小型碎土機的設計

馮帆

摘要：為解決水田育苗過程中碎土勞動強度大、效率低的問題，設計研制了工廠化育苗生產線配套機具——小型碎土機。介紹碎土機的基本結構及工作原理，著重闡述關鍵部件的設計和使用SolidWorks建模方法。試驗結果表明：該機結構緊湊、運行平穩、工作效率高、作業質量好，可促進工廠化育苗技術的快速發展。

關鍵詞：碎土機；工廠化育苗；碎土；篩土

中圖分類號：S223.1+9 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2014）11-0021-03

工廠化育苗是在人工創造的最佳環境條件下，采用科學化、機械化、自動化等技術措施和手段，批量生產優質秧苗的一種先進生產方式。采集秧盤播種所需要的苗床土時，自然采土的顆粒細度達不到播種的農藝要求，要經過破碎、過篩才能獲得直徑2～4 mm、通透性好的苗土。然而，苗土粉碎耗工多，且勞動強度大。為配合水稻栽培技術革新，推廣水稻工廠化育苗技術，成功研制小型碎土機，經過生產試用，效果顯著。目前，該機已成為水稻工廠化育苗生產線的配套設備之一。

1 小型碎土機結構及工作原理

1.1 結構

碎土機主要由進料口、前立板、碎土刀片、碎土刀軸、篩筒、電機、傳動裝置、后立板、廢料出口和機架等組成，傳動裝置由三角帶、大齒圈、小齒輪、齒輪軸、碎土刀軸皮帶輪及篩筒皮帶輪組成。其中機架部分采用傾斜4°的形式，這是經過多次試驗選擇的一個最佳角度，這個角度可確保土塊在篩網中不會因流動過快而影響打碎程度，也可避免土塊在入口位置大量堆積。其基本結構如圖1所示。

1.2 工作原理

碎土機的工作原理是：碎土機的電機13驅動大皮帶輪11和小皮帶輪12，同時為碎土刀軸7和篩筒5傳遞動力。待加工土壤由進料口1進入篩筒內腔，碎土刀軸7高速旋轉，碎土刀片6對土壤進行切削、破碎；篩筒5在大皮帶輪11的帶動下，經小齒輪9和大齒圈8嚙合減速后，做逆向低速旋轉，模擬人工篩土動作，將破碎后的細土篩出；殘余硬塊土壤、石子、草根等雜物在碎土刀片6、篩筒5和重力的共同作用下，由機身較矮部分的廢料出口14流出。

2 小型碎土機的主要技術參數

小型碎土機的主要技術參數見表1。

3 小型碎土機的主要部件設計

3.1 碎土部件

碎土部分主要是通過刀軸高速旋轉，刀片不斷擊打土塊，以使其達到農藝要求。刀軸轉速為960 r/min，選用六角鋼作為刀軸，再將刀片套在六角鋼上面，并用隔套分別隔開，刀片選用優質碳素結構鋼作為原材料，經熱處理表面硬度達到48～54 HRC，非淬火（滲碳）區硬度不超過38 HRC。刀片采用由短到長的形式，總共18把，間距50 mm。碎土刀片屬于易損件，這種結構易于拆卸，有利于機器的維修和保養。

3.2 篩土部件

根據工廠化育苗對苗床土細度的要求，確定篩筒的孔徑為4 mm。篩筒包圍在刀軸的外側，與刀軸反方向旋轉，模仿人工篩土動作速度，確定篩筒轉速為60 r/min，這樣既可以使土翻轉利于碎土，又可以將碎好的土直接從篩筒漏出。

篩筒、刀軸與篩筒套圈連接（結構如圖2所示），簡單輕便，又不影響入料。此外，通過3個支撐滾輪將篩筒套圈固定在前立板上，可以起到固定作用，又可以輔助篩筒旋轉。其結構如圖3所示。

3.3 傳動部件

碎土機的傳動部分采用皮帶傳送方式，再由皮帶將動力傳到齒輪，大齒輪齒數z1為80，分度圓直徑d1為320 mm，考慮到整機高度、外形尺寸及結構緊湊的問題，小齒輪齒數z2為9，分度圓直徑d2為36 mm，表面經調質處理，且保證其齒面接觸疲勞強度和齒根彎曲疲勞強度，使齒輪既耐磨又保持韌性。

3.4 機架與罩殼

機架與罩殼相連接，機架前高后低，傾斜4°，有利于土壤打碎，同時裝有萬向輪，方便作業時移動。罩殼所起的作用為：一是具有安全防護作用；二是避免塵土飛揚，改善工作環境。

4 小型碎土機的Solidworks建模

Solid Works軟件包括了在工業設計和機械設計等方面的多項功能，還包括對大型裝配體的管理、功能仿真、制造、產品數據管理等等。將碎土機用Solidworks軟件進行三維建模，如圖4所示。

5 結論

該小型碎土機采用堅硬耐磨的刀片高速旋轉配合篩筒工作而碎土，體積小、質量輕、設計合理、結構緊湊、使用簡便、運行平穩、效率高、故障少、易拆卸、碎土符合農藝要求，提高了育苗生產效率，促進了工廠化育苗技術的發展，推動了農業生產方式的變革，加速了農業產業結構的調整和升級，加快了農業現代化的進程。