CN117979820A - 种子加速器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种播种系统，所述播种系统具有：种子计量器；导管，所述导管用于在导管的第一端处接收从种子计量器释放的种子；气体源，所述气体源在第一端近侧连接到导管，用于加速气体中的种子；以及种子定向盘管组件，所述种子定向盘管组件连接到第二端，以接收加速的种子。

Description

种子加速器

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年10月11日提交的美国临时申请US63/262360的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文。

背景技术

存在多种对播种用的种子进行定向的定向方法。定向系统的示例包括PCT公报WO2018013858A1、WO2018013859A1、WO2018013860A2和WO2018013861A1。在美国专利公报US2020/0367425A1中描述了一种特定的种子定向器，其公开了种子定向盘管40。种子用空气被加速进入种子定向盘管中，并且该空气经由通气口68消散。

附图说明

图1示出了集成到种植机行单元中的种子定向系统的第一实施例的平面图。

图2是种子定向系统的第一实施例的透视图。

图3是种子定向系统的第一实施例的分解透视图。

图4是种子定向系统的第一实施例上的种子收集器的剖视图。

图5是种子定向系统的第一实施例的种子定向盘管组件的分解透视图。

图6A是沿着图5的线B-B剖切的喷射器芯的剖视图。

图6B是沿着图5的线A-A剖切的通风的外盘管的剖视图。

图7是种子定向系统的第一实施例的种子定向盘管组件的剖视图。

图8是种子定向系统的后透视图。

图9是图8的种子定向系统的细节图。

图10是具有种子收集器的可替代实施例的种植机行单元的平面图。

图11是种子收集器的可替代实施例的平面图。

图12是通风的外盘管的剖视图，其示出了种子的位置和作用在种子上的代表性离心力。

图13是通风的外盘管的剖视图，其示出了种子的位置和代表性气动力。

图14是种子加速系统的示意图。

图15是图14的种子加速系统的种子计量器的截面图。

图16是另一种子加速系统的示意图。

具体实施方式

本文引用的所有参考文献均以其全文并入本文。如果本文的定义与所并入的参考文献中的定义之间存在冲突，则以本文的定义为准。

参照附图，其中，贯穿多个视图的相同附图标记表示相同或对应的部分。

图1示出了具有本发明的种子定向系统30的行单元10。行单元10是被设计用于将种子输送到犁沟中的常见种植机单元的示例。发现行单元10常常被安装到通用机架上，该通用机架与其他相同或类似的种植行单元一起附接到拖拉机或类似的牵引装置。可发现行单元为从几个单元到多达四十八个行单元的偶数组。

典型的行单元10包括种子料斗12，用于储存播种用的种子。种子被引导至种子计量器13。种子计量器13可以使用由真空输送管线14驱动的常规真空盘。种子计量器13用来将种子按照期望的间距单粒化，以便输送到土地。种子从种子计量器13通过种子管22被输送到土地。

柄部结构16为种子料斗12、种子计量器13和种子管22提供结构支承。开沟器刀片18、犁规轮26和封闭轮20也附接到柄部结构16。开沟器刀片18在位于种子管22前面的土壤中形成沟槽或犁沟。犁规轮26控制犁沟的深度并且封闭轮20在种子上方封闭犁沟。

在第一实施例中，种子定向系统30被安装到行单元10。种子定向系统30包括可操作地附接到种子管22的种子收集器32。种子收集器32聚集种子并且通过通到种子传送管36的种子定向盘管组件40改变种子的方向。种子行进穿过种子定向盘管组件40的螺旋路径到达定向种子出口路径44。子犁沟开沟器46在犁沟内形成楔形沟槽，以用于捕获已定向的种子。

种子在整个种子定向系统30中的移动由来自中央鼓风机/风扇的空气辅助。空气首先被引导至设置在种子定向盘管组件40的上部面上的系统空气进给装置42。然后空气管线38被引导至种子收集器32，以用于将种子从种子收集器32移动到种子定向盘管组件40。

种子定向支承结构34为种子收集器32、种子传送管36、种子定向盘管组件30和子犁沟开沟器46提供结构支承。种子定向支承结构34可以在一个或多个位置处连接到柄部结构16。种子定向支承结构34还用来防止碎屑进入犁沟并且防止岩石撞击。

图2和图3描绘了种子定向系统30。种子定向系统30包括种子收集器32，所述种子收集器通过种子传送管36将种子从种子管22引导至种子定向盘管组件40。种子收集器32包括种子入口孔48和种子出口孔50。种子入口孔48的尺寸被定计成与种子管22匹配。空气管线连接件52邻近种子入口孔设置。种子收集器32可以包括用于连接到种子定向支承结构34的各种凹部或凸缘，以及销54和55。

种子传送管36在第一端处附接到种子出口孔50并且在第二端处附接到种子定向盘管组件40。可以设想的是，种子传送管36包括用于连接到种子定向盘管组件40的配合凸缘56和保持销57。销41将种子定向盘管组件40相对于种子定向支承结构34保持。

种子定向盘管组件40包括驻留在通风的外盘管60内的喷射器芯58。喷射器芯58在第一端处包括进气进给装置42和排气进给装置62，所述排气进给装置通过空气管线38向种子收集器32上的空气管线连接件52提供空气。喷射器芯58还包括围绕喷射器芯58的外部面以螺旋图案排列的多个喷嘴64。

通风的外盘管60限定孔喷射器芯58。通风的外盘管60包括与种子传送管36的凸缘56相配合的种子入口66。多个通气口68围绕通风的外盘管60的外表面设置。通气口68可以具有多种形状，包括矩形、圆形、椭圆形或其他随机形状。通气口68的尺寸或形状不必是一致的。在通风的外盘管60的第二端部处，种子出口路径44朝向土地延伸。种子传感器82可以附接到通风的外盘管60、位于种子出口路径44附近，以便监测种子流动。

种子定向支承结构34通过钩76和凸缘底座78连接到行单元的柄部结构16。可以设想的是，这种连接点的几何形状和位置可以根据行单元10的结构而改变。种子定向支承结构34通过从通风的外盘管60的第二端部延伸的凸缘70来支承种子定向盘管组件40。凸缘70配合在种子定向支承结构34的凹口72内。子犁沟开沟器46通过滚销79和80连接到种子定向支承结构34。

图4描绘了种子管22和种子传送管36之间的交叉部。种子管22插入穿过种子入口孔48。空气进给装置52可操作地连接到将空气引向种子的空气叶片喷嘴84。空气叶片喷嘴84将种子推入种子传送管36中。离开种子管22的种子处于随机取向且具有高旋转能量，这是因为所述种子已经从种子计量器13落下而没有进行任何定向尝试。

图5至图7描绘了种子定向盘管组件40的第一实施例，在所述第一实施例中，将种子的随机位置改变为已定向的尖端向下位置。图6A示出了种子定向盘管组件40的分解图。图6A是在B-B处剖切的喷射器芯58的剖视图。图6B是在A-A处剖切的通风的外盘管60的剖视图。喷射器芯58嵌套在通风的外盘管60内。通风的外盘管60在凸缘70和安装点84处附接到种子定向支承结构34。

喷射器芯58的形状为大体圆柱形，其在第一端部处具有空气孔85并且具有封闭的后端部86。多个喷嘴64被示出为呈螺旋图案，从而在喷射器芯的中心孔87与通风的外盘管60之间形成空气通道。

通风的外盘管40的形状为大体圆柱形，其具有用于插入喷射器芯58的开放中心孔。通风的外盘管40的外壁包括形成空气通道的多个通气口68。通风的外盘管40还包括通向螺旋通路90的种子入口66。

图6B示出了通风的外盘管60的螺旋通路90。螺旋通路90包括与种子引导壁94相交的种子搭乘表面92。种子搭乘表面92是弯曲的，以便朝向后端部96具有更紧或更小的半径而在种子入口端95处具有更宽的半径。种子引导壁94与种子搭乘表面92以九十度相交以形成种子搭乘路径97。多个通气口68通常被布置于种子搭乘路径97在种子搭乘表面92上的高度处。在第一实施例中，螺旋通路90围绕喷射器芯58完成三圈。

图7示出了当喷射器芯58被设置在通风的外盘管60内时的剖视图。在第一实施例中，喷射器盘管58的外壁形成用于螺旋通路90的内屏障。因此，通风的外盘管60不需要内壁或屏障。螺旋通路90终止于种子出口路径44处。螺旋通路90的曲率随着其过渡到种子出口路径44而改变，因此玉米种子的平坦部牢固地抵靠出口壁定位。路径的方向改变还隔开喷射器喷嘴的有些混乱的空气流并且只留下良好的层流，该层流帮助种子保持其在平滑路径表面上平面滑动(尖端向前)的有序状态。

图8和图9示出了种子定向出口路径44和子犁沟开沟器46，二者是种子定向盘管组件40的一部分。种子定向出口路径44是螺旋通路90的延续。种子传感器82被设置在种子出口点45附近。种子传感器82的目的是确保行单元10实际上正在播种种子，并且如果不是如此，则将提醒拖拉机中的人员该行由于料斗中的种子用完或种子被堵塞在种子管中而没有正在播种。

如图3所示，子犁沟开沟器46可以限定保持出口路径44的出口路径孔47以及允许将子犁沟孔46安装到种子定向支承结构34的支承结构孔49。子犁沟开沟器46还具有延伸的底部狭槽或延伸部43，所述延伸的底部狭槽或延伸部成形子犁沟，以防止种子尖端撞击子犁沟的底部并弹开，从而失去其定向。种子传感器82可操作地连接到子犁沟开沟器46的结构。出口路径也向后扫掠，以帮助减少种子相对于种子将要接触的土地的水平速度增量。

随着种子离开出口路径44，它将在空中飞行一小段距离，从而维持其稳定状态。出口路径44将种子瞄准到由子犁沟开沟器46形成的子犁沟。子犁沟开沟器46在土壤中形成与种子的平坦侧面接触的壁，从而将种子楔入土壤中，从而保持种子的定向。

子犁沟开沟器46还具有后扫掠的刀片51。这是为了防止在种植机最初被下放到土壤中时土壤向上进入种子路径而造成堵塞。可以做到这一点是因为种子以一定角度向后射出而错过与在前刀片51的接触。该后扫掠的在前刀片51还有助于防止子犁沟壁在松散的土壤中过早塌陷。塌陷的壁将会导致种子弹跳，从而失去种子的定向。

图10和图11示出了可替代的种子收集器的设计，其中现有的种子管被移除并且种子定向系统130直接连接到种子计量器。种子定向系统130被安装到行单元100。种子定向系统130包括可操作地附接到种子计量器113的种子收集器132。种子收集器132聚集种子并且通过通到种子定向盘管组件140的种子传送管136改变种子的方向。种子行进穿过种子定向盘管组件140的螺旋路径到达定向种子出口路径144。子犁沟开沟器146在犁沟内形成楔形沟槽，以用于捕获已定向的种子。开沟器刀片18形成犁沟150并且子犁沟开沟器在犁沟150内形成沟槽151。

种子在整个种子定向系统130中的移动由来自中央鼓风机/风扇的空气辅助。空气首先被引导至设置在种子定向盘管组件140的上部面上的系统空气进给口142。然后空气管线138被引导至种子收集器132，以用于将种子从种子收集器132移动到种子定向盘管组件140。种子收集器132直接从种子计量器113捕获种子，并且在空气动力的作用下以最直接且最有效的路径将种子轻轻地运输到种子定向盘管组件。这种构型改善了种子间距并且最小化种子翻滚。种子定向支承结构134为种子定向盘管组件和子犁沟开沟器142提供结构支承。

在操作中，种子定向系统30以最佳生长定向将种子从行单元10输送到土地。种子被放置在种子料斗12中。种子料斗12包括用于将种子引导至种子计量器13的开口。然后，种子计量器13尝试对种子进行单粒化并且将种子间隔开以便输送到土地中。种子定向系统30从种子管22或从代替种子管22的种子收集器132收集种子。

高流量加压空气系统将种子从种子收集器32、132推动通过种子传送管36、136到达种子定向盘管组件40。种子稳定性的主要因素是从种子计量器中尽可能轻地捕获/收集种子。理想地，种子轻轻滑动而不是翻滚到种子定向盘管组件中。这可以通过从种子计量器到种子定向盘管组件的非常平缓和渐进的收集器路径132来实现，以减小导致翻滚的锐角冲击。进入种子定向盘管组件的翻滚种子可能会导致翻滚通过整个种子定向盘管组件，这是因为空气射流只会增加使得种子翻滚而不是稳定种子的无序能量。

种子进入种子定向盘管组件40的通风的外盘管60，所述通风的外盘管60限定通向种子出口路径44的螺旋通路90。通风的外盘管60包括围绕通风的外盘管60的外壁径向布置的多个通气孔68。

加压空气被喷射到种子定向盘管组件40的喷射器芯58中。喷射器芯包括围绕喷射器芯58的外壁径向布置的多个空气喷射器或喷嘴64。喷嘴64引导集中的空气流横过通风的外盘管60的螺旋通路90。可以设想的是，喷嘴可以与通气口68对准。

进入螺旋通路90的种子处于随机位置。通过喷射器芯和通风的外盘管60的空气流将种子沿种子搭乘表面92向上推动到种子引导壁94。如图12和图13所示，随着种子行进通过其弯曲/螺旋通路90，在种子上产生离心力Fc(表观力)。来自喷射器喷嘴64的空气流以一定角度撞击种子，从而在种子上产生两个主要(压力)力矢量分量。一个分量平行于该种子路径推动，而另一个分量垂直于该种子路径推动。空气流的平行分量从种子后面和种子上方流动，这既推动种子向前，又使种子在流动中定向成其尖端向前(因为该定向具有最低的稳定空气动力横截面(最低阻力))。该空气流的平行分量还增大种子的速度，这使得土壤捕获成为可能。平行空气流可以是由种子计量器产生的空气流和引导至种子传送管的空气流的组合。空气流的垂直分量与离心力Fc相结合将种子推到种子搭乘表面92和种子引导壁94中，以提供维持尖端向前定向所需的稳定性。

在种子被定向之后，有必要稳定种子的位置一直到抵达土地。在几秒钟内为种子定向很容易，但由于种子的形状，存在种子失控翻滚的趋势。定向后保持种子稳定需要多种技术的结合。为了维持种子的位置，螺旋路径90的低摩擦表面是优选的。低摩擦、低粗糙度和/或润滑表面降低种子的任何翻滚，这是因为种子不会“掘入”或“卡在”表面上而是引起种子滑动，从而维持已定向的位置。能量吸收表面也是有益的，因为它会“减弱”种子翻滚引起的冲击能量并且允许种子搭乘而不是滚动和/或翻滚，并且有助于维持已定向的位置。从种子计量器13到种子定向盘管组件40的路径也受益于上面针对定向盘管搭乘表面90所列出的性质。

弯曲路径还用来通过离心力F_C来维持种子定向。离心力F_C作用在种子上，以将种子驱动到表面中以进行稳定并且减少弹跳、翻滚并帮助保持已定向的位置。除了弯曲通路90之外，具有引导壁的搭乘表面形状/轮廓有助于精确地定位、稳定并维持已定向种子的取向。搭乘表面的弯曲形状还将有助于使种子沿着种子路径纵向对准，其在定向过程中提供辅助。

然后，种子被引导至种子出口路径44，随后进入在主犁沟内的刻划的子犁沟中，该子犁沟用于捕获或楔入种子以保持种子的取向和/或位置。如果种子被推进成在种子所楔入的土壤中与子犁沟过盈配合，则可以捕获/保留种子取向。子犁沟的轮廓优选地需要向下渐缩，以允许捕获所有尺寸的种子。子犁沟的轮廓还应当具有延伸的底部，以防止种子尖端在被楔形/锥形锁定之前撞击子犁沟的底部并且弹回。

种子定向盘管组件40相对于土地的法线成角度，以帮助降低种子/地面速度增量。在典型的5mph的播种速度和5mph的水平速度增量下，成角度的盘管应将速度增量降低到大约2mph。在较慢的3mph播种速度下，则种子将完全落入子犁沟中。

图14和图15示出了用于将种子从种子计量器13加速到种子定向盘管组件40的种子加速系统500。具有第一端511和第二端512的导管510被布置成第一端邻近从种子计量器13的种子盘120上的种子孔120释放种子的种子释放部。气体供应管线520将气体供应至与导管510流体连通的喷嘴521。在图15，以截面图示出了导管510、气体供应管线520和喷嘴521。气体可以是任何气体并且包括但不限于空气或氮气。

在第二端512近侧，可以提供可选的通气口515，以在气体进入种子定向盘管组件之前将气体通风。通过通风的导管510，种子定向盘管组件40不需要通气口68。种子定向盘管组件40可以具有封闭的外表面。通气口515可以从导管510使所有气体、部分气体或大部分气体通风。可以存在一个通气口515或多个通气口515。

在图16所示的另一实施例中，第二端512在进入种子定向盘管组件40之前是弯曲的。在第二端512的弯曲部分中可以有一个或多个通气口515’。通气口‘515可以布置成穿过弯曲部的外半径部。

在PCT公报WO2012/129442、WO2016/077651和WO2007/024646中描述种子计量器13的示例。

在美国专利公报US20150122162A1、US20170105334A1、US20200359551A1、US20200359552A1、US20210051844A1和US20210153423A1、美国专利US8336471B2、US9043950B2、US9137941B2、US9521804B2、US10448561B2、US10743460B2、US10945363B2、US10959368B2、US10993366B2和US10999966B2以及PCT公报WO2019108881A1、WO2019197963A1、WO2021069599A1和WO2021069607A1中描述了其他气动种子加速器。气动导管的出口可以经由空气进给装置42连接到种子定向盘管组件40，以将种子输送到种子定向盘管组件40中。

本文所使用的术语仅是为了描述特定实施例的目的并且不旨在限制本发明。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关联的列出事项的任何和所有组合。如本文所使用的，单数形式的“一”、“一个”和“该”旨在包括复数形式以及单数形式，除非上下文另有明确指示。还应当理解，在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定存在所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在添加了一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组。前面的描述是为了使本领域普通技术人员能够制造和使用本发明而提供的，并且在专利申请及其要求的上下文中提供。对本文描述的设备的优选实施例以及系统和方法的一般原理和特征的各种修改对于本领域技术人员来说将是显而易见的。因此，本发明不限于上述和附图中所示的设备、系统和方法的实施例，而是应符合与所附权利要求的精神和范围一致的最宽范围。

Claims (6)

1.一种播种系统，包括：

种子计量器；

导管，所述导管用于在所述导管的第一端处接收从所述种子计量器释放的种子，并且所述导管具有与所述第一端相对的第二端；

气体源，所述气体源在所述第一端近侧连接到所述导管，用于加速所述气体中的种子；以及

种子定向盘管组件，所述种子定向盘管组件连接到所述第二端，以接收加速的种子。

2.根据权利要求1所述的播种系统，所述播种系统还包括在所述导管中位于所述第二端近侧的通气口，以使气体通风。

3.根据权利要求2所述的播种系统，其中，存在多个通气口并且所述导管在所述第二端处是弯曲的。

4.根据权利要求3所述的播种系统，其中，所述多个通气口位于弯曲部的外半径部上。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的播种系统，其中，所述通气口释放所有气体。

6.根据权利要求2至4中任一项所述的播种系统，其中，所述通气口释放所述气体中的大部分气体。