温室智能装备系列之四十二 气吸振动式穴盘育苗播种机的设计

设施育苗可以保护幼苗的根系，提高成活率及出苗整齐度，并且具有防灾害、不受季节限制等优点，是蔬菜获得早熟、高产、优产的重要保障。播种机械是设施育苗机械化播种的核心装备，直接决定了播种质量的好坏。欧美国家对设施育苗的发展较早，至今已研制出了较多的机型，并且功能完善，自动化程度高，配套设备齐全。育苗播种机按播种方式可分为针（管）式播种机、板式播种机、滚筒式播种机：根据自动化程度又可以分为手动型、半自动型和全自动型播种机。我国的研究及应用起步较晚，经过多年的发展，有一定成果，但总体水平还是较低，应用不够广泛，发展速度也比较缓慢，更多的还是采用人工播种的方法。随着现代化农业的发展和农业产业模式的转变，落后的育苗播种技术和播种装备则不能适应新的形式，急需发展设施育苗机械化精准播种技术。本文根据现有装备存在的问题、结合国内外的先进技术，研制了一种新型育苗播种装备。

播种系统的结构

如图1、2所示，为穴盘育苗播种系统的结构示意图。该机主要由传送工作台、步进电机、同步带及带轮、光电传感器、滚珠式气动振动器、种盘、吸种管及其运动仿形块、吸种针、导种管及其固定板、吸种运动气缸及导种运动气缸、真空发生器等部件，以及气动控制系统组成。

工作流程

工作时，当光电传感器检测到穴盘，传送带停止前进，同时打开真空发生器电磁阀，在吸种管内部形成负压。吸种气缸推动吸种管到吸种位置，经过0.5s的吸种时间，气缸拉动吸附着种子的吸种管回到排种位置。此时，导种气缸电磁阀换向，气缸向下推动下导种管固定板，使下导种管伸入已压好的穴孔内，真空发生器电磁阀关闭，吸种管内负压消失；同时，吹种电磁阀打开，将吸附的种子吹落到导种管内，完成后吹种电磁阀关闭；同时，导种气缸将导种管拉回原位置，完成一排穴孔的播种。传送带及穴盘前进一个穴孔的距离，重复上述动作，继续执行下一个播种循环，检测不到穴盘，即完成整个穴盘的播种。

传送机构的设计

本设计中采用步进电机为动力源，步进电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，在播种过程中可以通过控制器发出的脉冲数，确保穴盘前进的距离。此外，采用同步带传递动力，可以防止传送带打滑并能保证固定的传动比。采用步进电机和同步带传递动力，能大大提高穴盘的定位精度；同时能有效地降低对穴盘和工作台的冲击和振动。

根据分析和实际负载转矩的计算，选用型号为86STH118-4208A的混合式步进电机。

排种机构设计

投种时，种子进入导种管内会与其内壁发生碰撞，使得种子落入穴孔内的位置也无法保证，甚至有些种子落到了穴孔外，对育苗质量产生了影响。为了实现精准播种，本次设计采取延长导种管的方法，使种子直接落到穴孔的底部。如图3所示，将导种管分为上下两段，在不投种时上下导种管套在一起，不影响穴盘的前进。下导种管固定板两端与导种气缸连接，气缸向下动作时便可以延伸导种管，实现了精准播种。

气路的搭建

如图5所示，为播种机的气动原理图。吸附种子需要负压，而振动器和气缸均需要正压的作用。所以，利用真空发生器来产生负压，便可以采用统一正压气源，选择由空气压缩机来提供。由于种子的差异性，使种子达到合适振动频率和振幅的气压也不同，所以，在振动气路中利用减压阀来进行气压的调节。在排种切断负压后，会有种子仍附着在吸种针上的现象，针对这种情况，需加入吹种功能，同样采用减压阀，来调节吹种压力。种盘里含有的细小杂质会堵塞吸种针，使其不能正常吸种，所以在气路中加入清针功能，在吸种针堵塞时，按下通针按钮，在较大气压作用下，将杂质从吸种针内吹出，达到清针的目的，降低种子的漏播率。

控制系统的实现

该系统控制器选用可编程控制器，可编程控制器具有可靠性高、抗干扰能力强等特点，并且扩展容易、运算功能强、控制精度高、操作方便、体积小。播种机控制系统结构框图如图6所示，PLC作为控制系统的核心部件，根据触摸屏输入的动作指令和光电传感器以及气缸的传感器反馈的信号，按照预先设定的程序，依次发出指令，完成穴盘播种工作。

该控制系统由触摸屏、光电传感器、气缸传感器、可编程控制器（PLC）、步进电机驱动器、继电器等组成。其中属于可编程控制器的输入信号有：人机交互的触摸屏信号，光电传感器信号，吸种气缸的磁铁感应器信号1、2，导种气缸的磁铁感应器信号1、2；可编程控制器的输出信号有：步进电机的控制信号，气动振动器的启动信号，吸种气缸动作信号，导种气缸动作信号，真空发生器启动信号，排种时的吹种信号，清针的启动信号。输入信号共有6个，输出信号共有7个。

微型固定式可编程序控制器足以满足该气吸播种装置的控制要求。本装置选用SIEMENS公司的I/O点数为24的224×P微型可编程序控制器，输入点数都为10点，输出点数为14点。

结束语

蔬菜是我们生活中密切相关的必需品，需求量一直较大，并且随着农业产业结构体系的调整，对蔬菜育苗产业提出了新的要求。传统的人工育苗技术及方法比较落后、效率比较低、人工成本比较高，已经不能再适应育苗产业的发展。农业模式正逐步向机械化、精准化转变，机械化精准育苗播种也成为了发展趋势。通过精准的播种，提高出苗率、成活率、整齐度，最终提高产量。通过与农艺相结合，逐步的完善改进，更好地适应发展的需要，该装备应具有很好的应用前景和市场潜力。