旋转台式营养钵机的设计

尹业宏 孙金风 余晓琴 陆文星

摘要：设计了一种旋转台式营养钵机，该机采用多工位旋转加工的方式，能够连续完成营养钵的铺土、压制、播种、覆土、推出的加工，生产效率达３ ６００个／ｈ，其结构紧凑、占地面积小。设计中采用Ｐｒｏ／Ｅ软件，对营养钵机进行了三维建模和运动仿真，在此基础上完成了制钵机的全套加工图设计。

关键词：营养钵；旋转台式；三维建模

中图分类号：Ｓ２２３．１＋１文献标识码：Ａ文章编号：0439－８114（２０12）03－0598-04

The Design of the Rotary Table Nutrition Bowl Machine

ＹＩＮ Ｙｅ－ｈｏｎｇ，ＳＵＮ Ｊｉｎ－ｆｅｎｇ，ＹＵ Ｘｉａｏ－ｑｉｎ，ＬＵ Ｗｅｎ－ｘｉｎｇ

（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｈｕｂｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｗｕｈａｎ ４３００６８， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： A new ｎｕｔｒｉｔｉｏｎ ｂｏｗｌ ｍａｃｈｉｎｅ ｗｉｔｈ ｒｏｔａｒｙ ｔａｂｌｅ ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ． Ｔｈｅ ｍａｃｈｉｎｅ ｗｏｒｋｓ ｂｙ ｔｈｅ ｍｕｌｔｉ－ｓｔａｔｉｏｎ ｒｏｔａｒｙ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ， ｗｈｉｃｈ ｃｏｕｌｄ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｅｘｅｃｕｔｅ ｓｐｒｅａｄｉｎｇ ｓｏｉｌ， ｓｑｕｅｅｚｉｎｇ ｓｏｉｌ， ｓｏｗｉｎｇ， ｃｏｖｅｒｉｎｇ ｓｏｉｌ， ａｎｄ ｐｕｓｈｉｎｇ ｏｕｔ ｔｈｅ ｓｅｅｄ ｎｕｔｒｉｔｉｏｎ ｂｏｗｌ． Ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｃｈｉｅｖｅｓ ３ ６００ ｐｅｒ ｈｏｕｒ． Ｍｏｒｅｏｖｅｒ， ｔｈｅ ｍａｃｈｉｎｅ ａｌｓｏ ｈａｓ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅ ｏｆ ｓｍａｌｌ ｏｃｃｕｐｉｅｄ ａｒｅａ ａｎｄ ｃｏｍｐａｃｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ． Ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ， ｔｈｅ Ｐｒｏ／Ｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｍａｋｅ ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｍｏｔｉｏｎ ｆｏｒ ｎｕｔｒｉｔｉｏｎ ｂｏｗｌ ｍａｃｈｉｎｅ． Ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ａｂｏｖｅ， ａｌｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎｓ ｏｆ ｎｕｔｒｉｔｉｏｎ ｂｏｗｌ ｍａｃｈｉｎｅ ｈａd ｂｅｅｎ ａｃｃｏｍｐｌｉｓｈｅｄ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｎｕｔｒｉｔｉｏｎ ｂｏｗｌ； ｒｏｔａｒｙ ｔａｂｌｅ； ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｍｏｄｅｌ

我国在机械制钵机方面做了很多研究，至今已研制出多种型号的制钵机。首先引进国外的机械化育苗生产线，主要以生产蔬菜苗钵为主，可以实现钵土制备、钵体成型、打坑、精密播种及覆土等工艺的机械化，生产效率和机械化程度高，但是价格不菲，普通种植户无力承受；后来国内多家科研单位相继研制出了多种制钵机，如２ＺＢＪ－５０型制钵机，主要满足玉米、棉花等经济作物，制钵过程虽能半机械化操作，但它采用的是直线式的结构，占地面积较大，结构复杂，模板需要及时回收，且只适应于大中型工厂的生产制钵；ＹＢ５０－Ⅰ型制钵机虽体积小重量轻，便于在田间作业，但该机只能制造钵体，不能实现精密播种，给工厂化育苗带来困难。在农村也有相应的制钵工具，但是主要依赖人工操作，生产效率低［１－５］。

针对上述制钵机的缺点，从我国的实际情况出发，设计了一种适应于一般农户使用的营养钵机，该机能一次性完成钵苗的铺土、压制（打种坑）、播种、覆土及推出工作，结构紧凑、占地面积小。

１主要工作部件的结构设计

通过对现有制钵机的结构分析及各自制钵工艺和工序的优缺点比较，从能否满足作物育苗的农艺要求、实现机械化制钵及工厂化育秧这三方面出发，确定了营养钵机制钵的工艺流程图（图１）。制钵机采用多工位旋转加工的旋转台式的总体结构方案，即在旋转台的周边，按制钵的工艺流程要求设计５个工作装置，旋转台的转盘旋转一周即可完成钵体的制作。制钵机主要由工作台、铺土装置、压制（打种坑）装置、播种装置、覆土装置、推出装置等构成。

１．１工作台的结构设计

工作台由转盘、机架、动力装置等构成，具体见图２。转盘周边均匀开有6个安装营养钵型腔模的孔，型腔与工作台采用沉头螺钉固连，这种设计有两个优点：一是视生产需要可更换不同规格的营养钵型腔模，二是型腔模磨损后便于更换。机架是安装主轴、工作装置和动力装置的基础，应具有一定的强度和刚度，且重量应轻，可采用型材（矩形焊接钢管）焊接而成。

动力装置由自带离合器的减速电机、凸轮分割器等构成。电机的输出轴与凸轮分割器的输入轴间采用同步带连接，凸轮分割器的输出轴通过联轴器与主轴的下端连接，主轴的上端与转盘用螺栓固连。

转盘由凸轮分割器带动做每６０°的等分间歇式旋转运动，每次间歇时间为２／３ ｓ，在间歇２／３ ｓ的时间内，各工位装置完成其相应的动作。设计转盘转速为１０ ｒ／ｍｉｎ，则本次设计的营养钵机的产能为３ ６００个／ｈ，并且都是经过精密播种了的，只需要经过一段时间的培养，就可以直接投放田间。

１．２铺土和覆土装置的结构设计

铺土装置和覆土装置有相同的结构，都是由刮板、搅拌轴、减速电机、料箱和支架等构成（图３）。搅拌轴的中部通过轴承安装在料箱上，轴的下部与刮板用螺栓固连，轴的上部通过连接套与减速电机的输出轴相连。铺土和覆土两装置又是通过支架固定在工作台的机架上。

铺土和覆土性能的好坏是制钵机的关键，将铺土和覆土装置的刮板侧面设计成与转盘的上面倾斜４５°夹角，并让刮板的底部与转盘的上面始终保持着接触，这种设计有利于装置将料土压入型腔模中；由于两装置电机的速度可分别调整，加之搅拌轴的旋转方向和转盘的旋转方向相反，从而加快了向型腔模中填土的频次，进一步保证了钵体的制作质量。

１．３精量播种装置的结构设计

精量播种装置由外壳体、播种盘、支撑架、带轮等构成，其结构如图４所示。该装置的动力采用两等径带轮，通过同步带直接取自转盘主轴，也是每６０°做等分间歇式旋转运动。在播种盘周圈上均匀分布6个种孔，种孔的大小刚好能容纳２～４粒种子（根据不同大小的种子来设计该孔的大小），在外壳体的底部正对型腔模的中部位置处也开有孔，每次当播种器上盛满种子的种孔运行到此处时，种子就会落入到型腔模中。播种盘上方设有挡板，挡板固定在外壳体上，将播种盘的上部空间分成了左右两个腔，右腔装有种子，每当播种盘上空着的种孔从左腔旋转进入腔时，种子就会落入其中；当盛满种子的种孔即将要旋转出右腔时，挡板上的橡胶板会将多余的种子拦下，由于橡胶板有柔韧性，故不会损伤种子。

１．４压料和推出装置的结构设计

压料（打种坑）装置和推出装置也有相同的结构，由气缸固定支架、限位板、冲头、气缸、螺母、螺栓、支撑板等构成，如图５所示。气缸直接安装在支座上，为保证每个营养钵尺寸的一致，在气缸底部设计有一块限位板来限制气缸的冲压距离，限位板的调节是依靠螺柱上的两个螺母来锁定，通过调节限位板的上下可以改变气缸的冲压行程。冲头部分和活塞杆采用螺纹连接和螺母锁紧的结构，冲头磨损后可直接更换，当型腔模的大小更换后，冲头大小也需要作相应的变动。结构简单，便于维修和更换。

１．５控制部分的设计

各装置的启动或停止由分割器上传感器的信号以及离合器共同控制完成。当分割器上传感器检测到分割器进入间歇阶段，气缸开始动作，向下压制原料；当到达限位位置后，气缸进行回程，若冲头没离开型腔模，气缸上的传感器检测不到信号，离合器则处于分离状态，工作台上的转盘不动；当气缸完全离开型腔模后，传感器检测到信号后，离合器开始结合，工作台上的转盘开始转动，如此往复循环的工作。控制部分的循环流程图如６图所示。

３Ｐｒｏ／Ｅ三维建模仿真设计

营养钵制作机整台设备的三维建模如７图所示。三维运动仿真结果表明，该机能按工作要求实现制钵和精量播种，且结构上无干涩问题。

４小结

设计了一种旋转台式营养钵机，其结构紧凑，占地面积小，生产效率高，是一种以机械代替手工制作营养钵的高效制钵机。设计中采用Ｐｒｏ／Ｅ软件，对营养钵机进行了三维建模和运动仿真，在此基础上还完成了制钵机的全套加工图设计，从而可避免因设计考虑不周，导致安装空间不足和尺寸发生干涩等问题，缩短了设计周期，提高了制钵机在投产前的可靠性，对今后农机具的研制有一定的借鉴意义。

参考文献：

［１］ 赵荔娜． 机械化育苗制钵机的研究［Ｊ］．农村牧区机械化，２０１０（５）：１９－２０．

［２］ 杨文珍，赵匀，李革，等． 播种制钵机的研究与展望［Ｊ］．农机化研究，２００３（１）：５６－５７，６９．

［３］ 谢俊花，程改青，张飞． 营养钵装料机设计［Ｊ］．安徽农业科学，２００８，３６（１２）：５２３５－５２３９．

［４］ 杨文珍，陆秋君，赵匀． 圆盘式精密播种制钵机运动学优化设计［Ｊ］．浙江大学学报（农业与生命科学版），２００５，３１（３）：３４６－３５０．

［５］ 尹国洪，闸建文，宋景玲，等． ２ＺＢＪ－５０机械化制钵机的研制［Ｊ］．农机化研究，１９９８（３）：４２－４５．

收稿日期：２０１１－０７－１４

基金项目：湖北省教研项目（２０１０２２７）

作者简介：尹业宏（１９５７－），男，湖北武汉人，副教授，从事机械设计及其理论研究，（电话）０２７－８８４１６２７９（电子信箱）ｙｉｎｙｅｈｏｎｇ１＠１２６．ｃｏｍ。