一种气吸式小粒种子防堵孔排种器

1.本发明涉及农业生产中的播种排种设备，尤其涉及一种气吸式小粒种子防堵孔排种器，属于农业机械领域。


背景技术：

2.中国是世界上最大的蔬菜生产国和消费国，全国蔬菜种植面积约为2148.5万公顷，产量74912.9万吨。因此，研究适应于这些小粒径蔬菜的精量播种技术，可显著提高机械化，降低生产成本，实现蔬菜产业的可持续发展。目前，农业上使用的排种器主要有机械式和气力式两种。机械式排种器主要有窝眼轮式、勺盘式、孔带式等,播种小粒径蔬菜种子时易出现卡种、伤种现象,无法满足小粒种子精量播种要求；气力式排种器包括:气吸式、气吹式和气压式等, 气吹式和气压式排种器系统结构复杂，配套动力需求大，而传统的气吸式排种器为保证蔬菜种子的吸附率，会增大负压，进而会导致蔬菜种子堵住吸种孔，造成大量的漏播。


技术实现要素：

3.为了克服现有技术中存在的不足与缺陷，本发明的目的是为了提供一种气吸式小粒种子防堵孔排种器，其可解决小粒种子播种劳动强度大、目前现有的气吸式播种器气密性差、排种盘磨损严重、以及由于种子粒径不均造成的堵塞、漏播率上升等问题。
4.本发明可以通过以下技术方案予以实现：本发明包括了种子腔转轴1、深沟球轴承2、种子腔3、种子腔转轴套筒4、螺栓5、螺帽6、搅种柱7、排种盘9、圆柱型密封环10、负压腔11、外圈减磨环12、内圈减磨环13、中心转盘 14、排种盘负压腔侧15、负压腔转轴套筒16、负压腔转轴18、螺栓高压水腔19、微型高压水泵20、进水导管21、喷水枪头22、弹簧23、挡种台24、落种块42、观察窗43。
5.种子腔转轴1上装配在深沟球轴承2内圈，种子腔3装配在深沟球轴承2外圈，套筒4套入种子腔转轴1，并且顶住深沟球轴承2的内圈，最后在种子腔转轴1上通过装配孔26装上排种盘9，种子腔3上设计有排种盘装配面8，保证了排种盘9的稳定运行，种子腔3上在观察区38装上观察窗43通过观察窗螺栓孔44与种子腔螺栓孔39进行螺栓连接，方便排种器在工作时观察其工作状况；挡种台24装入种子腔3上的挡种台装配腔49，通过弹簧和腔体内的定位柱连接，以及落种块42通过弹簧23连接装入种子腔3上的落种块装配腔37，该位置有五个定位盲孔36用于落种块42的定位，负压腔11套入深沟球轴承2外圈，负压腔侧转轴18套入深沟球轴承2外圈，套筒4装入负压腔侧转轴18并且顶住深沟球轴承2内圈，中心转盘 14套上负压腔侧转轴18同时外圈减磨环12和内圈减磨环13装入中心转盘 14，螺栓高压水腔19拧入螺栓孔17，接着将喷水枪头22装入螺栓高压水腔19，喷水枪头22要深入到排种盘轨道腔27并对准锥形吸种腔28，螺栓高压水腔19另一端连接导管21、微型高压水泵20，将微型摄像头装入固定位置47，种子腔3和负压腔11两大组件用螺栓5和螺帽6拧紧；同时导管21接入负压腔11上的进气孔30，气压泵ⅱ工作时可以使得正压腔29形成0.2千帕的正压，同时微型高
压水泵20和气压泵ⅱ连接steam32单片机。微型高压水泵20的目的是更有效的将堵入吸种孔的种子推出，同时缩短了作业时间，提升了精准性。气压泵ⅱ的作用是将剩余的水吹离，保持整个装置的干燥性。
6.负压腔11通过导气管外接风机ⅰ，风机ⅰ先启动，当风压腔内的气流稳定后同时压力达到了预设定值，种子腔转轴1通过联轴器外接电机，电机启动，然后带动排种盘9转动。电机带动种子腔转轴1转动，种子腔转轴1将转动通过深沟球轴承和套筒4传给排种盘9，排种盘9上的吸种孔25将种子吸附到排种盘9上，在负压腔11形成负压后，种子会被吸入到吸种孔25上，多余的种子会被装在种子腔3的毛刷清理，同时排种盘9向落种区转动，由于排种盘9与中心转盘14紧紧贴合会将运动传到负压腔侧转轴18，此时整个排种器进入了平稳运动，种子会从充种区运动到落种区时，由于落种块42与排种盘9表面贴合，此时的落种块42的落种道41上边沿会将种子刮下，种子沿着落种道41均匀的进入落种道41中。如果摄像头拍到吸种孔25上有堵孔情况，会立刻反馈给stm32微处理器，stm32微处理器会向微型高压水泵以及风机ⅱ发送信号，微型高压水泵20以及风机ii同时启动对吸种孔25进行清理，作业完成后即停止，等待下次信号的发送。
7.排种器工作之前首先让风机i工作将负压腔达到预计设定的压力4千帕，种器工作时3个负压进气孔（32）同时吸气，以保证负压腔内负压均匀，可以大大降低漏播率。
8.本发明通过螺栓组的预紧力可以增强排种器整体的气密性，弥补了由于加工精度不足导致气密性差的问题。该排种器的外壳包括种子腔3、螺栓5、螺帽6、腰型密封腔33、圆柱型密封环10组成，腰型密封腔33和圆柱型密封环10的装配在螺栓组预紧力的作用下会使得圆柱型密封环10产生大的变形，增强了排种器的气密性，保证了排种器工作时气压的稳定，对排种器的良率和使用寿命均有提升。
9.分区墙40把整个种子腔3分成了充种区和落种区两大块，分区墙40上的减磨腔（35）会装配上橡胶条，减小排种盘与分区墙40之间的磨损。种子腔3上留有观察区38可以实时观察种子盘的吸种情况。
10.种子腔3上还设有落种道装配区37，落种道装配区37与落种道 41通过种子腔3上的安装盲孔36装配，两者为弹性连接，5个安装盲孔36均内置有弹簧，因此落种块41会在弹簧的作用下紧紧的贴合排种盘9，种子可以沿着落种块41上的轨道腔42顺利排下，从而实现精准落种。
11.落种道41的落种块42设计仿牵牛花花径形状，该形状可以将种子顺利引入轨道内部，让种子按预想的轨道落下。
12.排种盘表面均匀布置共有30吸种孔（25），同时吸种孔内侧设计24个搅种柱（7），排种盘负压腔侧15设计排种盘轨道腔（27）与吸种孔（25）相对应。均匀布置更有利于高速播种，腰形清种轨道设计更有助于吸种，以及对排种盘结构强度影响较小。
13.负压腔壳体为凸台式结构，内腔体积小，使用功率较小的风机即可达成工作风压，降低了能量损耗。排种器工作时3个负压孔（32）同时吸气，以保证负压腔内负压均匀。
14.清孔区域包括智能堵孔检测装置和高压水流清孔装置以及正压腔干燥装置，智能检测装置是微型摄像头和stm32微处理器组成，微型摄像头对从落种区转过来的吸种孔25进行拍摄，微型摄像头通过多螺栓固定于种子腔3的摄像头安装区47，stm32微处理器内置的yolo v8算法对吸种孔25是否被堵进行判断，前期使用yolo v8算法对排种盘 9堵孔与不
堵孔两种状态进行训练。高压水流清孔装置属于执行装置，stm32微处理器在接到摄像头传来的堵孔信号后，会向微型高压水泵20发送指令，微型高压水泵20会启动，将高压水流通过导管21穿过螺栓高压水腔19经喷水枪头22的出水口46对吸种孔25进行清理，种子会被高压水流冲入种子腔3的排水口48排出排种器，与此同时stm32微处理器向风机ii发送信号，风机ii通过进气孔30向正压腔29吹气，将排水口48的水和吸种孔的水吹干，作业完成后微型高压水泵20和风机ⅱ会停止工作，等待stm32微处理器的下次指令。风机ⅱ的目的是在干燥区域内形成一个正压，在高压水流冲击堵孔后，将卡在吸种腔28的种子彻底吹出同时将多余的水一同吹出。
15.中心转盘14与外圈减磨环12、内圈减磨环13的装配形成了减磨区，装配在负压腔侧转轴18上紧紧的与排种盘相贴合，有效的降低了排种盘负压腔侧15的磨损。
16.种子腔3内的挡种台装配腔（49）与挡种台24和弹簧23的装配组成了阻挡种子进入落种区的屏障，由于弹簧23可以压缩，搅种柱7在转到该位置时沿着挡种台24的弧面将挡种台24向下压，搅种柱7通过后挡种台24在弹簧的作用下又恢复到原来的位置。其作用是保证排种盘9上搅种柱7的正常运行，同时阻挡了种子进入落种区。
附图说明
17.图1是本发明排种器主体的半剖视图；图2是该发明的总体装配图；图3是高压喷水装置装配图；图4是排种盘种子腔侧图；图5是排种盘风压腔侧图；图6是风压腔主视图；图7是种子腔主视图；图8是落种腔主视图；图9是观察窗主视图；图10是挡种台正等轴侧视图。
18.图中：1.种子腔转轴、2.深沟球轴承、3.种子腔、4.种子腔转轴套筒、5.螺栓、6.螺帽、7.搅种柱、8.排种盘装配面、9.排种盘、10.圆柱型密封环、11.负压腔、12.外圈减磨环、13.内圈减磨环、14.中心转盘、15.排种盘负压腔侧、16.负压腔转轴套筒、17.负压腔螺栓孔18.负压腔转轴、19.螺栓高压水腔、20.微型高压水泵、21.进水导管、22.喷水枪头、23.弹簧、24.挡种台、25.吸种孔、26.装配孔、27. 排种盘轨道腔、28.锥形吸种腔、29. 正压腔、30. 进气孔、32. 负压进气孔、33. 腰型密封腔、34. 搅种柱轨道腔、35. 减磨腔、36. 安装盲孔、37. 落种道装配区、38. 观察区、39.种子腔螺栓孔、40.分区墙、41. 落种道、42.落种块、43.观察窗、44.观察窗螺栓孔、46.出水口、47.摄像头安装区、48.排水口、49.挡种台装配腔。
具体实施方式
19.一种气吸式小粒种子防堵孔排种器包括储种区、负压区、落种区和清孔区，还包括种子腔转轴(1)、深沟球轴承(2)、种子腔(3)、种子腔转轴套筒(4)、排种盘(9)、负压腔(11)、
外圈减磨环(12)、内圈减磨环(13)、中心转盘(14)、负压腔转轴套筒(16)、负压腔转轴(18)、螺栓高压水腔(19)、微型高压水泵(20)、进水导管(21)、喷水枪头(22)、弹簧(23)、落种道(41)、落种块(42)、观察窗(43)；储种区内，右侧种子腔转轴(1)与深沟球轴承(2)内圈同轴配合，深沟球轴承(2)外圈与种子腔(3)同轴配合，种子腔转轴套筒(4)与种子腔转轴(1)同轴配合紧紧的顶住深沟球轴承(2)内圈，排种盘(9)与种子腔转轴(1)同轴配合，且与种子腔转轴套筒(4)紧紧贴合，种子腔转轴套筒(4)将排种盘(9)与深沟球轴承(2)隔开，种子腔(3)上方装有观察窗(43)；负压区内，左侧负压腔转轴(18)与深沟球轴承(2)内圈同轴配合，深沟球轴承(2)外圈与负压腔(11)同轴配合，同时负压腔转轴(18)与负压腔转轴套筒(16)、中心转盘(14)同轴配合，外圈减磨环(12)与内圈减磨环(13)装入到中心转盘(14)上，外圈减磨环(12)与内圈减磨环(13)紧紧贴合排种盘(9)，排种盘(9)的转动会带动负压腔转轴(18)转动，继而中心转盘(14)也会转动，使得排种盘(9)不与负压腔(11)接触，降低了排种盘(9)的磨损；落种区内，落种块(42)通过弹簧(23)和螺栓装配到种子腔(3)上，由于弹簧(23)处于压缩状态，落种块(42)会被弹簧(23)顶着与排种盘(9)相接触，当种子碰到落种块(42)上的落种道(41)的上边界时，由于排种盘(9)与落种块(42)紧密贴合，种子会沿落种道（41）掉落；清孔区内，螺栓高压水腔(19)通过螺纹连接到负压腔(11)，喷水枪头(22)与螺栓高压水腔(19)通过螺纹连接，喷水枪头(22)深入到排种盘的腰型轨道腔中对准吸种孔，螺栓高压水腔(19)外侧接进水导管(21)，进水导管(21)有另一端接微型高压水泵(20)，接微型高压水泵(20)的控制端接steam32单片机，在种子腔(3)上的摄像头安装区装有微型摄像头，用于堵孔识别，并向控制中心steam32单片机传输信号。
20.种子腔(3)上设有分区墙(40)，分区墙(40)上的减磨腔（35）装配有橡胶条，能够减小排种盘（9）与分区墙(40)之间的磨损，种子腔转轴(1)转动后带动排种盘(9)转动，所述的排种盘（9）上有吸种孔(25)，在负压腔(11)形成负压后，种子会被吸入到吸种孔(25)上，多余的种子会被装在种子腔(3)的毛刷清理，排种盘(9)上的搅种柱(7)负责对种子腔(3)内的种子进行扰动，为了防止种子腔(3)内的种子流入落种区，搅种柱轨道腔(34)上设置有挡种台装配腔(49)，挡种台装配腔(49)内通过弹簧装有挡种台(24)，可以让搅种柱(7)单向通过。
21.风机i通过管道与负压腔(11)上的3个负压进气孔(32)相连，排种器工作之前首先让风机i工作将负压腔达到预计设定的压力4000帕，排种器工作时3个负压进气孔（32）同时吸气，以保证负压腔内负压均匀，可降低漏播率。
22.排种盘(9)携带种子转到落种区后，由于落种块(42)紧贴排种盘(9)，吸附在排种盘(9)上的种子会被刮落到落种块(42)，落种道（41）形状设置为仿牵牛花花径形状，该形状可以将种子顺利引入轨道内部。
23.所述的清孔区内还包括智能堵孔检测装置和高压水流清孔装置以及气吹式清孔装置，智能堵孔检测装置包括微型摄像头和stm32微处理器，微型摄像头对从落种区转过来的吸种孔(25)进行拍摄，微型摄像头通过螺栓固定于种子腔(3)的摄像头安装区(47)，stm32微处理器内置的yolo v8算法对吸种孔(25)是否被堵塞进行判断，前期使用yolo v8算法对排种盘 (9)堵孔与不堵孔两种状态进行训练，高压水流清孔装置属于执行装置，
stm32微处理器在接到摄像头传来的堵孔信号后，会向微型高压水泵(20)发送指令，微型高压水泵(20)会启动，将高压水流通过进水导管(21)穿过螺栓高压水腔(19)经喷水枪头(22)对吸种孔(25)进行清理，种子会被高压水流冲入种子腔(3)的排水口(48)排出排种器，与此同时stm32微处理器向风机ⅱ发送信号，风机ii通过进气孔(30)向负压进气孔(32)吹气，将排水口(48)的水和吸种孔的水吹干，作业完成后微型高压水泵(20)和风机ⅱ会停止工作，等待stm32微处理器的下次指令。
24.一种气吸式小粒种子防堵孔排种器的使用方法，包括以下步骤：步骤一，将种子装入种子腔内，装填的高度约占种子腔高度的四分之三，检查两边装配螺栓是否拧紧，完成准备工作；步骤二，启动风机ⅰ，并检查各气流管口连接处的气密性是否良好，待负压腔上的仪表显示4000帕时并且稳定时，启动并控制电机转速，进行小粒径种子的排种；步骤三，启动电池组向摄像头、stm32微处理器、微型高压水泵、风机ⅱ供电，保证清孔设备正常运行。
25.步骤四，落种完成后，从观察窗上方查看吸种孔吸种情况，以及播种的均匀一致性，完成排种器排种。

技术特征：
1.一种气吸式小粒种子防堵孔排种器，包括储种区、负压区、落种区和清孔区，其特征在于：还包括种子腔转轴(1)、深沟球轴承(2)、种子腔(3)、种子腔转轴套筒(4)、排种盘(9)、负压腔(11)、外圈减磨环(12)、内圈减磨环(13)、中心转盘 (14)、负压腔转轴套筒(16)、负压腔转轴(18)、螺栓高压水腔(19)、微型高压水泵(20)、进水导管(21)、喷水枪头(22)、弹簧(23)、落种道(41)、落种块(42)、观察窗(43)；储种区内，右侧种子腔转轴(1)与深沟球轴承(2)内圈同轴配合，深沟球轴承(2)外圈与种子腔(3)同轴配合，种子腔转轴套筒(4)与种子腔转轴(1)同轴配合紧紧的顶住深沟球轴承(2)内圈，排种盘(9)与种子腔转轴(1)同轴配合，且与种子腔转轴套筒(4)紧紧贴合，种子腔转轴套筒(4)将排种盘(9)与深沟球轴承(2)隔开，种子腔(3)上方装有观察窗(43)；负压区内，左侧负压腔转轴(18)与深沟球轴承(2)内圈同轴配合，深沟球轴承(2)外圈与负压腔(11)同轴配合，同时负压腔转轴(18)与负压腔转轴套筒(16)、中心转盘(14)同轴配合，外圈减磨环(12)与内圈减磨环(13)装入到中心转盘(14)上，外圈减磨环(12)与内圈减磨环(13)紧紧贴合排种盘(9)，排种盘(9)的转动会带动负压腔转轴(18)转动，继而中心转盘(14)也会转动，使得排种盘(9)不与负压腔(11)接触，降低了排种盘(9)的磨损；落种区内，落种块(42)通过弹簧(23)和螺栓装配到种子腔(3)上，由于弹簧(23)处于压缩状态，落种块(42)会被弹簧(23)顶着与排种盘(9)相接触，当种子碰到落种块(42)上的落种道(41)的上边界时，由于排种盘(9)与落种块(42)紧密贴合，种子会沿落种道（41）掉落；清孔区内，螺栓高压水腔(19)通过螺纹连接到负压腔(11)，喷水枪头(22)与螺栓高压水腔(19)通过螺纹连接，喷水枪头(22)深入到排种盘的腰型轨道腔中对准吸种孔，螺栓高压水腔(19)外侧接进水导管(21)，进水导管(21)有另一端接微型高压水泵(20)，接微型高压水泵(20)的控制端接steam32单片机，在种子腔(3)上的摄像头安装区装有微型摄像头，用于堵孔识别，并向控制中心steam32单片机传输信号。2.根据权利要求1所述的一种气吸式小粒种子防堵孔排种器，其特征在于：包括所述的种子腔(3)上设有分区墙(40)，分区墙(40)上的减磨腔（35）装配有橡胶条，能够减小排种盘（9）与分区墙(40)之间的磨损，种子腔转轴(1)转动后带动排种盘(9)转动，所述的排种盘（9）上有吸种孔(25)，在负压腔(11)形成负压后，种子会被吸入到吸种孔(25)上，多余的种子会被装在种子腔(3)的毛刷清理，排种盘(9)上的搅种柱(7)负责对种子腔(3)内的种子进行扰动，为了防止种子腔(3)内的种子流入落种区，搅种柱轨道腔(34)上设置有挡种台装配腔(49)，挡种台装配腔(49)内通过弹簧装有挡种台(24)，可以让搅种柱(7)单向通过。3.根据权利要求2所述的一种气吸式小粒种子防堵孔排种器，其特征在于：风机i通过管道与负压腔(11)上的3个负压进气孔(32)相连，排种器工作之前首先让风机i工作将负压腔达到预计设定的压力4000帕，排种器工作时3个负压进气孔（32）同时吸气，以保证负压腔内负压均匀，可降低漏播率。4.根据权利要求3所述的一种气吸式小粒种子防堵孔排种器，其特征在于：所述的排种盘(9)携带种子转到落种区后，由于落种块(42)紧贴排种盘(9)，吸附在排种盘(9)上的种子会被刮落到落种块(42)，落种道（41）形状设置为仿牵牛花花径形状，该形状可以将种子顺利引入轨道内部。5.根据权利要求4所述的一种气吸式小粒种子防堵孔排种器，其特征在于：所述的清孔区内还包括智能堵孔检测装置和高压水流清孔装置以及气吹式清孔装置，智能堵孔检测装置包括微型摄像头和stm32微处理器，微型摄像头对从落种区转过来的吸种孔(25)进行拍
摄，微型摄像头通过螺栓固定于种子腔(3)的摄像头安装区(47)，stm32微处理器内置的yolo v8算法对吸种孔(25)是否被堵塞进行判断，前期使用yolo v8算法对排种盘 (9)堵孔与不堵孔两种状态进行训练，高压水流清孔装置属于执行装置，stm32微处理器在接到摄像头传来的堵孔信号后，会向微型高压水泵(20)发送指令，微型高压水泵(20)会启动，将高压水流通过进水导管(21)穿过螺栓高压水腔(19)经喷水枪头(22)对吸种孔(25)进行清理，种子会被高压水流冲入种子腔(3)的排水口(48)排出排种器，与此同时stm32微处理器向风机ⅱ发送信号，风机ii通过进气孔(30)向负压进气孔(32)吹气，将排水口(48)的水和吸种孔的水吹干，作业完成后微型高压水泵(20)和风机ⅱ会停止工作，等待stm32微处理器的下次指令。

技术总结
本发明涉及一种气吸式小粒种子防堵孔排种器，传动轴上从前至后依次装配有深沟球轴承、种子腔、排种盘以及套筒，排种盘与密封圈紧密贴合，其紧密贴合的作用力来自负压腔与种子腔的螺栓连接，减小了排种盘与负压腔之间的磨损，确保了排种器工作时整体稳定性，负压腔侧设计有减磨装置，在负压强底部设计有一套智能清种装置，智能清种装置包含高压水枪喷射清种部分与气吹部分，高压水枪喷射清种部分包括螺栓高压水腔、微型高压水泵、高压喷头以及steam32单片机，气吹部分是由一个正压腔和一个风机Ⅱ组成，控制部分接入steam32单片机。本发明的结构设计，有效的增强了排种盘的使用寿命，保证了负压腔的气密性，解决了由于种子粒径不均而出现的堵孔问题。径不均而出现的堵孔问题。径不均而出现的堵孔问题。


技术研发人员：尤泳 赵旭 朱洋洋 惠云婷 王德成 王志琴 廖洋洋
受保护的技术使用者：中国农业大学
技术研发日：2023.08.09
技术公布日：2023/9/14