轻量化秸秆园艺栽培体成型机的制作方法

本申请涉及农产品加工机械技术领域，尤其涉及一种轻量化秸秆园艺栽培体成型机。

背景技术：

设施园艺的栽培集成化程度较高，作物栽培过程中常用到无土栽培或者批量化育苗栽培，以实现高效的作物栽培工艺。在无土栽培或批量化育苗栽培工艺中，常需要特制的栽培体，即培养基，来为作物生长提供养分和根系生长空间。秸秆作为农作物种植后的附加产品，是一种可再生能源，秸秆具有丰富的有机物质和矿物质，秸秆物料或者秸秆于黏土的混合物料经压制和发酵后可以直接作为栽培体，称为秸秆园艺栽培体。

现有技术中，通过农作物秸秆制成栽培体的方法一般包括以下步骤：首先，将晾干的秸秆进行粉碎，获得较小颗粒体积的秸秆碎料；其次，将秸秆碎料通过压块设备的进料口加入到压块模具中；再启动压缩装置，让压缩装置对模具内的秸秆物料施加较大的压力，并维持较长时间的压缩状态，从而使模具中的秸秆料块彼此粘连，形成致密的料块；最后，将料块取出，并在需要进行作物栽培时，加入特定的营养物质和水。可见，栽培体料块的形状以及致密度是否合格，直接取决于压块装置压缩质量。

为了获得合格的秸秆料块，现有技术中常通过秸秆压块设备制备栽培体料块。秸秆压块设备一般包括进料装置、压缩装置和出料装置。进料装置位于压缩装置的上方，在实际使用中通过进料装置加入秸秆物料，压缩装置通过液压传动的方式，控制活动端发生位置移动，减小模具内的空间大小，并持续对秸秆施加压力，使秸秆物料成型为模具内的形状，并从出料装置内取出。但由于设施园艺的温室空间有限，要充分利用温室内的空间，因此秸秆园艺栽培体相对于普通的秸秆料块的致密度要求更高，而通过上述秸秆压块设备很难制出符合致密度要求的料块。

技术实现要素：

本申请提供了一种轻量化秸秆园艺栽培体成型机，以解决传统秸秆压块机制成的秸秆料块致密度低的问题。

本申请提供的轻量化秸秆园艺栽培体成型机，包括：压缩装置，捡出装置，顶出装置，进料装置以及机架；

其中，所述压缩装置设置在所述机架的中部位置上，所述压缩装置的两侧分别设有固定在所述机架上的所述捡出装置和所述进料装置，所述顶出装置安装在所述压缩装置的正下方；所述捡出装置内设有机械手；

所述机架包括平台以及设置在所述平台上的两个滑动立柱，两个滑动立柱的顶部通过悬吊梁相互实现连接；所述压缩装置自上而下依次包括：加压液压缸、上动梁以及压头，所述加压液压缸铰接在所述悬吊梁的底面上，所述压头通过所述上动梁固定在所述加压液压缸的活动端；所述上动梁具有嵌套在所述滑动立柱上的滑套结构；

所述平台上还设有位于所述压头正下方的模具，所述模具中部设有与所述压头截面形状相同的通孔，所述进料装置具有连通所述模具的进料腔体结构。

可选的，所述顶出装置包括：固定板、顶出液压缸、下动梁以及顶头；

所述顶出液压缸垂直连接在所述固定板上，所述固定板设置在所述平台的底面，所述顶头通过所述下动梁连接在所述顶出液压缸的活动端，所述下动梁也具有嵌套在所述滑动立柱上的滑套结构。

可选的，所述模具可拆卸地连接在所述平台上，所述模具内设有多个导向杆；所述压头上设有能够被所述导向杆贯穿的多个导向孔。

可选的，所述压缩装置还包括压头连接架和多个压头连接杆；多个所述压头连接杆的下端连接所述压头连接架，多个所述压头连接杆的上端连接所述上动梁，所述压头连接架的底面连接所述压头。

可选的，两个所述滑动立柱均为空心圆柱结构，两个所述滑动立柱与所述悬吊梁之间的连接方式为胀紧连接；所述悬吊梁上设有与所述滑动立柱配合的胀紧连接套。

可选的，所述滑动立柱的空心结构内，与所述胀紧连接套对应的位置设有辅助支撑块，所述辅助支撑块为直径与所述滑动立柱内径相等的圆柱形结构。

可选的，所述辅助支撑块的中部设有贯穿所述辅助支撑块的透气孔。

由以上技术方案可知，本申请提供一种轻量化秸秆园艺栽培体成型机，包括：压缩装置，捡出装置，顶出装置，进料装置以及机架。其中，压缩装置安装在机架的中部位置，两侧分别设有捡出装置和进料装置，并在正下方设置有顶出装置。在进行园艺栽培体的定型过程中，粉碎后的秸秆物料先通过进料装置进入压缩装置的模具内，在模具内累积到一定量以后，压缩装置内的加压液压缸开始启动，带动压头向模具方向运动，对模具内的秸秆物料进行压缩，并维持压力一定时间，使秸秆物料形成致密的料块，最后，通过顶出装置将压缩好的秸秆料块顶出后，由捡出装置将料块成品取出，完成一次料块压缩。

本申请提供的所述成型机，通过机架上的滑动立柱和悬吊梁，以及压缩装置中的加压液压缸、上动梁和压头，可以使加压液压缸所输出的动力方向始终与压缩方向保持一致，保证压头能够在模具中顺利实施压缩，提高料块成品的致密度，解决传统秸秆压块机制成的秸秆料块致密度低的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种轻量化秸秆园艺栽培体成型机结构示意图；

图2为本申请实施例中机械手的结构示意图；

图3为本申请实施例中机架的结构示意图；

图4为本申请实施例中压缩装置的结构示意图；

图5为本申请实施例中顶出装置的结构示意图；

图6为本申请实施例中模具的结构示意图；

图7为本申请实施例中胀紧连接的结构示意图；

图8为本申请实施例中辅助支撑块的结构示意图；

图示说明：

其中，1-压缩装置；11-加压液压缸；12-上动梁；13-压头；14-模具；15-导向杆；16-导向孔；17-压头连接架；18-压头连接杆；2-捡出装置；3-顶出装置；31-固定板；32-顶出液压缸；33-下动梁；34-顶头；4-进料装置；5-机架；51-平台；52-滑动立柱；53-悬吊梁；54-胀紧连接套；55-辅助支撑块；56-透气孔。

具体实施方式

参见图1，为一种轻量化秸秆园艺栽培体成型机的结构示意图。由图1可知，本申请提供的轻量化秸秆园艺栽培体成型机，包括：压缩装置1，捡出装置2，顶出装置3，进料装置4以及机架5。其中，压缩装置1用于将秸秆物料在模具14中进行压缩，使秸秆物料成型为秸秆料块；捡出装置2用于将压缩成型的料块从压缩区域内取出；顶出装置3用于将压缩后的料块从模具14中顶出，以便捡出装置2能够抓取到秸秆料块；进料装置4用于向整个成型机加入粉碎后的秸秆物料，并将加入的秸秆物料引导进入压缩装置1内；机架5用于安装固定其他装置，以及提供物料的压缩平台。

具体地，如图1所示，压缩装置1设置在机架5的中部位置上，由于压缩装置1在实施料块压缩的过程中，会向模具14内的秸秆物料施加较大的压力，因此为了使机架5足以支撑压缩装置1，机架5要具有足够的强度和厚度。在机架5安装压缩装置1附近的位置上，要具有地脚支撑装置，以避免在压缩过程中，机架5因承受压力而发生弯曲变形。压缩装置1的两侧分别设有固定在机架上5的捡出装置2和进料装置4，进料装置4作为物料的喂入装置，设置在压缩装置1的一侧；捡出装置2作为成品的取出装置，设置在于进料装置4位置相对应的压缩装置1另一侧上。具体在哪一侧安装进料装置4，哪一侧安装捡出装置2可根据实际作业场所确定，以便于生产操作。

顶出装置3安装在压缩装置1的正下方，以在压缩完成后，启动顶出装置3将料块从模具14内顶出，顶出装置3可以是液压传动机构，也可以是其他传动方式，例如，螺杆传动等。捡出装置2内设有机械手，机械手可以在伺服机构的带动下，实现抓取、位置搬运以及放下动作。

本申请提供的技术方案中，机械手可以是能够将料块进行搬运的任何形式，但为了满足料块的取出过程，机械手的开合程度要大于料块的厚度或宽度，并且机械手的运动行程要足够将料块搬运到指定的位置上。另外，由于在本申请的应用场景中，机械手对料块的搬运过程较简单，因此可以不必追求机械手的动作精度，从而将机械手的结构设置的尽可能简单，并且尽可能减少伺服机构的使用以增加装置整体的可靠性。例如，图2示出的捡出装置结构，可通过机械手两侧的凸轮和驱动液压缸来控制机械手的开合以及位置移动，达到上述生产要求。

进料装置4可以是具有漏斗形结构的进料仓，以使加入的物料能够向进料装置4的中部集中，并通过出料口进入模具14中，在进料装置4还可以中设置便于均匀给料的机构，便于压缩的料块各部分致密度保持一致。由于在多次压缩过程中，需要间歇性进料，因此在进料装置4中还应该设有控制给料的部件，例如，隔板，阀门或者电动开关等。

如图3所示，机架5包括平台51以及设置在平台51上的两个滑动立柱52，两个滑动立柱52的顶部通过悬吊梁53相互实现连接。示例地，两个滑动立柱52可以选用直径为200mm，壁厚12.5mm的冷拔或冷轧精密无缝钢管，两个滑动立柱52在实际应用中主要起支撑和导向的作用。由于悬吊梁53需要吊起整个压缩装置1，并在压缩装置1加压时承受很大的反作用力，因此悬吊梁要选用抗压强度足够大的材料，如QT900-2球墨铸铁，以能够承受较大的作用力。

如图4所示，压缩装置1自上而下依次包括：加压液压缸11、上动梁12以及压头13，加压液压缸11铰接在悬吊梁53的底面上，压头13通过上动梁12固定在加压液压缸11的活动端；上动梁12具有嵌套在滑动立柱52上的滑套结构。

实际应用中，加压液压缸11需要向秸秆物料施加足够大的作用力，因此加压液压缸11应选用重载型的液压缸，如CD250B型差动重载液压缸。加压液压缸11上设有与悬吊梁53进行铰接的结构，例如图4所示的挂环结构。压缩装置1启动后，被吊在悬吊梁53上的加压液压缸11由于液压油的循环使液压缸中的活塞进行运动，从而带动上动梁12在两个滑动立柱52上进行滑动，控制压头13向模具14内部进行运动，压缩秸秆物料。为了保证压缩力的传递，上动梁12可以由球墨铸铁QT900-2铸造后机械加工而成，其最主要作用是导向与定位，使整个压缩装置1仅有竖直方向上的直线位移这一个自由度，从而便于压头13向着模具14内部运动。

本申请提供的技术方案中，如图3所示，平台51上还设有位于压头13正下方的模具14，模具14中部设有与压头13截面形状相同的通孔，进料装置4具有连通模具14的进料腔体结构。模具14在生产过程中，需要承受巨大的侧向高周疲劳应力，且由于与秸秆物料以及粘土颗粒直接接触，其内表面应具有良好的耐磨性，因此，模具14可以选用5CrMnMo热作模具钢作为围壳的制造材料，因模具底部不直接承受压力(由顶出装置3承受)，故模具14的底壳可以由45钢制作。

进一步地，如图5所示，顶出装置3包括：固定板31、顶出液压缸32、下动梁33以及顶头34；其中，顶出液压缸32垂直连接在固定板31上，固定板31设置在平台51的底面，顶头34通过下动梁33连接在顶出液压缸32的活动端，下动梁33也具有嵌套在滑动立柱52上的滑套结构。实际使用中，固定板31需要具有足够的厚度以承受压缩过程产生的作用力。考虑到便于顶出液压缸32和加压液压缸11的液压压力匹配的问题，以便通过同一个液压循环管路进行液压油供给，可以也选用CD250B型差动重载液压缸作为顶出液压缸32。但由于顶出压力无需过大，故可以选用规格为液压杆Φ40，行程450mm的CD250B液压缸，其推力15.4kN，拉力16.02kN，足以胜任顶出物料块的工作。下动梁33可以与上动梁12的形状相同，但由于下动梁33可以在进行压缩过程中，为模具14提供支撑，因此下动梁33可以制成底面面积更大的结构，以分散压缩过程的压力。

在本申请的部分实施例中，如图6所示，模具14可拆卸地连接在平台51上，以便实现根据不同的料块规格需求，更换不同形状的模具14。模具14内设有多个导向杆15；压头13上设有能够被导向杆15贯穿的多个导向孔16。一方面，通过导向杆15与导向孔16之间的配合可以使压头13的位置移动更加准确，避免压头13出现方向偏移而使压缩后的料块各部分的致密程度不均匀；另一方面，通过导向杆15可以在秸秆料块的压缩成品上出现多个通孔，这些通孔能够在应用中透过空气和水分，以便料块进行发酵和栽培作物。

进一步地，如图4所示，压缩装置还包括压头连接架17和多个压头连接杆18；多个压头连接杆18的下端连接压头连接架17，多个压头连接杆18的上端连接上动梁12，压头连接架17的底面连接压头13。本实施例中，通过压头连接架17可以在压头13实施安装后，再通过调节压头13与压头连接架17之间的连接关系，微调压头13的位置，如水平状态等。

为了实现上述调节过程，可以采用以下方式，例如压头13与压头连接架17之间通过多个螺栓实现连接，当发现压头13的位置不正，容易影响到料块的均匀性时，通过改变连接位置上的螺栓旋紧程度，调整压头13的位置。多个压头连接杆18，不仅可以用于更换压头13或调节压头13的竖直位置，而且可以根据实际需要设置不同的压头连接杆18的数量，例如，需要较大压缩力时，可以增加压头连接杆18的数量，以获取更高的连接强度；而需要较小压缩力时，可以减少压头连接杆18的数量，以避免累积误差对压头13的安装精度造成影响，还能够减轻整体重量。

在本申请的部分实施例中，如图7所示，两个滑动立柱52均为空心圆柱结构，两个滑动立柱52与悬吊梁53之间的连接方式为胀紧连接；悬吊梁53上设有与滑动立柱52配合的胀紧连接套54，如Z12A型胀紧套。本实施例中，空心圆柱结构可以减轻滑动立柱52的整体重量，减轻整体对机架5的负载。由于在实际应用中，需要严格确保两个滑动立柱52之间的中心距，以避免滑动立柱52上的滑动部件由于加工误差和定位误差而产生刮擦或卡死的情况，胀紧连接的定心精度好可以避免中心距发生较大的偏差。胀紧连接还可以不必在滑动立柱52上设置额外的连接结构，使整个滑动立柱52的表面更加光滑，便于进行上动梁12和下动梁33在滑动立柱52上进行滑动。

一般在料块压缩过程中，两个滑动立柱52需要承受胀紧连接套54高达172MPa的胀紧力和立柱高达720kN的静摩擦力，且静摩擦力为高周循环应力，因此，空心圆柱结构的滑动立柱52容易被胀紧连接压缩变形，甚至造成塌陷，为了克服这一缺陷，可以在滑动立柱52的空心结构内，与胀紧连接套54对应的位置设有辅助支撑块55，辅助支撑块55为直径与滑动立柱52内径相等的圆柱形结构。辅助支撑块55可以将空心轴结构的滑动立柱52上，参与胀紧连接的部分填补成为实心轴，使其抵抗巨大的胀紧力，形成有效的胀紧连接。进一步地，如图8所示，为了实现在滑动立柱52的不同位置上设置多个胀紧连接，可以在辅助支撑块55的中部设有贯穿辅助支撑块55的透气孔56，以便依次将多个辅助支撑块55放置在滑动立柱52内部。

由以上技术方案可知，本申请提供一种轻量化秸秆园艺栽培体成型机，包括：压缩装置1，捡出装置2，顶出装置3，进料装置4以及机架5。其中，压缩装置1安装在机架5的中部位置，两侧分别设有捡出装置2和进料装置4，并在正下方设置有顶出装置3。在进行园艺栽培体的定型过程中，粉碎后的秸秆物料先通过进料装置4进入压缩装置1的模具14内，在模具14内累积到一定量以后，压缩装置1内的加压液压缸11开始启动，带动压头13向模具14方向运动，对模具14内的秸秆物料进行压缩，并维持压力一定时间，使秸秆物料形成致密的料块，最后，通过顶出装,3将压缩好的秸秆料块顶出后，由捡出装置2将料块成品取出，完成一次料块压缩。

本申请提供的所述成型机，通过机架5上的滑动立柱52和悬吊梁53，以及压缩装置1中的加压液压缸11、上动梁12和压头13，可以使加压液压缸11所输出的动力方向始终与压缩方向保持一致，保证压头13能够在模具14中顺利实施压缩，提高料块成品的致密度，解决传统秸秆压块机制成的秸秆料块致密度低的问题。

本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。