秸秆还田耕整机关键部件设计与试验分析

黄胜+董亚勇

摘 要：近年随着农业机械化的不断发展，农作物的产量也不断地提高，但与此同时，农作物收割机为了降低功耗，提高农业作业的效率和脱粒、筛选的质量，完成收获工作的同时也使得田间的残留作物秸秆量越来越大，给农业的再次开展造成很大的困难。传统的耕整技术不仅造成的资源浪费较为严重，而且破坏耕作层的土壤结构，使得泥脚逐年的加深，造成水肥流失、肥料利用率低、生态环境恶化等问题以往的秸秆焚烧方法更是对环境造成严重的污染，已被国家法令禁止。因此，本文结合相关材料，对高效通用的秸秆还田耕整机进行研究，分析其关键部件的设计和相关的试验检测，为秸秆还田和耕整作业性能及效率的提高工作提供有益的参考和借鉴。

关键词：秸秆还田；耕整机；部件设计；试验分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.03.164

1 秸秆还田耕整机的总体构造及工作原理

1.1 秸秆还田耕整机的总体构造

秸秆还田耕整机主要由悬挂架和机架、前置和后置旋耕埋草刀辊、推压杆装置、中间隔板、平地板、挡土板以及埋秆平地弹齿等诸多部分组成。通过U型螺栓，可以将悬挂架的两个水平悬挂点固定在机架的第一道横梁上，而纵向悬挂点则可以固定在机架的中间传动箱之上。通常的秸秆还田耕整机有三道横梁，常见的机架为框架式结构，因此在这基础之上，两个侧板向后延长，增加一道横梁在机架的后面，两个相同的侧板则固定在横梁的两端，共同构成了机架的主体部分。机架的正中间安装动力传动系统的中间传动箱体，前置和后置旋耕埋草刀辊则安装在两个侧板的相对位置。通常在后置旋耕埋草刀辊安装平地装置，在前置旋耕埋草刀辊的前面则安装推压杆装置。

1.2 秸秆还田耕整机的工作原理

秸秆还田耕整机采用轮式的拖拉机作为连接动力，依靠三点悬挂的方法使耕整机的悬挂架和拖拉机的后悬挂部分相连接，通过拖拉机万向节将拖拉机的动力传递给耕整机的中间传动箱体的动力输出轴，然后驱动刀辊做回转正向运动，实现目的。耕整机左右结构对称，平衡性能较好，驾驶员可以通过离合器来控制动力的传递，从而控制秸秆还田耕整机的工作状态。

2 秸秆还田耕整机的关键部件设计

2.1 螺旋刀辊的设计

螺旋刀辊是秸秆还田耕整机的关键部件，对其设计要求是具有旋耕碎土、埋草起浆等功能，在完成作业后能够使土壤达到种植要求。螺旋刀辊的横刀刃口为螺旋线，通过滑切的方式随着刀辊的旋转逐渐入土，这样受到的冲击较小。横刀的刀面是螺旋面，这样的设计能够使刀辊在工作过程中，侧向的推移和抛送土壤，被切下的土垡可以随着螺旋面一起运动，在重力的作用下落下从而实现翻覆的目的，具有碎土和翻土的功能。合理选择螺旋刀辊的参数，如螺旋横刀曲线方程的分析、刀辊运动参数的分析、螺旋横刀的滑切角和截面参数的分析等参数的研究，对于耕整机的作业效果具有重要的意义。

2.2 前、后刀輥的配置

在进行前、后刀辊的设计时，在布局上要考虑相互抵消螺旋横刀对土壤的有关横向作用，后置旋耕埋草刀辊采用左右双螺旋的刀辊时，其整体的结构要与前置旋耕埋草刀辊相同。为了保证作业后土壤的良好平整性，选择螺旋横刀的旋向时，要与前置旋耕埋草刀辊相应段反向布置，也就是垂直刀轴方向的任一个断面中。如果前置横刀为左旋，则后置刀辊的对应段为右旋，反之亦然。这种布置形式可以平衡横刀对于土壤的横向推送，降低单工作刀对土壤造成的不平整度，减少机组的前进阻力。

3 秸秆还田耕整机的试验分析

3.1 试验目的

通过试验，测定秸秆还田耕整机的主要性能指标：耕宽、耕深、耕深的稳定性、地表的平整度以及秸秆埋覆率等。试验的测定根据国家的相关标准进行，并进行科学合理的分析。

3.2 试验条件

在水稻试验区选取两块水稻秸秆田地进行相关试验，其中一块试验田规格是21.128.6（单位m），另一块试验田的规格是2428.6（单位m），残余秸秆平均高度是300毫米，秸秆的平均分布状态是29.78束/和14.63株/束，同时试验田的水深在20至50毫米之间。在试验中所选用的拖拉机动力为70千瓦。

3.3 实验结果及分析

经试验测得主要数据：耕深为158.7mm，耕宽2014mm，地表平整度25mm，秸秆埋覆率94.19%，耕深稳定性84.86%，小时生产率为0.87/。

当在试验田中的行进速度为4.36km/h时，秸秆还田耕整机的小时工作率为0.87，略高于设计参数0.6的原因是试验田的面积较小，作业的时间利用率相对较低。耕深为158.7mm，达到了设计值100～160mm的要求，而且稳定性高于80%的设计要求，说明耕整机在作业过程中较为稳定。秸秆的埋覆率也高于90%的设计要求，反映出该秸秆还田耕整机的还田效果较好。地表平整度的平均试验值为25mm，低于30mm的要求值，证明经过作业，该土壤能够满足水稻的种植要求。

4 结语

通过相关研究和分析，本文结合实际开展情况，对秸秆还田耕整机关键部件的设计提出了看法和建议，并且通过试验检测了秸秆还田耕整机的相关性能，分析了其结果，这也为耕整机关键部件的设计建立了基础。希望本文为秸秆还田耕整机的发展提供帮助，如有不足之处，敬请谅解。

参考文献：

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[3]王志山，夏俊芳，许绮川，胡润文.水田高茬秸秆旋耕埋覆装置功耗测试方法[J].农业工程学报，2011（02）.