邵志威，陳 智，侯占峰，弭龍凱，仇 義，牛文彩，陳利杰

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，呼和浩特 010018)

0 引言

草原是我國(guó)重要的植被類(lèi)型之一，也是重要的可更新資源和草地畜牧業(yè)基地。在我國(guó)內(nèi)蒙古地區(qū)，當(dāng)?shù)啬撩襁^(guò)度放牧，導(dǎo)致草原退化嚴(yán)重。因此，人工保護(hù)草原，噴播種子很有必要。種子是植物成活的基礎(chǔ)，對(duì)種子的處理成為噴播前的重要準(zhǔn)備工作，設(shè)計(jì)一種適合輕小型牧草種子的丸?；聶C(jī)具有實(shí)用價(jià)值。

我國(guó)現(xiàn)有的牧草種子包衣機(jī)普遍存在丸化率低及多籽率高的缺點(diǎn)[1]，且目前大多數(shù)的種子包衣機(jī)不適合小粒牧草種子的包衣，有部分小粒種子的牧草包衣機(jī)，包衣率極其低下[2]，不適合包衣機(jī)的推廣應(yīng)用。所以，本設(shè)計(jì)增加了混料室和振動(dòng)力場(chǎng)，旨在提高牧草種子包衣的單籽率和丸化率。

種子丸?；窃诜N子包衣技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)適應(yīng)精細(xì)播種需要的農(nóng)業(yè)高新技術(shù)，是用特制的丸?；牧贤ㄟ^(guò)機(jī)械加工，制成表面光滑、大小均勻、顆粒增大的丸?；N子，以便人工與機(jī)械化精量播種技術(shù)進(jìn)行數(shù)量的掌握[3-5]。

1 總體結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 整體結(jié)構(gòu)

該機(jī)總體結(jié)構(gòu)包括機(jī)架、供料裝置、稱(chēng)重裝置、混料室、包衣裝置及除塵裝置等機(jī)構(gòu)，如圖1所示。

1.供液系統(tǒng) 2.除塵裝置 3.混料室 4.稱(chēng)重裝置 5.供種料斗 6.供粉料斗 7.控制面板 8.丸化裝置

1.2 工作原理

供料部分為丸粒化包衣機(jī)提供種子、粉料和粘合劑。為了實(shí)現(xiàn)精量供種，設(shè)計(jì)了稱(chēng)重供料機(jī)構(gòu)?；炝鲜铱梢詫?shí)現(xiàn)在種子未進(jìn)入丸化室前包裹一層粉料，大大提高丸化效率，又可以吹散粘在一起的種子，提高種子包衣的單籽率。種子出了混料室后進(jìn)入丸化包衣鍋，激振器將振動(dòng)力傳遞給鍋體，使種子在包衣鍋粉料內(nèi)蠕動(dòng)。振動(dòng)可以使粘結(jié)在種子上的粉料壓實(shí)，提高丸化種子的抗壓強(qiáng)度。除塵器可以清除包衣鍋內(nèi)被氣送漂浮在空中的粉塵。各系統(tǒng)連續(xù)工作，實(shí)現(xiàn)種子包衣機(jī)的丸化包衣。

1.3 主要技術(shù)參數(shù)

主要技術(shù)參數(shù)如下：

外形尺寸(長(zhǎng)×寬×高)/mm：1 200×650×1 300

丸化率/%：78

生產(chǎn)率/ t·h-1：0.000 6

破損率/%：8

種料比：1∶5

2 主要工作部件設(shè)計(jì)

2.1 丸化包衣鍋的設(shè)計(jì)

丸粒化包衣鍋構(gòu)成包衣機(jī)的主要部分，主要由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、傾角調(diào)整機(jī)構(gòu)、激振器和包衣鍋組成，如圖2所示。為了更好地傳遞振動(dòng)，把激振器安裝在驅(qū)動(dòng)電機(jī)和包衣鍋之間，減震裝置為倒置的減震彈簧，對(duì)激振器產(chǎn)生的激振力起緩沖作用。傾角調(diào)整機(jī)構(gòu)的電機(jī)減速器采用蝸輪蝸桿減速，可以對(duì)包衣鍋角度進(jìn)行自鎖，避免在工作時(shí)角度改變，影響丸化率。包衣鍋主要的工作參數(shù)如表1所示。利用ansys中的workbench軟件對(duì)機(jī)架進(jìn)行受力分析，機(jī)架主要受到包衣鍋整體重力的作用，對(duì)機(jī)架兩側(cè)施加重力作用，觀(guān)察材料的變形情況(見(jiàn)圖3)，可以發(fā)現(xiàn)機(jī)架所受到最大的力在機(jī)架的底部，且小于材料的許用應(yīng)力，機(jī)架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。

1.包衣鍋 2.激振器 3.驅(qū)動(dòng)電機(jī) 4.傾角調(diào)整機(jī)構(gòu) 5.機(jī)架

(a) 機(jī)架應(yīng)力分布圖

(b) 機(jī)架變形圖

項(xiàng)目單位設(shè)置包衣鍋轉(zhuǎn)速r/min45包衣鍋傾斜角度(°)45包衣鍋振動(dòng)頻率Hz30包衣鍋?zhàn)畲笾睆絤m400包衣鍋口徑mm200包衣鍋振動(dòng)加速度m/s29.1

2.2 混料室的設(shè)計(jì)

混料室如圖4所示。

1.撥盤(pán)步進(jìn)電機(jī) 2.稱(chēng)重盤(pán) 3.風(fēng)機(jī)扇葉 4.噴頭 5.混料室 6.風(fēng)機(jī)電機(jī)

種子從稱(chēng)重盤(pán)落下，當(dāng)種子落進(jìn)混料室時(shí)，風(fēng)機(jī)會(huì)吹著噴頭噴出的藥液粘附在種子表面(噴頭采用霧化噴頭)，由于種子比藥液要重，所以在混料室內(nèi)會(huì)與藥液充分地混合；包裹了藥液的種子被風(fēng)傳送到混料室的盡頭，此處，粉料由另一端開(kāi)口處下落，與種子混合，多余的粉料與包裹了一層粉料的種子一起從下端落進(jìn)丸化包衣鍋進(jìn)行丸化處理。

混料室滾筒直徑300mm，長(zhǎng)度500mm，可連續(xù)噴藥供粉?；炝鲜易龀膳P式，避免了傳統(tǒng)的立式滾筒噴藥時(shí)，藥液順滾筒內(nèi)壁滑進(jìn)包衣鍋內(nèi)，增加包衣無(wú)籽率。立式混料室設(shè)計(jì)中，種子由于自身重力在混料室內(nèi)時(shí)間較短，導(dǎo)致接觸藥液不充分，所以將混料室設(shè)計(jì)成橫置。

2.3 除塵器的設(shè)計(jì)

除塵分離器由3級(jí)分離器組成(分離器內(nèi)正壓輸送)，如圖5所示。含塵氣體由1處進(jìn)入分離器，進(jìn)口速度約為8m/s[6]，氣體遇擋板后，較大的粉塵及種子會(huì)在重力作用下下落，較小的粉塵微粒會(huì)進(jìn)到下一級(jí)分離器，粉塵進(jìn)入旋風(fēng)分離器2，可以分離5～10μm以上的微粒。設(shè)置第1級(jí)分離器的目的：把粉粒按粒徑分離開(kāi)，就可以設(shè)置合理的進(jìn)口氣速，恰好分離該粒徑的粉塵，氣速過(guò)小時(shí)分離效率不高；而氣速過(guò)高時(shí)，易產(chǎn)生渦流和返混現(xiàn)象。粉塵在A處導(dǎo)流旋起，在離心力的作用下，進(jìn)入倒錐型部分B，半徑越來(lái)越小，則旋轉(zhuǎn)速度逐漸增加，受到的離心力增大；到達(dá)底處，濃度大的氣體下沉，濃度小的氣體在渦流罩C的作用下上揚(yáng)(旋風(fēng)分離器內(nèi)的氣流以?xún)?nèi)旋旋轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)在錐底形成升力，如果下部密封不好，氣體會(huì)竄入容器內(nèi)使分離效果不好，所以設(shè)計(jì)渦流罩)，濃度大的氣體會(huì)有少量氣體進(jìn)入下一回流腔D；在這里氣體會(huì)擴(kuò)容降速釋放粉塵顆粒，濃度低的氣體會(huì)上起進(jìn)入下一布袋分離器，布袋分離器可以分離小于5μm的微粒(前兩級(jí)除塵，過(guò)濾較大粒徑，減輕布袋分離器負(fù)擔(dān)，否則，空氣比較潮濕，或者在粉塵與濾布之間、粉塵與粉塵之間粘結(jié)。因此，可以減少堵袋的可能性，大大提高除塵效率)；布袋掛在掛鉤E處，與出氣口有一定的距離供粉塵下落，粉塵粘結(jié)在布袋上，達(dá)到一定質(zhì)量后會(huì)下落到斜滑板上，由F口處排出，其余氣體則有G口處排出，G口處裝有農(nóng)藥過(guò)濾器(顆粒較小不會(huì)出現(xiàn)堵袋)。對(duì)除塵器進(jìn)口用fluent軟件進(jìn)行分析(見(jiàn)圖6)，可以看到氣固兩相流根據(jù)預(yù)設(shè)的軌道進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，隨即進(jìn)入離心力分離器，實(shí)現(xiàn)氣固的分離。

圖5 除塵分離器

(a) 氣體在分離器中的矢量圖

(b) 氣體在分離器中的云圖

3 樣機(jī)實(shí)驗(yàn)及分析

對(duì)該樣機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)分析，試驗(yàn)安排在室內(nèi)，該試驗(yàn)一共分為6組，保持包衣鍋轉(zhuǎn)速和包衣鍋傾斜角度不變，改變振動(dòng)強(qiáng)度做對(duì)照試驗(yàn)，得出具體數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 包衣丸化率對(duì)照試驗(yàn)

分析6組試驗(yàn)的丸化率、有籽率和單籽率的平均值，如圖7所示。

圖7 對(duì)照試驗(yàn)圖

本設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)：①對(duì)種子進(jìn)行預(yù)包衣處理，加入混料室，大大提高了包衣效率。②混料室內(nèi)對(duì)種子進(jìn)行風(fēng)送處理，吹散粘結(jié)在一塊的種子，大大提高了單籽率；混料室橫置，解決了無(wú)籽率高的問(wèn)題。③對(duì)丸化室加入振動(dòng)力場(chǎng)，使包衣種子抗壓強(qiáng)度提高，提高包衣丸化效率。

4 結(jié)論

1)針對(duì)牧草種子設(shè)計(jì)的這種輕小型牧草種子丸化包衣機(jī)大大提高了包衣效率，并以合理的結(jié)構(gòu)清除了粉塵、農(nóng)藥等對(duì)人體的危害。

2)通過(guò)6組振動(dòng)強(qiáng)度但因素對(duì)照試驗(yàn)，可以清晰地看出：合理加入振動(dòng)的牧草種子包衣機(jī)會(huì)大大提高種子丸化率。即振動(dòng)強(qiáng)度為21%時(shí)(振動(dòng)加速度約為9m/s2)，丸化率接近80%。