董曉威，汪春，劉天祥

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)工程學(xué)院，大慶163319）

我國的水稻缽育栽植技術(shù)的研究取得了很大進(jìn)展[1]。目前，水稻植質(zhì)缽育栽植技術(shù)項(xiàng)目的研究已取得重大突破，攻破了眾多關(guān)鍵技術(shù)。秧盤物料混合攪拌的質(zhì)量直接影響秧盤成型后的性能，國內(nèi)外的攪拌設(shè)備根據(jù)用途種類較多，但是能夠適用于項(xiàng)目的攪拌質(zhì)量要求的幾乎沒有。前期使用通用型飼料攪拌設(shè)備，攪拌效果不佳，秧盤成型后性能不是很高。因此，研制一種用于植質(zhì)缽育秧盤物料的混合攪拌裝置，使秧盤物料攪拌后達(dá)到秧盤的壓制后性能要求。

1 秧盤物料特性分析

秧盤物料主要由稻草粉和營養(yǎng)配方添料組成。對其進(jìn)行的混合攪拌屬于固體混合，是將兩種或兩種以上不同性質(zhì)的粉粒體，在干燥狀態(tài)或加入少量液體的狀態(tài)下，在外力作用下進(jìn)行攪混，使之逐漸達(dá)到均一分布的操作，是不均勻度不斷減小的一種隨機(jī)過程[2]，其混合狀態(tài)如圖1。

圖1 中的黑白格子各表示一種物料成分。（b）圖中的混合狀態(tài)是難以達(dá)到的，實(shí)際混合過程總是無序、不規(guī)則排列的，它所能達(dá)到的最佳程度稱為隨機(jī)完全混合，即（c）圖所示。由于缽育秧盤組成物的性態(tài)特殊，經(jīng)過混合攪拌后，只有每一稻草粉桿莖都被水化后的配方營養(yǎng)添料包裹時，經(jīng)過缽育秧盤壓力機(jī)壓制后及相應(yīng)的干燥處理才能達(dá)到最大強(qiáng)度[3]。

2 秧盤物料的運(yùn)動分析

秧盤物料各組元在攪拌腔中的運(yùn)動形式比較復(fù)雜，通常分為對流、剪切和擴(kuò)散三類運(yùn)動[2]。而這三種運(yùn)動在秧盤物料實(shí)際混合攪拌中是比較復(fù)雜、也是綜合的，三種運(yùn)動同時進(jìn)行，不是獨(dú)立作用的。這樣的運(yùn)動才能使得稻草粉和配方營養(yǎng)添料實(shí)現(xiàn)相互作用，促進(jìn)配方營養(yǎng)添料的彌散分布，從而使秧盤物料達(dá)到宏觀上的理想均勻分布。

為了分析各運(yùn)動對秧盤物料的混合攪拌所起的作用，在攪拌容器內(nèi)建立空間笛卡爾坐標(biāo)系，具有X、Y、Z、A、B、C 六個坐標(biāo)，如圖 2 所示。

從運(yùn)動學(xué)上分析，在實(shí)際攪拌機(jī)設(shè)計(jì)上如果要保證六種運(yùn)動同時存在，那么機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)會相當(dāng)復(fù)雜而且難以實(shí)現(xiàn)，如果運(yùn)動過少，則不能保證攪拌質(zhì)量。所以，要使秧盤物料混合攪拌獲得較好的效果，在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，就應(yīng)讓秧盤物料所需的運(yùn)動在三維空間上的運(yùn)動狀態(tài)在形式上得到有機(jī)結(jié)合，使得秧盤物料的運(yùn)動形式增加和強(qiáng)化。

3 混合攪拌裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

機(jī)械混合攪拌設(shè)備由攪拌容器和攪拌器兩大部分組成。攪拌容器通常被稱作攪拌釜，攪拌器被稱作葉輪或槳葉，它是攪拌設(shè)備的核心部件[4]。

3.1 攪拌裝置的定型設(shè)計(jì)

為滿足生產(chǎn)實(shí)踐中的攪拌需要，結(jié)合本項(xiàng)目所用秧盤物料，通過查閱文獻(xiàn)[2]，項(xiàng)目組根據(jù)攪拌質(zhì)量要求，通過前面對物料性態(tài)和運(yùn)動學(xué)分析，結(jié)合實(shí)驗(yàn)過程中所獲得經(jīng)驗(yàn)，秧盤物料混合攪拌裝置確定采用螺帶式攪拌器，并將攪拌設(shè)備設(shè)計(jì)為單軸強(qiáng)制臥軸螺帶式攪拌裝置，基本結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

3.2 攪拌裝置的工作原理

螺帶混合攪拌機(jī)是利用機(jī)械力和重力等，將兩種或兩種以上物料均勻混合起來的機(jī)械。常用于黏性或有凝聚性的粉粒體的混合，也可以對低密度的細(xì)顆粒物料、纖維狀物料及糊狀物料進(jìn)行混合，此種混合攪拌機(jī)械性能優(yōu)越，可達(dá)到較高的混合度。在有噴液裝置的情況下，該裝置還可以向粉粒體中添加液體。

3.3 攪拌裝置的攪拌效果

從設(shè)備選型分析也可知，螺帶式攪拌裝置適用于秧盤物料的混合攪拌。但試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，攪拌后的秧盤物料不滿足秧盤的制造要求，出現(xiàn)“物料結(jié)團(tuán)”現(xiàn)象，而且較為嚴(yán)重，如圖4 所示。

3.4 攪拌裝置改進(jìn)后的攪拌效果

分析圖4 的物料形成原因，主要是稻草粉和配方營養(yǎng)添料加水后，經(jīng)過攪拌器攪拌后會形成一定體積的“粘連體”（草裹著營養(yǎng)配方添料，營養(yǎng)配方添料又裹著草如此往復(fù)，形如滾雪球一樣）。而這種物料是不能達(dá)到秧盤的壓制要求的，必須經(jīng)過處理，項(xiàng)目組經(jīng)過研究，在原有設(shè)備上進(jìn)行了改進(jìn)，增加對稱布置的旋轉(zhuǎn)飛刀[5]（如圖5 圈定區(qū)域所示），增強(qiáng)了物料運(yùn)動的不確定性，同時迫使物料“團(tuán)粒”被打碎成細(xì)小顆粒，從而使得秧盤物料滿足秧盤的制備要求，攪拌效果如圖6 所示。

4 結(jié)論

通過此試驗(yàn)樣機(jī)的研制，解決植質(zhì)缽育秧盤物料混合最關(guān)鍵的問題——物料結(jié)團(tuán)，使物料的結(jié)團(tuán)尺寸減小（不影響秧盤壓制質(zhì)量）甚至消除，同時盡量使攪拌低效區(qū)物料參與混合。從而實(shí)現(xiàn)在秧盤物料攪拌中達(dá)到最優(yōu)的攪拌質(zhì)量，以便于秧盤的壓制成型，使得推動水稻全程機(jī)械化的推廣更加順利，應(yīng)用反響較好。

［1］ 汪春.水稻植質(zhì)缽育乳苗機(jī)械栽植技術(shù)的研究［J］.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，15(2)：44-46.

［2］ 陳志平，章序文，林興華，等.攪拌與混合設(shè)備設(shè)計(jì)選用手冊［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

［3］ Ping-Kun Chang，Yaw-Nan Peng.Influence of mixing techniques on properties of high performance concrete［J］.Cement and Concrete Research，2001，31：55-57.

［4］ 王凱，虞軍.攪拌設(shè)備［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

［5］ 吳頤倫，馮捷.犁刀式混合機(jī)內(nèi)的物料混合過程［J］.消防技術(shù)與產(chǎn)品信息，2005(6)：91-93.