穴盘育苗刮板式自动覆土装置的设计与研究

2015年3月农机化研究第3期

穴盘育苗刮板式自动覆土装置的设计与研究

唐

飞，孙兴冻，胡

斌，李

阳，陈玉龙，李苗苗

832000）

（石河子大学机械电气工程学院，新疆石河子

摘

要：针对育苗播种生产线上配套的育苗基质填充装置基质填装均匀性差、机构复杂的问题，提出了刮板和隔

板式输送带相结合的穴盘育苗自动覆土装置的设计。同时，对整机结构、关键部件和参数进行了设计，并阐述了整机工作过程。样机试验分析，该装置提高了基质填装的均匀性，结构简单，实现了基质填装量的调节。关键词：加工番茄；穴盘育苗；刮板；输送带；自动覆土

+

中图分类号：S223．24

文献标识码：A文章编号：1003－188X（2015）03－0161－04

DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.03.040

0引言

加工番茄是新疆主要的经济作物

［1］

刮板、隔板式输送带、育苗基质填充装置由料箱、

传动输送带及传动机构等组成，如图1所示。在料箱

，育苗移栽是

底部分别布置了两个对称的刮板，刮板可以相对料箱上下移动以实现下料量调节及均匀性。隔板式输送带上均匀分布一定间距的隔板，进一步提高了下料量的均匀性；隔板式输送带的安装角度与水平位置成一定的夹角，从而改善基质的流动性

。

加工番茄高效栽培的主要方向，育苗播种生产线是育苗移栽的主要机具。其中，基质装盘装置是育苗播种生产线核心装置，其性能的好坏直接影响育苗播种的质量和效率。目前，新疆育苗播种生产的基质装盘环节主要由人工方式完成，强度大、效率低、成本高，且。育苗播种生产线上配套的育苗基无法实现“变量”

质填充装置由于基质填装均匀性差，且机构复杂

［2－4］

，

一定程度上影响了育苗播种生产线的应用与推广。针对上述问题，设计了隔板式输送带送料和刮板水平调匀相结合的穴盘育苗基质装盘装置，较好地解决了育苗基质填充装置填装均匀性差这一技术难题。

1

1．1

整机结构方案设计

育苗基质填充的技术要求

1）穴盘的每个种穴基质填充量的均匀性变异系

数应小于等于0．4。

2）基质填充量的调节范围在每个种穴的填充量应占种穴容积的50%～100%。

3）料箱必须有足够的容量，一次添料可以连续作业200盘以上；料箱应坚固耐用、质量小、刚度好，添加基质方便，容易清理和不残留基质。1．2

整机结构组成及特点

1．3

1．料箱

2．刮板3．隔板式输送带4．穴盘图1Fig．1

育苗基质填充装置简图

5．传动输送带6．机架7．调频电动机

Nurserymatrixfillingdevicediagram

工作过程

穴盘育苗生产线自动覆土装置通过电机驱动，根

收稿日期：2014－03－19

基金项目：国家自然科学基金项目（51265045）作者简介：唐通讯作者：胡

（E－mail）飞（1990－），男，南京人，硕士研究生，（E－斌（1968－），男，湖北英山人，教授，硕士生导师，1091751140@qq．com。mail）hb_mac@shzu．edu．cn。

据实际的覆土需求量，通过变频调速改变调频电机的输出转速，实现覆土量的改变。如图1所示，调频电动机通过链传动带动传动输送带和隔板式输送带，传动输送带上的穴盘随之运动，料箱内的基质在重力作用下自然下落；随着隔板式输送带的运动，经过刮板

2015年3月农机化研究

V1=8v'V1≈4．13×10－4m3

第3期

（1）

的两次水平调匀将起拢处基质刮到基质空缺的部分；当填满基质的隔板运动到隔板式输送带左端时，基质在重力作用下填入传动输送带上穴盘的每个种穴内，实现基质的自动填装。

v'填充每个种穴所需基质体积，m3。其中，

为了提高基质填充穴盘时的均匀性，减少填充时间，隔板间的间距及隔板的高度不宜过大或小。初步确定隔板高度h=30mm，根据长方体体积计算公式计

'

算得隔板间距d=V1/(B×h)≈0．05m

2

2．1

主要工作部件设计与参数确定

料箱的设计料箱容积的确定

料箱的容积根据每盘下料量、每小时作业盘数、

2．1．1

隔板故确定隔板式输送带隔板高度h为30mm，式输送带隔板间距d为50mm。隔板式输送带隔板简图如图2所示

。

每箱作业时间来确定。料箱的容积V为

V=kvnt=0．165m3≈170L

式中

k—容积系数，取k=1．25；v—填充每盘所需基质体积（m3）；n—每小时作业盘数（盘），n=200；t—预定每箱基质作业时间（h），t=1。宽度W=经测量，穴盘的尺寸是长度L=0．54m，0．28m；单个种穴正四棱台尺寸分别是下底宽a=0．025mm，上底宽b=0．042mm，高h=0．045mm。

1）每个种穴所填料的体积v'为

v'=

(a

图2Fig．2

输送带隔板简图

Conveyorclapboarddiagram

2．3刮板设计

槽轮式下料器和带式下料器在填装湿度比较大、

×a+a×b+b×b)·h/3

=5．1585×10－5m3

2）整个穴盘（8×16=128穴的穴盘）所需基质的体积v为

v=128v'=6．6×10－3m3

2．1．2

料箱底板倾斜角确定

为保证基质能够顺利流入隔板式输送带内，料箱底板的倾斜角α应大于基质的自然休止角。

由试验分析结果可知，基质的最大自然休止角为38°。因此，取肥箱底板的倾斜角α为40°，材料选用2mm的薄钢板制成。2．2

输送带设计

1）隔板式输送带的宽度及有效工作长度设计。为了保证基质的连续填充，隔板式输送带的有效工作

'

而料箱出料宽度应大于料箱出料口宽度，故B＞B，

流动性比较差的基质都存在着起拢、均匀性差的现象，针对这一现象提出齿状输送带和刮板相结合的基质填充装置。在料箱出料口底部内前端、中部分别安装一块上下可调的对称刮板，如图3所示。

图3Fig．3

料箱俯视图

Topviewoffeedbox

刮板采用钢制，刮板倾斜角β的大小，取决于基质的滑动摩擦角。起拢的基质会在经过刮板B之后被刮平，刮板A也会在输送带运动过程中刮平隔板式输B的作用，送带上的基质。经过刮板A、隔板式输送带上的基质均匀性会得到很大的改善。经测量基质的滑动摩擦角为28°，刮板的倾斜角β应略大于基质的滑动摩擦角，取整后β=30°。

口宽度取决与穴盘的宽度，即B=0．28m。

为了减小隔板式输送带的结构尺寸以及减少隔板式输送带在工作过程中的振动，故选取隔板式输送带的有效工作长度略大于料箱的长度，即L'＞L。

2）隔板式输送带隔板间距设计以及隔板高度设计。隔板式输送带隔板间距设计以及隔板高度的设计都是依据下料量的大小确定。初步确定输送带每两个隔板间的基质正好填满穴盘每一排的种穴（8穴）。

隔板间的容积V1为

3

3．1

试验结果与分析

测定仪器设备

E9800－电子天平（量程：1～500g，精度0．1g），

XEON多功能测速仪（测试误差≤1．3%）。3．2

试验条件

研究

C·V=

SZ

－

第期

（5）

在石河子大学工程试验中心进行初步试验。以氮、磷、钾等为主要成分的花卉生物营养土为对象，湿55%、60%、65%、70%，度分别为50%、每一湿度取5组试样分别标号1～5，设调频电动机转速为120r/min，对育苗基质填充的均匀性进行试验。3．3

试验方法

设定穴盘每排种穴的基质填充量为200g。先启动变频电机，用变频器将变频电机的转速调整为120r/min，将准备好的基质放入试验样机的料箱内，将穴盘放上传动输送带上；当基质装满穴盘后，用电子天平对每排种穴内基质的质量进行称量，实际填充量与设定量的之差结果如表1所示。

表1

Table1

不同湿度下育苗基质填充量与设定量的之差Poornurserymatrixfillingvolumeandtheamountsetunder

differenthumidity

湿度

标号

50%

12345

5．75．36．44．16．1

55%6．15．87．66．85．6

60%5．54．65．35．96．0

65%6．07．94．88．17．2

70%7．56．15．57．27．3

S为样本的标准偏差，X为样本的平均值。其中，

均匀性变基质填装均匀性变异系数如表2所示，异系数如图4所示。

表2

Table2

基质填装均匀性变异系数

Matrixfillinguniformitycoefficientofvariation

湿度

指标

50%5．526．45．30．800．900．16

55%6．387．65．60．67

0．

820．12

60%5．466．04．60．310．560．10

65%6．807．94．81．921．390．20

70%6．727．55．50．

761．870．13

平均值最大值最小值方差标准差变异系数

（a）平均值

电机转速120r/min。表1内未标单位数据单位为g，

3．4

－

试验统计指标

依据同一湿度的5组试验值，计算其对应的平均

2数（X）、标准差（S）、方差（S）和变异系数（C·

V）。其计算统计方法见式（2）、式（3）、式（4）、式（5）。则有

n

··+XnX1+X2+·

X==

2

－

ni=1

Xi∑i=1

n

（2）

（b）标准差

其中，∑为总和符号，∑Xi表示从第一个样本X1累加到第n个样本Xn。

（X1－X）2+（X2－X）2+（Xn－X）22

S=

nX为样本的平均值。其中，S=

－

－

－

－

（3）

（X1－X）+（X2－X）+（Xn－X）2

（4）

n

Fig．4

2

2

（c）

图4

变异系数

基质填装均匀性变异系数

Matrixfillinguniformitycoefficientofvariation

3．5

试验数据分析与讨论

研究第期

基质填装均匀性差、机构复杂的问题，提出了刮板和隔板式输送带相结合的穴盘育苗自动覆土装置的设计。通过试验样机的试验结果分析，基质填装的均匀性变异系数较小，满足设计要求，且基质湿度为60%时，基质填装的均匀性最好。试验结果也表明，该装置提高了基质填装的均匀性，结构简单，实现了基质填装量的调节。参考文献：

［1］陈兵．中国新疆番茄产业发展现状分析［J］．新疆财经大

2011（3）：16－20．学学报，

．［2］曲桂宝，田耘．变量施肥的实现过程及其发展前景［J］

中国农机化，2005（4）：50－52．

．新疆［3］秦朝民，何兴村．兵团研究的施肥机械［J］王序俭，

2006（1）：33－34．农垦科技，

［4］张睿．智能型变量施肥关键技术研究［Ｒ］．北京市农林科

2011．学院中国农业科学研究院博士后研究工作报告，

由表2可知，育苗基质在变频电机120r/min时，基质实际填装量与设定量之差的平均值主要分布在［5．5，6．8］g，最小值为4．6g，最大值为7．9g。5组试样的填装均匀性变异系数均在0．20以下，湿度为60%的基质填装均匀性变异系数最小，为0．10。

由图4（a）可知，基质实际填装量与设定量之差的平均值分布较均匀；由图4（b）可知，基质实际填装量与设定量之差的标准差在基质湿度为65%时较大；由图4（c）可知，基质实际填装量与设定量之差的变异系数在基质湿度为50%～55%呈减小趋势，湿度为65%时变异系数变化较大，湿度为70%时变异系数也呈上升趋势。

4结论

针对育苗播种生产线上配套的育苗基质填充装置

DesignScraperPlugSeedlingsAutomaticCasingDeviceandＲesearch

TangFei，SunXingdong，HuBin，LiYang，ChenYulong，LiMiaomiao

（MachineryandElectricityEngineeringCollege，ShiheziUniversity，Shihezi832000，China）

Abstract：ProcessingTomatointhecountryandtheworldhasapivotalposition，proposeddesignofthescraperandacombinationofclapboardconveyorplugseedlingsautomaticcoversoildevice，andacombinationofclapboard，Onthewholestructure，keycomponentsanddesignparameters，expoundedthewholeworkingprocess．Thetestanalysisshowedthatthedeviceimprovestheuniformityoffillingthematrix，asimplestructure，toachievetheadjustmentofthefillinga-mountofmatrix．

Keywords：processingtomato；plugseedling；scraper；conveyor；automaticcover