1JH-280型秸秆粉碎还田机的研究

徐峰 安龙哲 孙毅 李宁 孙振雨 王密盛 张婷婷

摘 要：论述了1JH-280型秸秆粉粹还田机的研究设计过程，包括总体结构、工作原理、主要技术参数的选择及关键部件的设计等。

关键词：秸秆粉碎还田机;总体结构;工作原理;研究设计

中图分类号：S225 文献标识码：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.11.005

作者简介：徐峰（1965-），男，四川洪雅人，学士，研究员级高级工程师，研究方向：农业机械。

0 引言

黑龙江省西部玉米主产区，如龙江县、讷河市、安达市、甘南县等越来越多的农民与合作社采用秸秆覆盖免少耕播种保护性耕作技术。在我省其它地区及吉林、辽宁省等玉米种植面积较大的地区秸秆覆盖耕作制度也在快速发展，不久的将来必将成为玉米种植的主流耕作播种方式。该项技术的优点为：①因整地环节只有粉碎秸秆一项，比传统种植方式省工，作业成本低;②地表有秸秆覆盖，有利于控制土壤侵蚀;③对于风沙干旱区保墒效果明显;④当年秸秆腐解率可达60%。该项技术的推广带动了我国农业可持续性的发展，减少了农民对玉米秸秆露天焚烧而造成的环境污染影响。该项技术的作业规程为：秋季玉米机械化收获，秸秆原茬越冬，次年春季采用秸秆粉碎还田机粉碎秸秆，要求粉碎均匀且长度不超过10 cm，均匀抛撒在田间，之后采用条带耕作或直接免耕播种，出苗后进行中耕深松。

目前，玉米秸秆粉碎还田机亟待解决的问题是：秸秆粉碎的长短不一，达不到国家标准要求的将秸秆粉碎至10 cm以下。为此，我所研制出了1JH-280型秸秆粉碎还田机（以下称秸秆粉碎还田机），该机可将收获后的玉米秸秆进行粉碎并均匀地抛洒在地面上，秸秆粉碎长度至8 cm以下，抛洒在地面上的秸秆平整、均匀、厚度一致，达到了不影响第二年春季免耕播种作业的要求。

1 总体结构与工作原理

1.1 总体结构

如图1所示，1JH-280型秸秆粉碎还田机通过三点悬挂方式同拖拉机挂接组成一个作业机组。主要由机架总成、变速箱皮带传动组合、定刀组件、粉碎刀轴、尾板及限深辊组合等七大部分组成。具体形式为，在机架总成底部装配有粉碎刀轴，粉碎刀轴通过两个轴承座安装在机架总成上，在粉碎刀轴上按双螺旋线规律固定排列动刀，在机架总成的罩壳上与粉碎刀轴动刀相对应位置安装定刀组件，粉碎刀轴由变速箱通过皮带传动组合传动，限深辊组合安装在机架后端，随机组滚动前行。

1.2 工作原理

拖拉机与秸秆粉碎还田机连接后，拖拉机动力输出轴通过万向节将动力传至秸秆粉碎还田机的变速箱，变速箱动力输出轴与机具上的粉碎刀轴通过皮带传动将动力传递到粉碎刀轴上，使粉碎刀轴做旋转运动，从而实现了对玉米秸秆的粉碎。秸秆粉碎还田机粉碎刀轴的旋转方向为反转（顺时针方向），粉碎后的秸秆向后抛出，在秸秆粉碎还田机尾板的阻挡作用下均匀地将粉碎的秸秆碎末按一定的厚度和宽度抛洒在地面上。根据当地农艺要求调整尾板与水平地面的夹角即可调整粉碎秸秆抛洒在地面上的厚度和宽度。该机一次性可完成玉米秸秆的粉碎、还田、 镇压等农田作业，并能起到培肥地力， 增强土壤有机质的作用 。

1.3 配套动力

秸秆粉碎还田机的动力由拖拉机动力输出轴提供。由经验公式可知拖拉机的最大输出功率Pmax为

其中拖拉机动力输出轴负载的功率P为秸秆粉碎还田机消耗的功率，可以参考幅宽为1.2 m的甩刀型秸秆还田机功率为3.89 kW。本机幅宽为2.8 m功率取值9.08 kW。秸秆粉碎还田机的质量mj为525 kg，動力选用John Deere1354拖拉机，ms为4570 kg，根据农艺要求秸秆还田机机组作业速度

不应大于8 km·h-1，取vm=8 km·h-1，代入式（1）可得Pmax=117.42 kW。

1.4 秸秆粉碎还田机主要技术参数

1JH-280型秸秆粉碎还田机主要技术参数

1.5 传动系统的设计

（1）如图2所示，拖拉机动力输出轴将动力传到变速箱，经变速箱增速后，将动力传到主动皮带轮，主动皮带轮再将动力传到被动皮带轮，经再次增速后将动力传至粉碎刀轴上，实现对玉米秸秆的粉碎作业。

（2）粉碎刀轴转速的设计计算。已知拖拉机动力输出轴的转速n1=720 r·min-1;主动锥齿轮Z1=31;被动锥齿轮Z2=15;主动皮带轮D1=300 mm;被动皮带轮D2=200 mm;取皮带轮传动效率μ=0.95。

传动系总传动比

将已知数据代入（2）式得：i=3.1。

粉碎刀轴转速n2

将数据代入（3）式得：n2=2120.4 r·min-1。

2 主要工作部件的设计

2.1 粉碎刀轴的设计

如图3所示，秸秆粉碎刀轴由刀轴、Y型甩刀和刀座组成，它与安装在罩板上的定刀组合组成秸秆粉碎装置。粉碎刀轴两端焊接有轴头，两轴头通过轴承座与机架两端立板固装。将刀轴设计为顺时针旋转（反转），粉碎刀轴反转利于秸秆的捡拾并粉碎。刀轴采用壁厚8 mm、直径为180 mm无缝钢管制成，刀轴长度为280 cm，其上焊接有26个刀座，每个刀座上安装有一组Y型甩刀。每组Y型甩刀由两个Y型甩刀背对成一组组成。Y型甩刀与刀座之间应有0.5～1.0 mm的间隙，保证Y型甩刀转动自由。

安装在罩板上的定刀组合可在垂直刀轴方向进行调节，从而可调节动、定刀间的间隙，即可调节秸秆粉碎还田机粉碎秸秆的长短。

2.2 动刀在刀轴上的排列规律

如图4所示，1JH-280型秸秆粉碎还田机粉碎刀轴上共安装26组动刀，共52个Y型甩刀。26组动刀分成两组，按双螺旋线排列，相邻两组动刀轴向距离为233 mm;位于同一条螺旋线上的两相邻动刀的径向夹角为72°。保证秸秆粉碎机在作业中每次最多有2把动刀同时工作，可减少负荷，提高机具的使用寿命。

2.3 限深辊组合设计

如图1所示，1JH-280型秸秆粉碎还田机限深辊组合安装在机具的后端。其主要作用是限制机具的下降深度，对粉碎的秸秆进行镇压及保持机组平衡。限深辊采用壁厚8 mm、直径为180 mm无缝钢管制成，限深辊长度为300 cm。限深辊两端焊接有轴头，两轴头通过轴承座固装在限深辊侧板上，两侧板分别与机架两端立板通过螺栓连接，限深辊随机组一同运动，同时自身转动。

3 结论

基于玉米种植秸秆覆盖耕作制度的快速发展、农艺要求及玉米秸秆粉碎还田机尚需解决秸秆粉碎长短不一的问题，设计了1JH-280型秸秆粉碎机。

（1）对1JH-280型秸秆粉碎还田机的总体结构、工作原理进行了论述。

（2）对1JH-280型秸秆粉碎还田机的关键部件进行了研究设计及计算。设计了传动系统，确定了机具的主要技术参数，计算了所需的配套动力，设计了秸秆粉碎装置及限深辊组合等关键部件。

（3）通过性能试验表明，该机可将收获后的玉米秸秆进行粉碎后均匀地抛洒在地面上，秸秆粉碎长度在8 cm以下，抛洒在地面上的秸秆平整、均匀、厚度一致，达到了秸秆粉碎还田机作业质量要求及设计要求。

参考文献：

[1] 静林，马铁，李宝筏.1JHL-2型秸秆深埋还田机设计与试验[J].农业工程学报，2017，33（20）：32-40.