用于作物育种试验的双种腔式精量排种器及其排种方法与流程

本发明涉及自动化农业装备领域，尤其是一种用于作物育种试验的双种腔式精量排种器及其排种方法。

背景技术：

目前，我国用于作物育种试验的播种机多采用条播的方式，用于作物育种试验的国产精量播种机几乎没有，国内育种单位只能用大田播种机进行作物育种试验的播种作业，大田播种机上采用的排种器大部分为机械式和气力式，种腔大，清种困难，由于需要停机清种造成作业效率低下，当种腔内种子量很少时漏播严重，而作物育种试验最大的特点就是份量小、品种多，必须在一个较短的行走距离内播下少量种子，然后空出一段间隔道，并将排种器内剩余种子清掉之后放入另一品种的种子，再进行下一段距离的播种，其难度主要在于保证种子量少时不漏播以及快速清种并保证清种率达到100％。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决现有技术中存在的上述问题，提出了一种用于作物育种试验的双种腔式精量排种器及其排种方法，能够保证在进行作物育种试验播种作业的过程中，种子量少时不漏播，充种与清种互不影响，清种快速并保证较高的清种率。

本发明的技术方案是：一种用于作物育种试验的双种腔式精量排种器，其中，包括排种壳体模块、充种与清种切换模块、负压腔模块和排种盘模块，排种盘模块位于排种壳体模块和负压腔模块之间，排种壳体模块与负压腔模块固定连接，并将排种盘模块夹在中间，排种壳体模块包括排种壳体、充种管和清种管，充种与清种切换模块设置在排种壳体上；

所述充种管和清种管设置在排种壳体的外侧表面，排种壳体的内侧表面分隔为充种腔、清种腔和运种腔，运种腔位于排种壳体内侧表面的环形边缘，并包围在充种腔和清种腔的外部，运种腔和充种腔连通，运种腔处的环形排种壳体上间隔设置数个通孔，清种腔与清种管连通；

所述充种与清种切换模块包括充种模块和清种模块，充种模块位于充种管和充种腔之间，清种模块位于充种腔和清种腔之间。

本发明中，所述清种模块包括清种闸门限位板ⅰ、清种闸门限位板ⅱ、清种闸门板和清种气缸，清种闸门限位板ⅰ和清种闸门限位板ⅱ竖直固定在排种壳体的清种腔与充种腔的交界处，清种闸门限位板ⅰ位于靠近清种腔的一侧，清种闸门限位板ⅱ位于靠近充种腔的一侧，清种闸门限位板ⅰ的下端设有矩形通孔，对应的在清种闸门限位板ⅱ下端设有矩形缺口，矩形通孔和矩形缺口组成清种口，清种闸门板位于清种闸门限位板ⅰ和清种闸门限位板ⅱ之间并能够上下滑动，清种闸门板的上端与清种气缸的活塞杆固定连接，清种气缸竖直固定在排种壳体上。

所述充种模块包括充种闸门定位板ⅰ、充种闸门定位板ⅱ、充种闸门板和充种气缸，充种闸门定位板ⅰ水平固定于清种闸门限位板ⅱ的顶部，充种闸门定位板ⅰ的顶部表面设有方凹槽，凹槽的宽度大于充种闸门板的宽度，充种闸门定位板ⅱ固定于充种闸门定位板ⅰ的上方，充种闸门定位板ⅱ的一端设有u形槽，充种气缸固定在u形槽内，充种闸门定位板ⅱ的另一端设有圆形通孔，充种腔位于圆形通孔的下方，冲种管的底端固定在充种闸门定位板ⅱ上，且充种管底部的端口与充种闸门定位板ⅱ的圆形通孔同心，充种闸门板呈l型，包括水平端和竖直端，充种闸门板的水平端插入充种闸门定位板ⅰ的凹槽中并沿凹槽滑动，充种闸门板的竖直端与充种气缸的活塞杆固定连接。

所述负压腔模块包括负压壳体、负压导向环、排种盘传动轴和排种盘定位销，负压壳体的外侧表面的上部设有圆筒状的气管连接管，负压壳体的内侧表面固定有负压导向环，负压导向环呈c形，其开口处位于负压壳体的底部，排种盘传动轴设置在负压壳体的中心位置，排种盘传动轴与负压壳体转动连接，排种盘传动轴上固定有排种盘定位销，负压壳体与排种壳体固定连接。

所述排种盘模块包括排种盘、搅种盘、排种盘固定板和刮种板，排种盘固定板的中心设有圆形通孔和矩形通孔，排种盘传动轴穿过圆形通孔，排种盘传动轴的排种盘定位销穿过矩形通孔，排种盘固定板朝向排种壳体的一侧固定有排种盘，排种盘的外侧固定有搅种盘，排种盘的外圈均布数组通孔，通孔的位置与负压导向环的位置相对应，搅种盘的外沿间隔设置数个弧形凸耳，搅种盘固定板朝向负压壳体的一侧设有刮种板，刮种板的两端分别设置孔，其中的一个孔与固定轴铰接，另一个孔为长条孔，长条孔内设有偏心轴。

还包括控制模块，控制模块包括磁性开关、预落种电磁阀、清种电磁阀和单片机，磁性开关、预落种电磁阀和清种电磁阀均与单片机连接，清种气缸和充种气缸表面的矩形凹槽内分别固定有磁性开关，预落种电磁阀和清种电磁阀分别通过气管与气泵连接，预落种电磁阀通过气管与充种气缸充种气缸充种气缸充种气缸充种气缸连接，清种电磁阀通过气管与清种气缸连接。

所述排种器的竖直中心线与地面垂直线之间呈145°。

所述清种腔的上端设有一圆形通孔，清种管与排种壳体固定连接的端口为斜切口，该斜切口与圆形通孔同心。

本发明还包括一种用于作物育种试验的双种腔式精量排种器的排种方法，包括以下步骤：

(1)拖拉机启动，拖拉机后输出轴带动风机转动，风机通过风管与负压壳体上的气管连接管连接，为排种器提供排种负压，同时风机通过风管与清种管连接为排种器提供清种负压；

(2)充种：向充种管内加入种子，落到充种闸门板上，单片机向预落种电磁阀发送信号，预落种电磁阀通电，气泵通过气管向充种气缸充气，气缸活塞杆伸长带动充种闸门板打开，第一份的种子落入充种腔，经过设定时间后预落种电磁阀断电，充种气缸排气，气缸活塞杆收缩带动充种闸门板关闭；

(3)排种：播种机向前行走，排种转轴带动排种盘固定板转动，使排种盘和搅种盘转动，搅种盘上的弧形凸耳将种子搅动起来，在负压导向环内的负压作用下，使种子更容易吸附在排种盘的通孔上，当种子随着排种盘的转动沿着运种腔到达排种壳体的底部时，由于没有底部没有负压导向环的压力作用，排种盘上的种子沿底部的出口落下，开始播种作业；

(4)清种：当完成一个行长的播种作业后，单片机发送信号给清种电磁阀，清种电磁阀通电，清种气缸排气，气缸活塞杆收缩带动清种闸门板打开露出清种口，充种腔内剩余的种子在清种负压的作用下经过清种口进入清种腔，经过清种管排出，经过设定时间后清种电磁阀断电，清种气2充气，气缸活塞杆伸长带动清种闸门板关闭，挡住清种口；

(5)重复步骤(2)、(3)和(4)，直至所有育种试验的种子全部播种完成。

当清种气缸或充种气缸的气缸杆没有正常伸缩的时候，磁性开关会将信号反馈给单片机，并进行报警。

如果有个别种子在清种闸门板关闭后没有从清种腔被清走，也不会返回到充种腔，而是留在清种腔中，待下次清种闸门板打开后和下一批剩余种子一起被清走。

本发明的有益效果：

(1)能够实现气吸式精量播种机在种子量少的情况下具有很好的充种性能，能够实现充种与清种的快速切换并且互不干扰，清种率能够达到100％；

(2)通过更换不同通孔直径的排种盘，可以实现播种不同种类和大小的种子；

(3)实现了用于作物育种试验的精量排种器的自动化控制，充种与清种按照程序有序切换，并能及时反馈故障，提高播种效率，解决了作物育种试验的播种过程中清种不便、容易混杂的难题。

附图说明

图1为双种腔式精量排种器的分解结构示意图；

图2为双种腔式精量排种器的整体结构示意图；

图3为排种壳体内部剖视图；

图4为充种与清种切换模块的结构示意图；

图5为充种与清种切换模块的爆炸结构示意图；

图6为清种闸门结构剖视图；

图7为充种闸门结构剖视图；

图8为排种器工作角度剖面示意图；

图9为双腔式精量排种器控制系统示意图；

图中：1排种壳体；2排种盘；3负压壳体；4搅种盘；5充种腔；6清种腔；7运种腔；8清种口；9清种闸门限位板ⅰ；10清种闸门限位板ⅱ；11清种闸门板；12清种气缸；13充种闸门定位板ⅰ；14充种闸门定位板ⅱ；15充种闸门板；16充种气缸；17充种管；18清种管；19刮种板；20排种盘固定板；21排种转轴；22排种盘定位销；23磁性开关；24预落种电磁阀；25清种电磁阀。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1和图2所示，本发明所述的用于作物育种试验的双种腔式精量排种器包括排种壳体模块、充种与清种切换模块、负压腔模块和排种盘模块，排种盘模块位于排种壳体模块和负压腔模块之间，排种壳体模块与负压腔模块通过螺栓固定连接，并将排种盘模块夹在中间。排种壳体模块包括排种壳体1、充种管17和清种管18，充种与清种切换模块设置在排种壳体1上。

如图3所示，充种管17和清种管18设置在排种壳体1的外侧表面，排种壳体1的内侧表面通过隔离板分割出充种腔5、清种腔6和运种腔7，运种腔7位于排种壳体1内侧表面的环形边缘，并包围在充种腔5和清种腔6的外部，运种腔7和充种腔5连通。运种腔7处的环形排种壳体上间隔设置四个通孔，四个通孔为进风口，使风能够在充种腔5内流动。清种腔6的上端设有一圆形通孔，清种管18与排种壳体1固定连接的端口为斜切口，该斜切口与圆形通孔同心，因此清种腔6与清种管18连通。充种管17固定在排种壳体1的外侧表面的上部，冲种管17的上部呈倒锥形，下部呈圆柱形。

如图4、图5、图6和图7所示，充种与清种切换模块包括充种模块和清种模块，充种模块位于充种管17和充种腔5之间，包括充种闸门定位板ⅰ13、充种闸门定位板ⅱ14、充种闸门板15和充种气缸16；清种模块位于充种腔5和清种腔6之间，包括清种闸门限位板ⅰ9、清种闸门限位板ⅱ10、清种闸门板11和清种气缸12。清种闸门限位板ⅰ9和清种闸门限位板ⅱ10竖直固定在排种壳体1的清种腔6与充种腔5的交界处，清种闸门限位板ⅰ9位于靠近清种腔6的一侧，清种闸门限位板ⅱ10位于靠近充种腔5的一侧。清种闸门限位板ⅰ9呈倒直角梯形状，下端设有一矩形通孔，对应的在清种闸门限位板ⅱ10下端一角设有矩形缺口，该矩形缺口的面积与清种闸门限位板a9的矩形通孔面积一致，清种闸门限位板ⅰ9上的矩形通孔和清种闸门限位板ⅱ10上的矩形缺口组成清种口8。清种闸门板11位于清种闸门限位板ⅰ9和清种闸门限位板ⅱ10之间并能够上下滑动，清种闸门板11的上端与清种气缸12的活塞杆固定连接。清种气缸12竖直固定在排种壳体1上。

充种闸门定位板ⅰ13水平固定于清种闸门限位板ⅱ10的顶部，充种闸门定位板ⅰ13的顶部表面设有方形凹槽，凹槽的宽度比充种闸门板15的宽度略大。充种闸门定位板ⅱ14位于充种闸门定位板ⅰ13的上方，且充种闸门定位板ⅱ14的底部表面与充种闸门定位板ⅰ13的顶部表面固定连接。充种闸门定位板ⅱ14的一端设有u形槽，充种气缸16固定在u形槽内，充种闸门定位板ⅱ14的另一端设有圆形通孔，充种腔5位于圆形通孔的下方。冲种管17的底端固定在充种闸门定位板ⅱ14上，且充种管17底部的端口与充种闸门定位板ⅱ14的圆形通孔同心。充种闸门板15呈l型，包括水平端和竖直端，充种闸门板15的水平端插入充种闸门定位板ⅰ13的凹槽中并沿凹槽滑动，充种闸门板15的竖直端与充种气缸16的活塞杆固定连接，充种气缸16未动作时，充种闸门板15在圆形通孔的下方，从而将充种管17和充种腔5间隔开；充种气缸16动作，推动充种闸门板15沿闸门定位板ⅰ13的凹槽滑动，充种闸门板15离开圆形通孔，充种管17和充种腔5连通，充种管17内的种子落入充种腔5内。

清种气缸12和充种气缸16表面的矩形凹槽内分别固定有磁性开关23，当清种气缸12或充种气缸的气缸杆没有正常伸缩的时候，磁性开关会将信号反馈给单片机，并进行报警。如图9所示，气泵通过气管分别与预落种电磁阀24和清种电磁阀25连接，预落种电磁阀24通过气管与充种气缸16连接，清种电磁阀通过气管与清种气缸12连接，磁性开关与单片机通过电线相连。单片机分别与预落种电磁阀24和清种电磁阀25，单片机控制预落种电磁阀24和清种电磁阀25的动作。

负压腔模块包括负压壳体3、负压导向环23、排种盘传动轴21和排种盘定位销22，负压壳体3的外侧表面的上部设有圆筒状的气管连接管，该气管连接管与风机连接，为排种器提供排种负压。负压壳体3的内侧表面固定有负压导向环23，负压导向环23呈c形，其开口处位于负压壳体3的底部，负压导向环23起到导向作用，将负压腔模块内的负压集中在负压导向环23内。负压壳体3的中心位置设有滚动轴承，排种盘传动轴21插入轴承内孔中并能自由转动，排种盘传动轴21上设有通孔，排种盘定位销22穿过通孔并与排种盘传动轴21固定连接，连接有排种盘定位销22的排种盘传动轴21的截面形状可以呈十字形。负压壳体3的水平方向的两侧分别设置连接轴和连接孔，实现负压壳体3与排种壳体1的连接。负压壳体3上端的方形连接板上设有连接通孔，从而将整个排种器安装在机架上。

排种盘模块包括排种盘2、搅种盘4、排种盘固定板20和刮种板19。排种盘固定板20的中心设有圆形通孔和矩形通孔，其中排种盘传动轴21穿过圆形通孔，排种盘传动轴21的排种盘定位销22穿过矩形通孔，排种盘传动轴21转动时通过排种盘定位销22带动排种盘固定板20转动。当连接有排种盘定位销22的排种盘传动轴21的截面形状呈十字形时，对应的排种盘固定板20的中心设有十字形槽。排种盘固定板20朝向排种壳体的一侧固定有排种盘2，排种盘2的外侧固定有搅种盘4，排种盘2的外圈均布十组通孔，通孔的位置与负压导向环23的位置相对应。根据所播种子的大小和单穴种子个数，通孔直径不同，每组通孔个数为一个或二个，搅种盘4外沿均布有十个弧形凸耳。排种盘固定板20转动时，带动排种盘2与搅种盘4一起转动。搅种盘固定板20朝向负压壳体3的一侧设有刮种板19。

刮种板19的两端分别设置孔，其中的一个孔与固定轴铰接，另一个孔为长条孔，长条孔内设有偏心轴，偏心轴转动使长条孔的位置发生变化，从而使刮种板绕固定轴转动，实现刮种板的角度微调，从而调节刮种板与排种盘孔的距离，从而改变排种盘上通孔的吸种数。

如图8所示，当该排种器在安装到播种机上时，排种器的竖直中心线要与地面垂直线之间呈145°，以保证当清种闸门板11打开时，种子有沿充种腔5向清种腔6滑动的趋势，同时配合清种负压，保证清种率达到100％。

本发明还包括一种用于作物育种试验的双种腔式精量排种器的排种方法，该方法包括以下步骤：

第一步，拖拉机启动，拖拉机后输出轴带动风机转动，后输出轴转速720转/分钟，风机通过风管与负压壳体3上的气管连接管连接，为排种器提供排种负压，同时风机通过风管与排种壳体1上的清种管18连接为排种器提供清种负压，气泵通过气管分别与预落种电磁阀24和清种电磁阀25连接，预落种电磁阀24通过气管与充种气缸16连接，清种电磁阀通过气管与清种气缸连接，磁性开关与单片机通过电线相连。

第二步，向充种管17内加入种子，落到充种闸门板15上，单片机向预落种电磁阀发送信号，预落种电磁阀通电，气泵通过气管向充种气缸16充气，气缸活塞杆伸长带动充种闸门板15打开，第一份的种子落入充种腔5，经过设定时间后预落种电磁阀断电，充种气缸16排气，气缸活塞杆收缩带动充种闸门板15关闭。

第三步，播种机向前行走，链条带动负压壳体3外侧的与排种转轴21通过键连接的链轮转动，进而由排种转轴21带动排种盘固定板20转动，使得与其固定连接的排种盘2和搅种盘4转动，搅种盘4上的弧形凸耳将种子搅动起来，在负压导向环23内的负压作用下，使种子更容易吸附在排种盘2的通孔上，当种子随着排种盘2的转动沿着运种腔7到达排种壳体1的底部时，由于没有底部没有负压导向环的压力作用，排种盘2上的种子沿底部的出口落下，开始播种作业。

第四步，当完成一个行长的播种作业后，单片机发送信号给清种电磁阀25，清种电磁阀25通电，清种气缸12排气，气缸活塞杆收缩带动清种闸门板11打开露出清种口8，充种腔5内剩余的种子在清种负压的作用下经过清种口8进入清种腔6，然后经过清种管排出，经过设定时间后清种电磁阀25断电，清种气缸12充气，气缸活塞杆伸长带动清种闸门板11关闭，挡住清种口，如果有个别种子在清种闸门板11关闭后没有从清种腔6被清走，也不会返回到充种腔5，而是留在清种腔6中，待下次清种闸门板11打开后和下一批剩余种子一起被清走。

第五步，重复进行第二步、第三步和第四步，直至所有育种试验的种子全部播种完成。

当清种气缸12或充种气缸16的气缸杆没有正常伸缩的时候，磁性开关23会将信号反馈给单片机，并进行报警。