【文章內(nèi)容簡介】 。平皮帶式播土裝置的土箱前擋板處安裝有土量控制板，上下調(diào)節(jié)控制板，改變皮帶上土層的厚度，進而改變排土量，由于土箱中土壤的重力由皮帶承擔，在長時間作業(yè)后，皮帶變得松弛而下沉，皮帶上土層的厚度與設(shè)計要求不符，且皮帶速度加快時，土壤與皮帶之間會出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。直槽輪式播土裝置在排土時，改變槽輪旋轉(zhuǎn)速度可改變排量，但是當轉(zhuǎn)速較慢時，土壤成條狀間斷下落，造成塵土飛揚，污染環(huán)境；而在槽輪轉(zhuǎn)速較大時，會出現(xiàn)架空和堵塞現(xiàn)象，嚴重影響播土裝置的排土性能。 為了減少塵土飛揚，不污染環(huán)境，中國農(nóng)業(yè)大學龐昌樂教授對氣吸式水稻播種機泥漿鋪土裝置進行了研究，設(shè)計了泥漿鋪土裝置，主要由攪漿器、攪漿桶、均漿桶、泥漿泵、播漿器、壓盤機構(gòu)、括漿器、壓種機構(gòu)、秧盤輸送機構(gòu)及機架等部分組成。采用泥漿鋪土裝置鋪土，使秧苗坨土結(jié)實，能夠控制秧苗串根，有利于機械化拋秧技術(shù)的實施，使用時無塵土飛揚，不污染環(huán)境。但機構(gòu)結(jié)構(gòu)比較復雜，成本比較高，由于給秧盤鋪的是泥漿，對生產(chǎn)設(shè)備的維護帶來困難，且不利于保持生產(chǎn)現(xiàn)場的衛(wèi)生。 隨著育秧技術(shù)的不斷推廣和發(fā)展，原有的播播土裝置已不能滿足生產(chǎn)的需要。華南農(nóng)業(yè)大學邵耀堅、李志偉、鄺偉儒、鄒小平研制的 2BZ300 型電磁振動式水稻育秧穴盤聯(lián)合播種機采用了左右雙頭四螺旋槽輪作為播播土裝置的排土結(jié)構(gòu)，這種排土結(jié)構(gòu)克服了土壤成條狀間斷下落的問題，但槽輪高速旋轉(zhuǎn)時，仍會產(chǎn)生槽輪堵塞的現(xiàn)象。中國農(nóng)業(yè)大學研制的2ZBZ600 型水稻播種機（圖 ）采用了大直徑波紋滾筒作為播土裝置的排土結(jié)構(gòu)，該排土結(jié)構(gòu)能夠適應較大的土壤濕度范圍和滾筒速度范圍，排土均勻，不易堵塞。這種排土結(jié)構(gòu)排出的土量少，其中大部分是滾筒周圍的土壤帶動層構(gòu)成。通常土壤的帶動層與土壤的特性相關(guān)，且?guī)翆雍鼙?。因此，這種排土結(jié)構(gòu)比較適用于土量較少的育秧生產(chǎn)。 2ZBZ600 型水稻播種機綜上所述，在國內(nèi)外眾多的育秧設(shè)備當中，我國對播種階段的播種機的研究已達到了比較先進的水平，但是對播土裝置的研究缺很少。目前在育秧生產(chǎn)過程中，秧苗不齊、空穴等現(xiàn)象非常嚴重，除了播種精度原因以外，主要原因在于現(xiàn)有的播土裝置播土厚度不均勻；缺少對播土量進行控制；不能適應不同生產(chǎn)率和不同土壤厚度的生產(chǎn)要求。而排土結(jié)構(gòu)是否合理直接關(guān)系到播土厚度是否均勻。超級稻育秧需求土量少，但又要滿足生產(chǎn)要求，保證種子的正常發(fā)育。因此，設(shè)計出排土量穩(wěn)定、播土厚度均勻的排土結(jié)構(gòu)是解決問題的關(guān)鍵所在。 研究內(nèi)容本文以水稻播量精準育秧技術(shù)為研究對象，設(shè)計排土穩(wěn)定、均勻的工廠化育秧播土裝置。1）對在播土過程中土箱內(nèi)的土壤進行受力分析，建立力學模型，分析 V形推土片側(cè)面螺旋傾角對排土性能的影響；分析排土量和滾筒轉(zhuǎn)速與 V 形推土片參數(shù)的關(guān)系，并建立數(shù)學模型；2）設(shè)計 V 形推土片大直徑滾筒播土裝置，并以CATIA軟件為平臺，建立 V 形推土片大直徑滾筒播土裝置的 3D模型。2 水稻秧盤育秧精密播種流水線的工作原理 總體結(jié)構(gòu)水稻秧盤育秧精密播種機主要由機架、雙層供盤機構(gòu)、限位機構(gòu)、播底土裝置、氣力式雙層滾筒精密播種裝置、空穴檢測裝置、播表土裝置、秧盤限位機構(gòu)、淋水裝置、取秧臺、傳動系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)及空氣壓縮機等組成，整機可分為兩段，方便搬運和運輸。 水稻秧盤育秧精密播種流水線總體結(jié)構(gòu)示意圖 播土裝置的整體結(jié)構(gòu)方案確定通過對我國現(xiàn)有的播土裝置結(jié)構(gòu)進行分析，在整體結(jié)構(gòu)上都包括土箱、排土結(jié)構(gòu)、閘門、導流板。而他們之間相互區(qū)別的地方就是排土結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的不同，導致了不同的工作性能。所設(shè)計的播土裝置包括機架、鏈輪、側(cè)板、承土箱、排土滾筒結(jié)構(gòu)、開口度調(diào)節(jié)板、軸、導流板、擋土板。機架側(cè)板擋土板導流板排土滾筒結(jié)構(gòu)鏈輪開口調(diào)節(jié)板承土箱 播土裝置的總體結(jié)構(gòu)示意圖 工作原理 ，承土箱內(nèi)儲存大量泥土。開口調(diào)節(jié)板起到控制泥土播出量。當播土裝置工作時，隨著排土滾筒的滾動，土塊由承土箱順著滾筒滑落下去，落在導流板上，由于重力作用沿板面下滑，最終滑落到秧盤內(nèi)。其中導流板可以起到緩解土壤對秧盤的沖擊的作用，可相對減小排土高度，減少塵土飛揚，而且還可以使土壤在導流板上均勻分散開來，提高排土均勻性。擋土板可以有效地防止土壤飛濺所造成的污染。3 播土裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計 排土結(jié)構(gòu)的設(shè)計1）排土滾筒結(jié)構(gòu)的確定按照排土結(jié)構(gòu)的不同，有平帶式、槽輪式、波紋滾筒式、刮板式，另外還有泥漿鋪土裝置。平帶式排土結(jié)構(gòu)中皮帶與土壤容易打滑，槽輪式容易堵塞和將土壤架空，波紋滾筒式由于波紋槽太密太窄容易堵塞，刮板式排土結(jié)構(gòu)對土壤的適應能力比較好，但是由于刮板窄而長，在長時間工作后，刮板會變的扭曲，會對排土帶了影響，另外，該結(jié)構(gòu)在低轉(zhuǎn)速的時候不能連續(xù)排土，有明顯的間歇排土的現(xiàn)象。由于生產(chǎn)環(huán)境的限制，不宜采用泥漿播土。 綜合考慮現(xiàn)有播土裝置的排土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，并針對它們的不足之出，設(shè)計了 V 形推土片滾筒式排土結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括 V 形推土片、滾筒、軸、法蘭盤、端面。法蘭盤通過平鍵與滾筒軸配合，端面與滾筒是焊接在一起的，端面與法蘭盤用螺栓固定在一起。圖 所示為排土滾筒的結(jié)構(gòu)示意圖。螺栓滾筒端面法蘭盤軸 排土滾筒結(jié)構(gòu)示意圖2）排土滾筒的工作原理對于刮板式播土結(jié)構(gòu)的工作原理如圖 。對于靜止裝載在土箱中的床土，底層的床土除了受到重力作用外，還受到上面床土的正壓力作用，如果對底層床土作用一側(cè)向推力 F，當推力 F 大于底層床土由于重力和正壓力作用而產(chǎn)生的摩擦力和土壤之間的內(nèi)摩擦力時，底層床土將產(chǎn)生剪切破壞。刮板刮土正是源于這一原理，刮板在播土箱的一側(cè)從底部向床土作用一推力 F（等于剪切力 τA）剪切床土，使底層床土從一側(cè)向另一側(cè)運動，實現(xiàn)床土從土箱排出。根據(jù) MohrCouLomb 定律，床土產(chǎn)生剪切破壞時的最小剪切力為： F=τA1=（c+σtanρ）A1 （31）式中：F—刮板對土塊的剪切力（N）； A1—刮板厚度與凹槽部分寬度的乘積（mm2）τ—剪應力(N/mm2)σ—土箱中床土的正應力(N/mm2)ρ—床土的內(nèi)摩擦角(176。)c—床土的粘結(jié)力(N/mm2)刮板 刮板排土原理從（31）式可知，造成土壤剪切破壞的最小剪切力由土壤顆粒之間的粘結(jié)力和土粒沿著剪切面移動的摩擦力組成。 根據(jù)上述排土原理，滾筒表面上相鄰兩個 V 形推土片之間的土塊進行受力分析，如圖 所示，圖中 OO’為滾筒軸線，AA’為與滾筒軸線垂直的平面，ff2為 V 形推土片側(cè)面對土塊的摩擦力，NN2為 V 形推土片側(cè)面對土壤法向作用力，F(xiàn)τ為土壤產(chǎn)生剪切破壞所需的最小剪切力，F(xiàn)181。為滾筒表面對土壤的摩擦力，另外，滾筒表面給土塊的作用力為 N。滾筒表面推土片 V形推土片排土圖從圖中可以想象得到，兩個推土片對土塊的摩擦力和支持力的大小都是相等的。因此有： （32）式中：F181?！獫L筒表面對土塊的摩擦力（N）； A2—V 形推土片側(cè)面的有效面積（mm2）； N1—V 形推土片側(cè)面對土塊的法向作用力（N）； N—滾筒表面給土塊的作用力（N）； α—V 形推土片側(cè)面的螺旋傾角（186。）； Fτ—土壤產(chǎn)生剪切破壞所需的最小剪切力（N）181。—土壤與金屬之間的摩擦系數(shù)，且 181。=tanφ, φ 是土塊與金屬之間的摩擦角。在滾筒旋轉(zhuǎn)的方向上，當∑FY0 時，土壤將不能被推土片排出土箱。當∑FY0 時，土壤就會被推土片推出土箱，完成秧盤播土工作。3）排土滾筒各參數(shù)的確定 （1）．滾筒直徑 D 和長度 W 的確定 滾筒直徑的確定是排土結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵所在，滾筒直徑太小，則在滾筒給秧盤播土時，滾筒轉(zhuǎn)速很大，會對滾筒的排土性能不利；如果直徑太大，整個裝置占用空間較大，而且排土高度增高，土壤落入秧盤時，土壤與秧盤會有撞擊，引起塵土飛揚，給工作環(huán)境造成污染。根據(jù)我國現(xiàn)有播土裝置的結(jié)構(gòu)特點和設(shè)計經(jīng)驗，確定滾筒直徑 D=200mm。滾筒的長度與育秧用秧盤尺寸應該相配套。設(shè)于箱體內(nèi)的橡膠彈性板的前部貼附在勺式外槽輪的左右兩側(cè)和后方，其前方開口(圖 )，寬度與秧盤播寬B秧 相等，控制著外槽輪的充種區(qū)域，同時與外槽輪接觸，使其隨外槽輪轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生振動，促進外槽輪充種。該板結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)換方便，可滿足不同寬度規(guī)格的秧盤供種，本課題所使用秧盤型號及其播寬B秧 。 橡膠彈性板平面示意圖 秧盤型號與播寬B秧對照表名稱缽體盤缽體毯狀盤毯狀盤秧盤總穴數(shù)規(guī)格尺寸比播寬B秧 mm2515 2512600:350 600:300345 3002616 3616585:356 600:300352 2804016 3618 3020600:300280（2）．V 形推土片在滾筒表面上的分布 圖 所示為 V 形推土片在滾筒表面分布情況的平面展開圖及局部放大圖。從圖 （a）中可以看出，V 形推土片是按照“品”字形分布于滾筒表面上。在滾筒圓周上分布 16 排的推土片，每一排有 8 個推土片，