旋轉臺式營養缽機的設計

尹業宏 孫金風 余曉琴 陸文星

摘要：設計了一種旋轉臺式營養缽機，該機采用多工位旋轉加工的方式，能夠連續完成營養缽的鋪土、壓制、播種、覆土、推出的加工，生產效率達３ ６００個／ｈ，其結構緊湊、占地面積小。設計中采用Ｐｒｏ／Ｅ軟件，對營養缽機進行了三維建模和運動仿真，在此基礎上完成了制缽機的全套加工圖設計。

關鍵詞：營養缽；旋轉臺式；三維建模

中圖分類號：Ｓ２２３．１＋１文獻標識碼：Ａ文章編號：0439－８114（２０12）03－0598-04

The Design of the Rotary Table Nutrition Bowl Machine

ＹＩＮ Ｙｅ－ｈｏｎｇ，ＳＵＮ Ｊｉｎ－ｆｅｎｇ，ＹＵ Ｘｉａｏ－ｑｉｎ，ＬＵ Ｗｅｎ－ｘｉｎｇ

（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｈｕｂｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｗｕｈａｎ ４３００６８， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： A new ｎｕｔｒｉｔｉｏｎ ｂｏｗｌ ｍａｃｈｉｎｅ ｗｉｔｈ ｒｏｔａｒｙ ｔａｂｌｅ ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ． Ｔｈｅ ｍａｃｈｉｎｅ ｗｏｒｋｓ ｂｙ ｔｈｅ ｍｕｌｔｉ－ｓｔａｔｉｏｎ ｒｏｔａｒｙ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ， ｗｈｉｃｈ ｃｏｕｌｄ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｅｘｅｃｕｔｅ ｓｐｒｅａｄｉｎｇ ｓｏｉｌ， ｓｑｕｅｅｚｉｎｇ ｓｏｉｌ， ｓｏｗｉｎｇ， ｃｏｖｅｒｉｎｇ ｓｏｉｌ， ａｎｄ ｐｕｓｈｉｎｇ ｏｕｔ ｔｈｅ ｓｅｅｄ ｎｕｔｒｉｔｉｏｎ ｂｏｗｌ． Ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｃｈｉｅｖｅｓ ３ ６００ ｐｅｒ ｈｏｕｒ． Ｍｏｒｅｏｖｅｒ， ｔｈｅ ｍａｃｈｉｎｅ ａｌｓｏ ｈａｓ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅ ｏｆ ｓｍａｌｌ ｏｃｃｕｐｉｅｄ ａｒｅａ ａｎｄ ｃｏｍｐａｃｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ． Ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ， ｔｈｅ Ｐｒｏ／Ｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｍａｋｅ ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｍｏｔｉｏｎ ｆｏｒ ｎｕｔｒｉｔｉｏｎ ｂｏｗｌ ｍａｃｈｉｎｅ． Ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ａｂｏｖｅ， ａｌｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎｓ ｏｆ ｎｕｔｒｉｔｉｏｎ ｂｏｗｌ ｍａｃｈｉｎｅ ｈａd ｂｅｅｎ ａｃｃｏｍｐｌｉｓｈｅｄ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｎｕｔｒｉｔｉｏｎ ｂｏｗｌ； ｒｏｔａｒｙ ｔａｂｌｅ； ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｍｏｄｅｌ

我國在機械制缽機方面做了很多研究，至今已研制出多種型號的制缽機。首先引進國外的機械化育苗生產線，主要以生產蔬菜苗缽為主，可以實現缽土制備、缽體成型、打坑、精密播種及覆土等工藝的機械化，生產效率和機械化程度高，但是價格不菲，普通種植戶無力承受；后來國內多家科研單位相繼研制出了多種制缽機，如２ＺＢＪ－５０型制缽機，主要滿足玉米、棉花等經濟作物，制缽過程雖能半機械化操作，但它采用的是直線式的結構，占地面積較大，結構復雜，模板需要及時回收，且只適應于大中型工廠的生產制缽；ＹＢ５０－Ⅰ型制缽機雖體積小重量輕，便于在田間作業，但該機只能制造缽體，不能實現精密播種，給工廠化育苗帶來困難。在農村也有相應的制缽工具，但是主要依賴人工操作，生產效率低［１－５］。

針對上述制缽機的缺點，從我國的實際情況出發，設計了一種適應于一般農戶使用的營養缽機，該機能一次性完成缽苗的鋪土、壓制（打種坑）、播種、覆土及推出工作，結構緊湊、占地面積小。

１主要工作部件的結構設計

通過對現有制缽機的結構分析及各自制缽工藝和工序的優缺點比較，從能否滿足作物育苗的農藝要求、實現機械化制缽及工廠化育秧這三方面出發，確定了營養缽機制缽的工藝流程圖（圖１）。制缽機采用多工位旋轉加工的旋轉臺式的總體結構方案，即在旋轉臺的周邊，按制缽的工藝流程要求設計５個工作裝置，旋轉臺的轉盤旋轉一周即可完成缽體的制作。制缽機主要由工作臺、鋪土裝置、壓制（打種坑）裝置、播種裝置、覆土裝置、推出裝置等構成。

１．１工作臺的結構設計

工作臺由轉盤、機架、動力裝置等構成，具體見圖２。轉盤周邊均勻開有6個安裝營養缽型腔模的孔，型腔與工作臺采用沉頭螺釘固連，這種設計有兩個優點：一是視生產需要可更換不同規格的營養缽型腔模，二是型腔模磨損后便于更換。機架是安裝主軸、工作裝置和動力裝置的基礎，應具有一定的強度和剛度，且重量應輕，可采用型材（矩形焊接鋼管）焊接而成。

動力裝置由自帶離合器的減速電機、凸輪分割器等構成。電機的輸出軸與凸輪分割器的輸入軸間采用同步帶連接，凸輪分割器的輸出軸通過聯軸器與主軸的下端連接，主軸的上端與轉盤用螺栓固連。

轉盤由凸輪分割器帶動做每６０°的等分間歇式旋轉運動，每次間歇時間為２／３ ｓ，在間歇２／３ ｓ的時間內，各工位裝置完成其相應的動作。設計轉盤轉速為１０ ｒ／ｍｉｎ，則本次設計的營養缽機的產能為３ ６００個／ｈ，并且都是經過精密播種了的，只需要經過一段時間的培養，就可以直接投放田間。

１．２鋪土和覆土裝置的結構設計

鋪土裝置和覆土裝置有相同的結構，都是由刮板、攪拌軸、減速電機、料箱和支架等構成（圖３）。攪拌軸的中部通過軸承安裝在料箱上，軸的下部與刮板用螺栓固連，軸的上部通過連接套與減速電機的輸出軸相連。鋪土和覆土兩裝置又是通過支架固定在工作臺的機架上。

鋪土和覆土性能的好壞是制缽機的關鍵，將鋪土和覆土裝置的刮板側面設計成與轉盤的上面傾斜４５°夾角，并讓刮板的底部與轉盤的上面始終保持著接觸，這種設計有利于裝置將料土壓入型腔模中；由于兩裝置電機的速度可分別調整，加之攪拌軸的旋轉方向和轉盤的旋轉方向相反，從而加快了向型腔模中填土的頻次，進一步保證了缽體的制作質量。

１．３精量播種裝置的結構設計

精量播種裝置由外殼體、播種盤、支撐架、帶輪等構成，其結構如圖４所示。該裝置的動力采用兩等徑帶輪，通過同步帶直接取自轉盤主軸，也是每６０°做等分間歇式旋轉運動。在播種盤周圈上均勻分布6個種孔，種孔的大小剛好能容納２～４粒種子（根據不同大小的種子來設計該孔的大小），在外殼體的底部正對型腔模的中部位置處也開有孔，每次當播種器上盛滿種子的種孔運行到此處時，種子就會落入到型腔模中。播種盤上方設有擋板，擋板固定在外殼體上，將播種盤的上部空間分成了左右兩個腔，右腔裝有種子，每當播種盤上空著的種孔從左腔旋轉進入腔時，種子就會落入其中；當盛滿種子的種孔即將要旋轉出右腔時，擋板上的橡膠板會將多余的種子攔下，由于橡膠板有柔韌性，故不會損傷種子。

１．４壓料和推出裝置的結構設計

壓料（打種坑）裝置和推出裝置也有相同的結構，由氣缸固定支架、限位板、沖頭、氣缸、螺母、螺栓、支撐板等構成，如圖５所示。氣缸直接安裝在支座上，為保證每個營養缽尺寸的一致，在氣缸底部設計有一塊限位板來限制氣缸的沖壓距離，限位板的調節是依靠螺柱上的兩個螺母來鎖定，通過調節限位板的上下可以改變氣缸的沖壓行程。沖頭部分和活塞桿采用螺紋連接和螺母鎖緊的結構，沖頭磨損后可直接更換，當型腔模的大小更換后，沖頭大小也需要作相應的變動。結構簡單，便于維修和更換。

１．５控制部分的設計

各裝置的啟動或停止由分割器上傳感器的信號以及離合器共同控制完成。當分割器上傳感器檢測到分割器進入間歇階段，氣缸開始動作，向下壓制原料；當到達限位位置后，氣缸進行回程，若沖頭沒離開型腔模，氣缸上的傳感器檢測不到信號，離合器則處于分離狀態，工作臺上的轉盤不動；當氣缸完全離開型腔模后，傳感器檢測到信號后，離合器開始結合，工作臺上的轉盤開始轉動，如此往復循環的工作。控制部分的循環流程圖如６圖所示。

３Ｐｒｏ／Ｅ三維建模仿真設計

營養缽制作機整臺設備的三維建模如７圖所示。三維運動仿真結果表明，該機能按工作要求實現制缽和精量播種，且結構上無干澀問題。

４小結

設計了一種旋轉臺式營養缽機，其結構緊湊，占地面積小，生產效率高，是一種以機械代替手工制作營養缽的高效制缽機。設計中采用Ｐｒｏ／Ｅ軟件，對營養缽機進行了三維建模和運動仿真，在此基礎上還完成了制缽機的全套加工圖設計，從而可避免因設計考慮不周，導致安裝空間不足和尺寸發生干澀等問題，縮短了設計周期，提高了制缽機在投產前的可靠性，對今后農機具的研制有一定的借鑒意義。

參考文獻：

［１］ 趙荔娜． 機械化育苗制缽機的研究［Ｊ］．農村牧區機械化，２０１０（５）：１９－２０．

［２］ 楊文珍，趙勻，李革，等． 播種制缽機的研究與展望［Ｊ］．農機化研究，２００３（１）：５６－５７，６９．

［３］ 謝俊花，程改青，張飛． 營養缽裝料機設計［Ｊ］．安徽農業科學，２００８，３６（１２）：５２３５－５２３９．

［４］ 楊文珍，陸秋君，趙勻． 圓盤式精密播種制缽機運動學優化設計［Ｊ］．浙江大學學報（農業與生命科學版），２００５，３１（３）：３４６－３５０．

［５］ 尹國洪，閘建文，宋景玲，等． ２ＺＢＪ－５０機械化制缽機的研制［Ｊ］．農機化研究，１９９８（３）：４２－４５．

收稿日期：２０１１－０７－１４

基金項目：湖北省教研項目（２０１０２２７）

作者簡介：尹業宏（１９５７－），男，湖北武漢人，副教授，從事機械設計及其理論研究，（電話）０２７－８８４１６２７９（電子信箱）ｙｉｎｙｅｈｏｎｇ１＠１２６．ｃｏｍ。