一种用于 220 穴盘的手持小型播种机设计与应用效果.pdf

设施农业 2025 03 设施农业 2025 03 20 21 设施装备工程Agricultural Equipment 作业 不仅适用于小跨度温室 春秋棚 也适用于集成连片的大 跨度温室规模化生产 达到缩短种植周期 提高工作效率 减少 用工和生产成本的目的 实现规模化 标准化生产 促进农户增 产增收 多渠道节本增效 2 播种器方案设计与样机制作 基于团队提出的工作原理 种子存储于播种箱中 播种轮 旋转时 种子落入播种轮中取种孔 播种毛刷刷掉取种孔外多 余的种子 确保预定数量的种子进入取种孔 当取种孔 投种 孔 播种轮凸点内的出种通道形成一条直线 播种通道打开 种子从播种通道掉出 落入育苗盘的穴位中 团队成员结合对 叶菜种子的实际尺寸 育苗穴盘尺寸 孔位中心点等进行测量 设计手持小型播种器的结构方案 关键部件 播种轮和行走轮 等 应用 Solidworks 软件进行三维建模和设计方案可行性论 证 应用 3D 打印技术制作零部件零部件 完成实物样机 2 1 手持小型播种器结构设计 手持小型播种器主要由箱体 播种轮 毛刷 手柄 取种勺 等关键部件组成 图 2 箱体内有播种箱 播种箱包括箱体 箱体固定连接的侧盖 箱体第一端面与侧盖的内表面之间设置有 播种轮 播种轮的侧面外部设置有多个凸点 凸点内均设置有出 种通道 箱体第一端面内表面设置有凸起部 凸起部上设置有第 摘要 目前农户育苗主要方式为人工点播方式 一人一天仅完成 25 30 盘 用工成本 150 200 元 随着人工成本逐年增加 播种工序费时费力 为解决上述问题 该文设计了一种实用 价格 低 省时省力的手持小型播种器 通过测算播种器播种效率 漏播 率 重播率 种子破损率 准确度等测试该设备的应用效果 旨在 提高农户的播种效率 降低用工成本 关键词 设施蔬菜 小型播种器 设计应用 播种效率 北京市昌平区总面积 1343 53 km 2 全区地形西北高东南 低 属暖温带半湿润大陆性季风气候 年平均温度11 8 1 有利于设施农业发展 由图1可知 2023年北京市昌平区设施 农业种植总面积为 1 14 万亩 1 亩 1 15 hm 2 其中日光温 室1 06万亩 塑料大棚近300亩 连栋温室532亩 设施蔬菜 生产模式以日光温室 春秋棚为主要方式 面积7341亩 年产 量 5 万吨 产值 2 2 亿元 2 为首都 菜篮子 的稳产保供提供 坚实支撑 但近年来用工成本不断提高 人工平均日工资已达到 150 250 元 设施蔬菜种植成本随之增加 种植户的收益明显 下降 昌平区设施蔬菜种植以叶菜类 茄果类 根茎类 瓜类为 主 目前规模化园区种植蔬菜机械化水平较高 可实现机械化播 种和移栽 主要使用的机械设备为 育苗流水线 自走式播种机 电动播种机 播线机 移栽机等 但全区设施蔬菜种植主要以一 户一栋 50 m 8 m 或一户多栋 50 m 8 m 较多 播种 环节普遍做法是人工撒播的形式 这种作业方法撒种不均匀 株距行距不固定 叶菜生长环境差 种子浪费严重 费时费力 达不到规模化生产 因此从低效向高效 从高成本向低成本的 方式转型迫在眉睫 设施叶菜主要以人工撒播方式种植 从种植到收获需 30 50 天不等 仅种植 3 5 茬 通过育苗移栽方式可进行全 年种植 但现有的育苗流水线机械价格较高 对于一户一栋或一 户多栋农户来说需求不迫切 3 为此 基于近几年在设施叶菜机 械化项目中的实际做法和经验 本文设计一种用于 220 穴盘的手 持小型播种器 配套使用全自动移栽机在设施内进行机械化移栽 DOI 10 16815 ki 11 5436 s 2025 09 004 一种用于 220 穴盘的手持小型播种机设计与应用效果 刘 攀 1 王尚君 1 李治国 2 王 超 1 阚炜杰 3 李 想 1 张 蕊 1 李 响 4 1 北京市昌平区农业机械化技术推广站 北京 102200 2 北京市农业机械试验鉴定推广站 北京 100079 3 北京市昌平区农业环境监测站 北京 102299 4 昌平区农业职业技术学校 北京 102200 图1北京市昌平区设施生产面积 注 1 设施蔬菜生产模式以日光温室 春秋大棚为主要方式 面积7341亩 年产量5万吨 产值 2 2 亿元 2 设施草莓生产模式以日光温室为主要方式 面积3600亩 年产量0 6万吨 总产值3亿元 设施农业 2025 03 设施农业 2025 03 20 21 农业工程技术 设施农业 合形成播种箱 播种机箱体有固定连接的侧盖 箱体第一端面 与侧盖的内表面之间设置有播种轮 播种轮为环状结构 可沿 播种机箱体中心轴转动 播种轮开放端与箱体第一端连接 封 闭端与侧盖内表面连接 播种轮的侧面外部设置有多个圆形凸 点 凸点内均设置出种通道 出种通道贯穿凸点和播种轮的内 侧圆环状取种环 箱体第一端面内表面设置有凸起部 播种轮 取种环从凸起部下表面与箱体内圆环结构中间缝隙中穿过形成 种子的滑行通道 凸起部上设置有第一毛刷和第二毛刷用来控 制进入取种环孔洞的种子数量 箱体第一端面上开有投种孔 投种孔内设置有取种勺用于添加种子 箱体圆环结构底部开有 播种孔 测量穴盘中心孔距离 设计出箱体内播种轮 行走轮 内有种子和毛刷 行走轮上有8个凸点 凸点与种箱连接 播 种轮凸点位置与穴盘穴位中心一致 轻推 倒拉播种器 可实 现播种 一毛刷和第二毛刷 箱体第一端面上开有投种孔 箱体底部开有 播种孔 播种轮旋转时 播种轮底部的凸点位于箱体的外部 播 种轮旋转至预设位置与播种孔形成播种通道 播种机箱内设置播 种轮 并在播种轮的侧面设置多个凸点以及出种通道 出种通道 与播种孔形成播种通道 将播种轮内的种子通过播种通道掉落到 育苗盘穴内 轻松推动 实现自动播种 4 图 3 图2 播种器结构 图5播种结构 图6播种通道 图3播种器外观模型 图4 220穴专育苗盘 2 2 手持小型播种器主要参数设计 为配套全自动移栽机进行移栽作业 因此选用220穴育苗盘 测量 220 穴育苗盘尺寸 长 宽为 630 mm 315 mm 穴位 中心距离为30 mm 图4 以此确定播种器外廓尺寸 长 宽 高为 190 mm 42 mm 125 mm 2 3 手持小型播种器关键部件设计 如图5 6所示 箱体内有圆环结构与播种轮环形凹槽结 2 4 手持小型播种器工作原理 箱体侧面上设置有把手 播种轮旋转时 播种箱内种子在 箱体内侧凸起与播种轮的取种环之间堆积 种子掉入播种轮取 种环的取种孔中 转到毛刷处时毛刷扫掉取种孔外的种子使种 子精量地进入滑行通道 播种轮底部的凸点位于箱体的外部 播种轮旋转至预设位置时 取种环上的取种孔 投种孔和播种 轮凸点内的出种通道形成一条直线 播种通道打开 种子从播 种通道掉出 通过推动 倒拉把手 使播种器在育苗盘上匀速 行走 播种轮上的凸点将从育苗盘的穴位逐一压过 使穴位内 设施农业 2025 03 设施农业 2025 03 22 23 设施装备工程Agricultural Equipment 基质产生凹陷并将种子投放到凹陷的中心位置 播种器行走时 出种通道重复打开 关闭 打开这一过程 实现自动播种 取 种勺可以通过投种孔位播种器添加种子 添加种子后将取种勺 插入投种孔中 此时取种勺成为一个塞子来保征播种器内部播 种箱的密闭性 避免种子洒落 2 5 手持小型播种器样机制作和成本计算 应用Solidworks进行三维建模后 使用3D打印机打印零 部件 完成实物样机制作 图 7 图 9 表1 叶菜类播种应用记录表 表2 茄果类播种应用记录表 图7主视图 图8 左视图 图9 俯视图 打印一台播种机的打印耗材成本为 12 5 元 以 1 台 3D 打 印机3000元 使用寿命5年计算 平均每年使用费用为600元 按一年工作 200 天 平均每天使用费用为 3 元 打印 1 个手持 小型播种机总用时为 30 h 电费约 5 1 元 因此打印一个播种 机成本为 20 6 元 3 手持小型播种器和配套移栽应用效果评价 针对本文设计制作的手持小型播种器 在220穴盘上进行 播种应用 统计播种器播种效率 漏播率及出苗率 5 后期进 行育苗 配套全自动移栽机进行移栽 验证设计方案的可行性 和后续改进方向 技术成熟进行推广 根据市场销售情况 选 择以叶菜 茄果类 根茎类三大类中具有代表性的 13 种种子为 应用对象 3 1 实际应用场景 在一栋育苗温室中 保证时间 基质 温度 湿度等因素不 变的前提下 使用播种器进行播种 3 2 实际应用过程 从团队中选出 3 名技术人员 在保证条件不变的前提 将种 子分为 13 组 每组 10 份 每份 220 粒 一名技术人员放入 220 粒种子 使用播种器在育苗盘上完成播种 之后倒出种子 更换 种子 第 2 名技术人员统计取种勺剩余种子进行记录 第 3 名技 术人员记录穴盘内种子落入数 3 3 实际应用结果 使用本文设计制作的手持小型播种器在220穴盘上进行播 种 测试播种器的工作效率 漏播率 重播率 种子破损率 落 种准确率 6 应用效果见表 1 表 3 作物名称 播种效率 s 盘 漏播率 重播率 种子破损率 落种准确率 油菜 112 18 24 3 0 92 上海青 108 23 16 2 3 94 快菜 110 19 21 1 5 98 菜心 106 24 18 1 8 97 白菜 107 22 23 2 1 95 作物名称 播种效率 s 盘 漏播率 重播率 种子破损率 落种准确率 番茄 115 100 0 0 0 黄瓜 105 100 0 0 0 茄子 112 100 0 0 0 辣椒 105 100 0 0 0 甜椒 106 100 0 0 0 注 落种准确率是按照在穴位中心 5 mm 内落种计算 下同 表3 根茎类播种应用记录表 作物名称 播种效率 秒 盘 漏播率 重播率 种子破损率 落种准确率 白萝卜 113 21 12 2 5 97 胡萝卜 105 17 21 2 1 94 洋葱 111 78 8 85 97 设施农业 2025 03 设施农业 2025 03 22 23 农业工程技术 设施农业 4 问题分析和设计改进方向 4 1 问题分析 4 1 1 漏播问题 3D打印件因较低的精度导致零件表面比较粗糙 零件之间 的配合不够紧密 并且PLA材质耐热性能差 旋转组件的摩擦 产生的温度会破坏零件接触面 旋转组件在运行时可能出现阻塞 在穴盘上行走时有跳动现象发生 影响播种流畅性 结果导致部 分种子未能成功落入预定穴孔 造成了漏播现象 4 1 2 重播问题 为了避免播种过程中造成种子破碎以保障种子发芽率 同 时避免出种孔卡种 设计时采取了较大直径的取种孔 可能导致 尺寸较小的种子一次取种过多造成重播 此外 由于播种器采用 PLA材料3D打印制作 PLA材质不耐UV光 韧性差 长时 间日光照射会产生变形 使零件之间配合度变差 造成出种孔和 壳体之间间隙不一致 较大的间隙会同时掉入较多种子造成重播 且PLA是一种聚合物塑料材质 会产生静电 种子因静电吸附 等原因无法立即脱孔也会造成重播 4 1 3 种子破碎问题 3D打印件的粗糙表面及圆度误差 使种子在滑动过程中可 能造成损伤 特别是外壳脆弱和外形不规则的种子尤为敏感 4 2 设计改进方向 4 2 1 引入精密轴承 在旋转零件处增加轴承连接 利用轴承的高精度与低摩擦特 点 显著提升运动部件的平稳性与顺畅度 减少卡滞发生几率 确保每个播种动作能顺利完成 避免漏播 4 2 2 定制化取种轮 根据种子类型 采用机械加工方式精细制作高精度的取种 轮 材料选用不易变形的亚克力材质制作 实现一粒或两粒精准 取种 避免重复播种 4 2 3 优化出种通道 使用导电性较好的金属材质制作出种通道 减少静电干扰 同时确保种子自然下落无阻碍 杜绝两粒以上种子同穴现象 4 2 4 加工精密播种轮 采用机械加工方式制造播种轮 确保高精度与圆滑面 避免 对种子的物理伤害 4 2 5 增加柔性防护层 在播种轮与外壳接触部位嵌入柔软材料 如较薄的防尘毛 条 为种子提供缓冲保护 防止在外力作用下破裂 同时 后期 使用精密的金属零部件进行替换 预计总成本控制在25 30元 批量生产成本还会降低 5 结论 本文结合播种和移栽机械化作业需求设计一种适用于设施 叶菜种植的新模式 解决设施叶菜全年不断茬 机具价格高 用工贵 规模化生产等问题 应用效果结果证明了方案设计的 可行性 播种器完成 220 穴的穴盘播种仅需 110 s 左右 相比 人工可提高工作效率8 10倍以上 制作一个播种器成本仅 需20 6元 降低了生产成本 缩短了种植周期 提高了育苗 质量 参考文献 1 阚炜杰 徐明泽 左强 等 北京市昌平区农田土壤重金属健康 风险评估及来源解析 J OL 农业环境科学学报 1 15 2025 04 21 S 20240801 1516 004 html 2 昌平区农业服务中心 昌平区农业服务中心年报 EB OL 2025 01 13 2025 03 01 xxgkzl zfxxgknb82 2024 2025011317141673116 index html 3 杨立国 赵景文 蔬菜产业机械化技术及装备 M 北京 中国农业 科学技术出版社 2020 4 中国农业机械化科学研究院 农业生产全程全面机械化解决方案 中 M 北京 企业管理出版社 2021 5 杨立国 李小龙 粮经作物机械化技术及装备 M 北京 中国农业 科学技术出版社 2020 6 彭笛 蔬菜播种育苗环节机械技术与装备 J 湖北农机化 2015 6 50 作者简介 刘攀 1991 男 北京人 农艺师 研究方向 农机化技术推广与应用 通信作者 王尚君 1970 男 山东新泰人 正高级 工程师 研究方向 农机化技术推广与应用 李治国 1978 男 山西偏关人 正高级农艺师 研 究方向 蔬菜机械化技术推广与应用 引用信息 刘 攀 王尚君 李治国 等 一种用于 220 穴盘的手持小型播种机设计 与应用效果 J 农业工程技术 2025 45 9 20 23