CN117940009A - 种子加速器 - Google Patents

Abstract

一种播种系统，所述播种系统具有：种子计量器(13)，所述种子计量器具有种子盘(120)；一对加速轮(910，920)，所述一对加速轮设置在种子盘(120)附近并且定位成接收从种子盘(120)释放的种子而且配置成使得种子加速；导管(610)，所述导管用于在导管(610)的第一端部处接收从所述一对加速轮(910，920)加速的种子，并且所述导管(610)具有与第一端部相对的第二端部；种子定向盘管组件(40)，所述种子定向盘管组件连接到所述第二端部以接收被加速的种子。

Description

种子加速器

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年10月11日提交的美国申请No.63/262,361和2021年10月11日提交的美国申请No.63/262,362的优先权，每篇申请的公开内容在此均通过引用整体并入本文。

背景技术

有数种对用于种植的种子进行定向的方法。定向系统的示例包括PCT公报No.WO2018013858A1、WO2018013859A1、WO2018013860A2和WO2018013861A1。在美国专利公报No.US2020/0367425A1中描述了一种特定的种子定向器，其公开了种子定向盘管40。由进入盘管中的空气为种子加速，并且该空气经由排气口68消散。

附图说明

图1示出了集成到种植机行单元中的种子定向系统的第一实施例的平面图。

图2是种子定向系统的第一实施例的透视图。

图3是种子定向系统的第一实施例的分解透视图。

图4是种子定向系统的第一实施例的种子收集器的剖视图。

图5是种子定向系统的第一实施例的种子定向盘管组件的分解透视图。

图6A是沿着图5的线B-B截取的喷射器芯的剖视图。

图6B是沿着图5的线A-A截取的被排气的外盘管的剖视图。

图7是种子定向系统的第一实施例的种子定向盘管组件的剖视图。

图8是种子定向系统的后透视图。

图9是图8的种子定向系统的细节图。

图10是具有种子收集器的替代实施例的种植机行单元的平面图。

图11是种子收集器的替代实施例的平面图。

图12是被排气的外盘管的剖视图，其示出了种子的位置和作用在种子上的代表性离心力。

图13是被排气的外盘管的剖视图，其示出了种子的位置和代表性气动力。

图14A和图14B是种子加速系统的示意图。

图15是图14A的种子加速系统的透视图。

图16是图15的种子计量器的内部侧视图。

图17是图16的种子计量器的内部侧视图，其中，移除了一些部件以供观察。

图18是单轮种子加速器的侧视图。

图19是图18的单轮加速器的相对侧视图。

具体实施方式

在此引用的所有参考文献均整体并入本文。如果本文的定义与并入的参考文献中的定义之间存在冲突，则以本文的定义为准。

参考附图，其中，贯穿数个视图中相同的附图标记表示相同或对应的部件。

图1示出了安装有本发明的种子定向系统30的行单元10。行单元10是常见种植机单元的示例，其被设计用于将种子输送到犁沟中。行单元10通常安装到工具杆，所述工具杆与其他相同或类似的种植行单元一起附接到拖拉机或类似的牵引装置。行单元可以成偶数组，每组中具有从数个到多达四十八个行单元。

典型的行单元10包括种子料斗12，其用于储存用于种植的种子。种子被引导至种子计量器13。种子计量器13可以使用由真空输送管线14驱动的常规真空盘。种子计量器13用于将种子按照期望的间距单粒化，以便输送到地面。种子从种子计量器13通过种子管22输送到地面。

柄结构16为种子料斗12、种子计量器13和种子管22提供结构支承。开沟器刀片18、规轮26和闭合轮20也附接到柄16。开沟器刀片18在种子管22前面的土壤中形成沟槽或犁沟。规轮26控制犁沟的深度，并且闭合轮20闭合种子上方的犁沟。

在第一实施例中，种子定向系统30被安装到行单元10。种子定向系统30包括可操作地附接到种子管22的种子收集器32。种子收集器32聚集种子并且通过种子转移管36将种子的方向改变到种子定向盘管组件40。种子穿过种子定向盘管组件40的螺旋路径到达经定向的种子出口路径44。子犁沟开沟器46在犁沟内形成楔形沟槽，以用于捕获经定向的种子。

来自中央鼓风机/风扇的空气辅助种子在整个种子定向系统30中的运动。空气首先被引导至设置在种子定向盘管组件40的上部面上的系统空气馈送部42。然后空气管线38被引向种子收集器32，以用于将种子从种子收集器32移动至种子定向盘管组件40。

种子定向支承结构34为种子收集器32、种子转移管36、种子定向盘管组件30和子犁沟开沟器46提供结构支承。种子定向支承结构34可以在一个或多个位置处连接到柄结构16。种子定向支承结构34防止碎屑进入犁沟并且保护免受石块撞击影响。

图2和图3描绘了种子定向系统30。种子定向系统30包括种子收集器32，所述种子收集器通过种子转移管36将种子从种子管22引导到种子定向盘管组件40。种子收集器32包括种子入口孔48和种子出口孔50。种子入口孔48的尺寸被设计成与种子管22配合。空气管线连接件52设置在种子入口孔附近。种子收集器32可以包括用于连接到种子定向支承结构34的各种凹痕或凸缘以及销54和55。

种子转移管36在第一端部处附接到种子出口孔50并且在第二端部处附接到种子定向盘管40。可以设想的是种子转移管36将包括配合凸缘56和保持销57，以用于连接到种子定向盘管40。销41相对于支承结构34保持种子定向盘管组件40。

种子定向盘管40包括驻留在被排气的外盘管60内的喷射器芯58。喷射器芯58包括位于第一端部处的进气馈送部42和出气馈送部62，所述出气馈送部通过空气管线38向种子收集器32上的空气管线连接件52提供空气。喷射器芯58还包括围绕喷射器芯58的外部面以螺旋图案排列的多个喷嘴64。

被排气的外盘管60限定孔口喷射器芯58。被排气的外盘管60包括与种子转移管36的凸缘56配合的种子入口66。多个排气口68围绕被排气的外盘管60的外部面设置。排气口68可以具有各种形状，包括矩形、圆形、椭圆形或其他随机形状。排气口68的尺寸或形状不必一致。在被排气的外盘管60的第二端部处，种子出口路径44朝向地面延伸。种子传感器82可以在出口路径44附近附接至被排气的外盘管60，以便监测种子流动。

种子定向支承结构34通过钩76和凸缘安装部78连接到行单元柄16。可以设想的是，这种连接部位的几何形状和位置可以根据行单元10的结构而改变。种子定向支承结构34通过从被排气的外盘管60的第二端部延伸的凸缘70支承种子定向盘管40。凸缘70配合在种子定向支承结构34的凹口72内。子犁沟开沟器46通过滚销79和80连接到种子定向支承结构34。

图4描绘了种子管22和种子转移管36之间的交叉部。种子管22通过种子入口孔48插入。空气馈送部52可操作地连接至空气叶片喷嘴84，所述空气叶片喷嘴将空气引向种子。空气叶片喷嘴84将种子推入种子转移管36中。离开种子管22的种子处于随机定向且具有高旋转能量，这是因为所述种子已经从种子计量器13落下而没有经过任何定向尝试。

图5至图7描绘了种子定向盘管组件40的第一实施例，在所述第一实施例中，将种子的随机的姿态改变为经定向的尖端朝下的姿态。图6A示出了种子定向盘管组件40的分解图。图6A是在B-B处截取的喷射器芯58的剖视图。图6B是在A-A处截取的被排气的外盘管60的剖视图。喷射器芯58嵌套在被排气的外盘管60内。被排气的外盘管60在凸缘70和安装部位84处附接到种子定向支承结构34。

喷射器芯58大体上呈圆柱形，其中，第一端部处具有空气孔85而尾端86封闭。多个喷嘴64示出呈螺旋图案，从而在喷射器芯的中心孔87与被排气的外盘管60之间形成空气通道。

被排气的外盘管40大体上呈圆柱形，其具有用于插入喷射器芯58的开放中心孔。被排气的外盘管40的外壁包括形成空气通道的多个排气口68。被排气的外盘管40还包括朝向螺旋通路90开放的种子入口66。

图6B示出了被排气的外盘管60的螺旋通路90。螺旋通路90包括与种子引导壁94相交的种子搭乘表面92。种子搭乘表面92是弯曲的，以便具有朝向尾端96的更收紧或更小的半径而在种子入口端95处具有更宽的半径。种子引导壁94与种子搭乘表面92以九十度相交，以形成种子搭乘路径97。多个排气口68大致在种子搭乘路径97的高度处设置在种子搭乘表面92上。在第一实施例中，螺旋通路90围绕喷射器芯58完成三圈旋转。

图7示出了当喷射器芯58设置在被排气的外盘管60内时的剖视图。在第一实施例中，喷射器盘管58的外壁形成针对螺旋通路90的内屏障。因此，被排气的外盘管60不需要内壁或屏障。螺旋通路90终止于种子出口路径44。螺旋通路90的曲率随着其过渡到种子出口路径44而改变，这样谷物种子的扁平部就保持牢固地抵靠在出口壁上。路径的方向变化也分离开喷射器喷嘴的有些混乱的空气流，并且只留下良好的层流，这帮助种子保持其在平滑路径表面上平贴滑动(尖端向前)的有序状态。

图8和图9示出了种子定向出口路径44和子犁沟开沟器46，二者是种子定向盘管组件40的一部分。种子定向出口路径44是螺旋通路90的延续。种子传感器82设置在种子出口部位45的附近。种子传感器82的目的是确保行单元10实际上正在播种种子，如果没有，则将提醒拖拉机中的人员没有播种该行，原因在于料斗中的种子用完或种子被堵塞在种子管中。

如图3所示，子犁沟开沟器46可以限定保持出口路径44的出口路径孔47以及允许将子犁沟孔46安装至种子定向支承结构34的支承结构孔49。子犁沟开沟器46还具有延伸的底部狭槽或延伸部43，其塑造子犁沟的形状，以防止种子尖端撞击子犁沟的底部并回弹出，从而失去其定向。种子传感器82可操作地连接到子犁沟开沟器46的结构。出口路径也是后掠的，以帮助减小种子相对于种子正要接触的地面的水平速度差。

随着种子离开出口路径44，所述种子将在空中飞行一小段距离，从而保持其稳定状态。出口路径44将种子瞄准于由子犁沟开沟器46产生的子犁沟。子犁沟开沟器46在土壤中形成与种子的扁平侧部接触的壁，将种子楔入土壤中，保持其定向。

子犁沟开沟器46还具有后掠的刀片51。这是为了防止在种植机被最初向下放入土壤时土壤进入种子路径造成堵塞。之所以可以做到这一点是因为种子以一定角度向后射出而不会与前刀片51接触。这种后掠的前刀片51还有助于防止子犁沟壁在松散的土壤中过早塌陷。塌陷的壁会导致种子弹跳，从而失去其定向。

图10和图11示出了替代的种子收集器设计，其中移除存在的种子管并且种子定向系统130直接连接至种子计量器。种子定向系统130被安装到行单元100。种子定向系统130包括可操作地附接至种子计量器113的种子收集器132。种子收集器132聚集种子并且通过种子转移管136将其方向改变到种子定向盘管组件140。种子穿过种子定向盘管组件140的螺旋路径到达经定向的种子出口路径144。子犁沟开沟器146在犁沟内形成楔形沟槽，以用于捕获经定向的种子。开沟器刀片18形成犁沟150，并且子犁沟开沟器在犁沟150内形成沟槽151。

来自中央鼓风机/风扇的空气辅助种子在整个种子定向系统130中的运动。空气首先被引导至设置在种子定向盘管组件140的上部面上的系统空气馈送部142。然后空气管线138被引向种子收集器132，以用于将种子从种子收集器132移动到种子定向盘管组件140。种子收集器132直接从种子计量器113捕获种子，并且在空气动力的作用下以最直接且最有效的路径将种子平缓地输送到种子定向盘管。这种构型改善了种子间距并且最小化种子翻滚。种子定向支承结构134为种子定向盘管130和子犁沟开沟器142提供结构支承。

在操作中，种子定向系统30以最佳生长定向将种子从行单元10输送到地面。将种子放置在种子料斗12中。种子料斗12包括用于将种子引导至种子计量器13的开口。然后，种子计量器13尝试对种子进行单粒化并且将种子间隔开，以用于将其输送到地面中。种子定向系统30从种子管22或从替代种子管22的种子收集器132收集种子。

高流量加压空气系统将种子从种子收集器32、132推动通过种子转移管36、136到达种子定向盘管组件40。保持种子稳定性的主要因素是从种子计量器尽可能平缓地捕获/收集种子。在理想情况下，种子会平缓地滑动而不是翻滚进入定向盘管中。这可以通过从计量器到盘管的非常平缓且渐进的收集器路径132来实现，以减少导致翻滚的锐角撞击。进入定向盘管的翻滚种子可能会导致翻滚通过整个盘管，这是因为空气射流只会增加使得种子翻滚而不是使得种子稳定的无序能量。

种子进入种子定向盘管组件40的被排气的外盘管60，所述被排气的外盘管60限定通向种子出口路径44的螺旋通路90。被排气的外盘管60包括围绕被排气的外盘管60的外壁径向设置的多个排气口68。

加压空气被喷射到种子定向盘管组件40的喷射器芯58中。喷射器芯包括围绕喷射器芯58的外壁径向设置的多个空气喷射器或喷嘴64。喷嘴64在被排气的外盘管60的螺旋通路90上引导集中的空气流。可以设想的是喷嘴可以与排气口68对准。

种子以随机的姿态进入螺旋通路90。通过喷射器芯和被排气的外盘管60的空气流将种子从种子搭乘表面92向上推动到种子引导壁94。如图12和图13所示，随着种子在其弯曲/螺旋通路90上行进，在种子上引起离心力F_C(表观力)。来自喷射器喷嘴64的空气流以一定角度撞击种子，从而在种子上产生两个主要(压力)力矢量分量。一个分量平行于种子路径推动，而另一个分量垂直于种子路径推动。空气流的平行分量从种子后面和种子上方流动，这既推动种子向前，又使种子在流动中定向成其尖端向前(因为该定向具有最低的稳定空气动力横截面(最低阻力))。该平行空气流分量还增加了种子的速度，这使得土壤捕获成为可能。平行空气流可以是由种子计量器产生的空气流和引导至种子转移管的空气流的组合。空气流的垂直分量与离心力F_C相结合将种子推入种子搭乘表面92和种子引导壁94中，以提供维持尖端向前定向所需的稳定性。

在种子被定向之后，有必要保持种子的姿态稳定一直到抵达地面。在几秒钟内为种子定向很容易，但由于种子的形状，种子有可能失控翻滚。定向后保持种子稳定需要结合多种技术。为了维持种子的姿态，螺旋路径90的低摩擦表面是优选的。低摩擦、低粗糙度和/或润滑表面减少了种子的任何翻滚，这是因为种子不会“掘入”或“卡在”表面上而是会引起种子滑动，从而维持经定向的姿态。能量吸收表面也是有益的，因为它会“减弱”由种子翻滚所产生的撞击能量并且允许种子搭乘而不是滚动和/或翻滚，并且有助于维持经定向的姿态。从种子计量器13到定向盘管40的路径也受益于上面针对定向盘管搭乘表面90列出的特性。

弯曲路径还用于通过离心力F_C来维持种子定向。离心力F_C作用在种子上，以将种子驱动到表面中以稳定并且减少弹跳、翻滚并帮助保持经定向的姿态。除了弯曲通路90之外，具有引导壁的搭乘表面形状/轮廓有助于精确定位、稳定并且维持经定向的种子的定向。搭乘表面的弯曲形状还将有助于沿着种子路径纵向对准种子，这有助于定向过程。

种子然后被引导至种子出口路径44，随后进入主犁沟内的刻划的子犁沟中，所述刻划的子犁沟用于捕获或楔入种子以保持其定向和/或姿态。如果种子被推进成与种子楔入其中的土壤中的子梨沟过盈配合，则可以捕获/保留种子定向。子犁沟轮廓优选地需要向下渐缩，以允许捕获各种大小的种子。轮廓还应当具有延伸的底部，以防止种子尖端在被楔形/锥形锁定之前撞击子犁沟的底部并且回弹出。

种子定向盘管组件40相对于地面的法线成角度，以帮助降低种子/地面速度差。在典型的5mph的种植速度和本会是5mph的水平速度差下，成角度的盘管应将速度差降低到大约2mph。在较慢的3mph的种植速度下，种子会完全精确地落入子犁沟中。

图14A示出了用于将种子从种子计量器13加速到种子定向盘管组件40的种子加速系统600。导管610将种子从导管610的第一端部611转移到与第一端部611相对的第二端部612并且进入种子定向盘管组件40。图14B示出了用于将种子从种子计量器13加速到种子定向盘管组件40的种子加速系统600’。导管610’将种子从导管610的第一端部611’转移到与第一端部611’相对的第二端部612’并且进入种子定向盘管组件40。导管610’是弯曲的并且在导管610’内部具有供种子沿其滑动的表面613’(外半径的内表面)。这可以减少种子的弹跳。

种子加速系统600的优点在于它不需要额外的系统来供应气体(例如，空气)以气动地加速和输送种子。

图15是种子加速系统600的透视图。来自种子计量器13的种子通过导管610被加速进入种子定向盘管组件40。在PCT公报No.WO2012/129442、WO2016/077651以及WO2007/024646中描述了种子计量器13的示例。

图16是图14的种子计量器的内部侧视图，图17是与图16相同的视图，其中，移除种子盘120以供观察。种子计量器120具有沿着种子路径123设置的多个孔122。设有一对轮，即，第一加速轮910和第二加速轮920，所述第一加速轮和所述第二加速轮邻近种子盘120设置并且设置成接收从种子盘120释放的种子而且使得种子加速进入导管610中。在PCT公报No.WO2013/049198、WO2014/018717和WO2017/011675中描述了加速轮的示例，并且它们可以伊利诺斯州的特里蒙特的精密种植有限责任公司的SpeedTube^TM系统获得。第一加速轮910和第二加速轮920配合以加速在它们之间通过的种子。

图18和图19示出了另一个实施例，其中第一加速轮910和第二加速轮920被具有单个轮911和壁912的种子加速器900替代。壁912设置在种子路径123之上，以接收种子。壁912和轮911配合以使得种子加速进入导管610中。壁912连接到导管610，并且壁912可以是与导管610分开的部件，也可以是与导管610成一体的部件。

示例

以下是非限制性示例。

示例1-一种播种系统，所述播种系统包括：种子计量器，所述种子计量器包括种子盘；一对加速轮，所述一对加速轮设置在所述种子盘附近并且定位成接收从所述种子盘释放的种子而且配置成使得种子加速；导管，所述导管用于在所述导管的第一端部处接收从所述一对加速轮加速的种子，并且所述导管具有与所述第一端部相对的第二端部；种子定向盘管组件，所述种子定向盘管组件连接到所述第二端部以接收被加速的种子。

示例2-根据示例1的播种系统，其中，所述导管是弯曲的。

示例3-根据示例1或2的播种系统，其中，所述种子盘具有种子路径，所述种子路径具有第一侧部和第二侧部，并且所述一对加速轮包括邻近所述种子路径的所述第一侧部设置的第一加速轮和邻近所述种子路径的所述第二侧部设置的第二加速轮。

示例4-根据示例3的播种系统，其中，所述加速轮和所述第二加速轮各自均为指状件轮，例如WO2017/011675中所描述。

示例5-根据示例4的播种系统，其中，所述指状件轮具有正弦形状，例如WO2017/011675中所描述。

本文所使用的术语仅是为了描述特定实施例的目的并且不旨在限制本发明。如本文所使用，术语“和/或”包括相关列出项中的一个或多个的任何和所有组合。如本文所使用，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在包括复数形式以及单数形式，除非上下文另有明确指示。还应当理解，当在本说明书中使用时，术语“包含(comprises)”和/或“包含(comprising)”具体说明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除添加一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、部件和/或其组。上述描述是为了使本领域普通技术人员能够制造和使用本发明而提出并且在专利申请及其要求的上下文中提供。对本文描述的设备的优选实施例以及系统和方法的一般原理和特征的各种修改对于本领域技术人员来说将是显而易见的。因此，本发明不限于上述和附图中所示的设备、系统和方法的实施例，而是应符合与所附权利要求的精神和范围一致的最宽范围。

Claims (5)

1.一种播种系统，所述播种系统包括：

种子计量器，所述种子计量器包括种子盘；

一对加速轮，所述一对加速轮设置在所述种子盘附近并且定位成接收从所述种子盘释放的种子而且配置成使得种子加速；

导管，所述导管用于在所述导管的第一端部处接收从所述一对加速轮加速的种子，并且所述导管具有与所述第一端部相对的第二端部；

种子定向盘管组件，所述种子定向盘管组件连接到所述第二端部以接收被加速的种子。

2.根据权利要求1所述的播种系统，其中，所述导管是弯曲的。

3.根据权利要求1或2所述的播种系统，其中，所述种子盘具有种子路径，所述种子路径具有第一侧部和第二侧部，并且所述一对加速轮包括邻近所述种子路径的所述第一侧部设置的第一加速轮和邻近所述种子路径的所述第二侧部设置的第二加速轮。

4.根据权利要求3所述的播种系统，其中，所述加速轮和所述第二加速轮各自均为指状件轮。

5.根据权利要求4所述的播种系统，其中，所述指状件轮具有正弦形状。