水稻育苗秧盤土混合攪拌機(jī)設(shè)計(jì)及驗(yàn)算

王福義

（遼寧省農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，沈陽(yáng) 110161）

近年來(lái)，水稻工廠化育苗技術(shù)取得重大發(fā)展，規(guī)?；痉N植成為主流經(jīng)營(yíng)模式。以往水稻育苗主要采用營(yíng)養(yǎng)土作為育苗介質(zhì)，隨著育苗量的擴(kuò)大，對(duì)自然土壤資源及周圍生態(tài)環(huán)境造成了一定的負(fù)面影響。為此，科研人員不斷探索營(yíng)養(yǎng)土的替代品。為達(dá)到理想效果，秧盤土的各種成分必須科學(xué)配比并混拌均勻，使其具有合理的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)和生物性質(zhì)。為解決此問(wèn)題，遼寧省農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所研制了YHB-10型水稻育秧營(yíng)養(yǎng)土機(jī)械化配制成套設(shè)備。

1 水稻育苗秧盤土混合攪拌機(jī)的設(shè)計(jì)

YHB-10型水稻育秧營(yíng)養(yǎng)土機(jī)械化配制成套設(shè)備如圖1所示，其工作原理為：將不同原料分別裝入4臺(tái)上料機(jī)，通過(guò)控制系統(tǒng)調(diào)整各上料機(jī)的出料量，形成合理的成分配比并落入輸送機(jī)；輸送機(jī)將配比好的物料送入攪拌混合機(jī)攪拌混合，秧盤土從攪拌混合機(jī)出料孔輸出。

圖1 YHB-10型水稻育秧營(yíng)養(yǎng)土機(jī)械化配制成套設(shè)備Figure 1 YHB-10 type rice seedling tray soil mechanization preparation complete equipment

1.1 設(shè)計(jì)思路

根據(jù)成套設(shè)備的工作原理，混合攪拌機(jī)需要連續(xù)工作，即物料進(jìn)入攪拌機(jī)混拌后直接由出料口排出。要求混合充分，攪拌均勻，生產(chǎn)效率達(dá)到10 t/h。

水稻育苗秧盤土屬于細(xì)顆粒散料，適用的攪拌機(jī)結(jié)構(gòu)形式較多。按工作方式，攪拌機(jī)可分為連續(xù)式和分批式；按結(jié)構(gòu)形式，攪拌機(jī)可分為立式和臥式；按工作部件，攪拌機(jī)可分為螺旋式、螺帶式、槳葉式、轉(zhuǎn)倉(cāng)式等。

根據(jù)成套設(shè)備的總體設(shè)計(jì)思路，確定采用連續(xù)式作業(yè)方式，即：輸送機(jī)將配比好的秧盤土連續(xù)送入攪拌機(jī)入口，通過(guò)雙螺旋攪龍混拌后，由出料口直接排出；被動(dòng)攪龍前端為上料口，由輸送機(jī)連續(xù)上料；主動(dòng)攪龍末端為出料口，混拌后的秧盤土自動(dòng)出料。

1.2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)成套設(shè)備設(shè)計(jì)要求，混合攪拌機(jī)為整個(gè)系統(tǒng)的末端設(shè)備。經(jīng)配料機(jī)組排出的物料由輸送機(jī)送入混合攪拌機(jī)入口，所以設(shè)備外形尺寸不宜過(guò)大。經(jīng)試驗(yàn)研究，確定主體采用箱體結(jié)構(gòu)，配置對(duì)向旋轉(zhuǎn)的雙攪龍，攪龍葉片升角70°，直徑150 mm；被動(dòng)攪龍前端為上料口，由輸送機(jī)連續(xù)上料；主動(dòng)攪龍末端為出料口，混拌后的秧盤土自動(dòng)排出。混合攪拌機(jī)結(jié)構(gòu)見圖2。

1.3 主要參數(shù)確定

1.3.1 攪龍轉(zhuǎn)速確定 在攪拌過(guò)程中，由于正反螺旋葉片的作用，物料被輸送、推移及翻滾作軸向運(yùn)動(dòng)，這主要與軸向速度有關(guān)。當(dāng)物料被推送到葉片邊緣處時(shí)，開始作圓周拋起運(yùn)動(dòng)，主要與螺旋葉片的圓周速度有關(guān)。攪龍工作示意圖見圖3。

由于物料與螺旋葉片表面的摩擦作用，物料始終在葉片上運(yùn)動(dòng)，因在所形成的空間螺旋線的法線方向上偏移而產(chǎn)生一個(gè)摩擦角，從而使物料均勻攪拌。要獲得理想的混拌效果，攪龍轉(zhuǎn)速應(yīng)nmin≤n≤nmax。其中：

式中：D為攪龍葉片直徑，取0.15 m；φ為螺旋升角，取 70°；ξ為摩擦系數(shù)，范圍為 0.14～0.16，取 0.15。

經(jīng)計(jì)算，nmin＝150 r/min，nmax＝243.5 r/min，因此確定攪龍轉(zhuǎn)速 n＝220 r/min。

圖2 混合攪拌機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖Figure 2 Structural diagram of mixing agitater

圖3 攪龍工作示意圖Figure 3 Operation schematic diagram of auger

1.3.2 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 受空間結(jié)構(gòu)限制，傳動(dòng)系統(tǒng)不能太復(fù)雜，因此采用皮帶傳動(dòng)，減速比i＝4。電動(dòng)機(jī)選用Y90L-6 型，功率 1.5 kW，輸出轉(zhuǎn)速 nd為 900 r/min。則攪龍實(shí)際工作轉(zhuǎn)速為：

實(shí)際轉(zhuǎn)速與設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速誤差為：

2 主要指標(biāo)驗(yàn)證

2.1 生產(chǎn)率（Q）驗(yàn)算

生產(chǎn)率計(jì)算公式為：

式中：γ 為秧盤土堆積密度，取 1.2 t/m3；β 為物料填充系數(shù)，取 0.3；D 為攪龍葉片直徑，取 0.15 m；nz為攪龍轉(zhuǎn)速，取 225 r/min；α 為摩擦角，取 24°；φ 為螺旋升角，取 70°。

將上述數(shù)值帶入式（3），得 Q＝12.25 t/h。

2.2 混合均勻度試驗(yàn)

采用成品秧盤土pH值檢測(cè)混合均勻度方法。具體如下：設(shè)備連續(xù)工作30 min，出料口處形成圓錐體料堆；在圓錐體底部按90°分布選取4點(diǎn)，圓錐體頂部取1點(diǎn)，各點(diǎn)采樣20 g，分別裝入量杯，并加入適量蒸餾水溶解，用pH測(cè)試儀檢測(cè)pH值。每個(gè)點(diǎn)測(cè)試3次，結(jié)果見表1和表2。

表1 pH值測(cè)試結(jié)果Table 1 Test result of pH value

表2 混合均勻度測(cè)試結(jié)果分析Table 2 Analysis of mixed uniformity test results

3 結(jié)論

為解決水稻育苗秧盤土配制過(guò)程中各營(yíng)養(yǎng)成分混合不均勻、效率低、用工量大、勞動(dòng)強(qiáng)度高等問(wèn)題，設(shè)計(jì)了專用的混合攪拌機(jī)。設(shè)備采用臥式雙螺旋攪龍結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，布局合理，可實(shí)現(xiàn)物料連續(xù)式攪拌混合作業(yè)。試驗(yàn)結(jié)果表明：作業(yè)后的水稻育苗營(yíng)養(yǎng)土混拌均勻，完全符合育苗要求，生產(chǎn)效率指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

［1］吳兆遷，史延輝.2RJB-080型育苗基質(zhì)攪拌機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算，林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備，2012（9）：32-34.

［2］中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院.農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［Z］.北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社，2007.

［3］王福義.水稻育秧基質(zhì)配料機(jī)組設(shè)計(jì)［J］.農(nóng)業(yè)科技與裝備，2016（5）：19-21.