0  引言

随着我国经济的持续、快速、健康发展，城市建设速度的加快，对城市绿化的要求越来越高，需求量也越来越来大^[1]。目前我国城市绿化方式虽然多种多样，但大多采用人工与大中型机械施工方式结合成品苗木进行绿化^[2]。此种方式多数情况下劳动强度大，成本投入高，绿化产品与绿化风格单一，中大型机械施工作业空间需求大，难以适应城市狭窄作业环境，且带来嘈杂的施工噪音^[3]。

针对上述情况，设计了一种植物种子胶囊灌装生产设备，工作时，电动机的动力由传动带、减速器传递给第一组轧轮完成压膜的生产工序，后经传送机构完成灌装刷胶工序并通过定位板进入第二组轧轮完成覆膜工序，最后经过打孔剪裁完成植被胶囊产品制作，植被胶囊产品用于现代城市绿化等行业，与传统绿化方式相比具有高效、快捷、安静、成本低廉、环保等优势，具有广阔的市场前景。

1 总体设计方案

植被种子灌装胶囊生产设备包括机架、两个凹模滚轮、PBSA全生物降解膜卷、凸模滚轮、两组电动传送带、营养物质颗粒灌装喷头、种子颗粒罐装喷头、刷胶喷头、聚氧化乙烯水溶性膜卷、平模滚轮、打孔剪切刀刃、激光计数传感器、电源、控制模块，其总体结构示意图如图1所示。

其特征在于：机架上固定有两组滚轮、电机、控制模块、两组电动传送带、营养物质颗粒灌装喷头、种子颗粒灌装喷头、电源，第一组滚轮两个滚轮上下排列且转向相反将PBSA可降解膜挤压形成多个凹槽完成压膜工序，营养物质颗粒灌装喷头和种子颗粒灌装喷头对准凹槽进行灌装，刷胶喷头对灌装完成的凹槽进行喷胶处理，第二组滚轮两个滚轮上下排列且转向相反将聚氧化乙烯水溶性膜与喷胶处理的凹槽进行压实封装处理形成多个封闭的单个胶囊，经过激光计数传感器的信息反馈，打孔剪切刀刃上下移动完成打孔剪裁工序^[4]。

1.机架  2.凹模滚轮  3.PBSA全生物降解膜卷  4. 凸模滚轮  5. 电动传送带  6.营养物质颗粒罐装喷头7.种子颗粒灌装喷头  8.刷胶喷头  9.聚氧化乙烯膜卷  10.平模滚轮  11.打孔剪裁刀刃，激光计数传感器  13.凹模滚轮  14.传送带  15.电源  16.电动机  17.控制模块

图1总体结构示意图

Fig. 1 The diagram of the overall structure

植被种子灌装胶囊生产设备应解决如何将PBSA全生物降解膜加工成带有凹槽的培养器具，如何实现将营养物质与种子分别灌装以及PBSA与聚氧化乙烯如何完成最后封装等问题，为此确定该设备由压膜，灌装，刷胶，覆膜，打孔剪裁五大基准模块构成，通过铝合金框架材料将五大模块结合起来，工作时，电动机的动力由传动带、减速器传递给第一组轧轮完成压膜的生产工序，后经传送机构完成灌装刷胶工序并通过定位板进入第二组轧轮完成覆膜工序，最后经过打孔剪裁完成植被胶囊产品制作。

2 基于UG的装配模型建立

UG 是集CAD/CAE/CAM于一体的三维参数化软件，具有强大的建模功能，还配有装配模式，其装配方式分为“自下而上”和“自上而下”两种^［3］，操作简便，装配方式灵活多样^[5]。 

该设备共六大部分组成，电动机的动力由传动带、减速器传递给第一组轧轮完成压膜的生产工序，后经传送机构完成灌装刷胶工序并通过定位板进入第二组轧轮完成覆膜工序，最后经过打孔剪裁完成植被胶囊产品制作，即电动机依次将动力传给压膜机构、传送机构、灌装机构、刷胶机构、覆膜机构，打孔机构，最后完成植被胶囊产品制作。

2.1 压膜机构

压膜机构的设计灵感来自齿轮泵，覆膜机构结构与其类似不再详述。压膜机构主要完成的任务是将PBSA全生物降解膜挤压成带有凹槽的培养基，其机构示意图如图2所示。

工作时将PBSA全生物降解膜伸入塑料凸模滚轮2与塑料凹模滚轮8之间，电机5将动力传给减速器4带动带轮3旋转，带轮3带动塑料凸模滚轮旋转2，塑料凸模2滚轮上滚轮铸造齿轮6与塑料凹模滚轮8上铸造齿轮构成齿轮8配合，在塑料凸模滚轮2与塑料凹模滚轮8相互转动将PBSA全生物降解膜不断挤压出凹槽，完成将将PBSA全生物降解膜挤压成带有凹槽的培养基的任务。

1. 机架  2.塑料凸模滚轮  3.带轮  4.减速器

5.电机  6.塑料凸模滚轮铸造齿轮  7.塑料凹模滚轮铸造齿轮  8.塑料凹模滚轮  9.轴  10.轴承

图2压膜机构

Fig. 2 The diagram of the squeeze film agencies

2.2 传送机构

传送带机构主要完成的任务是将上级加工完成的植物种子胶囊运送到下级加工结构，该设备共有两套运输带机构，其机构示意图如图3所示。

工作时先将张紧螺栓2旋紧，电机8将动力传给减速器7带动驱动滚轮6转动，从而使橡胶运输带面3定向移动，完成传送任务。

1.机架  2.张紧螺栓  3.橡胶运输带面  4.防护罩

5.滑动轴承  6.驱动滚轮  7.减速器  8.电机

图3 传送机构

Fig. 3 The diagram of the connecting gear

2.3 灌装机构

小颗粒循环灌装机构主要完成的任务是将配比完成后的营养物质与种子分别灌装到PBSA全生物降解膜的凹槽中，并且应尽量保证种子位于营养物质的正中位置，其机构示意图如图4、5所示，工作过程特别复杂，在此不再赘述。

图4灌装机构I

Fig. 4 The diagram of the filling agencies I

1. 电磁铁  2.橡胶缓冲垫  3.吸附铁片  4.纵向复位弹簧

5.纵向光杆导轨  6.限位圈  7.长行程电磁铁  8.横向光杆导轨  9.营养物质颗粒循环出料口  10.种子循环出料口  11.横向复位弹簧  12.种子颗粒灌装头  13.营养物质颗粒灌装头  14.滑块  15.种子循环进料口  16.营养物质颗粒循环进料口

图5  灌装机构II

Fig. 5 The diagram of the filling agencies II

 2.4 刷胶机构  

刷胶机构的主要任务是在完成灌装的PBSA全生物降解膜的边缘处喷刷热熔胶，而后方便与聚氧化乙烯水溶性膜粘合完成封装，其机构示意图如图6所示。

工作时热熔胶刷胶喷头6通电升温，伴随传送带的运动完成纵向对PBSA全生物降解膜边缘处喷刷热熔胶的工作，随后直线步进电机2运行带动.丝杆4旋转，滑块3在在丝杠4上左右移动，当传送带静止不动时，完成横向对PBSA全生物降解膜边缘处喷刷热熔胶的工作。

1.机架  2.直线步进电机  3.滑块  4.丝杆

5.光轴  6.热熔胶刷胶喷头

图6  刷胶机构

Fig. 6 The diagram of the cementing mechanism

2.5 打孔机构

打孔机构的主要任务是将完成封装的植物种子胶囊进行打孔透气处理。其机构示意图如图7所示。

工作时两对长行程电磁铁1通电后同时带动扎孔针支架4向下运动，扎孔针5扎入植物种子胶囊内，而后两对长行程电磁铁1同时失电后，扎孔针支架4在复位弹簧6的拉力作用下完成复位，将扎孔针5带离植物种子胶囊，如此往复运动，完成对植物种子胶囊打孔透气处理任务。

1.长行程电磁铁  2.光轴  3.机架  4.扎孔针支架

5.扎孔针  6.复位弹簧  7.橡胶缓冲垫

图7  打孔机构

Fig. 7 The diagram of the punch institutions

2.6 植被种子胶囊灌装生产设备装配模型

在控制模块设定程序的运行下压膜机构将PBSA生物降解膜挤压形成多个凹槽，随着传送机构的向前推送营养物质，由颗粒罐装机构将营养物质和种子分别注入凹槽中，经过刷胶机构进行喷胶工序后，进入覆膜机构在凹槽上形成单个封闭胶囊，封闭胶囊随传送机构被送入打孔剪裁机构中，根据激光计数传感器反馈信息完成打孔剪裁的工序，经过传送机构向外输送完成植被种子灌装胶囊的生产工作^[6]。其整体装配模型如8、图9所示。

图8 设备内部装配模型

Fig. 8 The assembly model of the internal parts

图9 设备整机装配模型

Fig. 9 The assembly model of the complete machine

3 工作原理

如图2所示，在控制模块17设定程序的运行下由凹模滚轮2和凸模滚轮4组成的第一组滚轮机构将PBSA生物降解膜3挤压形成多个凹槽，随着传送带5的向前推送营养物质颗粒罐装喷头6和种子颗粒罐装喷头7将营养物质和种子分别注入凹槽中，后经过刷胶喷头8进行喷胶工序进入由平模滚轮10和凹模滚轮13组成的第二组滚轮机构，同时第二组滚轮将聚氧化乙烯膜9卷入滚轮中粘附在凹槽上形成单个封闭胶囊，第二组滚轮挤压完成后随传送带送入打孔剪裁机构中，根据激光计数传感器12反馈信息打孔剪切刀刃11的上下深浅运动进行打孔剪裁的工序，经过传送带14完成植被种子灌装胶囊的生产工作。

4 总结

本文研制的植被种子胶囊灌装生产设备，可以快速生产出混合有营养物质和种子的培育胶囊，提高了种子的发芽率，产品便于运输，且结构简单，工作效率高，运行平稳，成本低廉，劳动强度低，推广价值高。另外，利用UG 软件完成了植被种子胶囊灌装生产设备的装配模型，缩短了产品的设计周期，并为以后运动分析、动力分析、有限元分析打下了良好基础，在工程机械设计验证及高校课程培训中可广泛应用。

参考文献：

[1] 包满珠.我国城市植物多样性及园林植物规划构想[J].中国园林,.2008(07):11 

[2] 曲倩瑶，常怀东.园林规划的再生与设计[J].黑龙江科技信息,2013(21):12

[3]张启翔,潘会堂.中国新花卉作物与城市园林绿化建设[J].中国园林,2009(01):138～142 

[4] 孙桓,陈作模,葛文杰.机械原理(第七版)[M].北京:高等教育出版社,2016:154～159

[5] 刘昌丽,周进.UG NX8.0中文版完全自学手册［K］．北京:人民邮电出版社,2012:662～683

[6] 臧艳红,管殿柱,UGNX8.0三维机械设计[M].机械工业出版社,2014:80～115

The Innovative Design of The Filling Production Equipment of Seed Capsule

Based on UG

Caixia Li, Zhongchen Duan

(Mechanical and Electrical Engineering College of Dezhou University, Shandong, Dezhou, 253023)

Abstract: The filling production equipment of seed capsule includes rack, electromotor, reducer, rolling wheel, locating plate, solid particle filling nozzle, brush glue nozzle, connecting gear and control mechanism etc. We established the 3D model based on UG of the squeeze film agencies, granule filling mechanism, cementing mechanism, film covering mechanism, punch institutions, connecting gear and other parts, and assembled them into a virtual prototype model of filling production equipment of seed capsule. This method can be used in similar engineering machinery design and college course training, and  has high popularization value.

Key words: UG; seed capsule; innovative design