旋轉(zhuǎn)臺(tái)式營(yíng)養(yǎng)缽機(jī)的設(shè)計(jì)

尹業(yè)宏 孫金風(fēng) 余曉琴 陸文星

摘要：設(shè)計(jì)了一種旋轉(zhuǎn)臺(tái)式營(yíng)養(yǎng)缽機(jī)，該機(jī)采用多工位旋轉(zhuǎn)加工的方式，能夠連續(xù)完成營(yíng)養(yǎng)缽的鋪土、壓制、播種、覆土、推出的加工，生產(chǎn)效率達(dá)３ ６００個(gè)／ｈ，其結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小。設(shè)計(jì)中采用Ｐｒｏ／Ｅ軟件，對(duì)營(yíng)養(yǎng)缽機(jī)進(jìn)行了三維建模和運(yùn)動(dòng)仿真，在此基礎(chǔ)上完成了制缽機(jī)的全套加工圖設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：營(yíng)養(yǎng)缽；旋轉(zhuǎn)臺(tái)式；三維建模

中圖分類號(hào)：Ｓ２２３．１＋１文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Ａ文章編號(hào)：0439－８114（２０12）03－0598-04

The Design of the Rotary Table Nutrition Bowl Machine

ＹＩＮ Ｙｅ－ｈｏｎｇ，ＳＵＮ Ｊｉｎ－ｆｅｎｇ，ＹＵ Ｘｉａｏ－ｑｉｎ，ＬＵ Ｗｅｎ－ｘｉｎｇ

（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｈｕｂｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｗｕｈａｎ ４３００６８， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： A new ｎｕｔｒｉｔｉｏｎ ｂｏｗｌ ｍａｃｈｉｎｅ ｗｉｔｈ ｒｏｔａｒｙ ｔａｂｌｅ ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ． Ｔｈｅ ｍａｃｈｉｎｅ ｗｏｒｋｓ ｂｙ ｔｈｅ ｍｕｌｔｉ－ｓｔａｔｉｏｎ ｒｏｔａｒｙ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ， ｗｈｉｃｈ ｃｏｕｌｄ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｅｘｅｃｕｔｅ ｓｐｒｅａｄｉｎｇ ｓｏｉｌ， ｓｑｕｅｅｚｉｎｇ ｓｏｉｌ， ｓｏｗｉｎｇ， ｃｏｖｅｒｉｎｇ ｓｏｉｌ， ａｎｄ ｐｕｓｈｉｎｇ ｏｕｔ ｔｈｅ ｓｅｅｄ ｎｕｔｒｉｔｉｏｎ ｂｏｗｌ． Ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｃｈｉｅｖｅｓ ３ ６００ ｐｅｒ ｈｏｕｒ． Ｍｏｒｅｏｖｅｒ， ｔｈｅ ｍａｃｈｉｎｅ ａｌｓｏ ｈａｓ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅ ｏｆ ｓｍａｌｌ ｏｃｃｕｐｉｅｄ ａｒｅａ ａｎｄ ｃｏｍｐａｃｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ． Ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ， ｔｈｅ Ｐｒｏ／Ｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｍａｋｅ ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｍｏｔｉｏｎ ｆｏｒ ｎｕｔｒｉｔｉｏｎ ｂｏｗｌ ｍａｃｈｉｎｅ． Ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ａｂｏｖｅ， ａｌｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎｓ ｏｆ ｎｕｔｒｉｔｉｏｎ ｂｏｗｌ ｍａｃｈｉｎｅ ｈａd ｂｅｅｎ ａｃｃｏｍｐｌｉｓｈｅｄ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｎｕｔｒｉｔｉｏｎ ｂｏｗｌ； ｒｏｔａｒｙ ｔａｂｌｅ； ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｍｏｄｅｌ

我國(guó)在機(jī)械制缽機(jī)方面做了很多研究，至今已研制出多種型號(hào)的制缽機(jī)。首先引進(jìn)國(guó)外的機(jī)械化育苗生產(chǎn)線，主要以生產(chǎn)蔬菜苗缽為主，可以實(shí)現(xiàn)缽?fù)林苽?、缽體成型、打坑、精密播種及覆土等工藝的機(jī)械化，生產(chǎn)效率和機(jī)械化程度高，但是價(jià)格不菲，普通種植戶無(wú)力承受；后來(lái)國(guó)內(nèi)多家科研單位相繼研制出了多種制缽機(jī)，如２ＺＢＪ－５０型制缽機(jī)，主要滿足玉米、棉花等經(jīng)濟(jì)作物，制缽過(guò)程雖能半機(jī)械化操作，但它采用的是直線式的結(jié)構(gòu)，占地面積較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，模板需要及時(shí)回收，且只適應(yīng)于大中型工廠的生產(chǎn)制缽；ＹＢ５０－Ⅰ型制缽機(jī)雖體積小重量輕，便于在田間作業(yè)，但該機(jī)只能制造缽體，不能實(shí)現(xiàn)精密播種，給工廠化育苗帶來(lái)困難。在農(nóng)村也有相應(yīng)的制缽工具，但是主要依賴人工操作，生產(chǎn)效率低［１－５］。

針對(duì)上述制缽機(jī)的缺點(diǎn)，從我國(guó)的實(shí)際情況出發(fā)，設(shè)計(jì)了一種適應(yīng)于一般農(nóng)戶使用的營(yíng)養(yǎng)缽機(jī)，該機(jī)能一次性完成缽苗的鋪土、壓制（打種坑）、播種、覆土及推出工作，結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小。

１主要工作部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有制缽機(jī)的結(jié)構(gòu)分析及各自制缽工藝和工序的優(yōu)缺點(diǎn)比較，從能否滿足作物育苗的農(nóng)藝要求、實(shí)現(xiàn)機(jī)械化制缽及工廠化育秧這三方面出發(fā)，確定了營(yíng)養(yǎng)缽機(jī)制缽的工藝流程圖（圖１）。制缽機(jī)采用多工位旋轉(zhuǎn)加工的旋轉(zhuǎn)臺(tái)式的總體結(jié)構(gòu)方案，即在旋轉(zhuǎn)臺(tái)的周邊，按制缽的工藝流程要求設(shè)計(jì)５個(gè)工作裝置，旋轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)一周即可完成缽體的制作。制缽機(jī)主要由工作臺(tái)、鋪土裝置、壓制（打種坑）裝置、播種裝置、覆土裝置、推出裝置等構(gòu)成。

１．１工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

工作臺(tái)由轉(zhuǎn)盤、機(jī)架、動(dòng)力裝置等構(gòu)成，具體見(jiàn)圖２。轉(zhuǎn)盤周邊均勻開(kāi)有6個(gè)安裝營(yíng)養(yǎng)缽型腔模的孔，型腔與工作臺(tái)采用沉頭螺釘固連，這種設(shè)計(jì)有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一是視生產(chǎn)需要可更換不同規(guī)格的營(yíng)養(yǎng)缽型腔模，二是型腔模磨損后便于更換。機(jī)架是安裝主軸、工作裝置和動(dòng)力裝置的基礎(chǔ)，應(yīng)具有一定的強(qiáng)度和剛度，且重量應(yīng)輕，可采用型材（矩形焊接鋼管）焊接而成。

動(dòng)力裝置由自帶離合器的減速電機(jī)、凸輪分割器等構(gòu)成。電機(jī)的輸出軸與凸輪分割器的輸入軸間采用同步帶連接，凸輪分割器的輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器與主軸的下端連接，主軸的上端與轉(zhuǎn)盤用螺栓固連。

轉(zhuǎn)盤由凸輪分割器帶動(dòng)做每６０°的等分間歇式旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，每次間歇時(shí)間為２／３ ｓ，在間歇２／３ ｓ的時(shí)間內(nèi)，各工位裝置完成其相應(yīng)的動(dòng)作。設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為１０ ｒ／ｍｉｎ，則本次設(shè)計(jì)的營(yíng)養(yǎng)缽機(jī)的產(chǎn)能為３ ６００個(gè)／ｈ，并且都是經(jīng)過(guò)精密播種了的，只需要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的培養(yǎng)，就可以直接投放田間。

１．２鋪土和覆土裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

鋪土裝置和覆土裝置有相同的結(jié)構(gòu)，都是由刮板、攪拌軸、減速電機(jī)、料箱和支架等構(gòu)成（圖３）。攪拌軸的中部通過(guò)軸承安裝在料箱上，軸的下部與刮板用螺栓固連，軸的上部通過(guò)連接套與減速電機(jī)的輸出軸相連。鋪土和覆土兩裝置又是通過(guò)支架固定在工作臺(tái)的機(jī)架上。

鋪土和覆土性能的好壞是制缽機(jī)的關(guān)鍵，將鋪土和覆土裝置的刮板側(cè)面設(shè)計(jì)成與轉(zhuǎn)盤的上面傾斜４５°夾角，并讓刮板的底部與轉(zhuǎn)盤的上面始終保持著接觸，這種設(shè)計(jì)有利于裝置將料土壓入型腔模中；由于兩裝置電機(jī)的速度可分別調(diào)整，加之?dāng)嚢栎S的旋轉(zhuǎn)方向和轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)方向相反，從而加快了向型腔模中填土的頻次，進(jìn)一步保證了缽體的制作質(zhì)量。

１．３精量播種裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

精量播種裝置由外殼體、播種盤、支撐架、帶輪等構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)如圖４所示。該裝置的動(dòng)力采用兩等徑帶輪，通過(guò)同步帶直接取自轉(zhuǎn)盤主軸，也是每６０°做等分間歇式旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在播種盤周圈上均勻分布6個(gè)種孔，種孔的大小剛好能容納２～４粒種子（根據(jù)不同大小的種子來(lái)設(shè)計(jì)該孔的大?。?，在外殼體的底部正對(duì)型腔模的中部位置處也開(kāi)有孔，每次當(dāng)播種器上盛滿種子的種孔運(yùn)行到此處時(shí)，種子就會(huì)落入到型腔模中。播種盤上方設(shè)有擋板，擋板固定在外殼體上，將播種盤的上部空間分成了左右兩個(gè)腔，右腔裝有種子，每當(dāng)播種盤上空著的種孔從左腔旋轉(zhuǎn)進(jìn)入腔時(shí)，種子就會(huì)落入其中；當(dāng)盛滿種子的種孔即將要旋轉(zhuǎn)出右腔時(shí)，擋板上的橡膠板會(huì)將多余的種子攔下，由于橡膠板有柔韌性，故不會(huì)損傷種子。

１．４壓料和推出裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

壓料（打種坑）裝置和推出裝置也有相同的結(jié)構(gòu)，由氣缸固定支架、限位板、沖頭、氣缸、螺母、螺栓、支撐板等構(gòu)成，如圖５所示。氣缸直接安裝在支座上，為保證每個(gè)營(yíng)養(yǎng)缽尺寸的一致，在氣缸底部設(shè)計(jì)有一塊限位板來(lái)限制氣缸的沖壓距離，限位板的調(diào)節(jié)是依靠螺柱上的兩個(gè)螺母來(lái)鎖定，通過(guò)調(diào)節(jié)限位板的上下可以改變氣缸的沖壓行程。沖頭部分和活塞桿采用螺紋連接和螺母鎖緊的結(jié)構(gòu)，沖頭磨損后可直接更換，當(dāng)型腔模的大小更換后，沖頭大小也需要作相應(yīng)的變動(dòng)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于維修和更換。

１．５控制部分的設(shè)計(jì)

各裝置的啟動(dòng)或停止由分割器上傳感器的信號(hào)以及離合器共同控制完成。當(dāng)分割器上傳感器檢測(cè)到分割器進(jìn)入間歇階段，氣缸開(kāi)始動(dòng)作，向下壓制原料；當(dāng)?shù)竭_(dá)限位位置后，氣缸進(jìn)行回程，若沖頭沒(méi)離開(kāi)型腔模，氣缸上的傳感器檢測(cè)不到信號(hào)，離合器則處于分離狀態(tài)，工作臺(tái)上的轉(zhuǎn)盤不動(dòng)；當(dāng)氣缸完全離開(kāi)型腔模后，傳感器檢測(cè)到信號(hào)后，離合器開(kāi)始結(jié)合，工作臺(tái)上的轉(zhuǎn)盤開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，如此往復(fù)循環(huán)的工作。控制部分的循環(huán)流程圖如６圖所示。

３Ｐｒｏ／Ｅ三維建模仿真設(shè)計(jì)

營(yíng)養(yǎng)缽制作機(jī)整臺(tái)設(shè)備的三維建模如７圖所示。三維運(yùn)動(dòng)仿真結(jié)果表明，該機(jī)能按工作要求實(shí)現(xiàn)制缽和精量播種，且結(jié)構(gòu)上無(wú)干澀問(wèn)題。

４小結(jié)

設(shè)計(jì)了一種旋轉(zhuǎn)臺(tái)式營(yíng)養(yǎng)缽機(jī)，其結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，生產(chǎn)效率高，是一種以機(jī)械代替手工制作營(yíng)養(yǎng)缽的高效制缽機(jī)。設(shè)計(jì)中采用Ｐｒｏ／Ｅ軟件，對(duì)營(yíng)養(yǎng)缽機(jī)進(jìn)行了三維建模和運(yùn)動(dòng)仿真，在此基礎(chǔ)上還完成了制缽機(jī)的全套加工圖設(shè)計(jì)，從而可避免因設(shè)計(jì)考慮不周，導(dǎo)致安裝空間不足和尺寸發(fā)生干澀等問(wèn)題，縮短了設(shè)計(jì)周期，提高了制缽機(jī)在投產(chǎn)前的可靠性，對(duì)今后農(nóng)機(jī)具的研制有一定的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)：

［１］ 趙荔娜． 機(jī)械化育苗制缽機(jī)的研究［Ｊ］．農(nóng)村牧區(qū)機(jī)械化，２０１０（５）：１９－２０．

［２］ 楊文珍，趙勻，李革，等． 播種制缽機(jī)的研究與展望［Ｊ］．農(nóng)機(jī)化研究，２００３（１）：５６－５７，６９．

［３］ 謝俊花，程改青，張飛． 營(yíng)養(yǎng)缽裝料機(jī)設(shè)計(jì)［Ｊ］．安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，２００８，３６（１２）：５２３５－５２３９．

［４］ 楊文珍，陸秋君，趙勻． 圓盤式精密播種制缽機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)［Ｊ］．浙江大學(xué)學(xué)報(bào)（農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版），２００５，３１（３）：３４６－３５０．

［５］ 尹國(guó)洪，閘建文，宋景玲，等． ２ＺＢＪ－５０機(jī)械化制缽機(jī)的研制［Ｊ］．農(nóng)機(jī)化研究，１９９８（３）：４２－４５．

收稿日期：２０１１－０７－１４

基金項(xiàng)目：湖北省教研項(xiàng)目（２０１０２２７）

作者簡(jiǎn)介：尹業(yè)宏（１９５７－），男，湖北武漢人，副教授，從事機(jī)械設(shè)計(jì)及其理論研究，（電話）０２７－８８４１６２７９（電子信箱）ｙｉｎｙｅｈｏｎｇ１＠１２６．ｃｏｍ。