小型碎土机的设计

冯帆

摘要：为解决水田育苗过程中碎土劳动强度大、效率低的问题，设计研制了工厂化育苗生产线配套机具——小型碎土机。介绍碎土机的基本结构及工作原理，着重阐述关键部件的设计和使用SolidWorks建模方法。试验结果表明：该机结构紧凑、运行平稳、工作效率高、作业质量好，可促进工厂化育苗技术的快速发展。

关键词：碎土机；工厂化育苗；碎土；筛土

中图分类号：S223.1+9 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2014）11-0021-03

工厂化育苗是在人工创造的最佳环境条件下，采用科学化、机械化、自动化等技术措施和手段，批量生产优质秧苗的一种先进生产方式。采集秧盘播种所需要的苗床土时，自然采土的颗粒细度达不到播种的农艺要求，要经过破碎、过筛才能获得直径2～4 mm、通透性好的苗土。然而，苗土粉碎耗工多，且劳动强度大。为配合水稻栽培技术革新，推广水稻工厂化育苗技术，成功研制小型碎土机，经过生产试用，效果显著。目前，该机已成为水稻工厂化育苗生产线的配套设备之一。

1 小型碎土机结构及工作原理

1.1 结构

碎土机主要由进料口、前立板、碎土刀片、碎土刀轴、筛筒、电机、传动装置、后立板、废料出口和机架等组成，传动装置由三角带、大齿圈、小齿轮、齿轮轴、碎土刀轴皮带轮及筛筒皮带轮组成。其中机架部分采用倾斜4°的形式，这是经过多次试验选择的一个最佳角度，这个角度可确保土块在筛网中不会因流动过快而影响打碎程度，也可避免土块在入口位置大量堆积。其基本结构如图1所示。

1.2 工作原理

碎土机的工作原理是：碎土机的电机13驱动大皮带轮11和小皮带轮12，同时为碎土刀轴7和筛筒5传递动力。待加工土壤由进料口1进入筛筒内腔，碎土刀轴7高速旋转，碎土刀片6对土壤进行切削、破碎；筛筒5在大皮带轮11的带动下，经小齿轮9和大齿圈8啮合减速后，做逆向低速旋转，模拟人工筛土动作，将破碎后的细土筛出；残余硬块土壤、石子、草根等杂物在碎土刀片6、筛筒5和重力的共同作用下，由机身较矮部分的废料出口14流出。

2 小型碎土机的主要技术参数

小型碎土机的主要技术参数见表1。

3 小型碎土机的主要部件设计

3.1 碎土部件

碎土部分主要是通过刀轴高速旋转，刀片不断击打土块，以使其达到农艺要求。刀轴转速为960 r/min，选用六角钢作为刀轴，再将刀片套在六角钢上面，并用隔套分别隔开，刀片选用优质碳素结构钢作为原材料，经热处理表面硬度达到48～54 HRC，非淬火（渗碳）区硬度不超过38 HRC。刀片采用由短到长的形式，总共18把，间距50 mm。碎土刀片属于易损件，这种结构易于拆卸，有利于机器的维修和保养。

3.2 筛土部件

根据工厂化育苗对苗床土细度的要求，确定筛筒的孔径为4 mm。筛筒包围在刀轴的外侧，与刀轴反方向旋转，模仿人工筛土动作速度，确定筛筒转速为60 r/min，这样既可以使土翻转利于碎土，又可以将碎好的土直接从筛筒漏出。

筛筒、刀轴与筛筒套圈连接（结构如图2所示），简单轻便，又不影响入料。此外，通过3个支撑滚轮将筛筒套圈固定在前立板上，可以起到固定作用，又可以辅助筛筒旋转。其结构如图3所示。

3.3 传动部件

碎土机的传动部分采用皮带传送方式，再由皮带将动力传到齿轮，大齿轮齿数z1为80，分度圆直径d1为320 mm，考虑到整机高度、外形尺寸及结构紧凑的问题，小齿轮齿数z2为9，分度圆直径d2为36 mm，表面经调质处理，且保证其齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度，使齿轮既耐磨又保持韧性。

3.4 机架与罩壳

机架与罩壳相连接，机架前高后低，倾斜4°，有利于土壤打碎，同时装有万向轮，方便作业时移动。罩壳所起的作用为：一是具有安全防护作用；二是避免尘土飞扬，改善工作环境。

4 小型碎土机的Solidworks建模

Solid Works软件包括了在工业设计和机械设计等方面的多项功能，还包括对大型装配体的管理、功能仿真、制造、产品数据管理等等。将碎土机用Solidworks软件进行三维建模，如图4所示。

5 结论

该小型碎土机采用坚硬耐磨的刀片高速旋转配合筛筒工作而碎土，体积小、质量轻、设计合理、结构紧凑、使用简便、运行平稳、效率高、故障少、易拆卸、碎土符合农艺要求，提高了育苗生产效率，促进了工厂化育苗技术的发展，推动了农业生产方式的变革，加速了农业产业结构的调整和升级，加快了农业现代化的进程。