植质钵育秧盘物料混合搅拌装置的设计研究

董晓威，汪春，刘天祥

（黑龙江八一农垦大学工程学院，大庆163319）

我国的水稻钵育栽植技术的研究取得了很大进展[1]。目前，水稻植质钵育栽植技术项目的研究已取得重大突破，攻破了众多关键技术。秧盘物料混合搅拌的质量直接影响秧盘成型后的性能，国内外的搅拌设备根据用途种类较多，但是能够适用于项目的搅拌质量要求的几乎没有。前期使用通用型饲料搅拌设备，搅拌效果不佳，秧盘成型后性能不是很高。因此，研制一种用于植质钵育秧盘物料的混合搅拌装置，使秧盘物料搅拌后达到秧盘的压制后性能要求。

1 秧盘物料特性分析

秧盘物料主要由稻草粉和营养配方添料组成。对其进行的混合搅拌属于固体混合，是将两种或两种以上不同性质的粉粒体，在干燥状态或加入少量液体的状态下，在外力作用下进行搅混，使之逐渐达到均一分布的操作，是不均匀度不断减小的一种随机过程[2]，其混合状态如图1。

图1 中的黑白格子各表示一种物料成分。（b）图中的混合状态是难以达到的，实际混合过程总是无序、不规则排列的，它所能达到的最佳程度称为随机完全混合，即（c）图所示。由于钵育秧盘组成物的性态特殊，经过混合搅拌后，只有每一稻草粉杆茎都被水化后的配方营养添料包裹时，经过钵育秧盘压力机压制后及相应的干燥处理才能达到最大强度[3]。

2 秧盘物料的运动分析

秧盘物料各组元在搅拌腔中的运动形式比较复杂，通常分为对流、剪切和扩散三类运动[2]。而这三种运动在秧盘物料实际混合搅拌中是比较复杂、也是综合的，三种运动同时进行，不是独立作用的。这样的运动才能使得稻草粉和配方营养添料实现相互作用，促进配方营养添料的弥散分布，从而使秧盘物料达到宏观上的理想均匀分布。

为了分析各运动对秧盘物料的混合搅拌所起的作用，在搅拌容器内建立空间笛卡尔坐标系，具有X、Y、Z、A、B、C 六个坐标，如图 2 所示。

从运动学上分析，在实际搅拌机设计上如果要保证六种运动同时存在，那么机构设计会相当复杂而且难以实现，如果运动过少，则不能保证搅拌质量。所以，要使秧盘物料混合搅拌获得较好的效果，在实际的设计中，就应让秧盘物料所需的运动在三维空间上的运动状态在形式上得到有机结合，使得秧盘物料的运动形式增加和强化。

3 混合搅拌装置的结构设计

机械混合搅拌设备由搅拌容器和搅拌器两大部分组成。搅拌容器通常被称作搅拌釜，搅拌器被称作叶轮或桨叶，它是搅拌设备的核心部件[4]。

3.1 搅拌装置的定型设计

为满足生产实践中的搅拌需要，结合本项目所用秧盘物料，通过查阅文献[2]，项目组根据搅拌质量要求，通过前面对物料性态和运动学分析，结合实验过程中所获得经验，秧盘物料混合搅拌装置确定采用螺带式搅拌器，并将搅拌设备设计为单轴强制卧轴螺带式搅拌装置，基本结构如图3 所示。

3.2 搅拌装置的工作原理

螺带混合搅拌机是利用机械力和重力等，将两种或两种以上物料均匀混合起来的机械。常用于黏性或有凝聚性的粉粒体的混合，也可以对低密度的细颗粒物料、纤维状物料及糊状物料进行混合，此种混合搅拌机械性能优越，可达到较高的混合度。在有喷液装置的情况下，该装置还可以向粉粒体中添加液体。

3.3 搅拌装置的搅拌效果

从设备选型分析也可知，螺带式搅拌装置适用于秧盘物料的混合搅拌。但试验发现，搅拌后的秧盘物料不满足秧盘的制造要求，出现“物料结团”现象，而且较为严重，如图4 所示。

3.4 搅拌装置改进后的搅拌效果

分析图4 的物料形成原因，主要是稻草粉和配方营养添料加水后，经过搅拌器搅拌后会形成一定体积的“粘连体”（草裹着营养配方添料，营养配方添料又裹着草如此往复，形如滚雪球一样）。而这种物料是不能达到秧盘的压制要求的，必须经过处理，项目组经过研究，在原有设备上进行了改进，增加对称布置的旋转飞刀[5]（如图5 圈定区域所示），增强了物料运动的不确定性，同时迫使物料“团粒”被打碎成细小颗粒，从而使得秧盘物料满足秧盘的制备要求，搅拌效果如图6 所示。

4 结论

通过此试验样机的研制，解决植质钵育秧盘物料混合最关键的问题——物料结团，使物料的结团尺寸减小（不影响秧盘压制质量）甚至消除，同时尽量使搅拌低效区物料参与混合。从而实现在秧盘物料搅拌中达到最优的搅拌质量，以便于秧盘的压制成型，使得推动水稻全程机械化的推广更加顺利，应用反响较好。

［1］ 汪春.水稻植质钵育乳苗机械栽植技术的研究［J］.黑龙江八一农垦大学学报，2003，15(2)：44-46.

［2］ 陈志平，章序文，林兴华，等.搅拌与混合设备设计选用手册［M］.北京：化学工业出版社，2004.

［3］ Ping-Kun Chang，Yaw-Nan Peng.Influence of mixing techniques on properties of high performance concrete［J］.Cement and Concrete Research，2001，31：55-57.

［4］ 王凯，虞军.搅拌设备［M］.北京：化学工业出版社，2003.

［5］ 吴颐伦，冯捷.犁刀式混合机内的物料混合过程［J］.消防技术与产品信息，2005(6)：91-93.