CN113784613A - 用于大豆种子的气动排种器 - Google Patents

Abstract

本发明一般涉及精确农业。更具体地，本发明涉及用于在种植田中对种子进行排种和分布的系统。本发明涉及一种为大豆种植提供优化的种子分布的气动种子排种装置(1)，该排种装置通过真空切割来释放大豆种子以及通过重力作用使种子下落，为此配备有带有多个种子孔(3)的种子盘(2)，所述多个种子孔沿种子通道区域径向地间隔开，并且该种子盘(2)是通过种子盘(2)的外围区域被驱动的，其特征在于，多个种子孔(3)布置成单行，其中两个相邻种子孔(3)之间的距离是在所述种子孔(3)中的一个种子孔的直径的2.1倍至3.5倍之间的长度范围内，所述孔的直径被限定在3.5mm至4.5mm的范围内。

Description

用于大豆种子的气动排种器

技术领域

本发明一般涉及精确农业。更具体地，本发明涉及用于在种植田中对种子进行排种和分布的系统。

背景技术

自古以来，农业在各国的社会和经济发展中起着关键作用。例如，在巴西，农业部门雇用了大量人员，并通过出口粮食和原材料将经济推向全球水平。

巴西境内耕种的主要农产品之一是大豆。巴西是世界第二大的大豆生产国，仅次于美国。

虽然巴西不是世界上最大的大豆生产国，但却是最大的大豆出口国。根据巴西农业研究公司(EMBRAPA)在2017/2018年收获期间的调查，巴西的大豆产量为1169.96亿吨，产率为3333千克/公顷，而美国的大豆产量达到1195.18亿吨，产率为3299千克/公顷。

鉴于大豆生产的经济重要性，巴西最近利用资源来开发和提高产率，特别是在种子分布的质量方面。这些投资导致巴西的大豆产率指数明显高于种子分布的质量仍然不受高度重视的一些国家，诸如美国和阿根廷。这种始于巴西的趋势有蔓延到其他国家的倾向。

因此，农业活动在巴西经济中的主导作用产生了对研究的投资，这些投资已被系统地应用于改进技术的研究，以提高作物的产率。对豆科植物基因改良的投资已经特别丰富，并且这导致了一种趋势，即使是最近的，但强烈的，要求大豆种子更好的空间分布。这种需求在玉米方面已经众所周知，玉米这种草在传统上对空间分布要求很高。

影响种植大豆的每英亩产率的最重要因素之一是种子分布，尽管是最近的趋势。随着大豆育种的最新进展，当种子在田间非常靠近地种植在一起时，种子会争夺阳光、水和其他资源。这种竞争对这些植物的生长有负面影响，导致农民的作物产率降低。另一方面，当种子间隔太远种植时，种子密度和作物产率会下降，从而导致浪费和农民的销售损失。

因此，植物的空间布置直接影响作物产率，因此非常接近的种子甚至可以增大播种密度，但由于植物之间对资源的竞争，可能会导致未来的损失。就大豆而言，理想的行距为35厘米至50厘米，每行中的种子的分布取决于大豆品种，为每米6粒至35粒，通常最常用大豆品种的理想范围为每米20粒至22粒。

现有技术

因此，使用带有多行盘的排种器(meter)，通常有两行，称为双行盘，或有三行，称为三行盘，以实现每米15粒以上的种子分布，而不需要高的种子盘旋转。然而，尽管注意每米的种子数量，但多行盘在种子在盘中平行移动方面呈现出自然的退步，当它们被释放并通过在重力作用下落时往往会倾向于更靠近。在大豆种植中使用带有单行常规盘的常规排种单元时，满足每米数量的种子盘旋转是很高的，并且结果也是灾难性的。常规的单行盘式排种器，由于它们不能在高的盘旋转时表现良好，因此使用较大直径的盘使得盘旋转不高，这会产生其他问题，诸如振动和难以调节分拣器(singulator)或确定合适的盘位置。

通常，种子分布的质量通过“变化系数(coefficient of variation)”来评估，“变化系数”也简称为“CV”。种植时的CV是种子在土壤中分布的可变性的相对量度，也就是说，它是指示有多少在土壤中放置的种子是在农民所限定的理想位置之外的量度。因此，较低的CV意味着种植质量更好。

关于种子分配过程中的种子排种，影响CV的主要参数是播种机的速度和种子排种盘的旋转速度。一般来说，这些由排种器负责的因素决定了种植区中的种子分布和最终处置的精度。

无论种子排种如何，也影响种子分布的其他因素是土壤中的不规则性以及种植线的路径中存在的障碍物，这些影响种子放置的质量。这是因为它们影响播种机并导致种子的无序移动，尤其是在释放时，因此会导致在土壤中的种子分布失败或加倍。

在排种器中，影响种子排种的其他因素是盘孔的数量和尺寸。根据要种植的种子和每米所需的种子群体，这些孔具有特定的数量和直径。更具体地说，具有更多孔的盘具有每转输送更多种子的优势，因此需要较低的运行速度。

另一方面，孔的数目越多，则相邻孔之间的间距越小，以及因此盘上的种子之间的间距越小。因此，由于系统中发生一些机械干扰，盘上的种子之间的距离越近，则种子从一个孔接近另一个相邻后孔的概率越大，种子之间相对于相邻前孔的距离也越大，反之亦然。因此，具有更多孔的盘由于孔的接近会增大CV，以及孔的数目越多，则相邻孔之间的距离越近并且CV越差。

为了改善CV，使用了单行盘排种器，但常规的单行盘排种器仅以低速旋转保持低的CV，因为需要更多数目的孔来满足每米对种子的需求。当需要更高的播种机速度时，盘需要30RPM以上的高速旋转，以满足每米所需的种子量。然而，旋转在30RPM以上时，带有常规盘的常规排种器更容易受到来自种植机在土壤中移动产生的自然微振荡的影响，并失去单粒化/分拣(singularization)能力，因此CV大幅地增大并且种植质量下降。

对于出口大豆，耕种主要是在广阔的平坦地形上进行，使用重型机械并采用轮作耕种，以最大限度地提高产率并从其他作物的额外收获中获利。通过采用播种机和种子排种器能够提高产率，播种机和种子排种器在精密播种的机械化中一起使用。由于所谓的平坦地形，最近出现了提高种植速度以提高效率的趋势，这增加了最近对更好的大豆种子分布的日益增长的需求，从而产生了发明这种大豆排种器单元的灵感。

通常，在气动种子排种器中，负责种子分拣的部件中的一者是种子盘。该盘具有径向地布置的孔，以通过盘面之间的压力差来捕获种子。一旦被捕获，种子就会被输送到排种出口开口，在此处通过盘面之间的压力差所产生的真空被切割(cut)，并且种子通过重力的作用或其他运输方式被释放到土壤中。

良好的种子分布要求盘上的每个孔只包含一粒种子。每孔中种子的二元性(也称为配对)以及孔中种子的缺失(也称为失败)会影响种子的最终分散。为了避免同一孔中种子的多重性，使用了单粒化，也被称为分拣器。

市场上有一些统一的分拣机构，诸如由Sauder等人在专利US 7,699,009 B2中描述的机构。该机构描述了弹簧系统，该弹簧系统抵靠种子盘的肩部按压分拣器，以确保将分拣器准确放置在种子盘的孔上。

有必要使用精密分拣器的一个原因是，盘在制造过程中的注射过程中可能具有固有的尺寸差异。这是因为，由于盘在制造时具有尺寸差异，从孔到周边的距离很小，因此该区域的变化最小化。以此方式，技术发展最新水平(the state of the art)中描述的精密分拣器解决方案使用低变化区域作为参考并确保正确定位，因为分拣器尖端相对于孔的位置保持恒定。

在Assy等人的专利申请BR 10 2016 008945 0中描述了用于在排种器中进行种子的精确分拣的另一种解决方案。在该文件中，种子盘在由轨道系统支撑的环中旋转，该轨道系统将种子盘相对于布置在环中的分拣器保持在恒定的径向和轴向位置，并且由此，在种子盘的孔上方精确定位分拣器。

尽管如此，可能影响排种器精度的另一个因素是盘的驱动器，因为非精密驱动器，诸如由盘中央轴制成的常规驱动器，会产生机械干扰和影响，从而造成种子的不必要的移动。因此，如Rylander等人的美国专利6,752,095B1中所述，开发具有精密驱动器的气动排种器的趋势越来越大，其中盘由独立受控能源通过边缘来驱动。然而，被称为技术发展最新水平的系统在土壤中种子的分布方面仍然呈现高变化系数，因此这会给农民造成损失。当种子盘需要较高的旋转以跟上播种机的移动速度时，变化系数甚至增大得更多，使得现有技术系统在它们超过30RPM时呈现显著的变化。

因此，尽管迄今为止看起来是具有功能性的，但最先进的(state-of-the-art)系统在保持种植精度方面存在一些缺点和限制，因为需要越来越高的种子盘旋转速度来满足农民的需求。

发明内容

为了避免技术发展最新水平设备的不便并实现上述目的，其中，本说明涉及气动大豆种子排种器，其通过真空切割来释放大豆种子并通过重力作用使种子下落，其中该排种器包括设置有沿种子路径区域径向地间隔开的多个种子孔的种子盘和设置在种子盘上的种子分拣器。这是通过种子盘的外围区域来执行种子盘的驱动器的位置，其中多个孔布置成单行，其中两个连续孔之间的距离是在所述孔中的一个孔的直径的2.1倍至3.5倍之间的长度范围内，所述孔的直径被限定在3.5mm到4.5mm的范围内。

根据本发明的附加实施方式，气动大豆种子排种器包括设置在种子盘上的种子分拣器，考虑到分拣器需要精确以确保即使在高的盘旋转时也有良好的分拣，种子分拣器精密种子为浮动式并且与种子盘相互依赖。种子分拣器与种子盘的相互依赖性是由种子盘的关于定位分拣器而使用的区域来配置的。

在一个实施方式中，所使用的参考是种子盘的外肩部，其中分拣器搁置在种子盘的外肩部上以将分拣器定位在种子盘孔上方并提高种子分选的精度。

在另一个实施方式中，种子分拣器利用种子盘上的内部道环系统，其中分拣器被支撑在内部种子盘道上以还将分拣器定位在种子盘孔上方并提高种子分拣的精度。

仍然，根据本发明的一种特定实施方式，种子盘的旋转范围是具有功能性的并且即使在50RPM以上以及达100RPM时也具有低变化系数。

附图说明

本发明的目的、优点、技术和功能改进将通过阅读其特定成就的描述而得到更好的理解，以下结合附图做出的描述说明特定成就的方式而非对其进行限制，其中：

图1示出了根据本发明的一种实施方式的种子排种器的前视图；

图2示出了根据本发明的一种实施方式的种子排种器的立体图；

图3示出了根据本发明的一种实施方式的种子排种器在盖打开时的前视图；

图4示出了根据本发明的一种实施方式的种子排种器在盖打开时的立体图；

图5示出了根据本发明的一种实施方式的种子盘的前视图；

图6示出了根据本发明的一种实施方式的种子盘的立体图；

图7示出了具有轨道导向的分拣器系统的盘的顶部剖视图；

图8示出了具有被支撑在种子盘的肩部上的分拣器系统的种子盘的前视图；

图9示出了具有被支撑在种子盘的肩部上的分拣器系统的盘的顶部剖视图；

图10示出了分拣器与种子盘孔的相互作用；

图11示出了使用最先进的单行种子盘时土壤中种子分布的变化；

图12示出了使用根据本发明的一种实施方式的种子盘在土壤中的种子分布的变化的表示；和

图13示出了使用最先进的双行种子盘在土壤中的种子分布的变化。

具体实施方式

现在参照附图关于本发明的具体成就来描述本发明。在以下附图和说明中，相似的部件用相同的附图标记来标记。附图不一定按比例绘制，即本发明的某些特征可以放大比例或以某种示意性方式示出，并且可以不示出常规元件的细节以便更清楚和简明地说明本描述。本发明易于以不同方式进行实施方式。具体实施方式被详细描述并在附图中示出，应当理解，该描述将被视为本文所公开的原理的示例，并且不旨在仅限制在该描述性报告中示出和描述的内容。必须认识到，下文讨论的成果的不同教导可以单独使用或以任何合适的组合使用以产生相同的技术效果。

本发明将在下文中特别地关于用于种植大豆的气动排种器1进行描述，在下文中也称为种子排种器1或简称为排种器1。尽管对其他作物(诸如豆类和玉米之类)具有功能性，本发明对于大豆具有特别优越的性能，这是由于由以下提供的动态性：豆科植物种子的更圆的形状，以及在种植大豆时，由于通常采用的密集群体和更高的速度以及在作物中通常采用的行间间距而导致的盘的最终较大旋转。

图1和图2示出了根据本发明的一种实施方式的处于组装和封闭形式的气动种子排种器1。尽管图1和图2示出了排种器的特定和优选方面，但本发明可以应用于其他气动排种器模式。

尽管排种器1的尺寸在不同品牌和型号之间可能有很大差异，但由于本发明的主要特征是关于种子盘2特征、种子盘2驱动系统和精密分拣器，本发明可以应用于市场上已知的最多样化的分配器(dispenser)，同时保持相同的效率。

本发明的种子盘2的一些特性可以在图3和图4中看到，其中种子盘2具有种子孔3和外肩部5，图示在盖8打开时安装在种子排种器1内部。

当以种子盘2的高旋转速度操作种子排种器1时，小的干扰会对种子分布的质量产生很大的负面影响。因此，一些精密部件，诸如分拣器和用于激活种子盘2的装置，对于避免或至少最小化种子剂量中的干扰并确保本发明的正确功能性是重要的。

在分拣器的情况下，一旦种子盘2达到高的旋转，使用具有低精度或失当调整的分拣器就开始失当地从孔中移除种子。

因此，本发明提供种子分拣器系统4的使用，其确保种子分拣器4在种子盘2上的正确定位，特别是关于分拣器在孔3上方的布置。

这种分拣器被称为“精密分拣器”并且通过将分拣器相对于种子盘2保持在恒定位置的机构来工作。更具体地，精密种子分拣器4为浮动式并且与种子盘2相互依赖，即精密种子分拣器跟随种子盘2的移动，因此本身没有相对移动，只有在分拣器下的种子盘的旋转。

有利地，精确种子分拣器4不需要手动调节，因为定位机构自动调节分拣器相对于种子盘2的位置。此特征对于可以从15RPM到达100RPM进行工作的种子排种器1尤其有用，因为种子盘旋转的动态性可以根据种子盘的旋转速度增大而显著改变分拣器与种子的相互作用。

在本发明的一个实施方式中，如图5和图6所示，种子盘2与一种类型的精密种子分拣器4相关联，这通过具有环7和轨道6的定位系统来保障分拣器的定位精度。

具有环7和轨道6的精密定位系统包括环的上部部分7.1和环的下部部分7.2，它们装配到种子盘2中并且至少围绕种子盘2的外围区域。此外，环的下部部分7.1包括内部轨道6，该内部轨道6装配到种子盘中的凹槽9中并确保种子盘2和环7休戚相关地(insolidarity)移动以提供分拣器在种子盘2中的孔3上方的精确定位，如图7所示。

在图8所示的本发明的另一种实施方式中，用于将分拣器4定位在孔3上方的精密系统通过被支撑在种子盘2的肩部5上的一组分拣器4来形成并且借助于引导分拣器4并使分拣器4维持放置在种子盘2的肩部5上的其他机构或弹簧来使该精密系统处于适当的位置。在该实施方式中，分拣器4不是相对于种子盘2安装的，而是表现出良好的精度，因为尽管它们相对于种子盘2是可移动的，但是它们被引导抵靠种子盘2的肩部5以保持分拣器4的尖端位于种子孔3上方。图10更详细地示出了根据本发明的一种实施方式的分拣器4相对于种子盘2的孔3的定位。

关于对种子盘2进行驱动的方式，使用精密系统来获得种子盘2的均匀旋转也很重要。

在本发明的一种优选实施方式中，使用被耦接到种子盘2的外围区域的驱动装置(未示出)。在该实施方式中，种子盘2借助于马达或其他机械能源通过齿状边缘被拉动。

在本发明的更具体的实施方式中，通过将种子孔(3)以所述种子孔的4.0mm直径的3.1倍的距离间隔开的布置，使在高旋转(50RPM以上)时对种子的捕获和释放被优化。在播种机速度和种子盘2旋转的相同条件下，对于较少孔的孔数目变化趋向于恶化种子捕获，而对于较多孔的孔数目变化趋向于恶化种子释放。

在使用通过外围拉动的盘和具有不同数量和配置的孔、以50RPM以上的高速进行工作的精密分拣器的田间试验中，发现根据本发明的一种实施方式的盘具有包含距离是孔的直径的3.1倍的40孔的单行，该盘与是相同尺寸且包含55孔的单行的现有技术盘相比呈现更好的大豆种子分布，如图11和图12中的种子分布图示所示。由于没有精密分拣器和通过外围驱动或处于低于50RPM的低转数，性能差异表现得更少或为零。

同样在田间试验中，作为本发明的一种实施方式，40孔盘在相等种子群体条件下也显示出比同等尺寸的双行盘更好的种子分布结果，如图12和图13之间的比较所示。

此外，在使用根据本发明的一种实施方式的盘进行速度变化的测试中，发现在从0到50RPM的旋转范围内，可以观察到与在技术发展最新水平中获得的种子分布有关的细微改进，并且50RPM至100RPM的旋转范围的结果要好得多。

具体地说，根据本发明的一种实施方式，具有在单行中间隔开12.3mm的40个4.0mm的孔的盘，能够利用外围驱动器以及精密分拣器，以8km/h的速度和100RPM的旋转在播种机中仍然保持高质量地每米种植30粒大豆种子。在这些种植条件下(以8km/h的速度每米30粒大豆种子)，具有多行的种子盘会导致非常高的CV，失败率很高，并且种子在土壤中的分布会翻倍。即使使用40孔盘，如果没有外围驱动器和精密分拣器，也会导致性能下降。

因此，在本发明的一些实施方式中，大豆种子排种能够消除或至少减少现有技术中已知技术的限制。由于大豆产率的提高，特别是由于其遗传进化，近来一直对大豆种子在种植犁沟中更好的空间分布有需求。

此外，本发明的一个优点是提供种子排种器，该种子排种器即使在播种机移动速度高的情况下也能提供种子的线性分布，这是导致排种盘的高旋转的近来趋势。

此外，本发明的另一优点是提供一种种子盘，该种子盘允许以高的质量和足够的数量来进行种子分配，以满足高速度播种机的需求，该高速度导致排种盘的高旋转。

本发明的另一优点是提供种子盘中的孔的大小和布置之间的优化关系，以提供支持种子盘高旋转速度和种子分布质量的排种系统。

本发明的另一优点是提供具有优化尺寸的种子排种器，以改进高旋转时对种子的捕获和释放。

本发明的另一优点是提供一种排种器，该排种器提供大豆种子的高质量分布，其中仅使用一个盘模型就可以以大豆种植盘的低、中和高旋转来实现同样出色的性能，简化了操作。

本发明的另一优点是由于它提供了具有更高旋转和质量等于或优于常规系统所提供的种子的分布的事实，这允许盘更小。因此，排种器可以更小，这有助于并节省制造成本。

更具体地，气动排种器通常由聚合材料制成，当用于生产减小尺寸的元件时，表现出更高的尺寸稳定性和材料节省。换句话说，制造更小型的排种器使得其组件受到更少的变形和翘曲，此外还因为它们使用更少的原材料而更便宜。

此外，本发明的优点是为更容易和更准确地制造排种器提供补贴，因为支持盘的高速旋转和高质量大豆种子分布的能力更大，排种器可能的结构直径更小，这优化了制造质量，因为人们可以有更大的尺寸控制。

因此，本发明相对于技术发展最新水平具有优势并且有助于农业部门的技术发展，特别是对于精确大豆种植。

虽然本发明已经针对特定的成就进行了具体描述，但是应当理解，在不脱离本发明的保护范围的情况下，技术人员可以在该主题上进行变化和修改。因此，保护范围不限于所描述的成果，而仅受所附权利要求的限制，其范围必须包括所有等价物。

Claims (5)

1.一种气动大豆种子排种器(1)，所述气动大豆种子排种器通过真空切割来释放大豆种子以及通过重力作用使所述种子下落，所述气动大豆种子排种器包括设置有多个种子孔(3)的种子盘(2)，所述多个种子孔(3)沿种子路径区域径向地间隔开，所述种子盘(2)通过所述种子盘(2)的外围区域被驱动，所述气动大豆种子排种器的特征在于，所述多个种子孔(3)布置成单行，其中，两个连续种子孔(3)之间的距离在所述孔(3)中的一个孔的直径的2.1倍至3.5倍之间的长度范围内，所述孔的直径被限定在3.5mm至4.5mm的范围内。

2.根据权利要求1所述的气动大豆种子排种器(1)，其特征在于，所述气动大豆种子排种器(1)包括：布置在所述种子盘(2)上的种子分拣器(4)。

3.根据权利要求2所述的气动大豆种子排种器(1)，其特征在于，所述种子分拣器(4)是浮动式精密种子分拣器，并且所述种子分拣器(4)与所述种子盘(2)相互依赖。

4.根据权利要求1所述的气动大豆种子排种器(1)，其特征在于，所述种子盘的旋转在50RPM以上的范围内保持适当的变化系数水平。

5.根据权利要求1所述的气动大豆种子排种器(1)，其特征在于，所述种子盘的旋转操作范围达100RPM。

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