9FM-700型高效多功能水稻苗床碎土机的研究设计

谢 剑

(黑龙江省农业机械工程科学研究院 牡丹江分院，黑龙江 牡丹江 157011)

0 引言

2021年黑龙江省目标为确保粮食种植面积稳定在1 433万hm2以上，其中水稻要达到400万hm2，而2017年黑龙江省水稻种植面积只有271.58万hm2。随着水稻种植面积的不断增大，对苗床土的需求量也逐之增大。水稻苗床土是水稻旱育秧苗的生长基质，要求床土松散、养分充足、呈酸性。最适合作为水稻苗床土的成分是草炭土和腐殖土，目前能够达到这个标准的床土非常少，特别是长期种植水稻的地区优质的水稻苗床土更是难以取得。小型碎土机对很多大颗粒和土疙瘩都粉碎不了，而且效率低，为此研制9FM-700型高效多功能水稻苗床碎土机(以下简称碎土机)能有效解决水稻育秧用土难的问题，工作效率高、碎土快、出土更细。

1 国内外研究现状

随着我国农业的不断发展，农业的机械化程度越来越高。碎土机在农业、林业、果树、蔬菜等采用苗床土育苗的领域相当普及。目前，国内土壤破碎机有江苏镇江振华机械生产的XTP-500型碎土机，适用于建筑及道路建设[1]；山东奥莱机械有限公司生产的多功能农田土壤粉碎机，需要220 V 、15 kW电机带动；济宁凌深机械设备有限公司生产的ST-800型水稻苗床粉土机等[2]。国外农业机械化发展较早，欧美日韩等发达国家生产的碎土及筛土机械具有制造工艺精良、可靠性强、性能稳定、价格适宜、噪声相对较低等优点。其中以加拿大全球机械服务有限公司生产的集碎土、筛选、配置、包装于一体的水稻盘育秧用土处理机比较著名[3]。学习参考国外先进碎土机，研究一种适合于我国机械化发展现状的本土机械迫在眉睫。

2 总体方案与工作原理

2.1 总体方案

碎土机(图1)主要由机架、车轮牵引架、变速箱总成、喂入土斗装置、碎土部件、滚筒筛部件、风机部件、输送带部件等组成。所有零部件在保证结构和强度的条件下，尽量减轻整机重量。

1.车轮牵引架；2.变速箱；3.碎土装置；4.风机；5.喂入斗装置；6.滚筒筛；7.输送带装置

2.2 工作原理

碎土机采用大型铲车上土，将各种土块倒入喂入斗，喂入斗中的抖动栅板将土堆抖松后从栅板两侧落入喂入螺旋搅拢，由搅拢输送至碎土装置进行粉碎，粉碎后的土块由连接斜板进入滚筒筛筛选，筛选好的细土粒落到输送带上，杂质从粗料口送出，最后筛选好的细土由输送带直接装车或送入搅拌机与有机质、肥料进行深加工。确保土壤品质达到各种类型苗床土的要求。

3 关键零部件设计

3.1 机架

机架主要由矩形管、角钢、槽钢、钢板等焊接而成，机架上方与喂入土斗连接，中心安装滚筒筛部件，头部安装变速箱总成、碎土部件，下方安装车轮牵引架、风机、输送带部件等。

3.2 动力传动系统

动力传动系统(图2)主要由变速箱、齿轮、链轮、皮带轮等组成。拖拉机动力输出轴转速为n=720 r·min-1时，主要动力参数如下

1.搅拢大链轮Z7=59 齿；2.碎土大链轮Z9=28 齿；3.风机大带轮D1=169 mm；4.碎土小链轮Z10=18 齿；5.风机小带轮D2=62 mm；6.滚筒筛大链轮Z11=28 齿；7.滚筒筛小链轮Z12=13 齿；8.输送带小带轮D3=100 mm；9.输送带大带轮D4=188 mm；10.换挡大齿轮Z6=19 齿；11.换挡双联齿轮Z5=44 齿，Z4=47 齿；12.换挡小齿轮Z3=16 齿；13.输出轴锥齿轮Z2=15 齿；14.输入轴锥齿轮Z1=26 齿；15.搅拢小链轮Z8=12 齿

1)喂入土斗搅拢转速

(1)

(2)

式中n1、n2—喂入土斗搅拢转速，r·min-1；

Z3—换挡小齿轮齿数，齿；

Z4—换挡双联齿轮齿数，齿；

Z7—搅拢大链轮齿数，齿；

Z8—搅拢小链轮齿数，齿。

2)滚筒筛转速

(3)

(4)

式中n3、n4—滚筒筛转速，r·min-1；

Z5—换挡双联齿轮齿数，齿；

Z6—换挡大齿轮齿数，齿；

Z11—滚筒筛大链轮齿数，齿；

Z12—滚筒筛小链轮齿数，齿。

3)输送带转速

(5)

式中n5—输送带转速，r·min-1；

D3—输送带小带轮直径，mm；

D4—输送带大带轮直径，mm。

4)风机转速

(6)

式中n6—风机转速，r·min-1；

D1—风机大带轮直径，mm；

D2—风机小带轮直径，mm。

5)碎土装置转速

(7)

式中n7—碎土装置转速转速，r·min-1；

Z9—碎土大链轮齿数，齿；

Z10—碎土小链轮齿数，齿。

3.3 变速箱总成

变速箱(图3)设计成二级变速，包含19齿对44齿及16齿对47齿2种传动比，如果所选土壤黏度校大则选用低传动比，土壤干燥容易粉碎则选择高传动比的挡位。变速箱外接链轮与部件的链轮连接满足各部件的转速需求。

1.箱体侧连接管总成；2.26齿锥齿轮；3.16齿直齿轮(变位)；4.19齿直齿轮(变位)；5.动力输入轴；6.挡双联齿轮(变位)；7.动力输出挂挡轴

3.4 碎土装置

碎土装置(图4)主要通过刀轴高速旋转，使刀片不断击打土块石块，从而达到碎土目的。刀轴转速为1 941.3 r·min-1，刀片用65Mn材料，耐磨。并采用调隙装置，当刀片磨损后，调整刀片的位置缩小与衬板之间的间隙或调整衬板以缩小与刀片的距离，达到碎土效果。

1.球轴承P209；2.碎土片焊合；3.碎土轴；4.碎土片轴；5.双联链轮

3.5 滚筒筛

滚筒筛(图5)采用大直径慢转速，且安装时有一定倾斜角度，直径设计成900 mm,转速定位23 r·min-1，筛网孔径为4 mm的小正方形。让符合要求的土粒通过筛网落入输送带，粉碎不充分的过大土块或者石块向后端的粗料口运动，由粗料口排出。

1.28齿单链轮；2.球轴承P208；3.滚筒轴焊合；4.滚筒焊合；5.PC208轴承

3.6 输送带装置

输送带装置头部位于滚筒筛底部，筛选好的苗床土直接落在输送带上，输送带选用宽500 mm、厚7 mm、长6 340 mm的平胶带，平胶带上安装角钢可以起到刮土作用，将土直接成堆或者接入配套的搅拌机，将碎土与有机质、肥料等搅拌成所需的各种育苗土。将输送带支撑架设计为可以折叠成2段的结构，缩小整机结构，方便运输。

4 样机主要技术参数

外形尺寸及动力参数见表1。

表1 技术参数表

5 结论与展望

碎土机经过多次试验，碎土质量符合农艺要求，各项指标都达到了设计要求，该机机构紧凑，运行平稳，作业效率高。但也存在一些不足和问题需要改进和优化：1)铲车上土难免会有一些特大的土块或者石块进入喂入斗，造成输送搅拢的拥堵，需停机清理。2)滚筒筛倾斜角度的大小直接影响筛土质量、效率和残渣的送出。需通过多轮试验数据确定最合适的倾斜角度。3)滚筒筛的筛网直径大小，在不影响用土要求的前提下确定一个合理的最佳孔径可提高出土率。

新型水稻苗床碎土机解决了育秧过程中用土难的问题，促进了工程化育秧技术的发展，加快了我国水稻生产机械化的进程。

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