成本增加，影响种植积极性，为了实现油菜、小麦兼用播种，提高机具利用率，有效降低成本，国内相关学者进行了较为深入的研究，经过分析表明，气力式排种装置可通过正负气压吸附不同种子实现兼用，通过外槽轮型式的排种器可实现机械式变量排种，且依靠特殊型孔结构型式做到不同种子兼用充排种，但其不足之处在于基本结构复杂，针对物料特性及播种量差异较大的不同作物，难以通过控制播量达到兼用排种，导致机具利用率低，另外江淮地区的地理特点，使农机在使用中振动明显，在振动环境下各行排量一致性难以保证；因此，对排种装置进行改进提高其通用性，以适应在振动环境下多种物料特性及播种量差异较大的种子兼用播种，从而提高机具的利用率尤为重要。

发明内容

本发明的目的是针对现有农机在振动环境下对多种物料种子兼用播种难以推广，现有棱柱形状型孔槽相比矩形柱状型孔拥有更好的携种效率，但不能很好的贴合种子表面，导致处于侧卧和竖立状态的小麦种子容易出现卡种，导致播量难以达到农艺要求的问题，碗状型孔由于开口出口较小，存在种子滞留问题，充种效率较低，为了避免以上问题提供了一种倒鳍状型孔轮式多物料兼用变量给种装置。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种倒鳍状型孔轮式多物料兼用变量给种装置，包括种箱、柔性清种毛刷、开度调节板、导种壳体和落种管，所述导种壳体内设有变量排种机构，所述变量排种机构包括型孔轮、调节环和容量调节旋钮，所述型孔轮主体外周均匀分布多个条形型孔槽，型孔轮一端设有配比标尺的螺柱，调节环内设有通孔，调节环一侧设有型孔槽匹配的型孔容量调节板，所述容量调节旋钮中端外周设有与通孔匹配的转动槽，内壁设有与螺柱匹配的螺纹，调节环卡接于容量调节旋钮外后，容量调节旋钮与型孔轮旋接，调节环在容量调节旋钮的作用下与型孔轮滑动连接，容量调节旋钮用于调节型孔容量调节板与型孔槽的相对位置；

所述型孔槽纵截面形状为倒鳍状，倒鳍状便于种子的充填和排出，减少种子的损伤率，有助于呈椭球体的小麦种子提高填充效率和流动性，改善投种性能，避免出现“卡种”现象。

具体的，所述型孔槽纵截面形状由4段圆弧组成，方便球形度较高的种子（油菜等）充种与投种，与球形种子接触可提高投种效率，圆弧曲线方程如下，单位为mm：

通过分析小麦种子进入型孔槽内时的“姿态”，合理设置各段圆弧曲线方程，确保小麦种子具有较高的流动性，无论以“平躺”或“侧躺”姿态进入型孔槽，均能完成顺利卸种。

进一步的，型孔槽纵截面的4段圆弧包括头部小半径圆弧段、开口连接弧段、尾部大半径圆弧段和底部连接弧段，其中头部小半径圆弧段的弧度曲率半径为1.3mm，该段适宜种子运移，可兼运球形度相差较大的种子，尾部大半径圆弧段的弧度曲率半径为5mm，该段适宜种子卸种，种子被型孔轮运移至投种区时，可顺滑卸种，避免卡种；通过分析油菜、小麦种子三轴尺寸，保证小麦种子能完全没入型孔，不易被柔性清种毛刷清除。

具体的，播种小麦时控制型孔槽长度为10-20mm，能保证单个型孔槽内充入种子4-8粒；播种油菜时控制型孔槽长度为2-4mm，能保证单个型孔槽内充入种子3-7粒。

具体的，所述型孔轮主体外周均匀分布12个条形型孔槽，为了符合播量要求，结合型孔槽的规格得出；型孔轮采用3D打印技术进行制造，材料为工程塑料ABS。

具体的，所述导种壳体顶端设有卡槽，两侧设有同轴旋转圆槽，底端设有滑槽，背部设有螺栓孔用于固定；变量排种机构通过同轴旋转圆槽安装于导种壳体内，导种壳体内部位于变量排种机构上方靠近种箱下开口的位置为充种区，靠近落种管上开口的一侧为投种区。

具体的，所述种箱通过卡槽与导种壳体卡接，导种壳体卡槽下方靠近种箱下开口的位置设有定位台阶和前挡种板，柔性清种毛刷在定位台阶和前挡种板之间上下滑动，柔性清种毛刷通过紧固螺栓与导种壳体固定。

具体的，所述种箱底部设有水平设置的种箱滑槽和落种开口，进种开度调节板通过远离落种开口的一侧与卡设于种箱滑槽内；通过旋紧定位螺栓对进种开度调节板进行固定，调节进种开度调节板相对于落种开口的位置实现落种开口宽度调节。

具体的，所述落种管顶部一侧设有导流斜面，便于投种，落种管和导流斜面与导种壳体通过滑槽装配连接。

具体的，用于油菜播种时，型孔轮工作转速小于107.77r/min；用于小麦播种时，型孔轮工作转速小于129.46r/min，保证排种装置可正常工作。

本发明中充种过程基于“短程”充种方式，相较于其他侧部充种方式的排种器更短，属于侧上部充种，且充种过程结束立刻在型孔轮上部进行清种，随即投种，这种排种过程因充种区短、清种区紧凑，大大减少了种子与高速旋转下的型孔轮相互碰撞次数，几乎消除了种子破损问题。

在使用时型孔轮与调节环配合安装，并通过容量调节旋钮控制型孔槽容积，从而调整单个型孔槽中充种量，进而对同种作物播种量进行控制；同时基于此原理，此型孔轮针对物料特性差异较大的作物也可通过型孔槽容积实现兼用充排种。

本发明相比现有技术具有以下优点：通过分析排种装置的结构组成和工作原理，确定倒鳍状型孔槽的曲线方程，进而确定了型孔槽的结构及尺寸，保证油菜和小麦在振动条件下具有较优的排种速率稳定性变异系数，排种量稳定系数低于3%，有效改善“卡种”问题，能适应8-14km/h的高速播种工况，能够满足江淮地区小麦高速播种的需求。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是柔性清种毛刷安装剖视图。

图3是导种壳体内部结构图。

图4是导种壳体俯视图。

图5是变量排种机构结构示意图。

图6是型孔轮的结构示意图。

图7是调节环的结构示意图。

图8是容量调节旋钮的结构示意图。

图9是落种管的结构示意图。

图10是柔性清种毛刷的结构示意图。

图11是开度调节板的安装结构图。

图12是图11中A处截面图。

图13是本发明的使用示意图。

图14是型孔槽纵截面的圆弧组成示意图。

图 15是倒鳍状、盆状型孔槽结构示意图。

图16是碗状、棱柱状型孔槽结构示意图。

其中，1-落种管，101-导流斜面， 2-变量排种机构，210-型孔轮，211-条形型孔槽，212-螺柱，220-调节环，221-型孔容量调节板，230-容量调节旋钮，231-转动槽，232-螺纹，3-导种壳体，301-充种区，302-投种区，303-卡槽，304-圆槽，305-滑槽，306-定位台阶，307-前挡种板，308-螺栓孔，4-开度调节板，5-种箱，501-定位螺栓，502-种箱滑槽，503-落种开口，6-柔性清种毛刷，601-紧固螺栓。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

下面将结合本发明实施例附图，对本发明实施例技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图13所示，本发明中充种过程基于“短程”充种方式，相较于其他侧部充种方式的排种器更短，属于侧上部充种，且充种过程结束立刻在型孔轮上部进行清种，随即投种，这种排种过程因充种区短、清种区紧凑，大大减少了种子与高速旋转下的型孔轮相互碰撞次数，几乎消除了种子破损问题。

本实施例主要讨论在江淮地区，主要种作物为植球形种子的油菜和椭球体种子小麦，如图1-12中所示，一种倒鳍状型孔轮式多物料兼用变量给种装置，包括种箱5、柔性清种毛刷6、开度调节板4、导种壳体3和落种管1，所述导种壳体3内设有变量排种机构2，所述变量排种机构2包括型孔轮210、调节环220和容量调节旋钮230，所述型孔轮210主体外周均匀分布多个条形型孔槽211，型孔轮210一端设有配比标尺的螺柱212，调节环220内设有通孔，调节环220一侧设有型孔槽211匹配的型孔容量调节板221，所述容量调节旋钮230中端外周设有与通孔匹配的转动槽231，内壁设有与螺柱212匹配的螺纹232，如图5所示，调节环220卡接于容量调节旋钮230外后，容量调节旋钮230与型孔轮210旋接，调节环220在容量调节旋钮230的作用下与型孔轮210滑动连接，容量调节旋钮230用于调节型孔容量调节板221与型孔槽211的相对位置；

所述型孔槽211纵截面形状为倒鳍状，倒鳍状便于种子的充填和排出，减少种子的损伤率，有助于呈椭球体的小麦种子提高填充效率和流动性，改善投种性能，避免出现“卡种”现象；如图14所示，所述型孔槽纵截面形状由4段圆弧组成，型孔槽纵截面的4段圆弧包括头部小半径圆弧段b、开口连接弧段a、尾部大半径圆弧段d和底部连接弧段c，其中头部小半径圆弧段b的弧度曲率半径为1.3mm，该段适宜种子运移，可兼运球形度相差较大的种子，尾部大半径圆弧段d的弧度曲率半径为5mm，方便球形度较高的油菜种子的充种与投种，与球形种子接触可提高投种效率，通过分析小麦种子进入型孔槽内时的“姿态”，合理设置各段圆弧曲线方程，确保小麦种子具有较高的流动性，无论以“平躺”或“侧躺”姿态进入型孔槽，均能完成顺利卸种，该段适宜种子卸种，种子被型孔轮运移至投种区时，可顺滑卸种，避免卡种；通过分析油菜、小麦种子三轴尺寸，保证小麦种子能完全没入型孔，不易被柔性清种毛刷清除；圆弧曲线方程如下，单位为mm：

；

根据江淮地区播量要求，所述型孔轮210主体外周均匀分布12个条形型孔槽，型孔轮210、调节环220和容量调节旋钮230采用3D打印技术进行制造，材料为工程塑料ABS，播种小麦时控制型孔槽长度为10-20mm，能保证单个型孔槽内充入种子4-8粒；播种油菜时控制型孔槽长度为2-4mm，能保证单个型孔槽内充入种子3-7粒；

其中导种壳体3顶端设有卡槽303，两侧设有同轴旋转圆槽304，底端设有滑槽305，背部设有螺栓孔308用于固定；变量排种机构2通过同轴旋转圆槽304安装于导种壳体3内，导种壳体3内部位于变量排种机构2上方靠近种箱5下开口的位置为充种区301，靠近落种管1上开口的一侧为投种区302；

所述种箱5通过卡槽303与导种壳体3卡接，导种壳体3卡槽303下方靠近种箱5下开口的位置设有定位台阶306和前挡种板307，如图2所示，柔性清种毛刷6在定位台阶306和前挡种板307之间上下滑动，柔性清种毛刷6通过紧固螺栓601与导种壳体3固定，柔性清种毛刷6长度取顶端刚好与型孔轮贴合长度，取6mm，经过预试验结果得出，柔性清种毛刷6清种成功率不低于96%，符合清种毛刷工作要求；

所述种箱5底部设有水平设置的种箱滑槽502和落种开口503，进种开度调节板4通过远离落种开口503的一侧与卡设于种箱滑槽502内；通过旋紧定位螺栓501对进种开度调节板4进行固定，调节进种开度调节板4相对于落种开口503的位置实现落种开口503宽度调节；

所述落种管1顶部一侧设有导流斜面101，便于投种，落种管1和导流斜面101与导种壳体3通过滑槽305装配连接。

在使用，时型孔轮与调节环配合安装，并通过容量调节旋钮控制型孔槽容积，从而调整单个型孔槽中充种量，进而对同种作物播种量进行控制；同时基于此原理，此型孔轮针对物料特性差异较大的作物也可通过型孔槽容积实现兼用充排种，该装置用于油菜播种时，型孔轮工作转速小于107.77r/min；用于小麦播种时，型孔轮工作转速小于129.46r/min，保证排种装置可正常工作，避免出现“飞种”现象。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

设置实验

为符合田间作业工况，在工作转速为30r/min的条件下进行，如图15和图16所示，型孔槽纵截面选择倒鳍状、盆状、碗状、棱柱状，试验按照GB/T 9478-2005“谷物条播机 试验方法”进行振动频率对排种装置排种性能影响实验并基于六度空间振动实验平台进行，选取不同因素水平开展全因子试验，单词优选试验时间为2min，使用种子收集盒收纳种子，并与试验后置于电子天平进行称其质量，每个因素水平重复6次试验进行，试验所得不同振动频率下排种速率和排种速率稳定性变异系数方法按照以下公式进行：

其中：m_v为单词每分钟排种速率，g/min^-1；m_q为排种速率试验值，g/min^-1；m为平均排种速率，g/min^-1；i为试验次数；m_i为第i次的排种速率，g/min^-1；C_v1为排种速率稳定变异系数，%；m_s为多行总排种速率平均值，g/min^-1；m_si为第i次试验多行总排种速率，g/min^-1；C_V2为总排种量稳定性变异系数，%；j为行数；m_u为各行排种速率平均值，g/min^-1；m_uj为第j行排种速率平均值，g/min^-1；C_V3为各行排种量一致性稳定性变异系数，%。

得到以下数据：

表1 型孔结构对油菜、小麦排种性能的影响

通过表1中数据可以看出，倒鳍状型孔轮能在同时满足油菜和小麦在排种速率较高时保持较优的排种量稳定性变异系数，具有较好的充种效率，提高了排种稳定性，能够较好的适应油菜、小麦良种物料特性以及播种量差异较大的作物兼用排种。

表2 不同工作转速与型孔容量开度时小麦排种性能

通过表2中数据可以看出，倒鳍状变容量型孔轮式排种装置可适应高速播种工况，工作转速不大于100r/min时，排种速率不大于2915.26g/min，满足江淮地区小麦高速播种要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种倒鳍状型孔轮式多物料兼用变量给种装置，包括种箱、柔性清种毛刷、开度调节板、导种壳体和落种管，所述导种壳体内设有变量排种机构，其特征在于，所述变量排种机构包括型孔轮、调节环和容量调节旋钮，所述型孔轮主体外周均匀分布多个条形型孔槽，型孔轮一端设有螺柱，调节环内设有通孔，调节环一侧设有与 型孔槽匹配的型孔容量调节板，所述容量调节旋钮中端外周设有与通孔匹配的转动槽，内壁设有与螺柱匹配的螺纹，调节环卡接于容量调节旋钮外，容量调节旋钮与型孔轮旋接，调节环在容量调节旋钮的作用下与型孔轮滑动连接，容量调节旋钮用于调节型孔容量调节板与型孔槽的相对位置；

所述型孔槽纵截面形状为倒鳍状；

其中，所述型孔槽纵截面形状由4段圆弧组成，圆弧曲线方程如下，单位为mm：

。

2.如权利要求1所述一种倒鳍状型孔轮式多物料兼用变量给种装置，其特征在于，型孔槽纵截面的4段圆弧包括头部小半径圆弧段、开口连接弧段、尾部大半径圆弧段和底部连接弧段，其中头部小半径圆弧段的弧度曲率半径为1.3mm，尾部大半径圆弧段的弧度曲率半径为5mm。

3.如权利要求2所述一种倒鳍状型孔轮式多物料兼用变量给种装置，其特征在于，播种小麦时控制型孔槽长度为10-20mm，播种油菜时控制型孔槽长度为2-4mm。

4.如权利要求2所述一种倒鳍状型孔轮式多物料兼用变量给种装置，其特征在于，所述型孔轮主体外周均匀分布12个条形型孔槽。

5.如权利要求1所述一种倒鳍状型孔轮式多物料兼用变量给种装置，其特征在于，所述导种壳体顶端设有卡槽，两侧设有同轴旋转圆槽，底端设有滑槽，背部设有螺栓孔；变量排种机构通过同轴旋转圆槽安装于导种壳体内，导种壳体内部位于变量排种机构上方靠近种箱下开口的位置为充种区，靠近落种管上开口的一侧为投种区。

6.如权利要求5所述一种倒鳍状型孔轮式多物料兼用变量给种装置，其特征在于，所述种箱通过卡槽与导种壳体卡接，导种壳体卡槽下方靠近种箱下开口的位置设有定位台阶和前挡种板，柔性清种毛刷在定位台阶和前挡种板之间上下滑动，柔性清种毛刷通过紧固螺栓与导种壳体固定。

7.如权利要求1所述一种倒鳍状型孔轮式多物料兼用变量给种装置，其特征在于，所述种箱底部设有水平设置的种箱滑槽和落种开口，进种开度调节板通过远离落种开口的一侧卡设于种箱滑槽内；通过旋紧定位螺栓对进种开度调节板进行固定，调节进种开度调节板相对于落种开口的位置实现落种开口宽度调节。

8.如权利要求1所述一种倒鳍状型孔轮式多物料兼用变量给种装置，其特征在于，所述落种管顶部一侧设有导流斜面，落种管和导流斜面与导种壳体通过滑槽装配连接。

9.如权利要求1所述一种倒鳍状型孔轮式多物料兼用变量给种装置，其特征在于，用于油菜播种时，型孔轮工作转速小于107.77r/min；用于小麦播种时，型孔轮工作转速小于129.46r/min。

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