4JGH—220型秸秆根茬还田机的研究与设计

梁玉成　刘国平　许剑平　郝剑英　杨金砖

摘要：针对玉米机收后秸秆根茬处理难的问题，设计4JGH-220型多功能秸秆根茬还田机。该机一次进地即可完成秸秆粉碎、根茬还田、地表镇压多项联合作业。介绍还田机的设计原理、主要技术参数、结构形式、工作原理，论述工作部件的设计思路，为我国北方旱作区提供适用的多项联合作业机具。

关键词：秸秆根茬还田；设计；技术参数；工作部件

中图分类号：S222.4 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2015）05-0033-04

近几年，保护性耕作技术作为当今农业发展的主要方向，已经应用到我国农业生产实践当中。秸秆根茬还田技术是近几年应用最为广泛的耕作技术，可以减少残留的玉米秸秆、根茬对翌年播种作业的影响，提高土壤有机质含量，有利于土壤有机质的积累和团粒结构的恢复。4JGH-220型秸秆根茬还田机适合用于我国北方旱作区，一次进地可完成秸秆粉碎、根茬还田、地表镇压多项联合作业。机具的主要特点是：1）作业效率高、使用成本低，节约能源、抗旱保墒效果好，可提高土壤有机质含量；2）实现一种机型解决灭茬、秸秆粉碎还田两种机型的通用问题，减少拖拉机进地次数和对土壤的压实，减轻农民的购机负担；3）机具使用、维修方便，具有较好的经济效益和社会效益。

1 设计原理及主要技术参数

1.1 设计依据

4JGH-220型秸秆根茬还田机的研究，主要针对东北黑土区，在“两大平原”现代农业综合配套改革试验的基础上，设计制造一种根茬秸秆还田作业机具，主要解决玉米机收后秸秆、根茬处理难的问题，扩大玉米种植面积和农业机械化水平，增加东北黑色土壤有机质含量，提高玉米产量。

1.2 主要研究内容

1） 以保护性耕作核心技术为基础，以提高东北地区的黑土保育能力为目的，重点开展秸秆覆盖还田灭茬联合整地技术及装备研究。

2） 研究满足秸秆根茬还田技术要求的秸秆粉碎、根茬还田系统，解决机具整体配置、变速箱总成、旋转部件入土一致性等技术难题。

3） 研制与117 kW以上拖拉机配套，一次进地即可完成秸秆粉碎、根茬还田、地表镇压多项联合作业的秸秆根茬还田机。

1.3 机具主要技术参数

机具的主要技术参数见表1。

2 机具结构

2.1 结构形式

根据农机、农艺对秸秆根茬还田机的结构配置、动力和运输要求，机具挂接形式为三点全悬挂式，作业工艺过程为：秸秆粉碎→根茬还田→地表镇压。

2.2 工作原理

该机适合我国北方作物区使用，机具一次进地可完成秸秆粉碎、根茬还田、地表镇压等多项作业。拖拉机前进时，将牵引力通过三点悬挂传递给秸秆根茬还田机。通过调节拖拉机悬挂上下拉杆使机具对中并与地面水平，确保作业时左右耕深一致。该机具是土壤保护性耕作的理想配套机具，可有效提高东北地区黑土的保育能力。

2.3 总体参数

2.3.1 配套动力 秸秆根茬还田机的工作阻力主要来自秸秆粉碎部分、灭茬部分消耗的动力和机具质量。4JGH-220型秸秆根茬还田机与117 kW以上轮式拖拉机配套，可以实现秸秆、根茬粉碎还田作业，是秸秆、根茬还田技术的有效载体。

2.3.2 作业幅宽 综合考虑与机具配套的拖拉机轮距、机具作业效果、速度和防止堵塞等因素，还田机作业行数确定为5行，作业幅宽2.2 m。

2.3.3 作业速度 在满足农业生产要求、保证最佳作业效果的前提下，尽可能降低功率消耗，提高生产效率。根据以往数据和田间试验测定，当作业速度在3～5 km/h之间时，作业的综合指标最好。当作业速度低于3 km/h时，作业效率低，油耗高；当作业速度高于5 km/h时，作业质量差，机具磨损严重。

2.4 总体结构

秸秆根茬还田机的整体结构是研究关键，要求整机科学合理、结构紧凑、技术先进，能理想地实现秸秆、根茬还田。解决的核心技术问题是：采用模块式组合结构，机具安装、维修便捷；多种工作部件合理配置，解决传统还田机具功能单一、入土部件强度不够、耐磨性差等问题。

还田机主要由传动轴总成、小变速箱总成、侧变速箱总成、机架总成、粉碎部分、灭茬部分、镇压轮装配等部分组成（见图1），多种工作部件合理布局，提高机具的适应性和工作性能。

3 工作部件的设计

3.1 传动轴总成

传动轴总成主要由花键节叉、方轴节叉、方管节叉、方轴、方管、万向节组合等组成。万向节组合两端装有孔用弹性挡圈，防止万向节组合轴移动。万向节组合上有黄油嘴，应注满黄油，保证滚针轴承的润滑。

安装传动轴总成时，间方轴节叉、方管节叉的开口应在同一平面内（如图2所示）。若方向装错将引起零件损坏。

3.2 传动总成

拖拉机将动力通过传动轴传递到传动总成。传动总成由中间箱体部装、连接管焊合、皮带轮传动部装、张紧轮部装等部件组成，可把动力传递到粉碎部分和灭茬部分（见图3、图4）。中间箱体盖上有油面控制螺栓，油面应高于大锥齿、下端齿轮部分。

3.3 小变速箱总成

动力通过传动总成传递到小变速箱总成。小变速箱总成由小齿轮箱体、一轴部装、二轴部装等部件组成，通过小变速箱总成把动力传动到侧箱，进而到达灭茬部分（见图5）。

3.4 侧变速箱总成

侧变速箱总成由侧箱体、侧箱1轴、平齿轮和侧箱灭茬轴头焊合等部件组成（见图6），其作用是将由小变速箱传递来的动力传递给灭茬部分。

3.5 机架总成

机架是联接配套动力和各主要工作部件的主体部件，起重要作用（见图7）。

3.6 粉碎部分

动力通过传动总成传递到机具的粉碎部分。粉碎部分由秸秆粉碎辊焊合、粉碎辊轴承组件、秸秆粉碎刀等零件组成（见图8），粉碎辊上安装56把秸秆粉碎刀。

3.7 灭茬部分

灭茬部分安置在粉碎部分后，把粉碎过的秸秆与根茬一同粉碎还田，以提高土壤有机质含量，解决机收后秸秆、根茬的残留问题（见图9、图10）。灭茬是指根系上部的茬管粉碎，灭茬刀入土5～8 cm左右即可，利用刀片的高速旋转和拖拉机前进运动完成。灭茬系统动力传导为：传动总成→小变速箱→侧变速箱→灭茬辊。这种机构的灭茬轴为组合式，通过法兰连接，为单侧边传动系统。

灭茬刀的安装方法为：灭茬辊为满盘灭茬刀轴，中间刀盘各固定6把刀，3片向外，3片向内，外侧两片各固定3把刀向内，保证刀辊上的灭茬刀按螺旋线平均布置。固定刀片时，向内侧的刀固定在刀片外平面，向外的刀固定在刀片内侧，以保证最佳灭茬效果。

3.8 镇压轮装配

在机具经过作物秸秆、根茬粉碎还田后，对地表进行压实，以减少土壤中水分流失，同时还可以减少液压系统过重的负担。镇压轮装配由镇压辊焊合、轴承组件、镇压辊支臂等部件组成（见图11）。

4 试验情况及结论

产品以整机形式出厂，使用前需要对机具进行检查、调整。大面积多点试验和多地域适应性试验结果表明，该机各项技术指标均达到设计要求，能够实现秸秆根茬还田，符合我国农机具市场需求，可以大面积推广使用。

生产实践表明，该秸秆根茬还田机技术先进，具有显著的经济效益、社会效益和生态效益。与传统还田机相比，能够省工省力、节支增收，有利于水土保持，保护土壤耕层结构和生态环境，提高土壤有机质含量。

该机在整机配置设计和关键工作部件研究方面有多项创新，解决了传统还田机作业时易堵塞、工作阻力大、能耗高、工作部件易变形损坏、机具进地次数多等关键问题。与国内外同类机具相比，有田间通过性能好、土壤条件适应性强、作业效率高、工作性能可靠等优点，在技术性能和结构先进性方面达到国内先进水平。

参考文献

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