基于气吹供种的盘吸式辣椒排种器排种机理初探_李凝.pdf

机械装备 37 Mechanized Equipment2018 年 5 月下基于气吹供种的盘吸式辣椒排种器排种机理初探李 凝 , 王芳莉 , 绪 言 , 张 明（贵州省山地农业机械研究所，贵州 贵阳 550000）摘 要 结合辣椒排种问题，本文对基于气吹供种的盘吸式辣椒排种器的结构和工作原理展开了分析，然后分别对气吹供种、吸附排种两个过程进行分析，从而对该种特殊排种器的排种机理展开研究。关键词 气吹供种；盘吸式辣椒排种器；排种机理中图分类号 S223.2 文献标志码 A 文章编号 1672-3872（2018）10-0037-01 作者简介 李凝1986-，女，河南泰康人，工程师，硕士，研究方向山地农业机械研究。张明（1964-），男，贵州贵阳人，高级工程师，研究方向山地农业机械研究（通讯作者）。1 基于气吹供种的盘吸式辣椒排种器的结构与原理1.1 结构结合辣椒排种问题，还要采用基于气吹供种的盘吸收排种器进行辣椒取种。从结构物上来看，排种器由供气管、板式吸种室、旋风泵、滑轨、输种装置、穴盘等结构构成。从总体上来看，排种器可以被划分为四个部分，即机架、供气部分、输种部分和吸种部分。在机架上方，安设吸种装置，其下安设输种装置和供气装置，二者通过供气管道连接。1.2 原理在工作过程中，穴盘位于播种工位，内部带有育苗基质，能够被夹具固定。而板式吸种室将移动到左侧，使吸种孔与倒“V”型输种管连接。将种箱的调节板打开，使种子慢慢进入输种管。将液压泵打开，使输种管左侧阀门开启，右侧关闭，然后将右侧回收种管阀门打开，左侧关闭。做好准备后，将旋风泵正压供气管控气开关打开，将将右侧关闭，确认种子是否达到悬浮状态[1]。达到状态后，将电源接通，吸种室将沿着滑轨向右移动，完成整盘吸附。到达穴盘正上播种工位时，将负压供气管关闭，进行正压供气管切换，同时进行回收种阀门切换。伴随着负压消失，吸种室将向穴盘排种。2 基于气吹供种的盘吸式辣椒排种器的排种机理2.1 气吹供种机理分析结合排种器工作原理可知，气吹供种环节，装置将通过气流与种子相互作用使种子颗粒群内个体相互分离。而在这一过程中，需要进行进气量的调节，使种子处在悬浮状态。此时，种子颗粒群可以被看成是特殊的流体，供种的过程则为种子在气流场中的运动过程。输送供种管道为斜向上管道，内部辣椒种子处于悬浮状态，将导致种子与输送管壁碰撞，同时种子与种子将也将发生碰撞。考虑到输送气流为湍流，还要假设种子颗粒群为直径单一颗粒过程，内部辣椒种子可以看做是均匀分布状态，并视作一个特殊的整体，以便对分析过程进行简化。由此，在分析辣椒种子受力时，可以将特殊流体运动看成是单一辣椒种子的平均运动，将在气动推力、输送管壁阻力、自身重力三种力的相互作用下运动。只有保证气动推力大于管壁阻力和自身重力沿着管壁方向的反向叠加力，才能保证种子沿着管壁运动。而随着种子向上运动，其受到的管壁阻力将增加，气动推力与管壁方向的反向叠加力相同，种子将以最大速度做匀速运动。在辣椒种子颗粒群到达倾斜管道顶端时，将进入输送供种弯管内。此时，由于种子颗粒群已经达到匀速状态，所以能够以一定速度在弯管内做圆周运动，与输送气流保持相对平衡。以弯管轴心线位置的辣椒种子为对象，对其受力展开分析可以发现，进入弯管后种子将承受自身重力、离心力、气流阻力。如果种子重力和气体阻力合力能够提供种子做圆周运动需要的向心力，种子在管道内将做弧线运动。如果种子重力或其分力超出向心力，种子会落在弯管下壁面，并在气体作用下向前滑动[2]。如果向心力超出种子重力和气流阻力合力，种子将在弯管上壁面滑动。结合供种弯管顶端吸附取种需要，应当使种子重力与气流阻力合力等于向心力，以保证种子在管道内做弧线运动。2.2 吸附排种机理分析在吸附排种阶段，吸种板与拱种室将构成封闭的流场空间，种子在气流作用下到达顶端后，将与吸种板吸嘴处产生的吸附流场发生作用，所以吸附排种过程为输送流场与吸附流场相互作用的过程。对吸附取种过程进行分析，还要假设工种室对应的吸种盘的一列吸种孔拥有相同真空度，保证各孔吸附条件相同。而吸种板下端面与弯管顶端圆弧段相切，种子沿水平方向向右运动。同时，各吸附孔的吸附流场以孔顶部为中心，呈放射线状分布。对单一种子吸附力进行计算，可以利用式（1）。式中，R为种子吸附力，Pi指的是真空度，di为吸附直径，ζ是阻力系数，H为吸种距离，C为阻力系数，dv为流场速度线。4242cos1256 HCpddRiivξαπ−∆（1）在吸附的过程中，供种气流拥有均匀分布的流场，吸附流场则则呈放射状，可以看做流场速度线相互垂直。在压力梯度的作用下，吸附场将产生压力梯度力，其不受气流流场的影响，与吸附真空度与吸附力成线性关系，将对取种产生重要影响。按照理想条件，应使合力与种子重力相等，仅使吸附力在瞬间发挥引导作用。而吸附力的大小，取决于吸附孔的结构、形式和真空度，因此还要综合分析完成吸附孔的合理设计[3]。3 结束语通过分析可以发现，针对辣椒这类形状不规则的小颗粒种子，还要采用基于气吹供种的盘吸式排种器解决种子排种问题，确保种子能够得到均匀播撒。从排种机理上来看，通过气吹供种，可以使种子以悬浮状态得到均匀分布，然后通过均匀吸附达到精量排种。参考文献[1] 张欢 , 罗昕 , 马亚朋，等 . 气吹供种盘吸式排种器排种性能试验研究 [J]. 机械设计与制造 ,2017592-95.[2] 王晓东 , 王卫兵 , 马华永，等 . 垂直圆盘气吸式排种器的理论分析与研究 [J]. 农机化研究 ,2017,39275-78142.[3] 胡建平 , 柳召芹 , 左志宇 . 磁吸滚筒式穴盘播种器自动控制系统的设计 [J]. 机械设计与制造 ,20081177-178.（收稿日期 2018-5-3）