國內外穴盤育苗精密播種機研究現(xiàn)在狀況及原理分析,農(nóng)業(yè)機械化論文我們國家當下超過2/3的蔬菜栽培采用育苗移栽的方式，工廠化育苗的方式主要有穴盤育苗、容器育苗及水培育苗等，且以穴盤育苗為主［1－4］。穴盤播種是育苗的關鍵環(huán)節(jié)之一。傳統(tǒng)的穴盤播種以人工點播為主，存在勞動強度大、播種效率低、播種周期長及播種成本高等問題［5］，并且難以保證播種性能，嚴重制約蔬菜的規(guī)模化生產(chǎn)和時令性要求。穴盤育苗播種機能夠減輕人工點播的勞動強度、提高播種效率、降低人力資源成本、節(jié)省大量種子［6］，且可為蔬菜的移栽生產(chǎn)及提高產(chǎn)品質量打下良好的基礎。筆者調研了近年來國內外穴盤育苗精致細密播種機的發(fā)展狀況及特點，分析了現(xiàn)有穴盤育苗精致細密播種機存在的問題，旨在為精致細密播種機的設計開發(fā)與應用提供科學根據(jù)與方式方法。1國外穴盤育苗精致細密播種機研究現(xiàn)在狀況國外穴盤育苗精致細密播種技術發(fā)展迅速，穴盤育苗精致細密播種機已經(jīng)非常成熟，產(chǎn)品覆蓋面廣，并且朝著精準化、自動化和智能化的方向發(fā)展。當下，國外穴盤育苗精致細密播種機主要有英國的Hamilton、意大利的MOSA、美國的Blackmore和SEEDEＲMAN、澳大利亞的Williames［7］、荷蘭的VISSEＲ、韓國的大東機電等［8－9］。它們的特點如下:1)產(chǎn)品成熟，系列全面。精致細密播種設備從小型到大型，再到播種生產(chǎn)線，不僅能知足小型農(nóng)戶播種的需求，而且能知足大規(guī)模蔬菜播種的需求。針對不同的用戶，開發(fā)不同構造形式的穴盤育苗精致細密播種機，既有半自動穴盤育苗播種機，也有全自動穴盤育苗播種機。2)作業(yè)效率高。當下，國外穴盤育苗精致細密播種機的播種效率普遍大于300盤/h，一些穴盤育苗播種機的播種效率甚至超過1000盤/h。美國SEEDEＲMAN公司生產(chǎn)的GS系列穴盤育苗精致細密播種機和英國Hamilton公司生產(chǎn)的Natural系列精致細密播種機使用單排針式排種構造，播種效率為300盤/h;荷蘭VISSEＲ開發(fā)出的GＲANETTE2000雙排針式全自動穴盤育苗精致細密播種機作業(yè)效率能到達700盤/h;美國Blackmore公司的Cylinder滾筒式穴盤育苗精致細密播種機作業(yè)效率為1200盤/h;意大利MOSA的M－DSL1200滾筒式和M－SDS600/1200電子流滾筒式穴盤育苗精致細密播種機的效率為1200盤/h。3)智能化程度高。半自動和全自動穴盤育苗精致細密播種機融合氣動技術和電控技術，通過精準的氣壓和電氣控制，實現(xiàn)穴盤精致細密播種自動化和智能化。4)發(fā)展多功能適應性精致細密播種機。在實現(xiàn)穴盤育苗精致細密播種機播種效率和精度提高的同時，對于穴盤育苗精致細密播種機多功能適應性的探尋求索性工作也一直在進行中。如此圖1所示，荷蘭VISSEＲ公司生產(chǎn)的Eco－rou-line滾筒式穴盤育苗精致細密播種機的滾筒為兩用滾筒。該滾筒設置有12行吸嘴，能夠實現(xiàn)滾筒的兩種用處:一是12個吸嘴是同樣規(guī)格的吸嘴尺寸和吸嘴間距，這種方式下每一種穴盤對應一種播種滾筒;二是只使用滾筒的6行吸嘴播種穴盤，其他6行吸嘴能夠使用不同的吸嘴尺寸來播種不同的種子或者用同樣的滾筒不同的吸嘴間距播種其他的穴盤。如此圖2所示，美國Blackmore公司生產(chǎn)的Cylinder滾筒式精致細密播種機采用獨特的四選項滾筒頭，通過快速切換吸種口，實現(xiàn)不同規(guī)格穴盤、不同種子的精致細密播種，而無需更換滾筒。該精致細密播種機作業(yè)效率不低于1200盤/h，可適應播種不同穴盤和不同規(guī)格的種子。當下，滾筒式精致細密播種機是蔬菜精致細密播種機的發(fā)展趨勢，播種速度普遍能夠到達1000盤/h以上;但是對于精致細密播種機的多功能適應性研究仍處在起步階段，適應不同形態(tài)種子的播種機仍比擬缺乏。2國內穴盤育苗精致細密播種機研究現(xiàn)在狀況我們國家對穴盤育苗精致細密播種機的研究始于20世紀70年代。為解決穴盤育苗存在的機械化水平低、播種精度和效率低的問題，農(nóng)業(yè)部和科技部先后將穴盤育苗技術研究列為重點科研項目，各地的農(nóng)機化科研單位及生產(chǎn)企業(yè)同時跟進，通過借鑒國外的先進技術，結合我們國家穴盤育苗播種的詳細要求，研制開發(fā)出了不同形式的的穴盤育苗精致細密播種機［10］。北京海淀區(qū)農(nóng)機研究所研制的2BSXP－500型穴盤育苗精致細密播種機采用機械構造的垂直圓盤窩眼孔式排種器［11］，播種機生產(chǎn)效率為350盤/h。農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設計研究院研制的2XB－400型穴盤育苗精致細密播種機［5］采用機械窩眼式播種構造，播種效率為180盤/h。上述機械式穴盤育苗精致細密播種機僅適用于包衣丸粒化種子，存在傷種率高和播種速度低等問題。江蘇大學設計了磁吸滾筒式精致細密播種機［12］(如此圖3所示)，排種器采用電磁鐵磁吸頭沿周向陣列、沿滾筒軸周向按穴盤孔距均勻分布的構造形式。經(jīng)優(yōu)化后的磁吸滾筒式播種機播種效率為300盤/h，能夠知足精致細密播種的精度和效率要求;但磁吸式排種器對種子要求較高，待播種子需預先在外外表均勻裹上一層磁粉［13］。臺州一鳴機械設備有限公司研發(fā)生產(chǎn)的氣吸針式穴盤育苗精致細密播種機［14］(如此圖4所示)借鑒國外針式穴盤育苗精致細密播種機的構造原理，采用單排針式播種構造，通過針式吸嘴桿的往復運動實現(xiàn)蔬菜種子的負壓吸種與正壓吹種，該播種機播種效率可達360盤/h。浙江博仁工貿(mào)有限公司生產(chǎn)的氣吸滾筒式穴盤育苗精致細密播種機［15］(如此圖5所示)借鑒國外滾筒式穴盤育苗精致細密播種機原理，采用負壓吸種和正壓吹種的原理，通過正負壓轉換板和旋轉滾筒的相位變化實現(xiàn)滾筒的吸種、卸種與清孔，播種效率為900～1200盤/h。上述氣力式穴盤育苗精致細密播種機存在氣壓調節(jié)困難、播種精度低及對氣路系統(tǒng)要求嚴格等問題。在通用的構造原理上，國內的穴盤育苗精致細密播種機與國外已相差無幾，但是作業(yè)性能與國外還有很大差距，限制了穴盤育苗精致細密播種機的研究開發(fā)與推廣。3穴盤育苗精致細密播種機的原理和分類3．1根據(jù)排種原理分類實現(xiàn)穴盤育苗精致細密播種的關鍵是排種器，根據(jù)排種器的囊種方式和囊種力特征［16］，排種器主要有機械式、磁吸式和氣力式3種構造。1)機械式排種器當下應用于穴盤精致細密播種，其構造簡單、播種速度快，但對種子外形尺寸要求較嚴，需要對種子進行嚴格挑選或丸粒化處理，且排種時易傷種。2)磁吸式排種器依靠電磁吸頭精到準確汲取經(jīng)磁粉包衣處理的種子，斷電后磁力消失，種子在重力和離心力作用下落入穴盤穴孔，通過調節(jié)磁吸力的大小來控制播種量和播種精度。其具有較高的播種精度和對不同規(guī)格種子良好的適應能力。3)氣力式排種器通過真空負壓吸種和正壓落種實現(xiàn)種子的精致細密播種作業(yè)。精致細密播種機利用真空裝置產(chǎn)生真空，負壓空氣從種箱中吸附種子，當傳感器檢測到穴盤時，排種器對準各個穴孔，此時負壓被切換成較低的正壓，利用弱正壓力將種子播種到穴盤中的預定位置，實現(xiàn)一穴一粒的精致細密播種。氣力式排種器不損傷種子，對待播種子的構造尺寸要求不嚴格，無需進行優(yōu)選分級，對種子的適應性較強，并可進行較高速度作業(yè)，已成為蔬菜花卉等小粒種子穴盤育苗播種的首選［17－20］。3．2排種器設計樣式分類根據(jù)氣力式排種器設計樣式不同，穴盤育苗播種機可分為板式播種機、針式播種機和滾筒式播種機。如此圖6所示，板式精致細密播種機針對規(guī)格化的穴盤，配備相應的播種模版，整盤負壓吸種，對穴正壓吹種，實現(xiàn)一次播種1盤、一穴播種1粒。其突出特點是價格低、操作簡單、播種精到準確，但存在各個穴孔氣壓不均勻和播種精度低的問題。針式精致細密播種機通過針式吸嘴桿的往復運動實現(xiàn)負壓吸種和正壓吹種兩個工作流程。精致細密播種機通過真空發(fā)生器產(chǎn)生真空，同時針式吸嘴桿在擺桿氣缸的作用下到達振蕩的種子盤上方，吸嘴通過真空吸嘴吸附種子;隨后，吸嘴桿在回位氣缸作用下帶動吸嘴桿返回到排種管上方，此時真空發(fā)生器噴射出正壓氣流，將種子吹落至排種管，種子沿著排種管落入穴盤中。針式精致細密播種機播種精度好、效率高、全自動化操作、操作簡便、應用面廣、省工省時，但是更換針頭和種子時需要重新進行氣壓調試及重新設置氣體壓力［21－22］。針式精致細密播種機的針式吸嘴桿經(jīng)歷了由單排針式到雙排針式的發(fā)展，美國SEEDEＲMAN公司生產(chǎn)的GS系列精致細密播種機(如此圖7所示)和英國Hamilton公司生產(chǎn)的Natural系列精致細密播種機(如此圖8所示)均采用單排針式的播種構造，生產(chǎn)效率能到達300盤/h。單排針式精致細密播種機能夠實現(xiàn)蔬菜種子的全自動播種，減輕了人工勞動的強度，但是單排針式吸嘴桿的往復運動消耗大量時間和能量。荷蘭VISSEＲ開發(fā)了采用雙排針式結構的GＲANETTE2000精致細密播種機(如此圖9所示)，該播種機在1個行程內播種兩排種子，實現(xiàn)播種自動化的同時，提高了播種效率，效率達700盤/h。滾筒式精致細密播種機打破了針式播種的間歇作業(yè)流程，通過滾筒圓周吸附種子，實現(xiàn)種子的連續(xù)播種。如此圖10所示，滾筒式穴盤育苗精致細密播種機的種子由位于滾筒上方或側方的漏斗喂入，種子被吸附在滾筒外表的吸孔中，多余的種子被氣流或刮種器清理。當滾筒轉到穴盤正上方時，吸孔與大氣連通，真空消失，并產(chǎn)生弱正壓氣流，種子被吹落到穴孔中;滾筒繼續(xù)滾動，強正壓氣流清洗滾筒吸孔，為下一次吸種做準備。滾筒式穴盤育苗精致細密播種機由光電傳感器信號控制播種動作的開場與結束，滾筒的轉速能夠調節(jié)［23］。滾筒式播種機的特點是播種效率高，每小時可播種超過1000盤，合適于大型蔬菜或花卉基地使用。3．3根據(jù)自動化程度分類根據(jù)自動化程度不同，蔬菜穴盤育苗精致細密播種機可分為手持式播種機、半自動播種機和全自動播種機。早期的手持式播種機為板式構造，沒有正壓吹種1苗精致細密播種，作業(yè)效率低、人工勞動強度大。美國SeedE－ZSeeder公司生產(chǎn)的E－Z精致細密播種機(如此圖11所示)可供單人操作，操作熟練的工人播種速度可達120～300盤/h［24］。隨著技術的發(fā)展，為了知足提高勞動生產(chǎn)率的要求，半自動精致細密播種機應運而生。如此圖12所示，賽得林半自動精致細密播種機仍由人工操作，增加了正壓吹種裝置、輔助振動刷子及種子回收裝置。氣動控制裝置和電子控制裝置的應用提高了播種效率和精度，可節(jié)省50%以上的勞動力。氣動技術和電子控制技術推動著精致細密播種機朝著精準化和高效化的方向發(fā)展，而人力成本的上升要求自動化操作的推廣與普及，播種效率、播種精度和自動化水平成為衡量精致細密播種機的重要指標。如此圖13所示，意大利MOSA全自動育苗播種流水線可一次完成基質裝填、壓穴、精量播種、覆土、噴淋等作業(yè)，播種的深淺、壓實程度、覆料的厚薄一致性和播種精度較好。4我們國家蔬菜精致細密播種機存在的問題4．1精致細密播種機整體可靠性低蔬菜精致細密播種機對播種的漏播率和重播率要求比擬高，但是當下國內研制的，很多機型的播種性能達不到要求，尤其在高速作業(yè)下易因氣壓不穩(wěn)定導致重播和漏播增加。除此之外，針頭堵塞和清種不及時等工藝性故障也會引起重播和漏播現(xiàn)象，尤其對于形狀不規(guī)則和質量比擬輕的小顆粒種子，播種質量不穩(wěn)定。4．2自主創(chuàng)新能力有待于提高我們國家蔬菜精致細密播種機還處于對國外技術的模擬階段，沒有構成具有獨立特點的播種設備，自主創(chuàng)新能力還有待于進一步提高。4．3機械構造與電氣控制系統(tǒng)的融合不完善由于運用了先進的電氣控制技術，國內的蔬菜精致細密播種機基本實現(xiàn)了全自動化播種，但是在氣壓等主要播種參數(shù)的精準化調節(jié)控制方面還存在缺陷，無法適應蔬菜種子的精致細密播種作業(yè)需要求。4．4農(nóng)機與農(nóng)藝結合不嚴密當下在蔬菜精致細密播種機的研究中，產(chǎn)品更側重于功能性的實現(xiàn)，忽略了蔬菜小粒種子的特性，在實際的播種作業(yè)中造成種子的浪費，而包衣丸化處理的種子會增加成本而且影響發(fā)芽率。一般一種形式的精致細密播種機只能播種少數(shù)幾個品種的種子，對種子的適應性低，不利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本的降低［25］。5蔬菜精致細密播種機發(fā)展建議5．1提高蔬菜精致細密播種機的精細化與標準化提高蔬菜精致細密播種機的精細化程度，加強國際溝通合作，引進國外先進的設計方式方法和制造工藝，結合國情，通過設計方式方法創(chuàng)新和制造工藝改良，研制開發(fā)精致細密播種的新機型;建立精致細密播種機的標準化設計方式方法，提高精致細密播種機的通用性與對種子的適應性，提高設備使用率，降低用戶使用成本。5．2提高裝備穩(wěn)定性與自動化水平優(yōu)化與改良電氣控制系統(tǒng)，實現(xiàn)機械部件與電氣控制系統(tǒng)的無縫銜接;采用精致細密的電氣控制器件，實現(xiàn)主要功能參數(shù)的精細化調試與操作，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性與自動化水平。5．3農(nóng)機與農(nóng)藝相結合將種子物理特性、空氣動力學特性的研究與精致細密播種機的設計結合起來，研究合適于不同種類種子的精致細密播種機。以下為以下為參考文獻:［1］陳殿奎．國內外蔬菜穴盤育苗發(fā)