摘要：对温室育苗槽基质进行消毒能够解决连作后自毒产物增多、抵抗力下降及病菌传播等问题，可为基质的循环使用提供保障。目前，我国基质消毒存在设备结构简单，人力劳动强度大，作业环境不安全等问题。为此，设计了一种移动式温室育苗槽基质蒸汽消毒机，可将基质槽中基质抛起，同时注人髙温气体与基质充分接触，达到消毒的目的。该消毒机设计合理，符合温室育苗槽基质蒸汽消毒要求，能降低劳动强度，具有非常好的发展前景。

　　关键词：温室；基质；桁架式蒸汽消毒机

　　基质作为育苗槽的重要组成部分，是植物根系直接的生长环境，也是病虫害传播的媒介和繁殖场所，所以对育苗槽的基质进行消毒十分重要。对基质进行消毒能够解决连作后自毒产物增多、抵抗力下降及病菌传播等问题，可为基质的循环使用提供保障。

　　目前，对温室基质消毒的方法主要有化学消毒和物理消毒:化学消毒的原理是利用一些对病原菌和虫卵有杀灭作用的化学药剂对基质进行消毒[1];物理消毒的原理是利用热源使基质达到一定温度，从而消除病虫害。从现有经验来看，物理消毒中的蒸汽消毒更

　　适合温室基质的消毒。

　　目前，我国育苗槽基质消毒装备整体发展水平还很低，主要存在:基质消毒设备结构简单、人力劳动强度大且作业环境安全性不高及设备整体性能高等问题，机械化基质消毒设备在国内设施栽培中应用很少，严重制约着我国温室育苗产业的发展[2]。

　　为了解决我国消毒设备结构简单、人力劳动强度大、作业环境安全性不高及温室基质蒸汽消毒困难等问题，有必要设计一种小型的桁架式温室育苗槽基质蒸汽消毒机。

　　i结构

　　收稿日期：2015-10-20

　　基金项目：国家重点基础研究发展计划（973计划）项目

　　(2011CB100406)

　　作者简介：喻自荣（1987-)，男，云南红河人，硕士研究生，（E-mail)

　　963477247@qq.com。

　　通讯作者：张汝坤（I960-)，男，云南大理人，教授,（E-mail)zhan-

　　grukun8918@aliyun.com。

　　文章编号：1003-188X(2016)11-0154-04

　　1.1主要结构

　　适应温室的桁架式育苗槽基质蒸汽消毒机主要由驱动刀轴齿轮、机架、驱动电机齿轮、驱动电机、行走轮、行走车轮轴、进气管、抛土刀片、喷气管、罩壳、限位轮、竖直移动活塞、抛土刀轴、水平移动活塞、水平气压缸、移动框架、刀轴支撑梁，以及竖直气压缸组

　　成，如图1所示。

　　5.行走轮6.行走车轮轴7.进气管8.抛土刀9.喷气管

　　10.罩壳11.限位轮12.竖直移动活塞13.抛土刀轴

　　14.水平移动活塞15.水平气压缸移动框架17.刀轴支撑梁

　　18.竖直气压缸

　　图1消毒机的总体装配图

　　Fig.1Generalassemblydiagramofdisinfectionmachine

　　1.2构件间的连接关系

　　消毒机的车轮轴通过支承座安装在机架上，行走轮安装在车轮轴上，限位轮通过焊接固定在机架上；抛土刀轴通过轴承竖直安装在刀轴支承梁上，刀轴支承梁通过焊接固定在移动框架上;抛土刀轴驱动齿轮

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　　通过键槽配合安装在抛土刀轴上，抛土刀片通过刀鞘安装在抛土刀轴的顶端，驱动电机通过螺栓固定在罩壳上方的水平移动框架上；驱动电机链轮通过键槽配

　　合安装在驱动电机的轴上；喷气管两侧设有喷气孔，喷气管焊接在罩壳上，罩壳焊接固定在移动框架上；进气管通过螺纹连接安装在喷气管上;水平移动轴活塞和水平气压缸通过螺纹连接安装在机架上；竖直移动轴活塞和竖直气压缸通过螺纹连接安装在水平移

　　动框架上，水平移动框架通过轴承安装在水平移动轴上。

　　2消毒原理及工作过程

　　2.1基质蒸汽消毒原理

　　基质蒸汽消毒的基本原理是高温蒸汽通过热传递将温度传递给待消毒的基质。具体工作过程：当蒸汽锅炉产生高温蒸汽后，通过送汽管将产生的高温蒸汽通入基质槽内，然后高温蒸汽经通气孔喷出并对栽培基质进行加热消毒。这种热力的方法可消灭基质中

　　对作物有害的微生物、细菌、真菌、线虫、害虫和杂草[3_4]。基质蒸汽消毒原理示意图如图2所示。

　　Fig.2Principleofmatrixsteamsterilization

　　2.2消毒机工作过程

　　消毒机在工作时，水平移动框架在水平气压缸的推动下左右移动，在育苗槽内进行消毒。同时，水平移动框在竖直气压缸的作用下带动罩壳和抛土刀上下移动。罩壳的底面通过柔性材料与基质表面紧密贴合形成相对封闭的工作空间，其前后端边缘呈一定弧度，可减小前进阻力并起到平整基质的作用。刀轴通过轴承竖直安装在刀轴支承梁上刀轴支承梁焊接安装在移动框架上，抛土刀片通过刀座安装在抛土刀轴的一端。驱动电机通过驱动齿轮带动抛土刀在罩壳内高速旋转，将罩壳内的基质抛起。喷气管焊接在罩壳上，进气管通过螺纹连接安装在喷气管上，喷气管的两侧设有喷气孔，一侧喷气孔朝向抛土刀轴，另一侧喷气孔朝向壳体;两个进气管分别安装在两根喷气管的两端，进气管有1个进气口、2个出气口，两个出气口分别与两个喷气管通过螺纹连接，进气口与育

　　苗槽中设有的蒸汽管相连接，蒸汽从进气管的进气口进人进气管，再进人两个喷气管，经过喷气管的喷气孔进入到罩壳的内腔中，使罩壳内的高温蒸汽与抛土刀抛起的基质瞬速接触到达消毒目的。行走车轮轴通过轴承安装在机架的下端，车轮固定在车轮轴上。进行消毒工作时，工作人员推着机架使消毒机在育苗槽上行走。限位轮通过焊接固定在机架上，在消毒机行走时，两个限位轮与育苗槽的侧面接触，防止消毒

　　机偏离育苗槽。消毒机工作过程示意图如图3所示。

　　11.水平气压缸12.水平移动活塞13.移动框架

　　图3消毒机工作过程示意图

　　Fig.3Schematicdiagramofworkingprocessofdisinfectionmachine

　　3主要工作部件的设计

　　3.1机架设计

　　机架是整个消毒机质量的重要支撑部件，起着非常重要的作用，主要分为行走装置和移动装置两大部分。

　　3.1.1行走装置

　　行走装置主要由行走轮和限位轮组成，是消毒机的重要工作部件。要使消毒机能够在温室基质槽上前进或者后退，就需要横轴式的行走轮进行支承和传动;再带动整机在基质槽上移动，行走轮轴与轮架之间采用轴承进行连接。限位轮与基质槽内侧接触，防

　　止机架出现侧向偏移，保证整机平稳前进。行走装置

　　作业示意图如图4所示。

　　3.1.2水平移动装置

　　由于温室育苗槽的宽度较大，为了减小消毒机的质量，消毒装置部件的宽度设计为育苗槽宽度的1/2，所以消毒机在消毒时消毒部件需要在育苗槽上左右移动。消毒机的消毒装置部件的左右移动依靠水平

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　　气压缸来完成：当消毒装置部件欲向左移动时，右边气压缸的压力增大，推动消毒装置部件向左移动；当消毒装置部件欲向右移动时，左边的气压缸压力增大，推动消毒装置部件向右移动。

　　Fig.4Schematicdiagramoftheoperationofthewalkingdevice

　　3.1.3纵向移动装置

　　温室基质槽中的基质各处深度不一样，工作部件的刀片向下作业的深度也不能一样，所以竖向气压缸的作用是将工作部件提升或是降低。当工作部件由浅基质向深处变化作业时，气压缸的上部压力增大，驱使工作部件向下移动，使工作部件的刀片作业深度增加；当工作部件由深到浅时，气压缸的下端压力增大，驱使工作部件向上移动。

　　3.2消毒装置

　　3.2.1罩壳

　　罩壳是消毒部件的外层结构，底面通过柔性材料与基质表面紧密贴合，形成相对封闭的工作空间；壳体的前后端边缘向上呈一定弧度，在消毒机前进的过

　　程中，能减小前进阻力和防止基质覆盖在罩壳上。3.2.2喷汽管

　　喷气管是消毒机的重要组成部分，其焊接在罩壳上，两侧设有喷气孔，一侧喷气孔朝向抛土刀轴，另一侧喷气孔朝向壳体；喷汽管与育苗槽中设有的蒸汽输送管相连接，高温蒸汽通过蒸汽输送管进人喷汽管中，经过喷气管上的喷气孔进人到罩壳的内腔中，与

　　罩壳内被抛土刀抛起的基质充分混合。

　　3.2.3抛土装置

　　3.2.3.1抛土刀组

　　有效连接。抛土刀组将基质槽中的基质抛起，使基质能够在短时间内与高温蒸汽接触，达到快速消毒的目的。

　　3.2.3.2刀轴

　　刀轴是消毒机工作部件的主要承载体，承受土壤反作用力和电机的驱动力矩，会产生扭曲、弯曲等组合变形，同时会产生强烈的冲击和振动。所以，轴的材料应该满足强度、刚度、耐磨性及耐腐蚀性等方面的要求。设计轴时应该按照经济、合理、实用的原则，根据具体的情况选用轴的材料。由于碳钢比合金钢廉价，对应力集中的敏感性较低，也可以用热处理或化学处理的方法，提高其耐磨性和抗疲劳。所以，消毒机工作部件的刀轴采用45优质碳素钢，热处理方式选择正火。消毒机构工作时，驱动电机通过齿轮将动力传递到刀轴上，刀轴在电机驱动力的作用下带动刀组在基质中旋转。工作过程中，刀轴既要承受刀组与基质产生的反作用力又要承受电机的驱动力矩。所以，刀轴在消毒机的工作部件中起着十分重要的作用，其强度、刚度等是否满足要求直接影响到消毒机能否正常工作。消毒机构装置如图5所示。

　　Fig.5Disinfectionmechanism

　　3.2.4刀组和刀轴的强度校核及设计计算

　　3.2.4.1刀组边缘的旋转速度及所受基质阻力计算

　　由于刀片的旋转半径为及=125mm、刀组转速n

　　=300r/min、转矩T=1360.875Nom。所以，刀组边

　　缘的旋转速度和所受基质阻力分别为

　　2nonoR

　　v=woK=-=0.39m/s

　　60

　　F=

　　N

　　1360.875

　　0.39^

　　=3489.42N

　　抛土刀组是消毒机消毒结构的核心，由4把刀片和4个刀座固定装配而成。刀片靠螺纹和螺母连接在刀盘上面，使得刀片能够有效固定，以保证刀片对土壤的有效作业；而刀座上面设计有一定厚度的套筒，套筒通过螺栓与刀轴紧固在一起，保证刀座与刀轴的

　　3.2.4.2刀组施加给到刀轴的扭矩计算

　　由于刀组在作业时基质槽中的基质会对刀组产生阻力，此阻力会以扭矩的形式作用在刀轴上，依据刀片旋转半径和刀组所受阻力大小可计算其扭矩为

　　T=FoR=436.18Nom

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　　3.2.4.3刀轴的正常作业条件校核

　　刀轴正常作业的条件为

　　d^A0

　　d^A0

　　[T]=

　　T

　　=

　　TWT

　　!P

　　：110

　　槡n

　　0.5ah

　　9550000

　　~0.2d3

　　42.75

　　300

　　0.5x640

　　P

　　57.2mm

　　320MPa

　　31.5MPa<[T]n

　　当以上条件成立时，拋土装置能够克服基质的阻

　　力和所受力矩正常工作。

　　3.3动力传动机构

　　3.3.1电机选择

　　动力传动机构是消毒机传输动力的部件，电机是动力的来源。电机的种类很多，工作电源可分为直流电动机和交流电动机。其中，交流电动机还分为单相电动机和三相动机。按结构及工作原理可分为直流电动机、异步电动机和同步电动机。根据消毒机的工作条件选择型号为Z450-4B的直流电机。

　　3.3.2动力传动方式

　　动力传动方式有带传动、链传动、齿轮传动及蜗杆传动。带传动是由主动轮、从动轮和紧张在两轮上的皮带所组成。带传动的特点是外廓尺寸较大、容易打滑、不能保证固定的传动比、带的寿命较短、传动效率较低;链传动的特点是制造和安装精度要求较低、中心距较大、传动结构简单、瞬时链速和瞬时传动比不是常数、传动平稳性较差；齿轮传动的特点传动平稳、传动比精确，工作可靠、效率高、寿命长，使用的功率、速度和尺寸范围大;蜗杆传动的特点是效率低，容易产生齿面粘附[5]。根据各传方式的特点及消毒机的工作条件，选择单级齿轮传动，传动示意图如图6

　　所示

　　3.3.3齿轮传动比计算

　　齿轮传动比等于主动齿轮与被动齿轮的齿数比，也等于被动齿轮与主动齿轮的转速比。根据消毒机的工作要求，主动齿轮的转速?=800r/min从动齿轮的转速?=400r/min主动齿轮的齿数^=20,被动齿轮的齿数^=40。所以，^2=

　　Z2n40800

　　丄

　　了。

　　4结论

　　1)根据温室育苗基质槽的特点，采用旋耕机的工作原理，设计了一种小型的桁架式温室育苗槽基质蒸汽消毒机。桁架式温室育苗槽基质蒸汽消毒机的出现将会为温室基质蒸汽消毒降低劳动强度和消毒成本，提高消毒效率。

　　2)消毒机的消毒装置部分用前后边缘向上呈一定弧度的罩壳将抛土刀组罩起，罩壳壁上焊有通孔的喷汽管，高温蒸汽经过蒸汽输送管进入罩壳内。同时，抛土刀组在罩壳内高速旋转，将基质槽中的基质抛起，被抛起的基质在密封的罩壳内与高温蒸汽瞬速

　　接触、升温，达到消毒的目的。

　　3)该设计为温室基质蒸汽消毒提供了很好的解决方案，为温室基质蒸汽消毒机的研究和开发奠定了基础，具有一定的实用价值。

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　　(下转第161页）

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　　DesignofMultifunctionalRapeNo-tillageandDirectSeedingDevice

　　WangChuan，ShiLiulin，WangLiwei，WangWei

　　(InstituteofAgriculturalEngineering，AnhuiAcademyofAgriculturalSciences,Hefei230031,China)

　　Abstract:Accordingtotheanalysisofthephysicalpropertyinthreekindofrape,thisstudyhasconcludedthattherape

　　no-tillageanddirectseedingdevicefillingseedoutside,whichismultifunctionalandprecise,worksfairlyidealandhas

　　agoodperformance.Moreover，inthispaper，theprimarytasksforverifyingitsseedlingperformanceandstudyingthe

　　feasibilityofapplyingittorapeno-tillageanddirectseedingareasfollows:Firstly,basedonthetestaboutthephysical

　　propertyofdifferentrapeseeds，afinaldesignthatthreedifferentsizeofsocket-rollerandellipticalmoldholewereset

　　onthesamefeedshaftwasdeterminedthroughmakingcomparativeplatformexperimentonthecharacteristicsofrape-

　　seeds'three-dimensionalsizeandmoldhole.Secondly，byanalysisthefunctionalstructureofthisseedingdevicea-

　　bove，itsboardmaterialforprotectingseedandtheslopeofseedingholewerebothremodeled.Atlast，itwasdiscovered

　　thatthequantityofseedsleftbehindintheseedingdevicewasreducedgreatlyandtheconsequenceoffillingseedswas

　　effectiveaftersometestsweredone.

　　Keywords:rapeseedingdevice;socket-rollermoldhole;caseofprotectingseed

　　(上接第157页）

　　AbstractID:1003-188X(2016)11-0154-EA

　　DesignofMatrixSteamSterilizationMachineforTrussTypeGreenhouse

　　YuZirong1,ZhuJiafan1，PengJiwen1,ZhouTiquan2，YangLuqiang1，GaoZhichao1，ZhangRukun1

　　(1.SchoolofMechanicalandElectricalEngineering，YunnanAgriculturalUniversity，Kunming650202，China;2.Dali

　　PrefectureinYunnanProvince，XiangyunCountyAgriculturalMachineryExtendingStations，Xiangyun672100，China)

　　Abstract:thegreenhouseseedlingdisinfectionslotmatrixcanbesolvedaftercontinuouscroppingdecreasedfromtoxic

　　productsincrease，resistance，spreadthegerms，offersprotectionformatrixofrecycling.Butatpresentourcountryma-

　　trixdisinfectionequipmenthassimplestructure，humanlaborintensity，workenvironmentuneasycongruent.Inorderto

　　solvetheproblemofgreenhousematrixdisinfectiondifficult，wedesignaportablegreenhouseseedlingslotmatrixsteam

　　sterilizer，thedisinfectionmachinewillthrowupaslotinthematrix，thematrixintohightemperaturegasfullycontact

　　withthesubstrateatthesametime，achievethepurposeofdisinfection.Thedisinfectionmachinedesignisreasonable，

　　conformtotherequirementsofthegreenhouseseedlingslotmatrixsteamsterilization，canreducethelaborintensity，has

　　theverygooddevelopmentprospect.

　　Keywords:greenhouse;matrix;trusstypesteamsterilizer

　　o161o

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