水稻植質(zhì)缽育秧盤蒸汽干燥裝置進(jìn)出物料系統(tǒng)的研究

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[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]。成功解決了秧盤生產(chǎn)的全程機(jī)械化問題[5]。在秧盤生產(chǎn)機(jī)械化中，干燥環(huán)節(jié)是秧盤生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而秧盤的運(yùn)輸及進(jìn)出干燥室是保證秧盤干燥質(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，秧盤在生產(chǎn)車間生產(chǎn)出來后經(jīng)過一段時(shí)間的晾置，要把他們運(yùn)送到干燥窯里進(jìn)行干燥，由于秧盤生產(chǎn)車間與干燥窯距離比較遠(yuǎn)，用人工將秧盤放到干燥窯里，既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，影響工作效率，因此考慮用干燥車將秧盤運(yùn)送到干燥窯里；由于地面比較軟，干燥車與地面的阻力非常大，人力無法將干燥車推動(dòng)，考慮采用軌道運(yùn)輸?shù)男褪竭\(yùn)送秧盤；干燥窯封頭門的最低端與地面之間有一定的距離，用人工也無法將干燥車及秧盤抬到干燥窯里邊去，必須采用一套升降裝置將干燥車升高到與干燥窯內(nèi)的軌道平齊，才能使干燥車進(jìn)入到干燥窯內(nèi)。因此，系統(tǒng)主要由干燥車、軌道（包括干燥窯內(nèi)的軌道）和液壓升降車組成。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)水稻秧盤的尺寸和干燥室空間的要求，每輛干燥車能夠滿足600 盤秧盤的的干燥；

（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，要求放置秧盤的干燥平面在秧盤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 干燥車的研究

干燥車由行走輪、把手、干燥車上表面、車架、止推軸承和滾子軸承組成，具體形狀見圖1。在干燥的過程中，秧盤和干燥車同時(shí)承受高溫高壓，如果車輪用橡膠車輪，在高溫高壓的環(huán)境里，車輪很容易老化變質(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輪，具體是由圓鋼柱車削而成，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；為了使干燥車能夠更好的推動(dòng)，并且能夠繞軌道彎曲行走，車輪能夠繞其縱軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。車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。為了使秧盤的間隙能夠充滿蒸汽，在秧盤車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。干燥車的上表面由厚度3 mm 的鋼板制成，并焊在車架上。

2.1 干燥車的長(zhǎng)度a、寬度c 的確定

根據(jù)秧盤的尺寸、秧盤在秧盤車上的擺放形式見圖2，a 和c 由公式1 和2 確定。

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

圖2 秧盤在干燥車上的布置型式Fig.2 Layout pattern of seedlings plate in the drying car

式中：n——秧盤的橫向擺放數(shù)量，取n=5；

z——秧盤的寬度，z=277 mm；

n1——秧盤的縱向擺放數(shù)量，n1=2；

e——秧盤的長(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 干燥車的總體高度H 的確定

干燥車的高度在綜合考慮小車與秧盤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——在干燥車和秧盤總高度的方向上的設(shè)計(jì)余量，取g=500 mm；

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

2.3 干燥車的上表面鋼板變形計(jì)算

由于濕秧盤強(qiáng)度小，如果秧盤車的上邊面變形較大或者在秧盤的作用下，產(chǎn)生較大的撓曲變形，將使秧盤發(fā)生彎曲變形，當(dāng)變形較大時(shí)，將造成秧盤斷裂，從而影響干燥的質(zhì)量，因此將對(duì)干燥車的上表面進(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，在干燥車的寬度方向上，每行擺放2 塊秧盤，見圖2，共60 層，每塊秧盤的重量為2.2 kg，則q=120×2.2×9.8÷1 000=2.587 2 N/mm；

l——秧盤車得長(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)和液壓升降車的表面，具體型式見圖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 液壓升降車結(jié)構(gòu)及參數(shù)的確定

液壓升降車由液壓系統(tǒng)（液壓油缸和液壓馬達(dá)）、行程導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、車架和軌道組成，具體型式見圖5。一車秧盤和秧盤車的重量大約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。為了保證升降車在升降過程中平穩(wěn)及防治損壞液壓油缸與車架的連接機(jī)構(gòu)，在液壓升降車上設(shè)計(jì)了行程導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。行程導(dǎo)向機(jī)構(gòu)由2 跟無縫鋼管組成，鋼管的規(guī)格為φ50 mm 和φ60 mm，壁厚都為3 mm。車架由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，并且都焊接在秧盤升降車的表面。

圖5 液壓升降車結(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，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)力來運(yùn)輸秧盤。

［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.