水稻碾压式除芒机的设计及结构原理

2022-02-21孙振雨

农机使用与维修 2022年2期

关键词：风选罩壳稻种

孙振雨

(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

水稻育秧播种机在播种时，所用的稻种必须进行除芒精选处理，对稻种进行精选处理可有效去除稻种中掺杂的杂质和劣种，保证稻种质量。经过脱芒机除芒的稻种可满足育秧播种机播种的农业技术要求，有利于工厂化育秧作业。

目前水稻种子除芒机主要有摩擦式与打击式两种类型，这两种方式的除芒机在除芒作业过程中对种子破坏较大，导致种子破损率较高，稻种浪费严重；现有水稻种子脱芒机体积较大，用种量较大；有些脱芒机结构复杂，容易藏种存芒，难于清理[1]。

针对以上问题，设计一种水稻碾压式除芒机，该机设计小巧，适用于科研院所繁育基地等小区域小批量作业；具有破损率低、脱芒效率高、精选程度可调、无残留易清理等优点。

1 主要技术参数

外形尺寸(长×宽×高)：810 mm×310 mm×810 mm

电机型号：5 GN-7.5 K；

电机功率：120 W；

电压：220 V；

转速：180 r·min-1；

风机功率：120 W；

作业效率：0～50 kg·h-1；

破损率：≤3%；

精选方式：风选。

2 主要结构及工作原理

2.1 主要结构

水稻碾压式除芒精选机主要结构如图1所示，由风机、送风管、转速控制台、机架、支撑辊、罩壳、入料口、凸台整理器、凹槽整理器、刮平板、碾压辊、输送皮带、从动V带轮、风选盒、收集盒、皮带、主动V带轮、减速电机等部分组成。

1.风机；2.送风管；3.转速控制台；4.机架；5.支撑辊；6.罩壳；7.入料口；8.凸台整理器；9.凹槽整理器；10.刮平板；11.碾压辊；12.输送皮带；13.从动V带轮；14.风选盒；15.收集盒；16.皮带；17.主动V带轮；18.减速电机

2.2 工作原理

将待脱芒的稻种由入料口填入，稻种通过填料口落于输送皮带上。皮带由安装于减速电机的主动V带轮驱动，利用皮带将动力传递到从动V带轮，从动V带轮带动支撑辊转动，支撑辊支撑并带动输送皮带向前运动，落于输送皮带的稻种随之向前运动。稻种随输送皮带运动至凸台整理器位置时，由凸台整理器进行稻种梳理，梳理后稻种随输送皮带运送至凹槽整理器处，被凹槽整理器再次梳理，刮平板将位置高于输送带V型槽的稻种挡拦于刮平板前，落于输送带V型槽的稻种继续前进至碾压辊处。碾压辊与输送皮带紧密接触，形成摩擦驱动，碾压辊通过接触碾压将输送带V型槽内的稻种芒部折断，完成稻种脱芒动作，如图2所示。

图2 稻种脱芒示意图

脱芒后的稻种由输送皮带送到风选盒上方，随后落入风选盒内。风机提供的风力通过送风管送入风选盒内，稻种中的断芒、败籽、麸皮、颖壳等杂质被风力从风选盒排杂口中吹出，完成稻种精选工作，经过脱芒风选后的稻种落入收集盒中，完成稻种除芒精选作业，如图3所示。

图3 稻种精选原理示意图

入料口喂入量通过喂量调节板调节；精选程度通过风量调节板控制；输送带前进速度由转速控制台控制减速电机调节。

3 关键部件的设计

3.1 输送带的设计

输送带既是输送部件也是脱芒部件，在运送稻种的同时要与碾压辊配合使用完成脱芒作业。要求输送带材质弹性好且结实耐磨，选择顺丁橡胶(BR)[2]材质，该材质优点为弹性与耐磨性优良，主要用于轮胎胎面和运输带。

参考东北农业大学培育的东农423、425、427、428稻种[3]，其平均三轴尺寸(长×宽×厚)为7.9 mm×3.8 mm×1.95 mm、8.1 mm×3.6 mm×1.9 mm、7.6 mm×4.0 mm×2.0 mm、8.1 mm×3.9 mm×1.8 mm。理想化稻种三轴尺寸为8.0 mm×4.0 mm×2.0 mm，根据稻种尺寸设计输送带如图4所示。输送带使稻种完全置于凹槽内，通过碾压辊的碾压完成折芒作业，完成折芒作业后其作为运送机构将稻种运送至风选盒处。

图4 输送带截面示意图

用该输送带作业，稻种无残留，易清理。

3.2 碾压辊的设计

碾压辊为该机主要工作部件，材质要求硬度好、轻便、耐磨，选取材质为尼龙(1010)，该材质具有优良的减摩、耐磨性，有较好的刚性和力学强度。

碾压辊尺寸如图5所示，由尼龙(1010)棒材车削而成。

图5 碾压辊尺寸示意图

除芒作业时碾压辊与输送带配合使用，共同完成稻种的折芒动作，所以要求二者有较好的配合性，碾压辊与输送带同步设计，使碾压辊的凸台与输送带的凹槽完全契合，更好完成除芒作业。

3.3 风选盒的设计

风选盒是该机具的重要工作部件，其可完成除杂、精选作业。脱芒后的稻种从风选盒入口进入，在下落过程中风机输送的风由选盒右侧入风口进入，对稻种进行吹拂。稻种中的断芒、败籽、麸皮、颖壳等杂质在风吹动下从风选盒的排杂口排出，完成除杂作业；同时瘪种、败种、坏种、残种等因其密度较小，也被风从排杂口吹出，颗粒饱满、密度大的稻种则落入收集盒，完成精选作业。

稻种受力情况如图6所示，风选盒右侧风机给稻种以向左的吹拂力，稻种自身产生重力G，二力合成产生向左下方合力。

图6 稻种受力示意图

在重力、风力的共同作用下，稻种运动轨迹如图7所示。

图7 稻种下落轨迹示意图

风选盒结构如图8所示。风选盒的排杂口位置较入风口略低，给杂物等在风力作用下向左移动预留时间，在风机送风量不变的情况下，操纵风量调节板开合度调节除杂风力大小，控制稻种精选程度。

图8 风选盒结构示意图

当调节风力变大时，稻种自身重力保持不变，稻种所受合力变大；稻种纵向运动时间不变，横向运动时间变短，在下落过程中只有密度较大的良种可避开排杂口，落入稻种收集盒。瘪种、败种、坏种、残种等密度较小的次种会更大几率从排杂口排出，精选效果好。

当调节风力变小时，稻种自身重力保持不变，稻种所受合力变小；稻种纵向运动时间不变，横向运动时间变长，密度较小的次种停留时间长，有较大几率避开排杂口落入收集盒，精选效果较差。

4 安装方法

首先将机架至于平坦地面，且附近要有220 V电源；然后将风机、减速电机安装固定于机架指定位置；将减速电机开关、转速控制器安装固定于转速控制台；将支撑辊穿过输送皮带，UC轴承座安装于支撑辊轴端，将皮带装在主、从动V带轮上，张紧V带轮，将支撑辊的UC轴承座固定安装于机架预留孔；将凸台整理器、凹槽整理器、刮平板预先安装于罩壳上；将罩壳放置于机架上，用螺栓穿过罩壳螺栓孔后固定安装于机架预留孔，将罩壳固定在机架上；将碾压辊通过罩壳预留的装卸矩形孔送到指定位置，同时使碾压辊和输送皮带正确、紧密接触；碾压辊轴端穿过端盖，将碾压辊用螺栓、端盖固定安装于机架上；将风选盒用螺栓固定安装于机架一端；将送风管一端连接于风机，另一端连接于风选盒；将收集盒放置于风选盒下部，固定于机架底部指定位置；最后连接电源线，安装完成。