于海明，汪春，張偉，胡軍

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

水稻植質(zhì)缽育機(jī)械化生產(chǎn)技術(shù)包括秧盤(pán)的生產(chǎn)機(jī)械化、水稻育秧機(jī)械化、水稻插秧機(jī)械化和水稻收獲機(jī)械化，它改變了傳統(tǒng)水稻的生產(chǎn)方式，不僅實(shí)現(xiàn)了水稻生產(chǎn)的全程機(jī)械化，而且因?yàn)槠淅没厥盏霓r(nóng)作物秸稈（主要以稻草和稻殼為主）經(jīng)加工后制成植質(zhì)缽育秧盤(pán)[1]還能保護(hù)和改善土壤的生態(tài)環(huán)境[2]，提高水稻的產(chǎn)量，增加稻農(nóng)的收入[3]。在水稻機(jī)械化生產(chǎn)中，植質(zhì)缽育秧盤(pán)的機(jī)械化生產(chǎn)是水稻生產(chǎn)機(jī)械化作業(yè)的關(guān)鍵。黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)水稻植質(zhì)缽育栽植技術(shù)課題組經(jīng)過(guò)多年的試驗(yàn)研究，項(xiàng)目的研究已取得重大突破，攻破了眾多關(guān)鍵技術(shù)[4]。成功解決了秧盤(pán)生產(chǎn)的全程機(jī)械化問(wèn)題[5]。在秧盤(pán)生產(chǎn)機(jī)械化中，干燥環(huán)節(jié)是秧盤(pán)生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而秧盤(pán)的運(yùn)輸及進(jìn)出干燥室是保證秧盤(pán)干燥質(zhì)量及機(jī)械化生產(chǎn)的關(guān)鍵因素之一。

在實(shí)際生產(chǎn)中，秧盤(pán)在生產(chǎn)車(chē)間生產(chǎn)出來(lái)后經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的晾置，要把他們運(yùn)送到干燥窯里進(jìn)行干燥，由于秧盤(pán)生產(chǎn)車(chē)間與干燥窯距離比較遠(yuǎn)，用人工將秧盤(pán)放到干燥窯里，既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，影響工作效率，因此考慮用干燥車(chē)將秧盤(pán)運(yùn)送到干燥窯里；由于地面比較軟，干燥車(chē)與地面的阻力非常大，人力無(wú)法將干燥車(chē)推動(dòng)，考慮采用軌道運(yùn)輸?shù)男褪竭\(yùn)送秧盤(pán)；干燥窯封頭門(mén)的最低端與地面之間有一定的距離，用人工也無(wú)法將干燥車(chē)及秧盤(pán)抬到干燥窯里邊去，必須采用一套升降裝置將干燥車(chē)升高到與干燥窯內(nèi)的軌道平齊，才能使干燥車(chē)進(jìn)入到干燥窯內(nèi)。因此，系統(tǒng)主要由干燥車(chē)、軌道（包括干燥窯內(nèi)的軌道）和液壓升降車(chē)組成。主要根據(jù)上述要求，對(duì)蒸汽干燥裝置的進(jìn)出物料系統(tǒng)各個(gè)部分進(jìn)行了研究，為植質(zhì)缽育蒸汽秧盤(pán)干燥裝置的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)，為水稻機(jī)械化生產(chǎn)做出了重要的貢獻(xiàn)。

1 設(shè)計(jì)要求

（1）根據(jù)水稻秧盤(pán)的尺寸和干燥室空間的要求，每輛干燥車(chē)能夠滿足600 盤(pán)秧盤(pán)的的干燥；

（2）由于系統(tǒng)部分工作部件是在高溫高壓蒸汽環(huán)境中下工作，要求這部分能夠耐高溫及腐蝕；

（3）由于干燥對(duì)象的特殊性，要求放置秧盤(pán)的干燥平面在秧盤(pán)的作用下能夠保持表面水平，防止變形，影響干燥質(zhì)量，干燥平面的不平度小于0.5；

（4）要求系統(tǒng)能夠操作方便，簡(jiǎn)單、省力，能夠方便進(jìn)出干燥室。

2 干燥車(chē)的研究

干燥車(chē)由行走輪、把手、干燥車(chē)上表面、車(chē)架、止推軸承和滾子軸承組成，具體形狀見(jiàn)圖1。在干燥的過(guò)程中，秧盤(pán)和干燥車(chē)同時(shí)承受高溫高壓，如果車(chē)輪用橡膠車(chē)輪，在高溫高壓的環(huán)境里，車(chē)輪很容易老化變質(zhì)，影響其使用壽命，并且在干燥窯里邊也不好定位。因此行走輪考慮采用鋼制車(chē)輪，具體是由圓鋼柱車(chē)削而成，行走輪的直徑是100 mm，寬度是50 mm。在長(zhǎng)度方向上行走輪的中心距離為800 mm，在寬度方向上的行走輪的中心距離為600 mm；為了使干燥車(chē)能夠更好的推動(dòng)，并且能夠繞軌道彎曲行走，車(chē)輪能夠繞其縱軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。車(chē)架是由槽鋼焊接而成，槽鋼的型號(hào)為10 型，槽鋼的寬度為100 mm，高度為48 mm。為了使秧盤(pán)的間隙能夠充滿蒸汽，在秧盤(pán)車(chē)的上表面上用鉆鉆直徑為40 mm 的孔，使蒸汽能夠從底部沿孔上升，充滿整個(gè)空間。干燥車(chē)的上表面由厚度3 mm 的鋼板制成，并焊在車(chē)架上。

2.1 干燥車(chē)的長(zhǎng)度a、寬度c 的確定

根據(jù)秧盤(pán)的尺寸、秧盤(pán)在秧盤(pán)車(chē)上的擺放形式見(jiàn)圖2，a 和c 由公式1 和2 確定。

圖1 干燥車(chē)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Structure schematic diagram of dry vehicle

圖2 秧盤(pán)在干燥車(chē)上的布置型式Fig.2 Layout pattern of seedlings plate in the drying car

式中：n——秧盤(pán)的橫向擺放數(shù)量，取n=5；

z——秧盤(pán)的寬度，z=277 mm；

n1——秧盤(pán)的縱向擺放數(shù)量，n1=2；

e——秧盤(pán)的長(zhǎng)度，e=495 mm。

經(jīng)計(jì)算a=1 385 mm，取a=1 500 mm，c=990 mm，取c=1 000 mm。

2.2 干燥車(chē)的總體高度H 的確定

干燥車(chē)的高度在綜合考慮小車(chē)與秧盤(pán)的總高度和干燥窯殼體直徑的情況下，由公式3 確定。

式中：g——在干燥車(chē)和秧盤(pán)總高度的方向上的設(shè)計(jì)余量，取g=500 mm；

j——干燥車(chē)上最上邊的秧盤(pán)距離干燥窯內(nèi)壁最近的距離，見(jiàn)圖2，考慮到秧盤(pán)的厚度的不均勻性及能夠使干燥車(chē)方便的進(jìn)出干燥窯，取j=205 mm。經(jīng)計(jì)算H=295 mm。

2.3 干燥車(chē)的上表面鋼板變形計(jì)算

由于濕秧盤(pán)強(qiáng)度小，如果秧盤(pán)車(chē)的上邊面變形較大或者在秧盤(pán)的作用下，產(chǎn)生較大的撓曲變形，將使秧盤(pán)發(fā)生彎曲變形，當(dāng)變形較大時(shí)，將造成秧盤(pán)斷裂，從而影響干燥的質(zhì)量，因此將對(duì)干燥車(chē)的上表面進(jìn)行撓度校核。鋼板的撓度由公式4 確定[6]。

式中：q——均布載荷，N/mm，在干燥車(chē)的寬度方向上，每行擺放2 塊秧盤(pán)，見(jiàn)圖2，共60 層，每塊秧盤(pán)的重量為2.2 kg，則q=120×2.2×9.8÷1 000=2.587 2 N/mm；

l——秧盤(pán)車(chē)得長(zhǎng)度，mm，l=1 000 mm；

E——鋼板的彈性模量，Gpa，E=210 Gpa；

I——截面的軸慣性矩，m4，I=hc3/12，c 是干燥車(chē)的寬度，mm，c=1 000 m，h 是鋼板的厚度，h=3 mm，I=250 000 000 mm4；

［f］——許用撓度，mm，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，［f］=0.5 mm。

將參數(shù)代入公式4 得，f=ql4/192EI=0.256 mm，滿足設(shè)計(jì)要求。

3 軌道及液壓升降車(chē)的研究

3.1 軌道的研究

干燥裝置進(jìn)出物料的軌道包括三部分，一是路面上的軌道，二是干燥窯殼體內(nèi)的軌道，三是液壓升降車(chē)上的軌道。軌道由枕木、角鋼和槽鋼組成。在路面上的軌道，以枕木為路基，以角鋼為軌道，將角鋼固定在軌道上。在干燥窯殼體內(nèi)的軌道和液壓升降車(chē)上的軌道，則以槽鋼為軌基，以角鋼為軌道，角鋼焊在槽鋼的槽內(nèi)，槽鋼再焊接在干燥窯殼體內(nèi)和液壓升降車(chē)的表面，具體型式見(jiàn)圖3 和圖4。槽鋼采用10 號(hào)槽鋼，角鋼采用5 號(hào)角鋼，角鋼的厚度為4 mm。

圖3 地面及升降車(chē)上軌道Fig.3 Track of ground and lift the car

圖4 干燥窯殼體內(nèi)軌道Fig.4 Track of inside dryer shell

3.2 液壓升降車(chē)結(jié)構(gòu)及參數(shù)的確定

液壓升降車(chē)由液壓系統(tǒng)（液壓油缸和液壓馬達(dá)）、行程導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、車(chē)架和軌道組成，具體型式見(jiàn)圖5。一車(chē)秧盤(pán)和秧盤(pán)車(chē)的重量大約1 500 kg，考慮到誤差及能滿足工人在其上邊作業(yè)的要求，液壓系統(tǒng)至少要能夠提供19 600 N 的力。為了保證升降車(chē)在升降過(guò)程中平穩(wěn)及防治損壞液壓油缸與車(chē)架的連接機(jī)構(gòu)，在液壓升降車(chē)上設(shè)計(jì)了行程導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。行程導(dǎo)向機(jī)構(gòu)由2 跟無(wú)縫鋼管組成，鋼管的規(guī)格為φ50 mm 和φ60 mm，壁厚都為3 mm。車(chē)架由10 號(hào)槽鋼和2 mm厚的鋼板焊接而成。為了保證軌道在橫向穩(wěn)定性，在兩根槽鋼軌基之間用2 跟方鋼相連接，并且都焊接在秧盤(pán)升降車(chē)的表面。

圖5 液壓升降車(chē)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖Fig.5 Structure diagram of hydraulic lift truck

4 結(jié)論與討論

系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，在建三江勝利農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行了實(shí)際生產(chǎn)檢驗(yàn)，基本上能夠滿足生產(chǎn)要求。但工作時(shí)，需要人力進(jìn)行推動(dòng)，每次運(yùn)輸秧盤(pán)，至少需要3～4人，比較浪費(fèi)人力和時(shí)間，因此在今后的研究中，將進(jìn)一步改進(jìn)系統(tǒng)，采用電力作為動(dòng)力來(lái)運(yùn)輸秧盤(pán)。

［1］陳恒高，汪春，張偉，等.水稻植質(zhì)缽育乳苗栽植機(jī)的研制［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2009，25（3）：88-92.

［2］張冬梅，汪春.水稻缽育機(jī)械化栽培技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)［J］.長(zhǎng)春理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，4（7）:175-176.

［3］汪春，張錫志，丁元賀，等.基于稻草制造缽育秧盤(pán)水稻栽植機(jī)的研究［J］.農(nóng)機(jī)化研究，2006（1）:109-112.

［4］董曉威，汪春，劉天祥，等.植質(zhì)缽育秧盤(pán)物料混合攪拌裝置的設(shè)計(jì)研究［J］.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，24（2）：20-22.

［5］于海明，汪春，張偉，等.水稻秧盤(pán)干燥裝置中干燥介質(zhì)供給系統(tǒng)的研究［J］.農(nóng)機(jī)化研究，2011（12）：20-23.

［6］單輝祖.材料力學(xué)［M］.北京：高等教育出版社，2009.