工廠化育苗生產(chǎn)線填土裝置的設(shè)計(jì)研究

顏秋艷 曾亮華 賴麗娟等

摘要工廠化育苗是將營(yíng)養(yǎng)土裝入不同規(guī)格、不同材料制成的容器中，播入種子而培育成苗木。其中填土作為育苗生產(chǎn)線上第1道工序，在整個(gè)播種流程中顯得尤為重要。為此設(shè)計(jì)一種工廠化育苗生產(chǎn)線上的填土裝置，該裝置集填土、刮土和密實(shí)3道工序于一體，通過(guò)光電控制、聯(lián)動(dòng)撥土滾輪和穴盤的準(zhǔn)確相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)填土量的要求，以滿足現(xiàn)代化育苗播種技術(shù)的需求。

關(guān)鍵詞工廠化育苗；填土裝置；播種；穴盤

中圖分類號(hào)S223.1+3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2016）04-322-02

Design and Research of Filing Device of Industrialized Seeding Production Line

YAN Qiuyan， ZENG Lianghua， LAI Lijuan et al（Zhuhai College， Beijing Institute of Technology， Zhuhai， Guangdong 519088）

AbstractIndustrialized breeding refers to seeds growing into seedlings in nutritive soil loaded in a container made of different specifications and materials. Filling process is the first step of seedling production line and it is particularly important throughout the seeding process. Based on these， a filling device was designed for this kind of factory breeding production line， which contained three steps of filling， scraper and compacting. By photoelectric control， accurate operation of the wheels and potting soil， the device could meet the requirements of filling and the modern breeding planting technology.

Key wordsIndustrialized breeding； Filling device； Seeding； Seedling tray

4育苗播種是一項(xiàng)勞動(dòng)強(qiáng)度大、費(fèi)時(shí)、技術(shù)性強(qiáng)的工作。傳統(tǒng)的育種方法通常是露天作業(yè)，包括人工整地、松土、開畦、播種、覆土、施肥等。然而這種育苗方式往往受人為因素或自然災(zāi)害的影響，使得育苗時(shí)間長(zhǎng)、質(zhì)量差、失誤多，很難滿足商業(yè)化的要求和持續(xù)推廣[1]。工廠化育苗是在人工控制的條件下，利用機(jī)械化、標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)化的手段使種子育苗達(dá)到高速、高質(zhì)、高效率的水平[2]。與常規(guī)育苗方式相比，工廠化育苗具有秧苗生長(zhǎng)速度快、土地利用率高、工作量減少、節(jié)約種子、可全年育苗等優(yōu)點(diǎn)[3]。因此，各種育苗裝置被研制生產(chǎn)出來(lái)，工廠化育苗技術(shù)在園林綠化及蔬菜、花卉培育中得到快速?gòu)V泛的應(yīng)用。填土作為工廠化育苗生產(chǎn)線上的第1道工序，在整個(gè)工廠化育苗生產(chǎn)過(guò)程中非常重要，為此筆者設(shè)計(jì)一種工廠化育苗生產(chǎn)線上的填土裝置，以滿足現(xiàn)代化播種技術(shù)的需求。

1總體結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程

工廠化育苗生產(chǎn)線工藝流程如下：穴盤上機(jī)→填土→刮平→密實(shí)→壓穴→播種→覆土→噴灌→穴盤下機(jī)。填土工藝作為播種裝備的第1關(guān)，在整個(gè)育苗生產(chǎn)線上具有重要地位[4-5]。該研究設(shè)計(jì)的填土裝置包括填土、刮平、密實(shí)3道工序。

1.1總體結(jié)構(gòu)填土裝置總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括動(dòng)力和傳動(dòng)系統(tǒng)、穴盤主輸送機(jī)、營(yíng)養(yǎng)土輸送機(jī)、電控箱、填土箱、聯(lián)動(dòng)撥土滾輪、刮土機(jī)構(gòu)、密實(shí)機(jī)構(gòu)、機(jī)架等。動(dòng)力和傳動(dòng)系統(tǒng)位于機(jī)架下方，通過(guò)電機(jī)、聯(lián)軸器、減速器、鏈條等帶動(dòng)營(yíng)養(yǎng)土輸送帶和聯(lián)動(dòng)撥土滾輪運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)速度和撥土量的調(diào)節(jié)，總體技術(shù)指標(biāo)如下：整機(jī)外形尺寸（長(zhǎng)×寬×高）2 400 mm×1 400 mm×1 800 mm；填土生產(chǎn)率為400盤/h；穴盤參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)50穴，尺寸為540 mm×280 mm×115 mm，底部排水孔直徑10 mm[6]；幅寬為650 mm；填土箱容積為0.1 m3。

注：1.動(dòng)力和傳動(dòng)系統(tǒng)；2.穴盤主輸送機(jī)；3.穴盤；4.營(yíng)養(yǎng)土輸送機(jī)；5.電控箱；6.填土箱；7.聯(lián)動(dòng)撥土輪；8.刮土機(jī)構(gòu)；9.密實(shí)機(jī)構(gòu)；10.機(jī)架。

Note：Power and transmission system；2.Main conveyor of seedling tray；3.Seedling tray；4.Conveyor of nutrient soil；5.Electric cabinet；6.Filling cabinet；7.Linkage earth wheel；8.Scraper mechanism；9.Dense institution；10.Base frame.

1.2工作過(guò)程填土箱中的營(yíng)養(yǎng)土在聯(lián)動(dòng)撥土滾輪的帶動(dòng)下掉落在營(yíng)養(yǎng)土輸送帶上，當(dāng)主輸送帶傳送穴盤至填土裝置前觸發(fā)光電傳感器時(shí)，營(yíng)養(yǎng)土輸送帶接收信號(hào)開始運(yùn)送營(yíng)養(yǎng)土通過(guò)導(dǎo)土板準(zhǔn)確進(jìn)入穴盤內(nèi)。填土箱底部設(shè)有調(diào)節(jié)匣門，以防填土過(guò)多堆積在主輸送帶上，影響穴盤前移。填土完成后穴盤移至刮土機(jī)構(gòu)下，通過(guò)一個(gè)帶有橡膠毛刷的刮平滾筒，刮平滾筒依靠移動(dòng)穴盤的帶動(dòng)而滾動(dòng)將穴盤表面多余的營(yíng)養(yǎng)土刮平。穴盤繼續(xù)前移進(jìn)入密實(shí)機(jī)構(gòu)下時(shí)觸發(fā)光電傳感器，通過(guò)電磁控制的密實(shí)夯錘及時(shí)快速地上下運(yùn)動(dòng)，將營(yíng)養(yǎng)土密實(shí)并打好種洞，為下一道播種工序做好準(zhǔn)備。

2關(guān)鍵部件參數(shù)設(shè)計(jì)

2.1聯(lián)動(dòng)撥土滾輪的設(shè)計(jì)營(yíng)養(yǎng)土堆積在填土箱中，由于潮濕基質(zhì)之間的吸力，營(yíng)養(yǎng)土難以自行順暢下落，為使填土箱中的營(yíng)養(yǎng)土能順利落在營(yíng)養(yǎng)土輸送帶上，在填土箱中設(shè)置3個(gè)相同的平行聯(lián)動(dòng)撥土滾輪。如圖2所示，滾輪間通過(guò)長(zhǎng)桿件鉸接，在最右側(cè)的滾輪上焊有小鏈輪，動(dòng)力通過(guò)鏈傳動(dòng)帶動(dòng)撥土滾輪進(jìn)行撥土作業(yè)，單個(gè)撥土滾輪的尺寸配合填土箱的容積來(lái)設(shè)計(jì)，其基本參數(shù)如下：齒頂圓直徑250 mm；齒寬80 mm；各滾輪間距60 mm；軸徑40 mm；桿長(zhǎng)495 mm；滾輪速度80 r/min；材料為鑄鋼。

2.2刮平和夯實(shí)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 填土后的穴盤表面因存留營(yíng)養(yǎng)土不平整，高出穴盤不一，不利于后續(xù)播種作業(yè)，需要加入一道刮平工序。該裝置采用帶有清掃滾筒的刮土機(jī)構(gòu)將穴盤表面多余的營(yíng)養(yǎng)土刮平，滾筒規(guī)格參數(shù)根據(jù)穴盤的尺寸來(lái)選擇。該滾筒上布有左右雙螺旋的塑料滾針，無(wú)需動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，依靠穴盤的前移帶動(dòng)而將穴盤表面多余的營(yíng)養(yǎng)土刮掉。刮土完畢后穴盤被送往下一道工序——密實(shí)。落在穴盤中的營(yíng)養(yǎng)土非常松軟，需要進(jìn)行密實(shí)并打好深度、大小、位置相同的種洞，便于精量播入種子。密實(shí)機(jī)構(gòu)是一組多錘頭的硬橡膠結(jié)構(gòu)，錘頭數(shù)與杯孔數(shù)相同，錘頭還可針對(duì)不同規(guī)格的穴盤進(jìn)行更換。該密實(shí)機(jī)構(gòu)通過(guò)電磁信號(hào)控制，控制動(dòng)作準(zhǔn)確無(wú)誤。

2.3機(jī)架的設(shè)計(jì)機(jī)架的作用是支撐和容納所有零部件的重量及尺寸，它的設(shè)計(jì)主要保證剛度、強(qiáng)度及穩(wěn)定性，且應(yīng)滿足以下要求：重量成本低、抗振性好、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理及熱變形小等。根據(jù)該裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選用重量輕、生產(chǎn)周期短、施工方便、結(jié)構(gòu)靈活的焊接機(jī)架，采用槽鋼或角鋼焊接，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖3所示。

3動(dòng)力及傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

動(dòng)力及傳動(dòng)系統(tǒng)部分位于機(jī)架下方，包括電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、電磁離合器、制動(dòng)器、減速器等。電動(dòng)機(jī)根據(jù)填土過(guò)程所需的總功率來(lái)選用，電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器接電磁離合器，當(dāng)穴盤隨主輸送帶進(jìn)入光電傳感器下方時(shí)，傳感器發(fā)出電磁信號(hào)，通過(guò)電信號(hào)控制離合器接通電機(jī)軸，可以實(shí)現(xiàn)按需啟動(dòng)電機(jī)。離合器后再接制動(dòng)器，制動(dòng)器的作用是當(dāng)穴盤離開填土箱后及時(shí)制動(dòng)撥土滾輪和營(yíng)養(yǎng)土輸送帶，防止填土過(guò)多。其后再接圓錐齒輪減速器，減速器動(dòng)力分成2個(gè)部分：一部分通過(guò)V帶輪傳輸動(dòng)力至營(yíng)養(yǎng)土輸送帶，另一部分通過(guò)鏈傳動(dòng)將動(dòng)力傳給聯(lián)動(dòng)撥土滾輪，帶動(dòng)滾輪撥動(dòng)營(yíng)養(yǎng)土。2個(gè)部分動(dòng)力是同時(shí)傳送的，當(dāng)穴盤離開填土箱后，電機(jī)停轉(zhuǎn)，制動(dòng)器準(zhǔn)時(shí)制動(dòng)。各部件設(shè)計(jì)參數(shù)選擇如下：電動(dòng)機(jī)為Y132M16三相異步電動(dòng)機(jī)（P=4 kW）；聯(lián)軸器為L(zhǎng)HZ4型帶制動(dòng)彈性柱銷聯(lián)軸器[7-8]（T=45.9 N·m）；電磁離合器為DLM5摩擦式電磁離合器；減速器為一級(jí)直齒錐齒輪，傳動(dòng)比i=2，Z1=25，Z2=50；營(yíng)養(yǎng)土輸送機(jī)為DTⅡ型固定式帶式輸送機(jī)[9]，功率為1.0 kW，帶寬為650 mm。

4結(jié)論與討論

該研究在對(duì)比常規(guī)育苗和工廠化育苗技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種工廠化育苗生產(chǎn)線填土裝置，該裝置集填土、刮土、密實(shí)3道工序于一體，使育苗生產(chǎn)線更集成化、高效化。對(duì)撥土滾輪、刮土機(jī)構(gòu)、密實(shí)機(jī)構(gòu)、機(jī)架及動(dòng)力系統(tǒng)部分進(jìn)行了參數(shù)設(shè)計(jì)，使工廠化育苗生產(chǎn)線填土裝置的各參數(shù)匹配合理。在保證機(jī)器性能要求的前提下使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單化，力求降低成本。填土整個(gè)過(guò)程采用光電傳感器進(jìn)行傳感控制，使主輸送機(jī)能順利物流，填土準(zhǔn)確均勻。

隨著能源問(wèn)題的突出及人們節(jié)能環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，社會(huì)對(duì)新型的低污染、低能耗、智能化的播種裝備需求會(huì)越來(lái)越明顯。伴隨著相關(guān)技術(shù)的成熟，工廠化育苗裝置將會(huì)成為育苗市場(chǎng)上的主打設(shè)備，應(yīng)用前景廣闊。

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