水稻工厂化育苗播种线填土装置的设计研究

赵凤芹

摘 要：水稻育苗播种是将营养土装入不同规格、不同材料制成的容器中，播入种子而培育成秧苗。其中填土作为育苗生产线上第一道工序，在整个播种流程中显得尤为重要。为此设计一种育苗生产线上的填土装置，该装置集填土、刮土和密实三道工序于一体，通过光电控制、联动拨土滚轮和穴盘的准确相对运动来实现填土量的要求，以满足现代化育苗播种技术的需求。

关键词：水稻育苗播种；填土装置；设计研究

中图分类号：S223.13 文献标识码：A doi：10.14031/j.cnki.njwx.2016.07.005

水稻育苗播种是一项劳动强度大、费时、技术性强的工作。传统的育种方法通常是露天作业，包括人工整地、松土、开畦、播种、覆土、施肥等。然而这种育苗方式往往受人为因素或自然灾害的影响，使得育苗时间长、质量差、失误多，很难满足商业化的要求和持续推广。工厂化育苗与常规育苗方式相比，具有秧苗生长速度快、土地利用率高、工作量减少、节约种子、可全年育苗等优点。填土作为工厂化育苗生产线上的第一道工序，在整个工厂化育苗生产过程中非常重要。为此设计一种工厂化育苗生产线上的填土装置，以满足现代化播种技术的需求。

1 总体结构及工作过程

工厂化育苗生产线工艺流程如下：穴盘上机→填土→刮平→密实→压穴→播种→覆土→喷灌→穴盘下机。填土工艺作为播种装备的第一关，在整个育苗生产线上具有重要地位。该研究设计的填土装置包括填土、刮平、密实三道工序。

1.1 填土装置

包括动力和传动系统、穴盘主输送机、营养土输送机、电控箱、填土箱、联动拨土滚轮、刮土机构、密实机构、机架等。动力和传动系统位于机架下方，通过电机、联轴器、减速器、链条等带动营养土输送带和联动拨土滚轮运转，实现速度和拨土量的调节。总体技术指标如下：整机外形尺寸（长×宽×高）2400 mm×1400 mm×1800 mm；填土生产率为400盘/h；穴盘参数为标准50穴，尺寸为540 mm×280 mm×115 mm，底部排水孔直径10 mm；幅宽为650 mm；填土箱容积为0.1 m3。

1.2 工作过程

填土箱中的营养土在联动拨土滚轮的带动下，掉落在营养土输送带上。当主输送带传送穴盘至填土装置前触发光电传感器时，营养土输送带接收信号开始运送营养土，通过导土板准确进入穴盘内。填土箱底部设有调节匣门，以防填土过多堆积在主输送带上，影响穴盘前移。填土完成后，穴盘移至刮土机构下，通过一个带有橡胶毛刷的刮平滚筒，刮平滚筒依靠移动穴盘的带动而滚动，将穴盘表面多余的营养土刮平。穴盘继续前移进入密实机构下的触发光电传感器，通过电磁控制的密实夯锤及时快速的上下运动，将营养土密实并打好种洞，为下一道播种工序做好准备。

2 关键部件参数设计

2.1 联动拨土滚轮的设计

营养土堆积在填土箱中，由于潮湿土质之间的吸力增大，营养土难以自行顺畅下落，为使填土箱中的营养土能顺利落在营养土输送带上，在填土箱中设置3个相同的平行联动拨土滚轮。滚轮间通过长杆件铰接，在最右侧的滚轮上焊有小链轮，动力通过链传动带动拨土滚轮进行拨土作业，单个拨土滚轮的尺寸配合填土箱的容积来设计，其基本参数如下：齿顶圆直径Φ250 mm；齿宽80 mm；各滚轮间距60 mm；轴颈Φ40 mm；杆长495 mm；滚轮速度80 r/min；材料为铸钢。

2.2 刮平和夯实机构设计

填土后的穴盘表面因存留营养土不平整，高出穴盘不一，不利于后续播种作业，需要加入一道刮平工序。该装置采用带有清扫滚筒的刮土机构，将穴盘表面多余的营养土刮平，滚筒规格参数根据穴盘的尺寸来选择。该滚筒上部有左右双螺旋的塑料滚针，无需动力驱动，依靠穴盘的前移带动而将穴盘表面多余的营养土刮掉。刮土完毕后穴盘被送往下一道工序—密实。落在穴盘中的营养土非常松软，需要进行密实并打好深度、大小、位置相同的种洞，便于精量播入种子。密实机构是一组多锤头的硬橡胶结构，锤头数与杯孔数相同，锤头还可针对不同规格的穴盘进行更换。该密实机构通过电磁信号控制，控制动作准确无误。

2.3 机架的设计

机架的作用是支撑和容纳所有零部件的重量及尺寸，它的设计主要保证刚度、强度及稳定性，且应满足以下要求：重量成本低、抗振性好、结构设计合理及热变形小等。根据该装置的结构特点，选用重量轻、生产周期短、施工方便、结构灵活的焊接机架，采用槽钢或角钢焊接。

3 动力及传动系统的设计

动力及传动系统部分位于机架下方，包括电动机、联轴器、电磁离合器、制动器、减速器等。电动机根据填土过程所需的总功率来选用，电机通过联轴器接电磁离合器，当穴盘随主输送带进入光电传感器下方时，传感器发出电磁信号，通过电信号控制离合器接通电机轴，可以实现按需启动电机。离合器后再接制动器，制动器的作用是当穴盘离开填土箱后及时制动拨土滚轮和营养土输送带，防止填土过多。其后再接圆锥齿轮减速器，减速器动力分成两个部分：一部分通过V带轮传输动力至营养土输送带，另一部分通过链传动将动力传给联动拨土滚轮，带动滚轮拨动营养土。两个部分动力是同时传送的，当穴盘离开填土箱后，电机停转，制动器准时制动。各部件设计参数选择如下：电动机为Y132M16三相异步电动机（P=4 kW）；联轴器为LHZ4型带制动弹性柱销联轴器；电磁离合器为DLM5摩擦式电磁离合器；减速器为一级直齿锥齿轮，（传动比i=2）；营养土输送机为DTⅡ型固定式带式输送机（功率为1.0 kW，带宽为650 mm）。

4 结论

该研究在对比常规育苗和工厂化育苗技术优缺点的基础上，设计了一种工厂化育苗生产线填土装置。该装置集填土、刮土、密实三道工序于一体，使育苗生产线更集成化、高效化。对拨土滚轮、刮土机构、密实机构、机架及动力系统部分进行了参数设计，使工厂化育苗生产线填土装置的各参数匹配合理。在保证机器性能要求的前提下，使结构设计简单化，力求降低成本。填土整个过程采用光电传感器进行传感控制，使主输送机运转顺畅，填土准确均匀。

随着能源问题的突出及人们节能环保意识的增强，社会对新型的低污染、低能耗、智能化的播种装备需求会越来越高。伴随着相关技术的成熟，工厂化育苗装置将会成为育苗市场上的主打设备，应用前景广阔。