水稻育苗秧盘土混合搅拌机设计及验算

王福义

（辽宁省农业机械化研究所，沈阳 110161）

近年来，水稻工厂化育苗技术取得重大发展，规模化水稻种植成为主流经营模式。以往水稻育苗主要采用营养土作为育苗介质，随着育苗量的扩大，对自然土壤资源及周围生态环境造成了一定的负面影响。为此，科研人员不断探索营养土的替代品。为达到理想效果，秧盘土的各种成分必须科学配比并混拌均匀，使其具有合理的物理性质、化学性质和生物性质。为解决此问题，辽宁省农业机械化研究所研制了YHB-10型水稻育秧营养土机械化配制成套设备。

1 水稻育苗秧盘土混合搅拌机的设计

YHB-10型水稻育秧营养土机械化配制成套设备如图1所示，其工作原理为：将不同原料分别装入4台上料机，通过控制系统调整各上料机的出料量，形成合理的成分配比并落入输送机；输送机将配比好的物料送入搅拌混合机搅拌混合，秧盘土从搅拌混合机出料孔输出。

图1 YHB-10型水稻育秧营养土机械化配制成套设备Figure 1 YHB-10 type rice seedling tray soil mechanization preparation complete equipment

1.1 设计思路

根据成套设备的工作原理，混合搅拌机需要连续工作，即物料进入搅拌机混拌后直接由出料口排出。要求混合充分，搅拌均匀，生产效率达到10 t/h。

水稻育苗秧盘土属于细颗粒散料，适用的搅拌机结构形式较多。按工作方式，搅拌机可分为连续式和分批式；按结构形式，搅拌机可分为立式和卧式；按工作部件，搅拌机可分为螺旋式、螺带式、桨叶式、转仓式等。

根据成套设备的总体设计思路，确定采用连续式作业方式，即：输送机将配比好的秧盘土连续送入搅拌机入口，通过双螺旋搅龙混拌后，由出料口直接排出；被动搅龙前端为上料口，由输送机连续上料；主动搅龙末端为出料口，混拌后的秧盘土自动出料。

1.2 总体结构设计

根据成套设备设计要求，混合搅拌机为整个系统的末端设备。经配料机组排出的物料由输送机送入混合搅拌机入口，所以设备外形尺寸不宜过大。经试验研究，确定主体采用箱体结构，配置对向旋转的双搅龙，搅龙叶片升角70°，直径150 mm；被动搅龙前端为上料口，由输送机连续上料；主动搅龙末端为出料口，混拌后的秧盘土自动排出。混合搅拌机结构见图2。

1.3 主要参数确定

1.3.1 搅龙转速确定 在搅拌过程中，由于正反螺旋叶片的作用，物料被输送、推移及翻滚作轴向运动，这主要与轴向速度有关。当物料被推送到叶片边缘处时，开始作圆周抛起运动，主要与螺旋叶片的圆周速度有关。搅龙工作示意图见图3。

由于物料与螺旋叶片表面的摩擦作用，物料始终在叶片上运动，因在所形成的空间螺旋线的法线方向上偏移而产生一个摩擦角，从而使物料均匀搅拌。要获得理想的混拌效果，搅龙转速应nmin≤n≤nmax。其中：

式中：D为搅龙叶片直径，取0.15 m；φ为螺旋升角，取 70°；ξ为摩擦系数，范围为 0.14～0.16，取 0.15。

经计算，nmin＝150 r/min，nmax＝243.5 r/min，因此确定搅龙转速 n＝220 r/min。

图2 混合搅拌机结构示意图Figure 2 Structural diagram of mixing agitater

图3 搅龙工作示意图Figure 3 Operation schematic diagram of auger

1.3.2 传动系统设计 受空间结构限制，传动系统不能太复杂，因此采用皮带传动，减速比i＝4。电动机选用Y90L-6 型，功率 1.5 kW，输出转速 nd为 900 r/min。则搅龙实际工作转速为：

实际转速与设计转速误差为：

2 主要指标验证

2.1 生产率（Q）验算

生产率计算公式为：

式中：γ 为秧盘土堆积密度，取 1.2 t/m3；β 为物料填充系数，取 0.3；D 为搅龙叶片直径，取 0.15 m；nz为搅龙转速，取 225 r/min；α 为摩擦角，取 24°；φ 为螺旋升角，取 70°。

将上述数值带入式（3），得 Q＝12.25 t/h。

2.2 混合均匀度试验

采用成品秧盘土pH值检测混合均匀度方法。具体如下：设备连续工作30 min，出料口处形成圆锥体料堆；在圆锥体底部按90°分布选取4点，圆锥体顶部取1点，各点采样20 g，分别装入量杯，并加入适量蒸馏水溶解，用pH测试仪检测pH值。每个点测试3次，结果见表1和表2。

表1 pH值测试结果Table 1 Test result of pH value

表2 混合均匀度测试结果分析Table 2 Analysis of mixed uniformity test results

3 结论

为解决水稻育苗秧盘土配制过程中各营养成分混合不均匀、效率低、用工量大、劳动强度高等问题，设计了专用的混合搅拌机。设备采用卧式双螺旋搅龙结构，结构简单，布局合理，可实现物料连续式搅拌混合作业。试验结果表明：作业后的水稻育苗营养土混拌均匀，完全符合育苗要求，生产效率指标均达到设计要求。

［1］吴兆迁，史延辉.2RJB-080型育苗基质搅拌机的设计计算，林业机械与木工设备，2012（9）：32-34.

［2］中国农业机械化科学研究院.农业机械设计手册［Z］.北京：中国农业科学技术出版社，2007.

［3］王福义.水稻育秧基质配料机组设计［J］.农业科技与装备，2016（5）：19-21.