水稻工厂化育秧精播机的设计—学士学位毕业设计论文.doc

水稻工厂化育秧精播机的设计摘要：对清种区内种子进行受力分析，得到了清种起始角。针对型孔内多余种子在刷种轮作用下进行了力学分析。并对影响清种的因素做了研究；然后，建立了种子护种区内的动力学运动模型，分析随着护种角的变化，种子的运动状况；然后，得出了种子与投种口不发生碰撞顺利投出的条件，并对落种阶段的种子进行了动力学分析。根据播种机的工作特性，用数学分析方法，讨论了误差影响因素和排种器结构参数等影响因素对排种均匀性的影响。在试验中，试验因素选取了充种角，对五种不同型式型孔的空穴率、单粒率、重插率、合格率根据充种角的变化，做了单因素试验分析。试验结果表明：随着充种角的增大五种不同型式型孔的合格率、重播率均随之上升，而空穴率、单粒率则随之下降。通过对五种不同型式的型孔试验指标进行比较发现，V型孔的播种效果是其中最好的。关键词：水稻育秧；精密播种；型孔；试验研究Design of rice seedling factory precision seederAbstract: rice planting and harvesting link is the primary problem of restricting the rice production, and the seedling is necessary to realize the rice planting mechanization, combined with the actual problem in rice production in China, studied rice precision seeder. Based on the characteristics of rice seed distribution analysis, the results of seedling cultivation sowing agronomic requirements, a new type of rice seedling planting machine is designed. The theory analysis and experimental study on the mechanism of key components and sowing. The working process of the key components of rice precision seeding metering device comprises a filling, cleaning, guard and throwing four stages. First of all, the filling stage seed were analysed, the paper establishes the mechanical model, the influence factors of filling; then. Through the stress analysis of the clearing zone seed, obtained the clear starting angle. According to the redundant seed holes were analysed in the brush wheel under the action of. And the influencing factors of cleaning to do the research; then, established a seed protecting dynamic motion model in the area, with the support of change angle, movement of seed; then, seed and one mouth not collide successfully cast condition were obtained, and the falling phase seeds were dynamics analysis. According to the working characteristics of sowing machine, using analysis method of mathematics, discussed the factors of influence factor of error and the metering device structure parameters influence on the uniformity of seeding effect. In the experiment, the experimental factors selected filling angle, on five different types of hole, hole rate of single seed rate, reintubation rate, pass rate according to the change of filling angle, the analysis of single factor test. The test results show that: with the increasing of filling angle. Five different types of holes, the qualified rate of playback rate were increased, and the hole rate, single grain rate decreased. Through the five different types of hole test index comparison, seeding effect of V type hole is one of the best.Keywords: Rice；Precision seeding；Hole；Experimental study目录摘要I目录III第一章 绪论11.1研究意义11.2国内外研究现状11.2.1水稻工厂化育秧文献综述11.2.2国内外水稻育秧播种机的研究现状31.2.3国内外排种器的研究现状41.3研究目的、内容和方法12第二章 水稻育秧精密播种机总体结构设计132.1水稻种子的特征分布规律132.2水稻育秧播种的农艺要求152.3水稻育秧精密播种机总体结构设计172.3.1排种器的结构设计和工作原理182.3.2排种装置的参数确定202.4传动系统的设计272.4.1传动系统方案设计272.4.2传动系统的参数确定272.5本章小结31第三章 水稻育秧精密播种机播种试验研究323.1试验指标的确定323.2试验设计323.2.1试验因素的确定333.2.2播种机的单因素试验结果及趋势图363.2.3播种机的单因素试验结果综合分析393.2.4样机的改进403.3本章小结40第四章 结论和建议404.1结论404.2建议42参考文献43致谢47第一章 绪论1.1研究意义我国是一个人多地少的农业大国，水稻是我国第一大粮食作物，分布广泛。我国有65以上的人口以稻米为主食。据联合国粮农组织统计，2000年我国水稻的播种面积为30508万公顷，是我国粮食种植面积最大(279)，单产最高(平均6212 kghm2)，总产最多(387)的作物，在我国粮食生产中有着举足轻重的地位。我国水稻生产在世界水稻生产中也占有重要的地位，水稻种植面积和产量分别占世界面积的214和345，中国以占世界7的耕地，解决了世界22人口的温饱问题，取得了举世瞩目的成就。但我国水稻种植机械化水平却很低，传统的水稻种植基本采用人工育秧、插秧、收获的“三弯腰”方式，劳动强度大，用工比较多，季节性强。1985年我国的机插和机播面积只占水稻种植总面积的051和059，从20世纪90年代起，国家开始重视对农业的投入，水稻价格也有了较大幅度的提高，这些大大激发了农民种植水稻的积极性，使我国水稻种植的机械化水平有了一定程度的提高。据报道”1995年我国水稻种植机械化的水平为219， 1996年为22，1997年为37，1998年为396，1999年为45，2000年为443。其中，机插面积927万hm，机播面积4098万hm。虽然水稻生产机械化有了一定的发展，但与其它作物种植机械化程度相比有明显差距(如玉米机械化程度达351、小麦为729；与发达国家相比差距更大(美国己100实现水稻机械化直播，日本机械化插秧占90以上)。因此发展农业机械化，减轻劳动强度提高水稻单位面积产量和生产效益，已经成为我国粮食生产中最紧迫的任务。而水稻生产机械化落后的关键原因之一是要有适合农艺需要的育秧播种装置，研究水稻育秧精密播种新工艺和措施，不但对推动和促进水稻机械化育秧精密播种技术推广应用具有极其重要的意义，而且对水稻育秧播种装置进行理论和实践研究有重要的实用价值，同时其研究成果也可用于蔬菜、烟草等其它秧苗精密播种，具有普遍的推广价值。1.2国内外研究现状1.2.1水稻工厂化育秧文献综述水稻育秧在水稻生产的全过程中是一道具有决定意义的关键基础工序。传统的水稻育秧都是在田间进行，会直接受到气候条件的影响与支配，而且比较费工时，这对水稻生产的发展是非常不利的41。随着水稻机械化作业水平的提高，特别是抛秧、摆秧技术要求秧苗均为穴盘秧苗，因此传统的田间育秧不再适应生产的发展，为了适应水稻现代机械化的发展需求，减轻育秧的作业劳动量和劳动强度以及不再受到外界环境的限制、人为控制秧苗的生长出现了水稻工厂化育秧。所谓的工厂化育秧，就是在人工控制的最佳条件下，充分利用自然资源。采用科学化、标准化技术措施以及机械化、自动化手段，使育苗达到快速、优质、高效、低成本、成批而又稳定的水平。工厂化育秧是七十年代在国际上新兴的一项育苗技术，最初是根据蔬菜、花卉的温室栽培技术特点产生的。国外水稻育秧技术现在比以前有了较大的改进与完善，已成为一些发达国家专业化商品苗的主要生产方式。在我国，工厂化育秧是20世纪90年代快速发展起来的一种新型、高效的水稻栽培技术，它在实现精量播种的同时可以做到规模化育秧、社会化供秧，及时地为水稻种植户提供壮秧苗，是我国水稻育秧发展的趋势。水稻工厂化育秧的主要特点：(1) 空间利用率高。棚内可设铁架在秧架上可摆放多层秧盘。每亩大棚可育秧苗7000张盘(60x33cm)，供8000m大田，本田比l：120。如果大面积生产，则本田比为1：30，利用率提高4倍。(2) 为稳产高产创造了条件。其秧苗具有增产优势，表现为早播早熟，为复播和多熟制稻区农作物生长赢得时间。克服了自然不利条件的影响，给秧苗发育提供了有利条件。移栽不伤根系，分蘖早，节位低，有效分蘖和成穗高：营养土经过消毒处理，减少了病虫害。由于出苗均匀、迅速、整齐，有利于田间管理和病虫防治，苗壮有利于增产。(3) 节约开支。与传统的育秧技术相比，成秧率可提高2030，省种50，省秧田80,省肥80，省水60。(4) 便于机械化栽植，促进了水稻生产机械化的快速发展。不仅育秧过程自动化，而且也有利于水稻移栽、管理、收获实现机械化。工厂化育秧与传统育秧比较如表1-1所示。表1-1不同育秧方式的比较表育秧方式发芽率（%）出苗率（%）发芽率（%）增产（kg/亩）工厂化育秧94.1691.4790.69531.2传统育秧87.8992.0260.5315.16经过表1-1事实证明，水稻工厂化育秧比常规育秧更为切实可行，具有很大的推广价值。水稻工厂化育秧的关键设备是精密播种机，直接影响着育秧的质量，故研究适应工厂化育秧的精密播种机是很有必要的。1.2.2国内外水稻育秧播种机的研究现状水稻育秧播种机械是农业机械的重要组成部分，播种质量的好坏直接影响到水稻的发芽、生长及产量，“种好收一半”是眭期生产实践对播种重要性的总结。（1）国外水稻育秧播种机的研究现状近几年来，国外在发展水稻育秧播种机时所遵循的原则是：不断更新工作原理，尽量完善其结构，使其具备良好的工作性能，以提高播种质量，并注重提高播种机具的通用性和适应性。在精密播种机上除了设有完善的整地、覆土、镇压及施肥、洒农药装置外，其排种装置多采用新的工作原理，包括各种气力式排种原理与机械式排种原理。以保证单粒精密播种。另外，液压技术及电子技术也在播种机上得以应用。日本在水稻育秧播种机的研制方面一直处于领先地位，这主要与水稻移栽机的研制有关。生产企业有久保田、三菱、石井等公司。产品主要形式有常规播量和精少量毡状秧苗联合播种机，也有使用于穴盘育秧的精量播种机，播种部件有槽轮散播和槽轮条播两种。特别是联合播种机流水加工线从秧盘叠放、落下、输送、播种、洒水、覆土秧盘取出、营养土自动补给等工序全部自动化，生产率在180430盘小时。虽然日本的自动化程度高，但价格昂贵，不适合我国国情。（1）国内水稻育秧播种机的研究现状在1949年以前，我国主要用耧车或耧播机。1949年，我国才开始引进和仿制苏式播种机械主要为外槽轮式和水平圆盘式排种器。1958年至1978年。中国农机研究院等单位开展了以谷物联合播种机系列为主的小型播种机械的研究与白行设计，1975年，开始水稻工厂化育秧的试验研究， 1979年从日本引进育秧成套设备在江苏、浙江、上海、贵州、吉林等省市进行试验改制，研究出适合中国国情的育种生产流水线，如北京市农机研制的2BSP一360育苗播种生产线。吉林农业大学研制的吸盘式播种器。改革开放以后，我国越来越重视农业播种机械的应用研究新结构、新原理的播种机械得到了迅速发展，形成了一系列适应不同作物播种要求的播种机械。如1994年，在借鉴日本久保田亮和育秧播种机的基础上，黑龙江省红兴隆机械厂研制了水稻工厂化育秧成套设备，它可实现传统育秧的机械化作业，操作简单生产率高。1996年，华南农业大学研制出了水稻育秧精密播种机，该播种机由定量供种装置和电磁振动排种装置两部分组成。定量供种装置由供种箱、外槽排种轮和调速电动机等组成，外槽轮的转速由调速电动机控制，可根据生产需要随时调整播种用量，以适应不同播种量或不同品种水稻种子的要求。电磁振动排种装置由支架、电磁铁、弹簧板、联接架和排种盘等组成。工作时，供种箱内的种子由外槽排种轮连续均匀地排出，落入振动排种盘的反倾斜平板上。由于振动的作用，种子在反倾斜平面上既向前运动又因相互之间的挤迫而横向移动，形成了一层均匀的平面种子流。然后均匀落入各V形槽中。每一V形槽中的种子在振动和V形槽两侧面的作用下沿长度方向排列并向前运动，形成多条种子流，分别对应排入匀速送进的育秧穴盘的每一行穴孔中。它的使用提高了常规播量种子的分布精度和均匀度可达到每穴播种23粒的台格率90，整盘空穴率4，且生产效率为500盘小时。1997年由江苏理工大学研制的新型水稻精密播种机。它应用振动气吸的原理，设计了由种子振动台、吸种部件及气源组成的新结构。种子经振动台振动后产生向上抛掷运动，使种子间相互分离，呈“沸腾”状态。将吸种部件吸种盘移到振动台上方，与种盘对齐，打开气源吸气，气室产生负压。吸种部件向下运动吸种，“沸腾的种子被均匀的吸附在小孔上，再将吸种部件移至育秧播种机输送带上的育秧盘上方的适当位置，除去负压，种子靠自重离开吸种板落下育秧盘。由于吸种板上开有与育秧盘孔穴相对应的吸种孔，从而保证了育秧盘每穴23粒种子空穴率4以下，合格率达9096以上生产率达360500盘小时，达到精密播种。2003年，西南农业大学研制了光电控制穴盘精密播种装置，该精密播种装置由光电传感器、电磁振动排种器、横向移动机构、机架、输送带传送机构和单片微机控制器等组成。该装置以PICl6C57为核心采用光电一体化技术来控制电磁振动排种器，使其每次只排出一粒种子，提高了播种精度，降低了漏播率。试验表明，该播种装置的单粒率达98以上，重播率小于2。以上几种育秧播种机代表了我国该领域的研制水平，与世界上同类技术相比，位居前列。1.2.3国内外排种器的研究现状目前，排种器的类型很多，按排种器的工作形式分机械式和气力式两种。气力排种的形式有气吸式和气压式，是从种子群中攫取单粒种子。利用排种盘(滚筒)两侧形成的负压排种的成为气吸式排种器。利用排种元件两侧的正压差排种的成为气压式排种器。滚筒型气压排种器由滚筒内腔排种或由滚筒外壳排种。气吸式有吸盘型和吸筒型，为了清除吸孔和吸嘴周围的多余种子常用各种刷种手段：振动小锤、各种形状的刚性固定叉、高压气流和清种刷。机械式排种器按囊种方式分为：单粒囊种和多粒囊种。按结构特征可分为带式、滚筒式、指夹式和梭杆式。滚筒型排种器有垂直式和水平式。圆盘型排种器则分为水平圆盘、垂直圆盘和倾斜圆盘三种。我国的播种机专家、学者几乎涉猎了世界上所有的排种器形式，属于引进、仿制、研究、探讨的有：外槽轮排种器；离心式排种器：内侧囊种式排种器：垂直圆盘式排种器；水平圆盘式排种器；倾斜式排种器；气吸式排种器：气压式排种器等等。属于我国独创特色的获得大量生产应用的摊种器有：辽宁70-2型窝眼式排种器：鲁抗的摆杆式排种器：张屏波的纹盘式排种器；张屏波的锥盘式小麦精密排种器。根据播种的原理不同，排种器主要有以下几种：（1）外槽轮式排种器(图1-1)该排种器的结构如图所示，排种杯装在种子箱的下面，种子通过箱底开口流入排种杯。排种轴带动外槽轮转动，外槽轮和花形挡圈随轴一起转动，阻塞套和花形挡圈可防止种子从槽轮两侧流出。外槽轮转动时用圆周上均匀分布的半圆形凹槽，强制将排种盒内的种子从排种口排出同时将接近外槽轮外缘的种子带出。为增大排种范围和不损伤种子，在排种盒下部铰装有排种舌其位置可根据种子大小的需要进行调节。外槽轮排种器结构简单、易制造，成本低，可靠通用，调量方便，但排种均匀性由于结构所致，种子流呈脉动现象，均匀性受到影响，这是外槽轮的基本缺陷。（2）内槽轮式排种器(图1-2)该排种器工作时槽轮旋转，种子靠内槽和摩擦力被槽轮内环向上拖带一定高度，然后在自重作用下跌落下来，由槽轮外侧开口处排出。由于排种过程无脉动现象。所以其排种均匀性，不损伤种子，要好于外槽轮，但易受振动等外界因素的影响，稳定性差，其播量的调节是通过改变排种轴转速来实现的，传动机构较复杂，一般要10级以上的变速塔轮才能满足需要。（3）钉轮式排种器也叫拔轮式排种器。”(图l-3)该排种器的排种轮上有分布均匀的钉齿。钉轮转动时，钉齿将种子拨出落入输种管。进入钉轮下部的种子量根据种子的流动性由插板控制。用改变转速来调节播量。这种排种器排种均匀，播量稳定。更换钉轮可播大小不同的各种种子。欧洲生产的这种排种器还有一个活动底槽，打开底槽，种子箱底种子即可流入槽内，这对清理剩余种子比较方便。钉轮式摊种器的不均匀性指标和偏离平均排种量的指标值都低于外槽轮式排种器，但播量调节靠改变转速，现多采用60级或凸轮杠杆式无级变速器。(结构复杂，造价较高)。（4）齿盘转动式排种器该排种器用于育秧设备中，由一组凹齿圆盘组成，根据穴盘孔数和种子粒径制造齿盘，其结构简单，生产率高，但要对种子进行丸粒化和包农处理，北京农业工程大学研制的2BX-300型播种机即使用此种排种器。（5）水平圆盘式排种器(图1-4)该排种器圆盘的周边有型孔，其尺寸决定于种子的形状、尺寸、穴粒数和种子的充填方式，一般型孔有长槽形和圆弧形，长槽形适应性较好，圆弧形较适合播圆形种子。其工作过程为：水平排种圆盘回转，种箱内的种子靠自重充入型孔并随型孔被带到排种口，由刮种器将型孔上的多余种子刮去，留在型孔内的种子在自重和推种器的作用下，离开型孔落入种沟，完成排种过程。结构简单，工作可靠，均匀性好，在穴播时使用范围广，但实验表明，圆盘线速度不应过高，否则播种质量下降。所以对高速播种的适应性较差。在单粒精密播种时，种子必须按尺寸严格分级。（6）型孔带式排种器(图l-5)该排种器根据种子的形状大小，在板、轮或带上做出保证种子充填粒数型孔。种子靠白重与种子间压力充填到型孔内，到排种区内排种，此种排种器结构简单落种精度高、生产率高且成本低，但对于不同品种、尺寸差别大的水稻种子适应性差，并且种子与机械部件直接接触，伤种率高。（7）窝眼轮式排种器(图1-6)窝眼轮式排种器的工作部件是一个装在种子箱底部、处于铅垂位置、绕水平轴旋转的窝眼轮，窝眼轮的外缘有根据种子大小制成的型孔，如图1-6，其工作过程为：种子筒内的种子靠自重充入窝眼轮的窝眼内。当窝眼轮转动时，经刮种器刮去多余种子后窝眼内的种子随窝眼沿护种板转到下方一定位置，靠重力下落或由推种器投入输种管或直接落入种沟。如果单粒精播时每个窝眼内只能容纳一粒种子。窝眼的型孔形状有圆柱形、圆锥形和圆弧形，可以播长、宽、后差别不大的种子，更适合播小粒球状种子。一般来说，充种角越大或窝眼轮直径越大，充种路程越长种子入窝眼内的机会较越，种子的充填性能越好，而且窝眼轮线速度也不应过高，否则也影响充种率，一般不大于02mS。（8）组合内窝孔式排种器(图1-7)组合内窝孔式排种器工作时，种箱内的种子进入排种器内腔，在内窝孔轮的转动的同时，种子在重力的作用下进入充填孔，随之其中一粒种子在摩擦力和重力的作用下，由充填孔进人内窝定量孔进行二次充种。内窝孔轮继续转动，当充填孔进入清种区时，多余种子在重力作用下落回排种器内腔。而保持在内窝定量孔中的一粒种子随内窝孔轮继续转动并进人护种区，直到投种口时被投出，完成排种过程。(9)气吸式排种器(圈l-8)该排种器是依靠空气压力将种子均匀的分布在型孔轮或滚筒上完成播种作业的过程。它的通用性好，更换具有不同大小吸孔和不同吸孔数的排种盘，便可适应各种不同尺寸的种子及株距要求。但它对气密性要求较高，结构相对较复杂，而且风机需要消耗大的功率。 (10)气吹式排种器(图1-9)该排种器用气流喷嘴代替机械式刮种器，使每个型孔只充入一粒种子，而实现精密播种，气流清种原理是当充满种子的型孔通过气流喷嘴时，气流通过锥形型孔、型孔底部的小孔进入6型孔轮内腔再排入大气。因气流通过种子与小孔的缝隙时速度较高，形成压差，因而使一粒种子贴紧锥形型孔的底部多余的种子则被喷嘴喷出的高速气流吹出型孔。(11)气压式排种装置(图1-10)其原理是风机晌气流从进风管进入排种筒。排种筒周边分布有型孔，气流的小部分通过型孔通孔泄出，进入型孔的种子，因气流通过型孔泄出而产生的压差，紧贴在型孔上并随排种筒上升。在排种筒上方的卸种轮，阻断气流通过，使型孔内的种子卸压落入接种漏斗。(12)抽板式排种器(图1-11)这是一种机械式播种器，主要部件是一块有眼孔的抽板。在曲柄连杆机构带动下(或用手工操作)使抽板往复运动，当抽板上的眼孔和底板上的眼孔相对时，种子靠白重落入穴盘种穴中。根据穴盘孔数和种子粒径可选换抽扳和底板。(13)指夹式排种器指夹式排种器工作时种子从种箱经过底壳斜面进入夹种区。随着排种托盘的旋转。7每一个指夹经过夹种区时，指夹板靠弹簧的拉力作用，夹住一粒或几粒种子，并继续转到清种区。由于清种区底面是凹凸不平的，压住种子的夹板与种子滑过时，底面对种子的反力发生变化，引起颤动，并在毛刷的作用下，使压在指夹下的处于不稳定状态的种子掉回到种子堆，而使其中一粒种子达到最稳定状态的夹紧状态。只夹住一粒种子的夹板继续转到排出口，靠弹簧的作用把种子推到导种链叶片上，然后排出。指夹式排种器专用于精播玉米。对形状较规则、尺寸差异不大的种子比较适应。排种性能较好，而且稳定；对细长或对扁平的种子，夹种性能下降，而且不稳定。(14)特色播种何东健等介绍了己被欧美、台湾及南韩等国广泛采用的种子带播种技术及设备，指出种子带播种是一种先进、科学的精密播种技术，与传统的手工或机械播种方法相比。具有种子发芽率商，出苗整齐。产品优等频率高。在种子带编织过程中，种子粒数由机器中的电脑控制，无种子浪费，对于价格昂贵的种子，可大大节约生产成本，几乎不需要问苗作业，可以节约劳力，大规模抢时节播种时，可节约时间、节约劳力高效率高质量完成播种作业等优点。该技术近年来曾在我国用于杂交水稻种子直播中试用，但由于其成本过高而无法推广。(15)排种器的新发展目前，排种器又有了新发展，如电磁振荡式排种器、液力排种器、集排式排种器等。其中一阶或多阶集排式排种器已在欧洲国家广泛使用，取得了较好的作业效果。集排式排种器又称集中排种器。集中排种器或中心排种器(或系统)是排种器的最新成就，是指一个排种部件、一个种子箱或一个统一的输种系统同时进行3行或3行以上的多行播种的装置，有的多阶集排式播种机己达到一器60余行的播种能力。它是对一器一行排种器的革新和发展，是播种机高速高效的需要，也是排种器结构原理多样化发展的结果。根据结构贩理和应用范围，集中排种系统可分为机械式、气流式、气压气送式等。集中排种系统的特点主要有：(a)成倍提高了捧种器的功效，在不增加或少增加金属耗量的情况下，将排种器功效提高2倍、3倍、n倍；(b)总体集中，简化了排种器结构，从而简化了播种机总体结构及相应的传动结构，解决了播种机整体布局拥挤的问题，提高了结构布局的合理性：(c)便于实现集中装种及装种机械化，有利于提高田问作业效率；(d)简化播量调节服务及维护保养工作。(e)降低播种机单位幅宽的金属耗量。集中排种系统是播种机发展过程中客观需要与特殊结构原理相结合的产物，是单一排种元件功能的特异扩充。1.3研究目的、内容和方法本课题的研究目的是在国内外水稻播种机具研究的基础上，针对目前农业生产的急需和育秧播种环节存在的问题，研制一种水稻育秧精密播种机具，以期育秧播种达到较为满意的效果。研究设计中采用理论和试验相结合的方法，对以下内容进行研究：1在对水稻种子物理特性理论分析的基础上，根据水稻育秧播种的农艺要求，探讨实现水稻育秧精密播种的途径和方法，提出水稻育秧精密播种机的设计方案。2针对新型排种器的排种原理、分析和研究排种器的工作参数对排种性能的影响，为选择合理的参数提供理论依据，实现工作参数的优化。3根据播种机的工作特性，通过对误差影响因素和排种器结构参数等对排种均匀性所造成的影响进行分析，提出提高排种器工作性能的方法。4通过试验研究，分析了不同型孔形式、不同充种角度对播种机工作性能的影响，完成水稻育秧精密播种机的设计、试制和试验。第二章 水稻育秧精密播种机总体结构设计2.1水稻种子的特征分布规律水稻种子的几何尺寸和形状都是随机变量，它们赢接影响从种箱口进入排种器型孔的过程和水稻种子在排种器型孔中的分布状态，同时也是影响种子的充种性能、清种性能以及护种过程和投种均匀性的主要因素。由于水稻种子的几何尺寸和形状与排种器的主要结构参数密切相关，因此，为了获得排种器结构的最佳参数和工作参数，对水稻种子尺寸进行分析是很有必要的。下面所用的水稻品种为常规稻H97，它的形状特征用长、宽、高三尺寸来描述，用测量工具游标卡尺和天平进行测量，种子特征数据如表21，种子尺寸特征三尺寸分布图，如图21、图22、图23所示，横轴为种子尺寸的范围，竖轴为种子对应范围内的种子粒数。考察种子几何尺寸在什么范围I目分布概率最大，对播种机排种器型孔尺寸大小和形状的设计具有较大的参考价值。2.2水稻育秧播种的农艺要求要研究水稻播种机械，必须将水稻播种的农艺要求和水稻播种技术同时进行研究，使得农机与农艺相结台，才能实现水稻播种的机械化，使所生产出来的机具能配套进行作业。所以研究水稻育秧播种的农艺要求是十分必要的。水稻育秧精密播种机的工艺流程如图2-4所示。水稻育秧盘如图2-5所示。水稻育秧用秧盘有三种类型：软塑穴盘、硬化软塑穴盘和硬塑穴盘。国内目前运用晶广的是软塑穴盘。该秩盘整体是由塑料膜冲压成形：孔型多为锥型，上大下小；锥孔上径为18一20，下径为810，底部排水孔直径为254，高为1218。孔中心距为2022mm，且排列形式两种：一种为正交式，即相邻两行穴孔错开布置穴孔中心连线为三角形，两行穴孔数相差为1。另一种为矩形布置，即每一行列穴孔数相同且对齐。孔数有：420孔、434孔、450孔、561孔等。本课题采用了专利号为：99243672.9的机用水稻育秧盘，如图2-5所示：该盘长605、宽340 、孔深18，上口直径19mm，下底直径11。穴孔纵横成行排列，每盘共15列，每列28个孔穴，每3列中间设有4Im的较大间隔，供安装压盘导杆用，以不致于压伤秧苗。两边各有5m的飞边，供秧盘输送和被夹持时用。该盘是介于人工抛秧育秧盘的大孔盘与小孔盘之间。每亩秧盘成本与常规育秧盘基本相当。2.3水稻育秧精密播种机总体结构设计为满足水稻育秧播种的农艺要求，参照现有机型，本课题整机总体结构配置如图2所示：整机主要由电机、机架、播种装置、播土机构、输送带等部分组成。机架是由矩形结构钢焊接而成其作用主要用于各个部件和机构并确定其相互位置，使其形成一整套精播程序。另外，各部件、机构的相对位置可做一定的调整，以确保各部件、机构之间处于较合适的位置。整机动力源为电动机，其类型为耶型三相异步减速电机，转速N=1400转分，减速比为：43，电压380v。在试验过程中，水稻精密播种试验机构采用人工喂盘。自动输送，自动播土，自动覆土。其工作原理为：首先，工作人员把育秧盘放在输送带上，育秧盘在输送带的带动下与其一起运动；当运动到底土播土装置播土的下方时，底土装置内的营养土就被播入到了秧盘的穴孔中：然后秧盘随着输送带运动到排种器的下方时种子落入到秧盘的穴孔中，且育秧盘的穴孔距与排种轮的圆周上孔距是一一对应的，运动速度也相同；完成播种之后，钵盘继续前移，再由表土播土装置播上一层表土，然后由操作人员取下秧盘，完成了一个播种周期。2.3.1排种器的结构设计和工作原理对于任何一种播种机来说，核心就是排种器，它是决定播种机工作质量和工作性能优劣的重要因素，播种机能否满足农业技术的要求或满足程度如何，在很大程度上主要取决于排种器的工作状况。而精密播种机从根本上来讲，要解决的问题主要是分离种子，以达到精量播种的目的。为达到此目的，该设计的排种器主要是使种子排队、趋近型孔、落入型孔、随型孔一起运动，随后排出。由于水稻种子较小，平均粒径只有470mm，指夹式排种器不符合要求：电磁排种器主要依靠振动来实现种子的排队、分离，且播种的均匀度难以控制，所以电磁排种器工作可靠性必然会受到影响；气吸式排种器由于气密性要求较高，加工成本高，故不是最佳选择。80年代到90年代初，在国家自然科学基金的资助下，马成林、蒋奕心等学者先后对轮式气吸(压)式排种器的理论及试验进行了研究，结果表明，囊种窝眼的形状大小，气流喷嘴的倾角程度，喷出的气流太小，对于排种器的排种性能有非常复杂的影响。张波屏也认为气吹式排种器不但结构复杂、调整使用较为复杂，而且能耗增大，成本较高，不易适用。以美国发明的Cyclo型精播机为代表的气送式播种机，滚筒转速和喂入区的气压是它的主要影响因素。该播种机的主要缺点是播种的均匀度偏低，与此同时它利用毛刷来清除种子，种子在输种管长途输送中多次碰撞、摩擦，易对种子造成伤害。鉴于上述特点，本课题的排种器总体结构配制如图27所示。该排种器由种箱、护种套、排种轮、毛刷刷种轮、推种弹簧、推种弹簧固定轴等几个重要部件组成。排种轮的同心圆周上均匀分布着36个型孔，推种弹簧的一端固定在推种弹簧固定轴上，每一根弹簧的另一端则对应着排种轮每一同心圆周型孔。工作过程中，护种套、推种弹簧固定轴、推种弹簧、种箱都是固定不动，链轮带动排种轮围绕着推种弹簧固定轴转动。排种器的工作过程(如图2-8所示)分为充种、清种、护种和投种4个子过程。当捧种轮开始运转时，排种轮上的型孔进入充种区内，种箱内的种子在重力、离心力和种子之间的推挤力联合作用下进入型孔中，随着排种轮的转动，充种后的型孔继续运动转至清种区，然后多余的种子部分依靠重力和离心力差落下，当运转到与毛刷刷种轮区域内，多余的种子被毛刷刷落，实现了清种，而稳定于型孔内的种子转至护种区，在护种套的保护之下由护种区来到了投种口在重力、离心力共同作用下种子被投出，当排种轮经过静止不动的推种弹簧时，推种弹簧下端就会从够型孔底部的小孔隙圆滑的伸入型孔中，被卡在型孔中的种子或杂物推出，从而减少了播种空穴且保障型孔的畅通并为下一次充种打下了良好基础，然后经过空程之后，又开始了下一轮的充种。2.3.2排种装置的参数确定1)排种轮直径的确定排种轮直径的大小设计合理与否，关系着排种器的总体设计：直径加大，整体结构及种箱高度随之增大，对单体排种器而言，影响到体积的合理性；直径过小，箱内种子高度降低，则转速高，填充时间、投种时间缩短，充种不可靠，会出现漏播。因此，综合考虑各因素，取直径为220。2)型孔参数的确定型孔参数是指型孔行数及型孔直径。排种轮型孔行数直接影响到排种器的工作性能，排种轮型孔行数越多，生产率越高，经过种子群的频率也就越大而被带走的种子运动轨迹形成的孔隙来不及被其它种子填充，所以空穴率随之相应增大。在排种轮的直径是一定的这一前提下，排种轮的外表面积也是一定的从而决定了型孔行数也是有限的。在本研究中，型孔行数值取36。型孔直径大小影响种子的填充性能，它的大小取决于种子的几何形状。孔径太小，种子不易进入型孔而使空穴率增大；孔径过大，则重播率增加，造成种子的浪费。故型孔设计的依据为：(1)要充分利用排种轮的圆周空间，在排种轮表面积一定的情况下，在尽量布置多行型孔的同时，要求兼顾型孔长度。(2)在充种区内要求种子能够顺利充入型孔。(3)种子进入型孔的位置无论是横躺、平卧还是侧立，要求型孔都能够接受。(4)清种之后型孔内要保留试验指标所要求的有效粒种子。对于长、宽、厚差别较大的水稻种子来说，在一个足够大的型孔内，有三种排列可能：平躺、侧立、竖立。表2-1可知水稻种子的长A=768，宽B=327,厚为C=214。则令且种子状态概率P1为平躺概率。P2为侧立概率。P3为竖立概率，经推导得出：通过对种子状态概率Pl、P2、P3三个数值进行比较可知:平躺概率P1最大，侧立概率P2次之，竖立概率P3最小。通过上述理论分析以及试验验证可知：型孔长轴D与种子最大长度L之间的关系式为：D=(122O)L。为了在试验中进行对比建筑。本研究采用五种不同型式的型孔，其中在排种轮圆周上的分布方式如图2-9所示。I、1I、的长轴均为12mm，短轴为8；v 为圆型，直径是12。I型的长轴与排种轮的轴线相平行。I型长轴与排种轮轴线相垂直，型的长轴与排种轮9轴线成45，型第一行型孔的长轴与排种轮轴线成45、然后第二行型孔的长轴与排种轮轴线成135之后再交替排列。图2-10为不同型式型孔的沿其中心线的剖视图，从图2-10中可知，型孔的锥度为50且有锥度的深度为6。