謝 劍

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

0 引言

2021年黑龍江省目標(biāo)為確保糧食種植面積穩(wěn)定在1 433萬hm2以上，其中水稻要達(dá)到400萬hm2，而2017年黑龍江省水稻種植面積只有271.58萬hm2。隨著水稻種植面積的不斷增大，對苗床土的需求量也逐之增大。水稻苗床土是水稻旱育秧苗的生長基質(zhì)，要求床土松散、養(yǎng)分充足、呈酸性。最適合作為水稻苗床土的成分是草炭土和腐殖土，目前能夠達(dá)到這個標(biāo)準(zhǔn)的床土非常少，特別是長期種植水稻的地區(qū)優(yōu)質(zhì)的水稻苗床土更是難以取得。小型碎土機(jī)對很多大顆粒和土疙瘩都粉碎不了，而且效率低，為此研制9FM-700型高效多功能水稻苗床碎土機(jī)(以下簡稱碎土機(jī))能有效解決水稻育秧用土難的問題，工作效率高、碎土快、出土更細(xì)。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

隨著我國農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展，農(nóng)業(yè)的機(jī)械化程度越來越高。碎土機(jī)在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、果樹、蔬菜等采用苗床土育苗的領(lǐng)域相當(dāng)普及。目前，國內(nèi)土壤破碎機(jī)有江蘇鎮(zhèn)江振華機(jī)械生產(chǎn)的XTP-500型碎土機(jī)，適用于建筑及道路建設(shè)[1]；山東奧萊機(jī)械有限公司生產(chǎn)的多功能農(nóng)田土壤粉碎機(jī)，需要220 V 、15 kW電機(jī)帶動；濟(jì)寧凌深機(jī)械設(shè)備有限公司生產(chǎn)的ST-800型水稻苗床粉土機(jī)等[2]。國外農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展較早，歐美日韓等發(fā)達(dá)國家生產(chǎn)的碎土及篩土機(jī)械具有制造工藝精良、可靠性強(qiáng)、性能穩(wěn)定、價格適宜、噪聲相對較低等優(yōu)點(diǎn)。其中以加拿大全球機(jī)械服務(wù)有限公司生產(chǎn)的集碎土、篩選、配置、包裝于一體的水稻盤育秧用土處理機(jī)比較著名[3]。學(xué)習(xí)參考國外先進(jìn)碎土機(jī)，研究一種適合于我國機(jī)械化發(fā)展現(xiàn)狀的本土機(jī)械迫在眉睫。

2 總體方案與工作原理

2.1 總體方案

碎土機(jī)(圖1)主要由機(jī)架、車輪牽引架、變速箱總成、喂入土斗裝置、碎土部件、滾筒篩部件、風(fēng)機(jī)部件、輸送帶部件等組成。所有零部件在保證結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度的條件下，盡量減輕整機(jī)重量。

1.車輪牽引架；2.變速箱；3.碎土裝置；4.風(fēng)機(jī)；5.喂入斗裝置；6.滾筒篩；7.輸送帶裝置

2.2 工作原理

碎土機(jī)采用大型鏟車上土，將各種土塊倒入喂入斗，喂入斗中的抖動?xùn)虐鍖⑼炼讯端珊髲臇虐鍍蓚?cè)落入喂入螺旋攪攏，由攪攏輸送至碎土裝置進(jìn)行粉碎，粉碎后的土塊由連接斜板進(jìn)入滾筒篩篩選，篩選好的細(xì)土粒落到輸送帶上，雜質(zhì)從粗料口送出，最后篩選好的細(xì)土由輸送帶直接裝車或送入攪拌機(jī)與有機(jī)質(zhì)、肥料進(jìn)行深加工。確保土壤品質(zhì)達(dá)到各種類型苗床土的要求。

3 關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì)

3.1 機(jī)架

機(jī)架主要由矩形管、角鋼、槽鋼、鋼板等焊接而成，機(jī)架上方與喂入土斗連接，中心安裝滾筒篩部件，頭部安裝變速箱總成、碎土部件，下方安裝車輪牽引架、風(fēng)機(jī)、輸送帶部件等。

3.2 動力傳動系統(tǒng)

動力傳動系統(tǒng)(圖2)主要由變速箱、齒輪、鏈輪、皮帶輪等組成。拖拉機(jī)動力輸出軸轉(zhuǎn)速為n=720 r·min-1時，主要動力參數(shù)如下

1.攪攏大鏈輪Z7=59 齒；2.碎土大鏈輪Z9=28 齒；3.風(fēng)機(jī)大帶輪D1=169 mm；4.碎土小鏈輪Z10=18 齒；5.風(fēng)機(jī)小帶輪D2=62 mm；6.滾筒篩大鏈輪Z11=28 齒；7.滾筒篩小鏈輪Z12=13 齒；8.輸送帶小帶輪D3=100 mm；9.輸送帶大帶輪D4=188 mm；10.換擋大齒輪Z6=19 齒；11.換擋雙聯(lián)齒輪Z5=44 齒，Z4=47 齒；12.換擋小齒輪Z3=16 齒；13.輸出軸錐齒輪Z2=15 齒；14.輸入軸錐齒輪Z1=26 齒；15.攪攏小鏈輪Z8=12 齒

1)喂入土斗攪攏轉(zhuǎn)速

(1)

(2)

式中n1、n2—喂入土斗攪攏轉(zhuǎn)速，r·min-1；

Z3—換擋小齒輪齒數(shù)，齒；

Z4—換擋雙聯(lián)齒輪齒數(shù)，齒；

Z7—攪攏大鏈輪齒數(shù)，齒；

Z8—攪攏小鏈輪齒數(shù)，齒。

2)滾筒篩轉(zhuǎn)速

(3)

(4)

式中n3、n4—滾筒篩轉(zhuǎn)速，r·min-1；

Z5—換擋雙聯(lián)齒輪齒數(shù)，齒；

Z6—換擋大齒輪齒數(shù)，齒；

Z11—滾筒篩大鏈輪齒數(shù)，齒；

Z12—滾筒篩小鏈輪齒數(shù)，齒。

3)輸送帶轉(zhuǎn)速

(5)

式中n5—輸送帶轉(zhuǎn)速，r·min-1；

D3—輸送帶小帶輪直徑，mm；

D4—輸送帶大帶輪直徑，mm。

4)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速

(6)

式中n6—風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，r·min-1；

D1—風(fēng)機(jī)大帶輪直徑，mm；

D2—風(fēng)機(jī)小帶輪直徑，mm。

5)碎土裝置轉(zhuǎn)速

(7)

式中n7—碎土裝置轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速，r·min-1；

Z9—碎土大鏈輪齒數(shù)，齒；

Z10—碎土小鏈輪齒數(shù)，齒。

3.3 變速箱總成

變速箱(圖3)設(shè)計(jì)成二級變速，包含19齒對44齒及16齒對47齒2種傳動比，如果所選土壤黏度校大則選用低傳動比，土壤干燥容易粉碎則選擇高傳動比的擋位。變速箱外接鏈輪與部件的鏈輪連接滿足各部件的轉(zhuǎn)速需求。

1.箱體側(cè)連接管總成；2.26齒錐齒輪；3.16齒直齒輪(變位)；4.19齒直齒輪(變位)；5.動力輸入軸；6.擋雙聯(lián)齒輪(變位)；7.動力輸出掛擋軸

3.4 碎土裝置

碎土裝置(圖4)主要通過刀軸高速旋轉(zhuǎn)，使刀片不斷擊打土塊石塊，從而達(dá)到碎土目的。刀軸轉(zhuǎn)速為1 941.3 r·min-1，刀片用65Mn材料，耐磨。并采用調(diào)隙裝置，當(dāng)?shù)镀p后，調(diào)整刀片的位置縮小與襯板之間的間隙或調(diào)整襯板以縮小與刀片的距離，達(dá)到碎土效果。

1.球軸承P209；2.碎土片焊合；3.碎土軸；4.碎土片軸；5.雙聯(lián)鏈輪

3.5 滾筒篩

滾筒篩(圖5)采用大直徑慢轉(zhuǎn)速，且安裝時有一定傾斜角度，直徑設(shè)計(jì)成900 mm,轉(zhuǎn)速定位23 r·min-1，篩網(wǎng)孔徑為4 mm的小正方形。讓符合要求的土粒通過篩網(wǎng)落入輸送帶，粉碎不充分的過大土塊或者石塊向后端的粗料口運(yùn)動，由粗料口排出。

1.28齒單鏈輪；2.球軸承P208；3.滾筒軸焊合；4.滾筒焊合；5.PC208軸承

3.6 輸送帶裝置

輸送帶裝置頭部位于滾筒篩底部，篩選好的苗床土直接落在輸送帶上，輸送帶選用寬500 mm、厚7 mm、長6 340 mm的平膠帶，平膠帶上安裝角鋼可以起到刮土作用，將土直接成堆或者接入配套的攪拌機(jī)，將碎土與有機(jī)質(zhì)、肥料等攪拌成所需的各種育苗土。將輸送帶支撐架設(shè)計(jì)為可以折疊成2段的結(jié)構(gòu)，縮小整機(jī)結(jié)構(gòu)，方便運(yùn)輸。

4 樣機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

外形尺寸及動力參數(shù)見表1。

表1 技術(shù)參數(shù)表

5 結(jié)論與展望

碎土機(jī)經(jīng)過多次試驗(yàn)，碎土質(zhì)量符合農(nóng)藝要求，各項(xiàng)指標(biāo)都達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，該機(jī)機(jī)構(gòu)緊湊，運(yùn)行平穩(wěn)，作業(yè)效率高。但也存在一些不足和問題需要改進(jìn)和優(yōu)化：1)鏟車上土難免會有一些特大的土塊或者石塊進(jìn)入喂入斗，造成輸送攪攏的擁堵，需停機(jī)清理。2)滾筒篩傾斜角度的大小直接影響篩土質(zhì)量、效率和殘?jiān)乃统?。需通過多輪試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定最合適的傾斜角度。3)滾筒篩的篩網(wǎng)直徑大小，在不影響用土要求的前提下確定一個合理的最佳孔徑可提高出土率。

新型水稻苗床碎土機(jī)解決了育秧過程中用土難的問題，促進(jìn)了工程化育秧技術(shù)的發(fā)展，加快了我國水稻生產(chǎn)機(jī)械化的進(jìn)程。

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