小顆粒種子顆粒化裝置設(shè)計(jì)

王道明WANG Dao-ming

（河南省南陽工業(yè)學(xué)校機(jī)電技術(shù)專業(yè)，南陽473003）

0 引言

種子是農(nóng)業(yè)的“芯片”，其質(zhì)量對(duì)農(nóng)作物的發(fā)芽率至關(guān)重要，影響種子的發(fā)芽率因素有種子自身質(zhì)量以及后期的處理和培育環(huán)境等。種子后期處理在天然的培育環(huán)境通常不是很好，種子的生長(zhǎng)發(fā)育，往往需要人工追肥來提供后續(xù)所需營(yíng)養(yǎng)成分，也需要定期打藥防蟲保苗，增加“免疫抵抗力”。而把種子用養(yǎng)料、農(nóng)藥和一系列生長(zhǎng)激素以及一些助黏材料包裹成顆粒，能夠較好地解決天然環(huán)境下直接培育種子養(yǎng)分不足需定期追肥，打藥防蟲保苗等問題。又因?yàn)榉N子顆?；院篌w積增大數(shù)倍，有利于提高種子機(jī)械化播種的精準(zhǔn)精量程度。最終實(shí)現(xiàn)節(jié)約播種時(shí)的用種數(shù)量、提高種子的發(fā)芽率、降低生產(chǎn)成本、增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益的目的[1-3]。

通過實(shí)驗(yàn)對(duì)經(jīng)過顆粒化包衣加工處理和未經(jīng)過顆?；录庸ぬ幚淼男≤钕恪⑸虾Ｇ嗟耐a(chǎn)量下種子播種數(shù)目、種子發(fā)芽率以及后期植保情況對(duì)比分析，得到如下結(jié)果：①同等產(chǎn)量下經(jīng)過顆?；录庸ぬ幚淼姆N子可以節(jié)約30%以上；②經(jīng)過顆粒化包衣加工處理的種子可以提高25%以上；③經(jīng)過顆粒化包衣加工處理的種子可降低農(nóng)作物幼苗期周期內(nèi)植保次數(shù)1～2 次[4-6]。

針對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的小型顆粒化設(shè)備生產(chǎn)過程不連續(xù)，顆?；?guī)格不均勻，能耗高；大型顆?；O(shè)備雖然可以連續(xù)化生產(chǎn)，但生產(chǎn)工序繁瑣，體積龐大，不適用于中小型企業(yè)等現(xiàn)狀，并針對(duì)種子顆?；O(shè)備易出現(xiàn)多空籽率、空籽率高，供粉不均、噴霧不勻、滴漏嚴(yán)重，能耗高，出料不順等問題，借鑒國(guó)內(nèi)外已有種子顆粒化加工相關(guān)研究經(jīng)驗(yàn)，研究開發(fā)出適宜于目前我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展實(shí)際的連續(xù)型小顆粒種子（蔬菜、煙草、牧草級(jí)）顆?；庸ぜ夹g(shù)裝備[7-12]。

1 方案設(shè)計(jì)

借鑒吸收與自主創(chuàng)新結(jié)合，吸取甩盤式顆粒化包衣機(jī)的優(yōu)點(diǎn)—顆?；聦有Ч?，加工更快耗時(shí)短；改良傾斜轉(zhuǎn)釜式顆?；聶C(jī)的缺點(diǎn)—效率低，規(guī)格不均勻，且不易操作，針對(duì)性設(shè)計(jì)了一款螺旋缸式連續(xù)型小顆粒種子顆?；b備如圖1 所示。小顆粒種子顆?；b置主要由顆?；K、供料模塊、振動(dòng)篩選模塊、傳動(dòng)模塊、平衡模塊等組成。

圖1 整體方案圖

在顆?；倪^程中，如果提前達(dá)到規(guī)格的種子不能及時(shí)排出，長(zhǎng)時(shí)間既會(huì)導(dǎo)致顆?；?guī)格超標(biāo)，浪費(fèi)原材料，又增加了機(jī)器的能耗。為實(shí)現(xiàn)能即時(shí)篩選排除已達(dá)到規(guī)格的顆?；N子，并在排出已達(dá)標(biāo)顆?；N子的同時(shí)又能加入新的種子進(jìn)行顆粒化加工，從而實(shí)現(xiàn)顆粒化過程連續(xù)性，考慮利用離心力和重力讓種子滾動(dòng)起來，并在其過程中進(jìn)行篩選。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)原理圖如圖2。

圖2 顆?；韴D

其工作原理：上缸蓋通過吊環(huán)與機(jī)架柔性連接，篩子通過百葉與上缸蓋連接，都是不作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的，只有螺旋缸作高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。工作時(shí)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)螺旋缸高速旋轉(zhuǎn)；包衣劑、膠懸液、農(nóng)藥以及熱風(fēng)由螺旋缸中軸部供給；種子由儲(chǔ)料倉喂料器定量不間斷進(jìn)入包衣機(jī)螺旋缸，在離心力作用下種子沿著螺旋翻板（如圖3 所示）被送到頂部，由慣性沿著缸蓋內(nèi)壁從螺旋缸中軸線部分落下，途徑振動(dòng)篩選篩，最終落回缸底部，以此反復(fù)循環(huán)，此過程中供給源源不斷地霧狀膠懸液、包衣劑以及熱風(fēng)，小顆粒種子與包衣劑、膠懸液充分接觸，形成包覆層；小顆粒種子顆粒直徑逐漸增大，當(dāng)顆粒直徑達(dá)到震動(dòng)篩選篩的孔徑時(shí)被篩選出缸，完成顆?；^程。

圖3 種子顆?；庸ぢ肪€圖

Ostwald Ripening 是一種材料生長(zhǎng)的機(jī)理，簡(jiǎn)單點(diǎn)說就是材料從分子階段開始，首先形成一定尺寸的晶核，然后所有的分子都依附于晶核生長(zhǎng)，晶核會(huì)生長(zhǎng)的越來越大。小顆粒種子顆?；庸み^程就類似于Ostwald Ripening，小顆粒種子可以看作“晶核”，包衣劑和膠懸液可以看作“分子”，包衣劑和膠懸液“分子”依附于種子“晶核”生長(zhǎng)，種子“晶核”會(huì)生長(zhǎng)的越來越大，達(dá)到顆?；?。為了避免新加入的小顆粒種子充當(dāng)“分子”依附于已有一定顆?；潭鹊姆N子“晶核”形成多“晶核”種子的現(xiàn)象，即降低多籽率。采用分級(jí)的方法，即將最終要達(dá)到的規(guī)格尺寸劃分成多次顆?；?，根據(jù)顆?；?guī)格，可分2~3 級(jí)。

2 關(guān)鍵功能裝置設(shè)計(jì)

2.1 供粉裝置設(shè)計(jì)

粉劑塵埃的供粉裝置，主要有粉倉、支撐架、過濾器、調(diào)整閥芯和專用鼓風(fēng)機(jī)組成如圖4 所示，過濾器通過支撐架固定在粉倉底部中間，上端通過軟管與專用鼓風(fēng)機(jī)吸氣口鏈接，下端穿過粉倉底部暴露于空氣中，過濾閥芯由過濾網(wǎng)底部進(jìn)入，并可通過扣環(huán)螺母人工調(diào)整位置。同時(shí)為防止架粉，粉倉側(cè)壁可設(shè)置電磁振蕩器。

圖4 供粉裝置原理圖

其原理就是在專用鼓風(fēng)機(jī)的吸氣端提供粉劑，使專用鼓風(fēng)機(jī)吹進(jìn)螺旋杠內(nèi)的空氣夾帶著包衣粉劑的粉塵，實(shí)現(xiàn)供粉的功能。由于鼓風(fēng)機(jī)功率一定，即單位時(shí)間內(nèi)吸氣端吸入體積一定，吸氣端口過濾器進(jìn)粉口數(shù)量又一定，調(diào)整過濾器內(nèi)閥芯的位置，改變專用鼓風(fēng)機(jī)吸氣端口進(jìn)氣口的數(shù)量，方可實(shí)現(xiàn)調(diào)整排出的空氣中粉劑含量，即供粉量可調(diào)。

讓粉劑懸浮于空氣中，以輸送空氣塵埃的方式實(shí)現(xiàn)供粉，可確保供粉均勻，有效避免空籽顆粒。工作時(shí)，粉倉中倒入包衣粉劑材料，通上電源專用鼓風(fēng)機(jī)得電，在鼓風(fēng)機(jī)的吸引作用下可將包衣粉劑粉塵通過輸送管道送至螺旋缸中，調(diào)整專用鼓風(fēng)機(jī)吸氣端口調(diào)整閥芯的位置改變供粉量。

2.2 供液裝置設(shè)計(jì)

供液系統(tǒng)主要由儲(chǔ)液桶、液壓泵、電磁閥、過濾器、排壓閥、超聲波霧化噴頭以及銜接管件等組成。其工作原理為采用超聲波霧化噴頭將膠懸液、農(nóng)藥和液肥等原料超霧化后均勻的噴在種子表面，以利于后續(xù)包裹原料均勻附著。其供液裝置示意圖如圖5 所示。

圖5 供液裝置示意圖

該小顆粒種子顆?；b置的供液系統(tǒng)設(shè)有3 個(gè)儲(chǔ)液桶，分別用于存放膠懸液、農(nóng)藥、養(yǎng)料等液體。其系統(tǒng)工作時(shí)，3 個(gè)電磁閥控制分別控制3 個(gè)儲(chǔ)液，液體在液壓泵的作用下，經(jīng)過電磁閥控制沿著管道流至超聲波防滴噴頭霧化后噴至螺旋缸內(nèi)。

2.3 振動(dòng)篩選模塊設(shè)計(jì)

因?yàn)樵谡麄€(gè)顆?；^程中，種子在缸內(nèi)每一次的循環(huán)，都要經(jīng)過篩子篩選，靜止不動(dòng)的篩子在篩選過程中極易出現(xiàn)種子堵塞、架種等現(xiàn)象。故給篩子提供一定頻率的振動(dòng)是必須的?？梢栽诤Y子上安裝一個(gè)電磁振蕩器，由電磁振蕩器來提供一定頻率的震動(dòng)，或者通過一個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)來滿足要求，原理如圖6。

圖6 振動(dòng)篩選原理圖

其工作原理：上缸蓋通過吊環(huán)與機(jī)架柔性連接，篩子通過百頁與上缸蓋連接，都是不作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的，只有螺旋缸高速旋轉(zhuǎn)，且其外圍均勻分布焊接了幾個(gè)突起棒料。傳震桿一端套于篩柄上，一端接觸于螺旋缸外壁，這樣螺旋缸高速旋轉(zhuǎn)以后，傳震桿就會(huì)以一定周期頻率作上下小幅震動(dòng)，即可給篩子提供震動(dòng)，實(shí)現(xiàn)振動(dòng)篩選。

3 其他裝置設(shè)計(jì)

3.1 傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)

軸固定用兩個(gè)角接觸球軸承軸承采用背對(duì)背安裝，增加軸承受熱膨脹軸向游隙間距，防止工作時(shí)間過長(zhǎng)，軸承受熱膨脹，出現(xiàn)卡死現(xiàn)象。

設(shè)備轉(zhuǎn)速相對(duì)較高，傳動(dòng)比要求不精確，也沒有別的特殊要求，故采用V 帶傳動(dòng)。其工作狀態(tài)平穩(wěn)，噪音低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，維護(hù)方便，成本低。而且V 帶良好的彈性既能吸振緩沖又具有過載保護(hù)作用。

電機(jī)選型，該設(shè)備空載狀態(tài)啟動(dòng)，從開始到結(jié)束整個(gè)工作過程電機(jī)一直處于單向、連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，而且系統(tǒng)載荷平穩(wěn)，故選擇Y 系列三相異步電動(dòng)機(jī)。電機(jī)帶動(dòng)第一級(jí)螺旋缸，第一級(jí)螺旋缸帶動(dòng)第二級(jí)螺旋缸，故計(jì)算電動(dòng)機(jī)輸出功率時(shí)，在先不考慮第二級(jí)螺旋缸的基礎(chǔ)上，以第一級(jí)螺旋缸來校核計(jì)算電動(dòng)機(jī)輸出功率Pd1，再將第一級(jí)螺旋缸看作空載，以第二級(jí)螺旋缸來校核計(jì)算電動(dòng)機(jī)輸出功率Pd2，則電動(dòng)機(jī)輸出功率即為Pd=Pd1+Pd2。選擇電機(jī)額定功率Ped為5.5kW，轉(zhuǎn)速為1500r/min，選定電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y132S-4，其滿載轉(zhuǎn)速nm=1440r/min。

3.2 平衡模塊設(shè)計(jì)

由于第一級(jí)螺旋缸的空心軸較長(zhǎng)，在顆?；庸み^程中，整個(gè)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的質(zhì)心不一定在回轉(zhuǎn)軸線上，將導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)，系統(tǒng)不穩(wěn)定，如果不加以制止，擺動(dòng)會(huì)愈加劇烈，影響顆?；庸ばЧ?，又極大降低了裝備的使用壽命，故需對(duì)第一級(jí)螺旋缸徑向限位。

3.3 烘干模塊設(shè)計(jì)

烘干方式采用低溫?zé)犸L(fēng)，可以單獨(dú)設(shè)置烘干裝置模塊，考慮整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊性，本課題采用將烘干裝置模塊融入供粉模塊里面，可在專用鼓風(fēng)機(jī)的吸氣端進(jìn)氣口前端設(shè)置電阻絲加熱器，風(fēng)管與粉劑輸送為同一管道，在管內(nèi)可安裝溫度傳感器，將出風(fēng)口溫度限制在60℃以下。且為了防止風(fēng)管管道被氧氣氧化腐蝕，需在風(fēng)管外表面需進(jìn)行鍍鉻電化學(xué)處理。這樣熱風(fēng)與粉劑同時(shí)進(jìn)入螺旋缸內(nèi)，既實(shí)現(xiàn)供粉功能，又得以烘干加速顆?；M(jìn)程。

4 結(jié)語

適用于中小型企業(yè)等現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)適宜于我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際的小顆粒種子顆?；庸ぬ幚碓O(shè)備。利用高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力和自身的重力，讓種子在充滿著顆?；蹌┑姆蹓m和懸浮霧狀膠懸液、農(nóng)藥、液肥的螺旋缸內(nèi)上下不停翻滾，并在其下落過程中進(jìn)行篩選，將其已達(dá)標(biāo)的種子即時(shí)排出，進(jìn)入下一級(jí)的顆?；庸み^程，直至達(dá)到最終的顆?；?guī)格要求，完成整個(gè)顆粒化加工過程。

與現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備相比，該設(shè)備實(shí)現(xiàn)了種子顆粒化加工的連續(xù)性，極大地降低了機(jī)器的能耗，減少原材料的浪費(fèi)，并且種子包裹原料供粉噴霧均勻、顆?？辗N率低、種子包裹材料黏著度質(zhì)量高以及生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。種子顆?；馁|(zhì)量與很多因素有關(guān)，如丸衣劑的選擇和配比，螺旋缸的轉(zhuǎn)速和翻板的螺旋角度，烘干溫度和時(shí)間等。如何進(jìn)一步優(yōu)化種子顆粒化加工工藝，提高設(shè)備加工處理能力，研究以上因素對(duì)顆?；Ч挠绊懗潭仁墙窈罄^續(xù)提升完善的重點(diǎn)內(nèi)容。