负压吸种正压清种式精密排种器及其排种方法与流程

本发明涉及到谷物精密播种，主要用于水稻直播机，具体的说是一种负压吸种正压清种式精密排种器。

背景技术：

播种部件(排种器)作为水稻直播机的核心部件，其结构及其播种性能对播种机的播种质量有着直接的影响，其性能好坏直接关系到播种质量和效率，对水稻直播技术的发展有重要作用。

目前，国内外常用的排种器按工作原理可分为机械式和气力式两大类。机械式排种器具有结构相对简单、成本低的优势，但由于其对种子形状要求严格，且充种过程中由于挤压而造成种子损伤的现象明显，且单粒播种性能差，播种速度不高，因而在精密排种器中研究的不多。气力式排种器有三种形式，分别是气吸式、气压式、气吹式，其中，由于气吸式能够克服上述机械式播种装置的缺点，它对种子几何尺寸要求不严，不需要精选分级，易实现单粒播种，通用性好，且能够更换不同大小和数量的吸孔以适应不同作物的种植要求，具有作业速度高、种子损伤率小的优点，是一种先进的播种技术，因而在精密排种器研究中受到广泛关注，而正压状态对于排种具有相对于其他清种方式所不具有的优势，其清种效果十分优秀，具有非常大的使用前景。

气力式排种器具有很高的应用前景，然而目前的气力式排种器仍无法很好的协调排种速度与排种质量的矛盾，伤种情况虽然在气力条件下得以降低，播种精度通过各种导种装置的使用也能得以解决，但播种速度仍旧需要很大的提升，且播种装置磨损导致气室及整体工作受影响的问题亟需解决。因而，为在伤种率低的条件下保证播种速度，有必要研究连续式气力播种装置，通过新技术的使用，减少物理状态改变，来加快播种速度，减少机械装置的磨损，如此，才能达到田间使用的效率与经济性要求。

技术实现要素：

本发明旨在通过机械结构的设计，简化控制系统，加快播种速度，实现连续式气力播种，为此提供了一种负压吸种正压清种式精密排种器。

本发明为解决其技术问题采用的技术方案如下：

一种负压吸种正压清种式精密排种器，其包括种室、吸种嘴、吸种支管、二位三通电磁阀、支撑盘、负压管、正压管、支撑架、轴承座、轴承、空心轴、动力轮、电磁阀固定板、组合式电刷环、主控滑环导轨、气吸道、支撑架轴承、密封圈、负极滑环导轨、限流板、中间隔板；

种室由左侧板、右侧板、前面板、后弧板和柔性挡种板围合而成，且种室的上部具有一个漏斗形的储种区，储种区底部设有开口，开口处设有控制开口大小的限流板；

气吸道固定于种室左侧板预留孔上，其右侧沿外壁环绕且通过键固定有主控滑环导轨和负极滑环导轨，气吸道的末端插入密封圈左侧；负压管和正压管背靠背固定，且均通过支撑架固定于支撑盘上，负压管的左侧插入密封圈的右侧并与气吸道连通；负压管的周向均布有N条负压支管，正压管的周向均布有N条正压支管，且一条负压支管和一条正压支管为一组，连接一个二位三通电磁阀的两个通道；支撑架轴承外圈嵌套于支撑架上，内圈嵌套有气吸道；主控滑环导轨、负极滑环导轨各自配合一个组合式电刷环；二位三通电磁阀的正极接线端子通过一个组合式电刷环与主控滑环导轨连接取电，二位三通电磁阀的负极接线端子通过另一个组合式电刷环与负极滑环导轨连接取电；所述的主控滑环导轨的导轨分为两段，一段为导电轨道，另一段为不导电轨道，所述的负极滑环导轨整个轨道均为导电轨道；每个二位三通电磁阀在旋转过程中交替断电和通电；每个二位三通电磁阀一面连通负压支管和正压支管，另一面的通道连通一条吸种支管，每条吸种支管末端通过支路分别连接若干个吸种嘴，吸种嘴、吸种支管、二位三通电磁阀、正压管和负压管固定于支撑盘上，随支撑盘同步转动；支撑盘右侧固定空心轴，空心轴穿过右盖板上的预留孔；右盖板固定于种室的右侧板上，在所述预留孔位置同轴线固定轴承座，轴承座内嵌轴承；空心轴穿过轴承，其外侧连接动力轮；种室下方的左面板和右面板之间设有一块与右面板平行的中间隔板，柔性挡种板铆接于种室的后弧板下部，柔性挡种板与后弧板、中间隔板、右面板围成吸种区，柔性挡种板上预留有吸种嘴和吸种支管旋转通过所需的镂空，所有的吸种嘴和吸种支管在旋转过程中依次经过该镂空后进入吸种区。

作为优选，所述的主控滑环导轨中，导电轨道位于下方，不导电轨道位于上方；当组合式电刷环在主控滑环导轨外侧随支撑盘旋转时，组合式电刷环上的电刷与导电轨道和不导电轨道之间交替接触，使得电刷在不导电轨道位置时二位三通电磁阀断电，电刷在导电轨道位置时二位三通电磁阀通电；且二位三通电磁阀断电时，吸种嘴位于吸种区内，由吸种嘴、吸种支管、二位三通电磁阀、负压管、密封圈和气吸道构成的负压通路打开，完成吸种嘴负压吸种；二位三通电磁阀通电时，由吸种嘴、吸种支管、二位三通电磁阀、正压管构成的正压通路打开，完成吸种嘴正压清种，使种子在落种区下落，实现精密吸种与排种。

作为优选，所述的左面板与支撑盘之间设有环形的侧面板，侧面板环绕于二位三通电磁阀的外侧，与左面板与支撑盘共同形成将所有二位三通电磁阀包裹于其中的密封腔室；所有的吸种嘴和吸种支管伸出侧面板外部。

作为优选，所述的侧面板通过侧面板固定片固定于支撑盘上。

作为优选，所述的N＝10～18。

作为优选，每条吸种支管末端通过三条支路分别连接三个吸种嘴。

本发明的另一目的在于提供一种利用上述任一方案所述的负压吸种正压清种式精密排种器的排种方法，其步骤如下：

首先，将待播种的种子置于种室中的储种区中，然后通过外部驱动装置驱动动力轮旋转，通过外部负压抽吸装置对气吸道进行抽吸使其内部保持负压状态；

然后，通过限流板打开所述的开口，使种子从种室的储种区滑落至吸种区的底部；

最后，整个精密排种器通过以下三步实现排种：

第一步吸种：固定于支撑盘上的二位三通电磁阀以及两个组合式电刷环上的电刷随支撑盘同步旋转，且旋转过程中与导电轨道和不导电轨道之间交替接触；当一个二位三通电磁阀连接的吸种嘴穿过柔性挡种板进入吸种区时，对应的二位三通电磁阀连接主控滑环导轨中的不导电轨道，二位三通电磁阀断电，由吸种嘴、吸种支管、二位三通电磁阀、负压管、密封圈和气吸道构成的负压通路导通，吸种支管内随即变成负压状态，吸种嘴经过吸种区时吸取一定数量的种子；

第二步携种：负压状态的吸种支管及吸种嘴在随支撑盘旋转至落种区之前，对应的二位三通电磁阀始终与主控滑环导轨中的不导电轨道连接，二位三通电磁阀一直保持断电状态，种子随吸种嘴一起旋转；

第三步清种：当负压状态的吸种支管及吸种嘴旋转至吸种嘴开口倾斜向下的落种区后，对应的二位三通电磁阀通过电刷连接主控滑环导轨中的导电轨道，二位三通电磁阀通电，吸种支管内的负压状态消失，由吸种嘴、吸种支管、二位三通电磁阀、正压管构成的正压通路导通，吸种支管内随即变成正压状态，气流携带种子经吸种嘴喷出，实现排种；

不断循环以上三步的吸种、携种和清种过程，完成对种子的精密播种。

作为优选，种子从种室的储种区滑落至吸种区的流速由限流板控制。

本发明具有的有益效益是：通过滑环与滑环导轨的配合作用，实现电磁阀的动作，从而实现种子的吸与落，并且在落种区正压的作用下提高落种效果，吸种区内的柔性挡种板的使用使得从种箱内落下来的种子不会因为下部空隙过大而直接落入外部落种区，且采用柔性材料方便吸种支管进入吸种区，并且减少伤种率，为水稻精密播种提供了另一种解决方案与装置。

附图说明

图1是负压吸种正压清种式精密排种器的左侧剖视图；

图2是负压吸种正压清种式精密排种器的A-A剖面视图；

图3是负压吸种正压清种式精密排种器的右视图；

图4是负压吸种正压清种式精密排种器的局部放大图；

图5是负压吸种正压清种式精密排种器的西南等轴测视图；

图6是组合式电刷环20的三视图及三维等轴测视图；

图7是的主控滑环导轨的A-A剖面视图及左视图；

图8是负压吸种正压清种式精密排种器的气路图；

图9是负压吸种正压清种式精密排种器的电路图；

图中：种室1、吸种嘴2、吸种支管3、侧面板4、侧面板固定片5、右盖板6、二位三通电磁阀7、支撑盘8、负压管9、正压管10、支撑架11、轴承座12、轴承13、空心轴14、动力轮15、电磁阀固定板16、柔性挡种板17、左面板18、右面板19、组合式电刷环20、主控滑环导轨21、气吸道22、支撑架轴承23、密封圈24、负极滑环导轨25、限流板26、中间隔板27、后弧板28、前面板29、导线30、不导电轨道31、导电轨道32、电刷固定圈33、电刷34。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。

如图1～7所示，一种负压吸种正压清种式精密排种器，其包括种室1、吸种嘴2、吸种支管3、侧面板4、侧面板固定片5、右盖板6、二位三通电磁阀7、支撑盘8、负压管9、正压管10、支撑架11、轴承座12、轴承13、空心轴14、动力轮15、电磁阀固定板16、柔性挡种板17、左面板18、右面板19、组合式电刷环20、主控滑环导轨21、气吸道22、支撑架轴承23、密封圈24、负极滑环导轨25、限流板26、中间隔板27、后弧板28、前面板29、导线30、不导电轨道31、导电轨道32、电刷固定圈33、电刷34。其中，由气吸道22、密封圈24、负压管9、正压管10、二位三通电磁阀7、吸种支管3、吸种嘴2构成的气路系统，由组合式电刷环20、负极滑环导轨25、主控滑环导轨21、二位三通电磁阀7构成的电路系统，由种室1、柔性挡种板17、限流板26等构成的播种系统；二位三通电磁阀7安装在支撑盘8上，与二位三通电磁阀7接合，其导线30与组合式电刷环20相连，电刷34与滑环导轨接触。本发明通过安装有二位三通电磁阀的底盘旋转，带动给电磁阀供电的组合式电刷环20旋转，通过组合式电刷环20上安装的电刷34与主控滑环导轨21中导电轨道32与不导电轨道31的接触，实现电磁阀供电与断电的转换，使二位三通电磁阀7动作，完成负压吸种与正压清种功能，实现连续精密播种功能。下面对各部件的具体结构进行描述。

种室1由左侧板18、右侧板19、前面板29、后弧板28和柔性挡种板17围合而成，且种室1的上部具有一个漏斗形的储种区ⅰ，储种区底部设有开口，开口处设有控制开口大小的限流板26。限流板26可以在开口位置抽拉，进而调节开口的开度大小。种室1的储种区ⅰ下方为吸种区ⅱ，两个区域通过前述的开口连通。

气吸道22是一个连接外部负压抽吸装置的腔室，用于提供吸取种子的抽吸力。气吸道22固定于种室1左侧板18预留孔上，气吸道22呈中空筒状，其左侧可连接外部的负压源，而右侧沿外壁环绕固定有主控滑环导轨21和负极滑环导轨25，主控滑环导轨21和负极滑环导轨25与气吸道22之间通过键固定，保持相对不转动。气吸道22的右侧末端插入密封圈24左侧；负压管9和正压管10背靠背固定，且均通过支撑架11固定于支撑盘8上，负压管9的左侧插入密封圈24的右侧，此时负压管9通过密封圈24与气吸道22连通。需要注意的是，由于气吸道22是固定不旋转的，而负压管9是随着支撑盘8旋转的，因此密封圈24选型时应当选用能够起动密封作用的型号。

负压管9靠近支撑盘8的一侧呈圆盘状，其周围一圈均匀开设有N个开孔，分别与N条垂直的负压支管相连通。同样的，正压管10靠近支撑盘8的一侧呈圆盘状，其周围一圈均匀也开设有N个开孔，分别与N条垂直的正压支管相连通。N的取值可以为10～18。本实施例中，N取10。以且一条负压支管和一条正压支管为一组，连接一个二位三通电磁阀7的两个通道。支撑架轴承23外圈嵌套于支撑架11上，内圈嵌套与气吸道22的外壁上，使得支撑架11能够以支撑架轴承23为支撑绕气吸道22旋转。主控滑环导轨21、负极滑环导轨25各自配合一个组合式电刷环20。如图6所示，组合式电刷环20由电刷固定圈33和10个电刷34组成，10个电刷34均匀分布于电刷固定圈33的周向，电刷34可以与主控滑环导轨21或负极滑环导轨25配合滑动取电。每个电刷34通过导线30连接二位三通电磁阀7上相应的端子。二位三通电磁阀7的正极接线端子通过一个组合式电刷环20上的电刷34与主控滑环导轨21连接取电，二位三通电磁阀7的负极接线端子通过另一个组合式电刷环20与负极滑环导轨25连接取电。主控滑环导轨21或负极滑环导轨25连接外部电源。如图7所示，主控滑环导轨21的导轨分为两段，一段为导电轨道33，另一段为不导电轨道32，而负极滑环导轨25整个轨道均为导电轨道。每个二位三通电磁阀7在旋转过程中会随着在导轨上的位置不同而交替断电和通电。每个二位三通电磁阀7一面的两个通道连通一条负压支管和一条正压支管，另一面的第三个通道连通一条吸种支管3，每条吸种支管3末端通过支路分别连接若干个吸种嘴2，吸种嘴2、吸种支管3、二位三通电磁阀7、正压管10和负压管9固定于支撑盘8上，随支撑盘8同步转动。本实施例中，每条吸种支管3末端通过三条支路分别连接三个吸种嘴2。

支撑盘8右侧固定空心轴14，支撑盘8由空心轴14驱动旋转。空心轴14穿过右盖板6上的预留孔；右盖板6固定于种室1的右侧板19上，在前述预留孔位置同轴线固定轴承座12，轴承座12内嵌轴承13；空心轴14穿过轴承13实现转动支撑。空心轴14外侧连接动力轮15。

为了减小吸种区ⅱ的尺寸，使种子聚集便于吸取，在种室1下方的左面板18和右面板19之间设有一块与右面板19平行的中间隔板30，柔性挡种板17铆接于种室1的后弧板28下部，柔性挡种板17与后弧板28、中间隔板27、右面板19围成吸种区ⅱ。柔性挡种板17上预留有吸种嘴2和吸种支管3旋转通过所需的镂空，镂空形状与吸种嘴2和吸种支管3形状匹配，略大于吸种嘴2和吸种支管3的轮廓。所有的吸种嘴2和吸种支管3在旋转过程中依次经过该镂空后进入吸种区ⅱ进行吸种，吸种完毕后再携种继续转动越过顶点后逐渐倾斜向下，实现落种。在此过程中，吸种嘴2处的正负压状态需要进行同步变化，本发明中是通过主控滑环导轨24来进行控制的。下面具体介绍其实现方式。

如图7所示，主控滑环导轨21中，导电轨道32位于下方，不导电轨道31位于上方；整体呈左右镜像对称。当组合式电刷环20在主控滑环导轨21外侧随支撑盘8旋转时，组合式电刷环20上的电刷34与导电轨道32和不导电轨道31之间交替接触，使得电刷35在不导电轨道31位置时二位三通电磁阀7断电，电刷35在导电轨道32位置时二位三通电磁阀7通电；且二位三通电磁阀7断电时，吸种嘴2位于吸种区ⅱ内，由吸种嘴2、吸种支管3、二位三通电磁阀7、负压管8、密封圈24和气吸道22构成的负压通路打开，完成吸种嘴2负压吸种；二位三通电磁阀7通电时，由吸种嘴2、吸种支管3、二位三通电磁阀7、正压管10构成的正压通路打开，完成吸种嘴2正压清种，使种子在落种区下落，实现精密吸种与排种。落种区是种子落在播种土地上的区域，一般在吸种嘴2旋转至整个排种器的底部但尚未进入吸种区ⅱ的位置。

如图8所示，所述的气路系统原理图如图8，二位三通电磁阀7的一个通路与吸种嘴2、吸种支管3、负压管8、密封圈24和气吸道22构成的负压通路，二位三通电磁阀7另一个通路与吸种嘴2、吸种支管3、正压管10构成正压通路，通过吸气气源与送气气源对负压通路和正压通路的作用，由二位三通电磁阀7的通路变化实现吸种支管3和吸种嘴2的负压和正压转换，完成吸种和落种功能。

如图9所示，所述的电路系统原理图如图9，电路系统由组合式电刷环20、负极滑环导轨25、主控滑环导轨21、二位三通电磁阀7构成，一个组合式电刷环20与负极滑环导轨25装配并连接电源负极，一个组合式电刷环20与主控滑环导轨21装配并连接电源正极，当二位三通电磁阀7随支撑盘8旋转时，由支撑架11带动组合式电刷环20一起旋转，与负极滑环导轨25装配的组合式电刷环20保持与电源负极连接的状态，与主控滑环导轨21装配的组合式电刷环20上的电刷34根据其在主控滑环导轨21上的位置决定其导电与否，若电刷34在主控滑环导轨21导电轨道32上，则二位三通电磁阀7通电，若电刷34在主控滑环导轨21不导电轨道31上，则二位三通电磁阀7未通电。

另外，在本发明中，由于旋转过程中需要经过填充有种子的吸种区ⅱ，因此需要在左面板18与支撑盘8之间设有环形的侧面板4以防止种子进入电气元件内部。参见附图3中所示，侧面板4环绕于二位三通电磁阀7的外侧，与左面板18与支撑盘8共同形成将所有二位三通电磁阀7包裹于其中的密封腔室，当然其气密性不一定要完全密闭，只要能够隔离种子进入即可。侧面板4通过侧面板固定片5固定于支撑盘9上。所有的吸种嘴2和吸种支管3伸出侧面板4外部，在旋转过程中对种子进行吸取。

基于上述负压吸种正压清种式精密排种器的排种方法，其步骤如下：

首先，将待播种的种子置于种室1中的储种区ⅰ中，然后通过外部驱动装置驱动动力轮15旋转，通过外部负压抽吸装置对气吸道22进行抽吸使其内部保持负压状态；

然后，通过限流板26打开所述的开口，使种子从种室1的储种区ⅰ滑落至吸种区ⅱ的底部；

最后，整个精密排种器通过以下三步实现排种：

第一步吸种：固定于支撑盘8上的二位三通电磁阀7以及两个组合式电刷环20上的电刷34随支撑盘8同步旋转，且旋转过程中与导电轨道32和不导电轨道31之间交替接触；当一个二位三通电磁阀7连接的吸种嘴2穿过柔性挡种板17进入吸种区ⅱ时，对应的二位三通电磁阀7连接主控滑环导轨21中的不导电轨道31，二位三通电磁阀7断电，由吸种嘴2、吸种支管3、二位三通电磁阀7、负压管8、密封圈24和气吸道22构成的负压通路导通，吸种支管3内随即变成负压状态，吸种嘴2经过吸种区ⅱ时吸取一定数量的种子；

第二步携种：负压状态的吸种支管3及吸种嘴2在随支撑盘8旋转至落种区之前，对应的二位三通电磁阀7始终与主控滑环导轨21中的不导电轨道31连接，二位三通电磁阀7一直保持断电状态，种子随吸种嘴2一起旋转；

第三步清种：当负压状态的吸种支管3及吸种嘴2旋转至吸种嘴2开口倾斜向下的落种区后，对应的二位三通电磁阀7通过电刷34连接主控滑环导轨21中的导电轨道32，二位三通电磁阀7通电，吸种支管3内的负压状态消失，由吸种嘴2、吸种支管3、二位三通电磁阀7、正压管10构成的正压通路导通，吸种支管3内随即变成正压状态，气流携带种子经吸种嘴2喷出，实现排种；

不断循环以上三步的吸种、携种和清种过程，完成对种子的精密播种。

在上述播种过程中，种子从种室1的储种区ⅰ滑落至吸种区ⅱ的流速由限流板26控制，进而调节单位面积的播种量。

本发明是一种负压吸种正压清种式精密排种器，能够实现谷物(主要是水稻)的精密排种功能。通过滑环与滑环导轨的配合作用，实现电磁阀的动作，从而实现种子的吸与落，并且在落种区正压的作用下提高落种效果，吸种区内的柔性挡种板的使用使得从种箱内落下来的种子不会因为下部空隙过大而直接落入外部落种区，且采用柔性材料方便吸种支管进入吸种区，并且减少伤种率，为水稻精密播种提供了另一种解决方案与装置。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。