植質(zhì)缽育秧盤物料混合攪拌裝置的設計研究

董曉威，汪春，劉天祥

（黑龍江八一農(nóng)墾大學工程學院，大慶163319）

我國的水稻缽育栽植技術(shù)的研究取得了很大進展[1]。目前，水稻植質(zhì)缽育栽植技術(shù)項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)外的攪拌設備根據(jù)用途種類較多，但是能夠適用于項目的攪拌質(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，在外力作用下進行攪混，使之逐漸達到均一分布的操作，是不均勻度不斷減小的一種隨機過程[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)是難以達到的，實際混合過程總是無序、不規(guī)則排列的，它所能達到的最佳程度稱為隨機完全混合，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)過缽育秧盤壓力機壓制后及相應的干燥處理才能達到最大強度[3]。

2 秧盤物料的運動分析

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

為了分析各運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系，具有X、Y、Z、A、B、C 六個坐標，如圖 2 所示。

從運動學上分析，在實際攪拌機設計上如果要保證六種運動同時存在，那么機構(gòu)設計會相當復雜而且難以實現(xiàn)，如果運動過少，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，在實際的設計中，就應讓秧盤物料所需的運動在三維空間上的運動狀態(tài)在形式上得到有機結(jié)合，使得秧盤物料的運動形式增加和強化。

3 混合攪拌裝置的結(jié)構(gòu)設計

機械混合攪拌設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，它是攪拌設備的核心部件[4]。

3.1 攪拌裝置的定型設計

為滿足生產(chǎn)實踐中的攪拌需要，結(jié)合本項目所用秧盤物料，通過查閱文獻[2]，項目組根據(jù)攪拌質(zhì)量要求，通過前面對物料性態(tài)和運動學分析，結(jié)合實驗過程中所獲得經(jīng)驗，秧盤物料混合攪拌裝置確定采用螺帶式攪拌器，并將攪拌設備設計為單軸強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

螺帶混合攪拌機是利用機械力和重力等，將兩種或兩種以上物料均勻混合起來的機械。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顆粒物料、纖維狀物料及糊狀物料進行混合，此種混合攪拌機械性能優(yōu)越，可達到較高的混合度。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”現(xiàn)象，而且較為嚴重，如圖4 所示。

3.4 攪拌裝置改進后的攪拌效果

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，形如滾雪球一樣）。而這種物料是不能達到秧盤的壓制要求的，必須經(jīng)過處理，項目組經(jīng)過研究，在原有設備上進行了改進，增加對稱布置的旋轉(zhuǎn)飛刀[5]（如圖5 圈定區(qū)域所示），增強了物料運動的不確定性，同時迫使物料“團粒”被打碎成細小顆粒，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

通過此試驗樣機的研制，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，使物料的結(jié)團尺寸減小（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。從而實現(xiàn)在秧盤物料攪拌中達到最優(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械化的推廣更加順利，應用反響較好。

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

［2］ 陳志平，章序文，林興華，等.攪拌與混合設備設計選用手冊［M］.北京：化學工業(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.攪拌設備［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2003.

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