水稻植质钵育秧盘蒸汽干燥装置进出物料系统的研究

于海明，汪春，张伟，胡军

（黑龙江八一农垦大学工程学院，大庆 163319）

水稻植质钵育机械化生产技术包括秧盘的生产机械化、水稻育秧机械化、水稻插秧机械化和水稻收获机械化，它改变了传统水稻的生产方式，不仅实现了水稻生产的全程机械化，而且因为其利用回收的农作物秸秆（主要以稻草和稻壳为主）经加工后制成植质钵育秧盘[1]还能保护和改善土壤的生态环境[2]，提高水稻的产量，增加稻农的收入[3]。在水稻机械化生产中，植质钵育秧盘的机械化生产是水稻生产机械化作业的关键。黑龙江八一农垦大学水稻植质钵育栽植技术课题组经过多年的试验研究，项目的研究已取得重大突破，攻破了众多关键技术[4]。成功解决了秧盘生产的全程机械化问题[5]。在秧盘生产机械化中，干燥环节是秧盘生产的关键环节，而秧盘的运输及进出干燥室是保证秧盘干燥质量及机械化生产的关键因素之一。

在实际生产中，秧盘在生产车间生产出来后经过一段时间的晾置，要把他们运送到干燥窑里进行干燥，由于秧盘生产车间与干燥窑距离比较远，用人工将秧盘放到干燥窑里，既费时又费力，影响工作效率，因此考虑用干燥车将秧盘运送到干燥窑里；由于地面比较软，干燥车与地面的阻力非常大，人力无法将干燥车推动，考虑采用轨道运输的型式运送秧盘；干燥窑封头门的最低端与地面之间有一定的距离，用人工也无法将干燥车及秧盘抬到干燥窑里边去，必须采用一套升降装置将干燥车升高到与干燥窑内的轨道平齐，才能使干燥车进入到干燥窑内。因此，系统主要由干燥车、轨道（包括干燥窑内的轨道）和液压升降车组成。主要根据上述要求，对蒸汽干燥装置的进出物料系统各个部分进行了研究，为植质钵育蒸汽秧盘干燥装置的设计提供了理论依据，为水稻机械化生产做出了重要的贡献。

1 设计要求

（1）根据水稻秧盘的尺寸和干燥室空间的要求，每辆干燥车能够满足600 盘秧盘的的干燥；

（2）由于系统部分工作部件是在高温高压蒸汽环境中下工作，要求这部分能够耐高温及腐蚀；

（3）由于干燥对象的特殊性，要求放置秧盘的干燥平面在秧盘的作用下能够保持表面水平，防止变形，影响干燥质量，干燥平面的不平度小于0.5；

（4）要求系统能够操作方便，简单、省力，能够方便进出干燥室。

2 干燥车的研究

干燥车由行走轮、把手、干燥车上表面、车架、止推轴承和滚子轴承组成，具体形状见图1。在干燥的过程中，秧盘和干燥车同时承受高温高压，如果车轮用橡胶车轮，在高温高压的环境里，车轮很容易老化变质，影响其使用寿命，并且在干燥窑里边也不好定位。因此行走轮考虑采用钢制车轮，具体是由圆钢柱车削而成，行走轮的直径是100 mm，宽度是50 mm。在长度方向上行走轮的中心距离为800 mm，在宽度方向上的行走轮的中心距离为600 mm；为了使干燥车能够更好的推动，并且能够绕轨道弯曲行走，车轮能够绕其纵轴线转动。车架是由槽钢焊接而成，槽钢的型号为10 型，槽钢的宽度为100 mm，高度为48 mm。为了使秧盘的间隙能够充满蒸汽，在秧盘车的上表面上用钻钻直径为40 mm 的孔，使蒸汽能够从底部沿孔上升，充满整个空间。干燥车的上表面由厚度3 mm 的钢板制成，并焊在车架上。

2.1 干燥车的长度a、宽度c 的确定

根据秧盘的尺寸、秧盘在秧盘车上的摆放形式见图2，a 和c 由公式1 和2 确定。

图1 干燥车结构示意图Fig.1 Structure schematic diagram of dry vehicle

图2 秧盘在干燥车上的布置型式Fig.2 Layout pattern of seedlings plate in the drying car

式中：n——秧盘的横向摆放数量，取n=5；

z——秧盘的宽度，z=277 mm；

n1——秧盘的纵向摆放数量，n1=2；

e——秧盘的长度，e=495 mm。

经计算a=1 385 mm，取a=1 500 mm，c=990 mm，取c=1 000 mm。

2.2 干燥车的总体高度H 的确定

干燥车的高度在综合考虑小车与秧盘的总高度和干燥窑壳体直径的情况下，由公式3 确定。

式中：g——在干燥车和秧盘总高度的方向上的设计余量，取g=500 mm；

j——干燥车上最上边的秧盘距离干燥窑内壁最近的距离，见图2，考虑到秧盘的厚度的不均匀性及能够使干燥车方便的进出干燥窑，取j=205 mm。经计算H=295 mm。

2.3 干燥车的上表面钢板变形计算

由于湿秧盘强度小，如果秧盘车的上边面变形较大或者在秧盘的作用下，产生较大的挠曲变形，将使秧盘发生弯曲变形，当变形较大时，将造成秧盘断裂，从而影响干燥的质量，因此将对干燥车的上表面进行挠度校核。钢板的挠度由公式4 确定[6]。

式中：q——均布载荷，N/mm，在干燥车的宽度方向上，每行摆放2 块秧盘，见图2，共60 层，每块秧盘的重量为2.2 kg，则q=120×2.2×9.8÷1 000=2.587 2 N/mm；

l——秧盘车得长度，mm，l=1 000 mm；

E——钢板的弹性模量，Gpa，E=210 Gpa；

I——截面的轴惯性矩，m4，I=hc3/12，c 是干燥车的宽度，mm，c=1 000 m，h 是钢板的厚度，h=3 mm，I=250 000 000 mm4；

［f］——许用挠度，mm，根据设计要求，［f］=0.5 mm。

将参数代入公式4 得，f=ql4/192EI=0.256 mm，满足设计要求。

3 轨道及液压升降车的研究

3.1 轨道的研究

干燥装置进出物料的轨道包括三部分，一是路面上的轨道，二是干燥窑壳体内的轨道，三是液压升降车上的轨道。轨道由枕木、角钢和槽钢组成。在路面上的轨道，以枕木为路基，以角钢为轨道，将角钢固定在轨道上。在干燥窑壳体内的轨道和液压升降车上的轨道，则以槽钢为轨基，以角钢为轨道，角钢焊在槽钢的槽内，槽钢再焊接在干燥窑壳体内和液压升降车的表面，具体型式见图3 和图4。槽钢采用10 号槽钢，角钢采用5 号角钢，角钢的厚度为4 mm。

图3 地面及升降车上轨道Fig.3 Track of ground and lift the car

图4 干燥窑壳体内轨道Fig.4 Track of inside dryer shell

3.2 液压升降车结构及参数的确定

液压升降车由液压系统（液压油缸和液压马达）、行程导向机构、车架和轨道组成，具体型式见图5。一车秧盘和秧盘车的重量大约1 500 kg，考虑到误差及能满足工人在其上边作业的要求，液压系统至少要能够提供19 600 N 的力。为了保证升降车在升降过程中平稳及防治损坏液压油缸与车架的连接机构，在液压升降车上设计了行程导向机构。行程导向机构由2 跟无缝钢管组成，钢管的规格为φ50 mm 和φ60 mm，壁厚都为3 mm。车架由10 号槽钢和2 mm厚的钢板焊接而成。为了保证轨道在横向稳定性，在两根槽钢轨基之间用2 跟方钢相连接，并且都焊接在秧盘升降车的表面。

图5 液压升降车结构简图Fig.5 Structure diagram of hydraulic lift truck

4 结论与讨论

系统设计完成后，在建三江胜利农场进行了实际生产检验，基本上能够满足生产要求。但工作时，需要人力进行推动，每次运输秧盘，至少需要3～4人，比较浪费人力和时间，因此在今后的研究中，将进一步改进系统，采用电力作为动力来运输秧盘。

［1］陈恒高，汪春，张伟，等.水稻植质钵育乳苗栽植机的研制［J］.农业工程学报，2009，25（3）：88-92.

［2］张冬梅，汪春.水稻钵育机械化栽培技术研究现状及发展趋势［J］.长春理工大学学报，2009，4（7）:175-176.

［3］汪春，张锡志，丁元贺，等.基于稻草制造钵育秧盘水稻栽植机的研究［J］.农机化研究，2006（1）:109-112.

［4］董晓威，汪春，刘天祥，等.植质钵育秧盘物料混合搅拌装置的设计研究［J］.黑龙江八一农垦大学学报，2012，24（2）：20-22.

［5］于海明，汪春，张伟，等.水稻秧盘干燥装置中干燥介质供给系统的研究［J］.农机化研究，2011（12）：20-23.

［6］单辉祖.材料力学［M］.北京：高等教育出版社，2009.