高效温室秸秆处理装置设计研究

伦智民，缪 宏，夏云帆，周金俊，董兴月，金 川

（1.扬州大学，江苏 扬州 225000；2.泰州樱田农机制造有限公司，江苏 扬州 225000；3.扬州市瘦西湖风景区管理处，江苏 扬州 225000）

0 引 言

根据统计，中国农业方面，一年就会产出8 亿t作物秸秆，其中具有回收利用价值的约有7 亿t[1]。温室秸秆还田技术引入到温室作物生产中，可以改善温室土壤的理化性质、补充温室环境中的营养元素、更好地提高农作物水分利用效率[2-4]。但是，现在我国秸秆还田装置一般体积都比较大，大部分温室蔬菜秸秆还田作业，首先喷洒腐解剂，然后才进行粉碎还田，作业效率较低，并且处理成本高，不能满足蔬菜耕作的农时要求。因此，要设计一种用于温室的体积小、低能耗的秸秆还田装置。

1 秸秆处理装置结构设计

秸秆还田是指将作物的剩余秸秆还原为土壤有机质和养分的过程，以提高土壤肥力和农作物产量。虽然秸秆还田具有多种优点，如提高土壤质量、保持土壤湿度、减少化肥使用等，但也存在一些技术难点，如秸秆分解速度慢、病虫害的影响、秸秆还田机械适应性差、技术操作要求高等问题。因此，为了解决这些技术难点，本文设计了一种秸秆还田装置，如图1 所示，主要包括：收集装置、粉碎装置、喷雾装置，3 个系统相互协调、同时运作，可以大大缩短处理的时间，节省农时。

图1 秸秆处理装置总体结构

1.1 收集装置设计

收集机构如图2 所示，其组成包含传动带、托辊、转轴和支架。托辊通过转轴获取动力。传动带包覆在托辊上。捡拾爪均匀的安置在皮带表面，捡拾爪尖端的方向与传动带的运动方向一致。收集机构支架的一端固定在转轴上，另一端固定在支架上。

图2 收集装置

工作时，秸秆通常无序散落在地表，常规的夹持式机构容易发生缠绕、结团等现象，不能满足高效作业的要求。针对上述问题，收集装置设计采用传送带与捡拾爪配合的方式，通过托辊转动传递动力到传送带，捡拾爪上的弯钩会将地上的秸秆勾起到传送带上，随后秸秆随着传送带的转动在尽头落入粉碎箱，捡拾爪弯曲的角度不能影响秸秆的脱落。

1.2 粉碎装置设计

田间秸秆较硬，纤维结构比较复杂，要想将其粉碎需要用到较大的力量；秸秆内部存在纵向和横向的纤维[5]，这种结构会影响粉碎效果；秸秆中可能存在杂质如土壤、石头等，这些杂质会对粉碎机械造成损害，也会影响粉碎效果。

针对以上问题，设计的粉碎装置如图3 所示，包括固定在底盘上的粉碎箱和三组粉碎刀。粉碎箱上部有箱盖，下部有出料口。粉碎箱的两外壁固定有液压缸，每个液压缸杆与支架连接，通过调整液压缸的伸缩，调节收集机构与地面的角度。粉碎刀组安装在粉碎箱中，由第一、第二和第三刀组组成。三组刀具依次由上及下布置，相邻的刀组前后相间，各自的旋转方向相对于其他刀组相反。

1.3 喷药装置设计

在秸秆还田过程中，喷药是为了控制病虫害和使秸秆快速腐熟，避免造成病虫害二次暴发，如果不进行喷药，病虫害和杂草会对农作物和土壤造成严重的损害，导致农作物的产量和质量下降。同时，病虫害和杂草也会对土壤产生负面影响，破坏土壤结构，降低土地肥力，影响秸秆还田的效果。因此，在秸秆还田过程中，必须进行喷药，以控制病虫害和杂草的生长，保证农作物的正常生长和收成，同时保护土壤和提高土地肥力[6]。

喷雾装置如图4 所示，包含药箱、喷雾泵和喷头。喷雾泵通过支架与粉碎箱外壁连接固定，药箱固定在粉碎箱上，喷雾泵的一端通过管道与药箱连接。粉碎箱内部设有液体压力式喷头，当秸秆进入粉碎箱时，喷雾系统开始工作，向秸秆喷洒杀虫剂和腐熟药剂，使秸秆快速腐熟还田。

2 高效秸秆处理装置工作原理

本文设计的温室高效秸秆还田装置的工作过程如下：该装置在温室中运行时，传动皮带开始工作，输送带上的捡拾爪将地面的秸秆勾起至台面，随着输送带转动送至秸秆粉碎箱，当地面起伏波动时，液压缸开始工作，通过控制支撑杆的伸缩，让收集平台始终与地面保持一定的角度，使收集工作顺利进行。秸秆进入粉碎箱后，首先与高速旋转的第一级刀组接触，进行第一次粉碎，同时喷雾系统开始向秸秆喷洒药剂，随后秸秆被抛入第二级刀组，经过第二次粉碎后，此时秸秆基本满足还田条件，但为了保证秸秆完全满足农艺要求，提高还田质量，设置第三级刀组对秸秆进行第三次粉碎，粉碎后的秸秆从粉碎箱下端出口落在田间。在喷雾系统工作时，各级刀组高速转动产生的气流也会对药液与秸秆混合起到促进作用，达到最佳的杀虫杀菌效果[7]。

3 结 语

为了提高秸秆处理的效率以及最大化利用秸秆剩余价值，针对现有技术中存在的不足，本文设计了一种面向温室农业需求的秸秆还田装置，该装置结构紧凑，较传统的机械体积大幅减小，可以在较小的空间内进行作业，满足温室等较小空间的使用需求；且在粉碎秸秆的同时，对秸秆喷药腐解并进行杀虫作业，将粉碎、腐解、杀虫等步骤全部完成，能够满足温室秸秆还田农艺要求。