CN114532011A - 一种自扰动小粒径兼用机械气力组合式集排器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种自扰动小粒径兼用机械气力组合式集排器,包括种箱、储种室、卸种集中槽、型孔轮及风机落种口;所述型孔轮包括排种轴及沿排种轴轴向安装在排种轴上的N个型孔轮单体;所述型孔轮单体沿周向均布有一圈沉槽,每个沉槽的中间部位开有型孔,每相邻两个沉槽之间形成凸台调。型孔轮单体集成倾斜抛物型孔和凸台扰种结构,相比于无扰种或设置独立扰种装置,能够增加种群扰动、改善充种性能,同时简化排种器整体结构。

Description

一种自扰动小粒径兼用机械气力组合式集排器
技术领域
本发明涉及农业机械中播种技术领域,具体涉及一种自扰动小粒径兼用机械气力组合式集排器。
背景技术
油菜是我国主要植物油来源和饲用蛋白来源,芝麻、小白菜是重要的特色油料作物和日常蔬菜,种植范围广、规模大。油菜、芝麻、小白菜平均粒径小于3mm,属小粒径种子,因其粒径小、外形差异大、易破损,机械化播种难度大,种植方式仍以人工播种为主,截至2020年油菜机播率35.65%,蔬菜综合机械化率不足40%,对播种机械需求迫切。人工播种劳动强度大、作业效率低、播种质量差,难以实现标准化、规模化种植。小粒径种子种类繁多、物料特性差异大,排种器兼用难度大;球形度低、流动性差的种子在种箱内易结拱,导种过程易滞留导种管,降低了排种器的充种和导种性能;兼用不足、充种不稳、导种不畅是限制小粒径种子排种器利用率和播种质量进一步提高的重要因素。
发明内容
针对上述不足,本发明提供一种可实现对不同外形小粒径种子稳定充种和顺畅导种的自扰动小粒径兼用机械气力组合式集排器,满足油菜、芝麻、小白菜等小粒径种子兼用、集排、穴播要求。
为实现上述目的,本发明所设计的自扰动小粒径兼用机械气力组合式集排器,包括种箱、储种室、卸种集中槽、型孔轮及风机落种口;所述型孔轮包括排种轴及沿排种轴轴向安装在排种轴上的N个型孔轮单体;所述型孔轮单体沿周向均布有一圈沉槽,每个沉槽的中间部位开有型孔,每相邻两个沉槽之间形成凸台。
进一步地,所述型孔轮的左端通过左快速拆装部件固定在左排种器壳体上,型孔轮的右端通过右快速拆装部件固定在右排种器壳体上;所述左快速拆装部件和右快速拆装部件为对称结构均包括快速挂接板、六方孔带座轴承及密封板,并通过连接件将六方孔带座轴承、快速挂接板和密封板依次连接成整体;所述排种轴靠近动力输入端的一侧开有安装卡簧的卡簧槽,用于轴向定位型孔轮单体,排种轴的另一端经轴套与六方孔带座轴承内圈接触定位。
进一步地,所述种箱包括种箱箱体、箱盖及堵头;所述种箱箱体的两侧内壁上且位于最外侧两出种口上方各安装有一个内置螺纹的安装座,堵头装入单侧或两侧的出种口,并通过拧入安装座螺纹孔的螺钉将堵头固定在单侧或两侧出种口里调节出种行数。
进一步地,所述储种室包括储种室箱体,储种室箱体被隔板分割为N个独立的储种区,且N个储种区与种箱的N个出种口呈一一对应布置;每个隔板且靠近型孔轮侧的端面为弧形面,弧形面与型孔轮的圆周面一致,同时弧形面上布置有行间密封条,储种室箱体靠近型孔轮侧的底部布置有底部密封条;储种室箱体底部插入有卸种插板。
进一步地,所述风机落种口包括风机、固定板及落种口,风机、落种口经螺栓安装于固定板,固定板两端经螺栓固定在左排种器壳体、右排种器壳体;落种口由U型导种滑道及风道组成,U型导种滑道中心线各点切线与水平线夹角应大于种子与落种口静摩擦角,U型导种滑道中心线最低点处切线角最小为35°。
进一步地,所述U型导种滑道截面由两段圆弧组成,圆弧各点切线与水平线夹角不小于35°,且U型导种滑道及风道出口位置相同。
进一步地,所述卸种集中槽两端安装于在左排种器壳体、右排种器壳体上,卸种集中槽底面于水平面夹角为35°,卸种集中槽下方侧板与出口端面夹角40°。
进一步地,所述种箱箱体两侧均设置有水平槽口,左排种器壳体和右排种器壳体与种箱连接处均设置有竖直槽口;左排种器壳体和右排种器壳体与储种室连接处均设置有弧形槽口。
进一步地,所述型孔的倾斜抛物线是由抛物线x2=2py绕抛物线顶点旋转角度θ1得到,θ1为20°~50°,倾斜抛物线的焦准距p为0.5~1.5。
进一步地,所述沉槽深度r不大于种子最小高度一半,沉槽宽度为种子最大长度一半。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
1、型孔轮单体采用倾斜抛物线型孔,确定了抛物线顶点至型孔轮单体中心距离(顶心距)、焦准距及抛物线绕顶点旋转角度三参数的范围,可满足不同种类小粒径种子每穴2±1粒/穴播种粒数要求。型孔轮单体集成倾斜抛物型孔和凸台扰种结构,相比于无扰种或设置独立扰种装置,能够增加种群扰动、改善充种性能,同时简化排种器整体结构。
2、本发明可实现护种、导种和辅助风送功能的落种口,型孔轮投种过程种子沿切向进入落种口U型导种滑道,可减少投种过程种子碰撞;种子脱离U型导种滑道进入导种管时与风机输送气流同向,更好的利用种子投种初速及保持种子粒距均匀分布,同时加速种子,避免种子滞留导种管,实现顺畅导种。
3、采用“型孔轮精量供种+落种口同向输种”技术方案,相较于常见的气送式集排器,结构紧凑、供种稳定,所需输送气流较小。
4、型孔轮部件一端由卡簧定位,另一端由轴套及快速拆转部件中轴承内圈定位,并使用梅花螺钉将快速拆装部件紧固于排种器壳体,无需借助工具即可快速拆装并更换型孔轮。
5、排种器壳体与种箱、储种室连接处设置槽口,可依据不同排种轴转速与种子流动特性调节种箱和储种室安装位置,控制种群分布,改善充种性能。
附图说明
图1为本发明左前结构示意图;
图2为本发明右前结构示意图;
图3为本发明左后结构示意图;
图4为图1中种箱结构示意图;
图5为图4的部分剖视示意图;
图6为图4的内部示意图;
图7为图1中储种室结构示意图;
图8为图1中型孔轮结构示意图;
图9为图8中A处放大示意图;
图10为图8中型孔截面参数示意图;
图11为图10的部分放大示意图;
图12为图8中沉槽结构示意图;
图13为图1中风机落种口结构示意图;
图14为图1中左快速拆装部件结构示意图;
图15为图1中卸种集中槽结构示意图。
图中标号如下:种箱1(其中:种箱盖1-1、种箱箱体1-2、堵头1-3、水平槽口1-4、安装座1-5、出种口1-6、螺钉1-7)、右排种器壳体2、储种室3(其中:储种室箱体3-1、底部密封条3-2、行间密封条3-3、卸种插板3-4、隔板3-5)、卸种集中槽4、型孔轮5(其中:轴套5-1、型孔轮单体5-2、卡簧5-3、排种轴5-4、凸台5-5、沉槽5-6)、右快速拆装部件6、风机落种口7(其中:风机7-1、固定板7-2、落种口7-3)、左快速拆装部件8(其中:快速挂接板8-1、六方孔带座轴承8-2、密封板8-3)、左排种器壳体9、竖直槽口10、弧形槽口11。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1、2、3所示自扰动小粒径兼用机械气力组合式集排器,包括种箱1、储种室3、卸种集中槽4、型孔轮5及风机落种口7,型孔轮5的左端通过左快速拆装部件8固定在左排种器壳体9上,型孔轮5的右端通过右快速拆装部件6固定在右排种器壳体2上。
如图4、5、6所示,种箱1包括种箱箱体1-2、箱盖1-1及堵头1-3。箱盖1-1采用亚克力透明材质,便于观察种箱内剩余种量,箱盖经合页、锁扣及其连接件铰接于种箱箱体1-2上;种箱箱体1-2的两侧内壁上且位于最外侧两出种口1-6上方各安装有一个内置螺纹的安装座1-5。当排种芝麻等行距较大的品种时,将堵头1-3装入单侧或两侧的出种口,并通过拧入安装座1-5螺纹孔的螺钉1-7将堵头1-3固定在单侧或两侧出种口里从而调节出种行数。
如图7所示储种室3包括储种室箱体3-1,储种室箱体3-1被隔板3-5分割为N个独立的储种区,且N个储种区与种箱1的N个出种口呈一一对应布置。每个隔板且靠近型孔轮5侧的端面为弧形面,弧形面与型孔轮5的圆周面一致,同时弧形面上布置有行间密封条3-3,储种室箱体3-1靠近型孔轮5侧的底部布置有底部密封条3-2;另外,储种室箱体3-1底部插入有卸种插板3-4。
如图8所示型孔轮5包括排种轴5-4及沿排种轴5-4轴向安装在排种轴5-4上的N个型孔轮单体5-2,排种轴5-4主体为六方轴,动力输入端的一侧为圆柱形并加工键槽,可经键、联轴器连接驱动电机或经键、链轮、链条外接驱动装置。如图14所示左快速拆装部件8和右快速拆装部件6为对称结构均包括快速挂接板8-1、六方孔带座轴承8-2及密封板8-3,并通过连接件将六方孔带座轴承8-2、快速挂接板8-1和密封板8-3依次连接成整体。
排种轴5-4靠近动力输入端的一侧开有安装卡簧5-3的卡簧槽,用于轴向定位型孔轮单体5-2,排种轴5-4的另一端经轴套5-1与六方孔带座轴承8-2内圈接触定位。安装过程中首先使用梅花螺母将右快速拆装部件6安装于右排种器壳体2,然后将型孔轮5经左排种器壳体9中部大圆孔装入,并使用梅花螺母将左快速拆装部件8安装于左排种器壳体9,拆卸步骤与安装步骤相反。排种作业时,电机或链传动机构经键驱动型孔轮5转动,型孔轮单体5-2上型孔从储种室3-1的种群中挖取种子,完成充种过程,并携带种子转过一定角度后将种子投种到落种口7-3,完成充种、携种和投种过程。
再次如图1所示,种箱箱体1-2两侧均设置有水平槽口1-4,左排种器壳体9和右排种器壳体2与种箱1-2连接处均设置有竖直槽口10,使得种箱1可沿水平和竖直方向移动;左排种器壳体9和右排种器壳体2与储种室3-1连接处均设置有弧形槽口11,使得储种室3可绕排种轴5-4回转中心转动,能够依据型孔轮件5的转速及种子类别调节储种室箱体3-1中种群分布,改善充种性能。
如图1、图13所示,风机落种口7包括风机7-1、固定板7-2及落种口7-3,风机7-1、落种口7-3经螺栓安装于固定板7-2,固定板7-2两端经螺栓固定在左排种器壳体9、右排种器壳体2。落种口7-3由U型导种滑道及风道组成,能够使种子沿切向进入输送气流场,实现护种、气力有序输种、集排顺畅导种。为了避免种子滞留U型导种滑道,U型导种滑道中心线各点切线与水平线夹角应大于种子与落种口7-3静摩擦角,U型导种滑道中心线最低点处切线角最小为35°;另外,U型导种滑道截面由两段圆弧组成,圆弧各点切线与水平线夹角不小于35°,且U型导种滑道及风道出口位置相同。U型导种滑道及风道出口与导种管相连,当排种芝麻等球形度低、流动性差的种子时需运行风机,种子脱离落种口7-3时与输送气流速度同向,能够更好的保证种子分布均匀性,并使种子加速,避免种子滞留导种管,实现顺畅导种。
排种过程种子迁移路径为:种子由种箱箱体1-2进入储种室箱体3-1并形成一定高度与形状的种群,电机经键、联轴器或链传动系统驱动型孔轮5转动时种子充入型孔轮单体5-2的型孔中,型孔轮5将种子携带并投种至落种口7-3的U型导种滑道,经U型导种滑道引导及风机7-1输送气流作用下进入导种管,经导种管落入种沟内,完成排种过程。
如图3、图15所示,卸种集中槽4用于卸种时将种子聚拢至较窄的出口,便于收集种子;卸种集中槽4两端安装于在左排种器壳体9、右排种器壳体2上,卸种集中槽4底面于水平面夹角为35°,卸种集中槽4下方侧板与出口端面夹角40°,可保证常见小粒径种子的顺利排出。
如图8、9、10、11、12所示,型孔轮单体5-2沿周向均布有一圈沉槽5-6,每个沉槽5-6的中间部位开有型孔,每相邻两个沉槽5-6之间形成凸台5-5,采用型孔充种、凸台扰种结构,兼具充种和扰种功能,可满足不同外形的小粒径种子2±1粒/穴播种农艺要求。
型孔数由计算式(1)确定,型孔与凸台深度由计算式(2)确定,型孔、环槽、凸台长度由公式(3)确定,型孔宽度与型孔侧边倾角由计算式(4)确定,型孔的倾斜抛物线是由抛物线x2=2py绕抛物线顶点旋转角度θ1得到,θ1为20°~50°,同时,倾斜抛物线的焦准距p为0.5~1.5。
Figure BDA0003518358200000071
式中:
Z——单个型孔轮型孔数
vm——播种机前进速度平均值,km/h
lh——穴距,mm
n——型孔轮平均转速,r/min
Figure BDA0003518358200000072
式中:
H——抛物线顶点至圆心距离(顶心距),mm
h——抛物线倾斜角度为0时型孔深度,mm
R——型孔轮单体半径,mm
r——沉槽深度,mm
Figure BDA0003518358200000073
——种子几何平均粒径,mm
Ψ——种子球形度,%
Figure BDA0003518358200000074
式中:
Figure BDA0003518358200000075
——种子长度均值,mm
σa——种子长度标准差,mm
Figure BDA0003518358200000081
——种子长度均值,mm
lA1B1——型孔长度,mm
l——凸台长度,mm
lc——沉槽长度,mm
Figure BDA0003518358200000082
式中:
amax——种子长度最大值,mm
L1——型孔顶宽,mm
L2——型孔底宽,mm
Figure BDA0003518358200000083
——型孔侧边倾角,数值等于种子与型孔轮静摩擦角,()
wc——凸台宽,mm。
抛物线x2=2py各点斜率连续均匀变化并在最低点处斜率为零,有利于保证充种、投种过程种子平稳运移及将种子稳定在型孔底部;通过设置倒角、引种槽或采用倾斜型孔可以提高充种时间、改善充种效果。增大沉槽深度r可以增强搅种效果(见图11),但r不应过大以避免沉槽拖带种子造成重充率增加,r应不大于种子最小高度一半。
型孔宽度和侧边倾斜角度是影响卡种的主要因素,当型孔宽度小于种子最大长度尺寸时,型孔易出现单粒卡种及漏充;因此,型孔应略大于种子最大长度尺寸以便于充种并控制充种数量;型孔轴向截面以单粒充种为主,增大型孔侧边倾斜角度有利于顺利卸种。为保证型孔两侧种子提高翻转力矩进入型孔,型孔两侧沉槽宽度应不大于种子最大长度尺寸一半,当沉槽宽度取较大值有利于将更多种子引导进入型孔,因此取型孔两侧沉槽宽度为种子最大长度一半。
本发明设计一种具有护种与辅助风送功能的落种口,U型导种滑道约束种子运动轨迹、提高落种均匀性,辅助风送可改善种子流动性,避免种子滞留导种管,实现顺畅导种。
本发明设计一种具有各行独立供种的种箱和储种室结构,结合行数调节堵头及排种器壳体槽口可调整播种行数及储种室种群分布。

Claims (10)

1.一种自扰动小粒径兼用机械气力组合式集排器,包括种箱(1)、储种室(3)、卸种集中槽(4)、型孔轮(5)及风机落种口(7);其特征在于:所述型孔轮(5)包括排种轴(5-4)及沿排种轴(5-4)轴向安装在排种轴(5-4)上的N个型孔轮单体(5-2);所述型孔轮单体(5-2)沿周向均布有一圈沉槽(5-6),每个沉槽(5-6)的中间部位开有型孔,每相邻两个沉槽(5-6)之间形成凸台(5-5)。
2.根据权利要求1所述自扰动小粒径兼用机械气力组合式集排器,其特征在于:所述型孔轮(5)的左端通过左快速拆装部件(8)固定在左排种器壳体(9)上,型孔轮(5)的右端通过右快速拆装部件(6)固定在右排种器壳体(2)上;所述左快速拆装部件(8)和右快速拆装部件(6)为对称结构均包括快速挂接板(8-1)、六方孔带座轴承(8-2)及密封板(8-3),并通过连接件将六方孔带座轴承(8-2)、快速挂接板(8-1)和密封板(8-3)依次连接成整体;所述排种轴(5-4)靠近动力输入端的一侧开有安装卡簧(5-3)的卡簧槽,用于轴向定位型孔轮单体(5-2),排种轴(5-4)的另一端经轴套(5-1)与六方孔带座轴承(8-2)内圈接触定位。
3.根据权利要求2所述自扰动小粒径兼用机械气力组合式集排器,其特征在于:所述种箱(1)包括种箱箱体(1-2)、箱盖(1-1)及堵头(1-3);所述种箱箱体(1-2)的两侧内壁上且位于最外侧两出种口(1-6)上方各安装有一个内置螺纹的安装座(1-5),堵头(1-3)装入单侧或两侧的出种口,并通过拧入安装座(1-5)螺纹孔的螺钉(1-7)将堵头(1-3)固定在单侧或两侧出种口里调节出种行数。
4.根据权利要求3所述自扰动小粒径兼用机械气力组合式集排器,其特征在于:所述储种室(3)包括储种室箱体(3-1),储种室箱体(3-1)被隔板(3-5)分割为N个独立的储种区,且N个储种区与种箱(1)的N个出种口呈一一对应布置;每个隔板且靠近型孔轮(5)侧的端面为弧形面,弧形面与型孔轮(5)的圆周面一致,同时弧形面上布置有行间密封条(3-3),储种室箱体(3-1)靠近型孔轮(5)侧的底部布置有底部密封条(3-2);储种室箱体(3-1)底部插入有卸种插板(3-4)。
5.根据权利要求1所述自扰动小粒径兼用机械气力组合式集排器,其特征在于:所述风机落种口(7)包括风机(7-1)、固定板(7-2)及落种口(7-3),风机(7-1)、落种口(7-3)经螺栓安装于固定板(7-2),固定板(7-2)两端经螺栓固定在左排种器壳体(9)、右排种器壳体(2);落种口(7-3)由U型导种滑道及风道组成,U型导种滑道中心线各点切线与水平线夹角应大于种子与落种口(7-3)静摩擦角,U型导种滑道中心线最低点处切线角最小为35°。
6.根据权利要求5所述自扰动小粒径兼用机械气力组合式集排器,其特征在于:所述U型导种滑道截面由两段圆弧组成,圆弧各点切线与水平线夹角不小于35°,且U型导种滑道及风道出口位置相同。
7.根据权利要求1所述自扰动小粒径兼用机械气力组合式集排器,其特征在于:所述卸种集中槽(4)两端安装于在左排种器壳体(9)、右排种器壳体(2)上,卸种集中槽(4)底面于水平面夹角为35°,卸种集中槽(4)下方侧板与出口端面夹角40°。
8.根据权利要求4所述自扰动小粒径兼用机械气力组合式集排器,其特征在于:所述种箱箱体(1-2)两侧均设置有水平槽口(1-4),左排种器壳体(9)和右排种器壳体(2)与种箱(1-2)连接处均设置有竖直槽口(10);左排种器壳体(9)和右排种器壳体(2)与储种室(3-1)连接处均设置有弧形槽口(11)。
9.根据权利要求1所述自扰动小粒径兼用机械气力组合式集排器,其特征在于:所述型孔的倾斜抛物线是由抛物线x2=2py绕抛物线顶点旋转角度θ1得到,θ1为20°~50°,倾斜抛物线的焦准距p为0.5~1.5。
10.根据权利要求1所述自扰动小粒径兼用机械气力组合式集排器,其特征在于:所述沉槽深度r不大于种子最小高度一半,沉槽宽度为种子最大长度一半。
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