水稻碾壓式除芒機的設計及結構原理

孫振雨

(黑龍江省農(nóng)業(yè)機械工程科學研究院 牡丹江分院，黑龍江 牡丹江 157011)

0 引言

水稻育秧播種機在播種時，所用的稻種必須進行除芒精選處理，對稻種進行精選處理可有效去除稻種中摻雜的雜質(zhì)和劣種，保證稻種質(zhì)量。經(jīng)過脫芒機除芒的稻種可滿足育秧播種機播種的農(nóng)業(yè)技術要求，有利于工廠化育秧作業(yè)。

目前水稻種子除芒機主要有摩擦式與打擊式兩種類型，這兩種方式的除芒機在除芒作業(yè)過程中對種子破壞較大，導致種子破損率較高，稻種浪費嚴重；現(xiàn)有水稻種子脫芒機體積較大，用種量較大；有些脫芒機結構復雜，容易藏種存芒，難于清理[1]。

針對以上問題，設計一種水稻碾壓式除芒機，該機設計小巧，適用于科研院所繁育基地等小區(qū)域小批量作業(yè)；具有破損率低、脫芒效率高、精選程度可調(diào)、無殘留易清理等優(yōu)點。

1 主要技術參數(shù)

外形尺寸(長×寬×高)：810 mm×310 mm×810 mm

電機型號：5 GN-7.5 K；

電機功率：120 W；

電壓：220 V；

轉速：180 r·min-1；

風機功率：120 W；

作業(yè)效率：0～50 kg·h-1；

破損率：≤3%；

精選方式：風選。

2 主要結構及工作原理

2.1 主要結構

水稻碾壓式除芒精選機主要結構如圖1所示，由風機、送風管、轉速控制臺、機架、支撐輥、罩殼、入料口、凸臺整理器、凹槽整理器、刮平板、碾壓輥、輸送皮帶、從動V帶輪、風選盒、收集盒、皮帶、主動V帶輪、減速電機等部分組成。

1.風機；2.送風管；3.轉速控制臺；4.機架；5.支撐輥；6.罩殼；7.入料口；8.凸臺整理器；9.凹槽整理器；10.刮平板；11.碾壓輥；12.輸送皮帶；13.從動V帶輪；14.風選盒；15.收集盒；16.皮帶；17.主動V帶輪；18.減速電機

2.2 工作原理

將待脫芒的稻種由入料口填入，稻種通過填料口落于輸送皮帶上。皮帶由安裝于減速電機的主動V帶輪驅(qū)動，利用皮帶將動力傳遞到從動V帶輪，從動V帶輪帶動支撐輥轉動，支撐輥支撐并帶動輸送皮帶向前運動，落于輸送皮帶的稻種隨之向前運動。稻種隨輸送皮帶運動至凸臺整理器位置時，由凸臺整理器進行稻種梳理，梳理后稻種隨輸送皮帶運送至凹槽整理器處，被凹槽整理器再次梳理，刮平板將位置高于輸送帶V型槽的稻種擋攔于刮平板前，落于輸送帶V型槽的稻種繼續(xù)前進至碾壓輥處。碾壓輥與輸送皮帶緊密接觸，形成摩擦驅(qū)動，碾壓輥通過接觸碾壓將輸送帶V型槽內(nèi)的稻種芒部折斷，完成稻種脫芒動作，如圖2所示。

圖2 稻種脫芒示意圖

脫芒后的稻種由輸送皮帶送到風選盒上方，隨后落入風選盒內(nèi)。風機提供的風力通過送風管送入風選盒內(nèi)，稻種中的斷芒、敗籽、麩皮、穎殼等雜質(zhì)被風力從風選盒排雜口中吹出，完成稻種精選工作，經(jīng)過脫芒風選后的稻種落入收集盒中，完成稻種除芒精選作業(yè)，如圖3所示。

圖3 稻種精選原理示意圖

入料口喂入量通過喂量調(diào)節(jié)板調(diào)節(jié)；精選程度通過風量調(diào)節(jié)板控制；輸送帶前進速度由轉速控制臺控制減速電機調(diào)節(jié)。

3 關鍵部件的設計

3.1 輸送帶的設計

輸送帶既是輸送部件也是脫芒部件，在運送稻種的同時要與碾壓輥配合使用完成脫芒作業(yè)。要求輸送帶材質(zhì)彈性好且結實耐磨，選擇順丁橡膠(BR)[2]材質(zhì)，該材質(zhì)優(yōu)點為彈性與耐磨性優(yōu)良，主要用于輪胎胎面和運輸帶。

參考東北農(nóng)業(yè)大學培育的東農(nóng)423、425、427、428稻種[3]，其平均三軸尺寸(長×寬×厚)為7.9 mm×3.8 mm×1.95 mm、8.1 mm×3.6 mm×1.9 mm、7.6 mm×4.0 mm×2.0 mm、8.1 mm×3.9 mm×1.8 mm。理想化稻種三軸尺寸為8.0 mm×4.0 mm×2.0 mm，根據(jù)稻種尺寸設計輸送帶如圖4所示。輸送帶使稻種完全置于凹槽內(nèi)，通過碾壓輥的碾壓完成折芒作業(yè)，完成折芒作業(yè)后其作為運送機構將稻種運送至風選盒處。

圖4 輸送帶截面示意圖

用該輸送帶作業(yè)，稻種無殘留，易清理。

3.2 碾壓輥的設計

碾壓輥為該機主要工作部件，材質(zhì)要求硬度好、輕便、耐磨，選取材質(zhì)為尼龍(1010)，該材質(zhì)具有優(yōu)良的減摩、耐磨性，有較好的剛性和力學強度。

碾壓輥尺寸如圖5所示，由尼龍(1010)棒材車削而成。

圖5 碾壓輥尺寸示意圖

除芒作業(yè)時碾壓輥與輸送帶配合使用，共同完成稻種的折芒動作，所以要求二者有較好的配合性，碾壓輥與輸送帶同步設計，使碾壓輥的凸臺與輸送帶的凹槽完全契合，更好完成除芒作業(yè)。

3.3 風選盒的設計

風選盒是該機具的重要工作部件，其可完成除雜、精選作業(yè)。脫芒后的稻種從風選盒入口進入，在下落過程中風機輸送的風由選盒右側入風口進入，對稻種進行吹拂。稻種中的斷芒、敗籽、麩皮、穎殼等雜質(zhì)在風吹動下從風選盒的排雜口排出，完成除雜作業(yè)；同時癟種、敗種、壞種、殘種等因其密度較小，也被風從排雜口吹出，顆粒飽滿、密度大的稻種則落入收集盒，完成精選作業(yè)。

稻種受力情況如圖6所示，風選盒右側風機給稻種以向左的吹拂力，稻種自身產(chǎn)生重力G，二力合成產(chǎn)生向左下方合力。

圖6 稻種受力示意圖

在重力、風力的共同作用下，稻種運動軌跡如圖7所示。

圖7 稻種下落軌跡示意圖

風選盒結構如圖8所示。風選盒的排雜口位置較入風口略低，給雜物等在風力作用下向左移動預留時間，在風機送風量不變的情況下，操縱風量調(diào)節(jié)板開合度調(diào)節(jié)除雜風力大小，控制稻種精選程度。

圖8 風選盒結構示意圖

當調(diào)節(jié)風力變大時，稻種自身重力保持不變，稻種所受合力變大；稻種縱向運動時間不變，橫向運動時間變短，在下落過程中只有密度較大的良種可避開排雜口，落入稻種收集盒。癟種、敗種、壞種、殘種等密度較小的次種會更大幾率從排雜口排出，精選效果好。

當調(diào)節(jié)風力變小時，稻種自身重力保持不變，稻種所受合力變小；稻種縱向運動時間不變，橫向運動時間變長，密度較小的次種停留時間長，有較大幾率避開排雜口落入收集盒，精選效果較差。

4 安裝方法

首先將機架至于平坦地面，且附近要有220 V電源；然后將風機、減速電機安裝固定于機架指定位置；將減速電機開關、轉速控制器安裝固定于轉速控制臺；將支撐輥穿過輸送皮帶，UC軸承座安裝于支撐輥軸端，將皮帶裝在主、從動V帶輪上，張緊V帶輪，將支撐輥的UC軸承座固定安裝于機架預留孔；將凸臺整理器、凹槽整理器、刮平板預先安裝于罩殼上；將罩殼放置于機架上，用螺栓穿過罩殼螺栓孔后固定安裝于機架預留孔，將罩殼固定在機架上；將碾壓輥通過罩殼預留的裝卸矩形孔送到指定位置，同時使碾壓輥和輸送皮帶正確、緊密接觸；碾壓輥軸端穿過端蓋，將碾壓輥用螺栓、端蓋固定安裝于機架上；將風選盒用螺栓固定安裝于機架一端；將送風管一端連接于風機，另一端連接于風選盒；將收集盒放置于風選盒下部，固定于機架底部指定位置；最后連接電源線，安裝完成。

5 稻種要求

含水量≤12%，無較大石塊等雜物。

6 結論

該機設計方案從現(xiàn)實除芒作業(yè)的實際需求出發(fā)，有較強的針對性和實用性，碾壓式除芒方式在除芒機設計中較為新穎。

該機整體設計合理可靠，整機及所有部件通過CAXA實體設計建模并檢測，運行順暢，無干涉現(xiàn)象。