灭茬深松旋耕整地联合作业机设计与研究

河北双天机械制造有限公司 李峰涛 赵西哲 王晓森 成志霞 张瑞星

引言

目前，我国多数地区耕作方式较为单一，拖拉机进地次数达3～4次，对土壤多次碾压，造成土壤板结，使土壤底部形成了坚硬的犁底层，从而容易导致雨水径流，低洼处易涝，晴天高处干旱，土壤通透性差，作物根系扎不下去，易倒伏；同时浪费大量人工、油料，造成整地作业成本高，效率低，不利于抢农时，抗旱保墒；加之常年不使用有机肥和大量使用化肥，以及使用农膜 ，造成了土壤污染，使地力急剧下降，农作物减产或产量不稳，不利于可持续农业和生态农业的发展[1、2、3、4]。

本文针对保护性耕作的要求，设计了一种灭茬深松旋耕整地联合作业机，一次进地可以完成灭茬、深松、旋耕、镇压（起垄）等多项作业，一次作业即可满足播种要求；同时 ，可卸下深松装置，避免连年深松，镇压装置也可调换成起垄装置以适应东北地区的垄沟作业。

1 整机结构及工作原理

1.1 整机结构

灭茬深松旋耕整地联合作业机主要由机架、三点悬挂装置、灭茬装置、深松装置、旋耕装置、传动装置、升降装置、镇压装置（起垄装置）等组成，结构如图1、图2所示，可一次完成灭茬、深松、旋耕、镇压、起垄等多项作业。该机主要技术参数如表1所示。

图1整机结构（镇压型）

图2整机结构图（起垄型）

表1主要技术参数

1.2 工作原理

灭茬深松旋耕整地联合作业机通过三点悬挂装置与拖拉机挂接，拖拉机后动力输出轴通过万向节传动轴带动中间箱体 ，中间箱体左侧一端通过左侧传动轴带动侧箱箱体， 侧箱通过将动力传递给前端灭茬轴 ，灭茬刀轴高速旋转对地表以及土壤中根茬进行破碎；深松机构连接在灭茬装置后的机架上 ，通过拖拉机驱动力带动深松铲进行松土 ；中间箱体后面一端通过后传动轴将动力输出给后边旋耕箱体 ，旋耕箱体带动旋耕刀轴高速旋转进行旋耕作业，最后镇压辊将松土旋耕后的土地镇压整平 ，或者使用起垄铲进行开沟起垄。

2 关键零部件设计

2.1 深松装置

深松铲作为灭茬深松旋耕整地联合作业机的核心工作部件，能够打破坚硬的犁底层，保证作物根系生长和土壤深层水分及空气交换。该深松装置由3个深松单体组成，采用前一、后二的布置形式，这种布置形式能够减轻3个深松单体在作业中的整体阻力，防止机具前进过程中产生堆草、堆土的现象。每个深松单体由铲座、铲柄、铲翼、深松铲尖和分土板组成，如图3所示。深松铲尖采用楔形减阻设计，使其在入土和工作中更加省力；铲尖处堆焊高强耐磨合金，如图4所示，从而延长了深松铲使用寿命；铲柄前焊有分土板，减轻了铲柄在前进时受到的阻力；两侧安装的翼铲不仅能够对深层土壤进行较大范围疏松，还能提高土壤的蓄水保墒能力。深松铲尖的设计参数如表2所示。

图3 深松铲单体结构图

图4 深松铲

表2深松铲尖后设计参数

2.2 传动装置

传动装置中除常规变速箱齿轮传动外，传动轴使用单键式渐开线花键传动轴，传动轴结构示意图如图5所示。该传送轴使用渐开线花键轴，具有良好的定心性，传动平稳，承受扭矩大，如图6所示。

图5传动轴示意图

图6渐开线花键传动轴

2.3 灭茬装置

灭茬装置用于长秸秆粉碎之后，将留在地表以及土壤中的旧根茬粉碎，然后直接均匀抛洒在表层土壤中，实现灭茬还田。灭茬装置主要由灭茬刀、灭茬刀盘、灭茬轴组成，如图7所示。玉米根部主根大概延伸到地表下5～6cm，所以灭茬刀的设计入土尺寸为5～8cm；每组灭茬刀盘由通过螺栓固定圆盘上的3把向左和3把向右的灭茬刀组成，灭茬装置共由16组灭茬刀盘组成，它们分别焊接在灭茬轴上，两组灭茬刀盘间距为120mm，所有灭茬刀在圆周方向上有唯一确定的角度，以保证灭茬刀入土时的阻力最小。

图7 灭茬轴结构图

3 总结

（1）该机有效结合了旋耕机、深松机、双轴灭茬旋耕机的功能，是集灭茬、深松、旋耕、镇压（起垄）整地多功能于一体的保护性耕作新机型 ，有效减少了作业环节，与土地碾压次数，提高了作业效率。

（2）该机适应性广 ，在黄淮海平地作业时，后面采用钉齿镇压辊结构，充分将土块压碎，碎土压实；在东北地区垄沟作业时，后面采用可调式开沟器 ，开沟深度可调，张度可调；深松铲方便拆卸，当年深松作业后，次年将深松铲拆掉，只进行灭茬、旋耕作业，符合保护性耕作理念；依据农艺要求，其深松、旋耕深度都可调。