高速滅茬聯(lián)合整地機(jī)的設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

梁玉成　許劍平　謝宇峰

摘要：近年來(lái)，黑龍江省玉米種植面積居高不下，雖然保證了我省糧食的產(chǎn)出量，但也隨之帶來(lái)了大量難以處理的秸稈，大量焚燒秸稈會(huì)對(duì)空氣造成嚴(yán)重破壞，殘留在地里的剩余秸稈會(huì)對(duì)第二年春播造成非常大的影響。創(chuàng)新研制的高速滅茬聯(lián)合整地機(jī)可有效粉碎秋收后地表殘留的適量秸稈，并使其與土壤充分混合，一次作業(yè)能夠完成滅茬、碎土、鎮(zhèn)壓作業(yè)，在避免秸稈焚燒的同時(shí)，有效地提升了耕地的有機(jī)質(zhì)含量，作業(yè)后的地表狀況能夠達(dá)到待播（平播）狀態(tài)，為下一季春播創(chuàng)造了良好的條件。

關(guān)鍵詞：聯(lián)合整地;秸稈處理;保護(hù)性耕作

基金項(xiàng)目：黑龍江“糧食豐產(chǎn)增效科技創(chuàng)新”重點(diǎn)專項(xiàng)：濕潤(rùn)區(qū)春玉米全程機(jī)械化土壤耕作技術(shù)集成與示范（2018YFD0300103-3-1）;黑龍江省科研計(jì)劃項(xiàng)目“新型大豆高速精量播種施肥機(jī)研制”（2017-59）;黑龍江省科研計(jì)劃項(xiàng)目“缺口圓盤滅茬耙的研究與開(kāi)發(fā)”（2018-75）

作者簡(jiǎn)介：梁玉成（1983-）男，黑龍江哈爾濱人，高級(jí)工程師，主要從事播種機(jī)械、耕整地機(jī)械的研究設(shè)計(jì)工作，E-mail：153086570@qq.com。黑龍江省是我國(guó)著名的“北大倉(cāng)”，這里的玉米、大豆產(chǎn)量在我國(guó)有著不可替代的地位。近年來(lái)，隨著耕作機(jī)械化水平的不斷提高，黑龍江省玉米種植面積居高不下，一方面雖然保證了我省糧食的產(chǎn)出量，但另一方面也隨之帶來(lái)了大量的問(wèn)題，例如：大量難以處理的秸稈、土壤壓實(shí)嚴(yán)重、土壤比阻增加、水土流失加劇、土壤肥力下降、耕作能耗增加等問(wèn)題，這些問(wèn)題都嚴(yán)重制約了我省農(nóng)業(yè)機(jī)械現(xiàn)代化生產(chǎn)的發(fā)展。

由于季節(jié)原因，我省秋收后一般都進(jìn)行秋整地，為來(lái)年春種保苗創(chuàng)造有利條件。秋整地的時(shí)間短，而且其中玉米秸稈直徑粗大、具有纖維化特性、根茬入土深，因而很難處理。傳統(tǒng)秋整地機(jī)械技術(shù)一般是多種機(jī)具組合運(yùn)用或一種機(jī)具多次作業(yè)的方式，這類作業(yè)方式秸稈處理效果不理想、土壤嚴(yán)重壓實(shí)，不利于保墑、土壤保護(hù)和可持續(xù)利用，并且作業(yè)周期長(zhǎng)、成本高。根據(jù)我省目前耕整地實(shí)際狀況和大功率拖拉機(jī)保有量情況，在分析多種因素的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)研制了高速滅茬聯(lián)合整地機(jī)，并進(jìn)行了機(jī)具的試驗(yàn)和田間考核。試驗(yàn)表明，該機(jī)具可以充分發(fā)揮大功率拖拉機(jī)的馬力性能，滅茬結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、合理，效果顯著，工作部件使用壽命長(zhǎng)，一次進(jìn)地能夠完成滅茬、碎土、鎮(zhèn)壓作業(yè)，在避免秸稈焚燒的同時(shí)，有效地為耕地增加了有機(jī)質(zhì)含量，作業(yè)后地表狀況能夠達(dá)到待播（平播）要求。機(jī)具的使用對(duì)減少能源消耗，降低作業(yè)成本，保護(hù)耕地資源，發(fā)展可持續(xù)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)等方面都具有重要意義。

1設(shè)計(jì)原理及主要參數(shù)

1.1設(shè)計(jì)依據(jù)

高速滅茬聯(lián)合整地機(jī)是在延續(xù)我省保護(hù)性耕作的基礎(chǔ)上，針對(duì)現(xiàn)有土地集中連片和大功率拖拉機(jī)保有量逐年提高的狀況下，研制的一種可以同時(shí)解決秋收后地表殘留秸稈與秋整地的多功能農(nóng)機(jī)裝備。機(jī)具采用多種耕整地方式聯(lián)合的作業(yè)工藝路線，一次即可完成根茬、秸稈粉碎，秸稈與耕層土壤混拌，耕層土壤細(xì)碎壓實(shí)作業(yè)，作業(yè)后的地表能夠達(dá)到第二季的平播作業(yè)要求。

1.2主要研究?jī)?nèi)容

（1）研制與220馬力以上拖拉機(jī)配套使用的高速滅茬聯(lián)合整地機(jī)，機(jī)具一次進(jìn)地即可完成根茬、秸稈粉碎，秸稈與耕層土壤混拌，耕層土壤細(xì)碎壓實(shí)作業(yè)。機(jī)具作業(yè)后粉碎的秸稈能夠與耕層土壤充分混拌，提升耕地有機(jī)質(zhì)含量;鎮(zhèn)壓后的土壤表層細(xì)碎、平整，不易散墑，可為農(nóng)作物生長(zhǎng)創(chuàng)造優(yōu)良的種床環(huán)境。

（2）研制以粉碎玉米秸稈為重點(diǎn)的高速滅茬工作部件，解決秋收后的地表殘余秸稈還田難的問(wèn)題，在提升耕地有機(jī)質(zhì)含量的同時(shí)，降低粉碎后的秸稈對(duì)春播作業(yè)的影響。

（3）合理的設(shè)計(jì)布局，在有限的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)了多種耕作方法的有機(jī)結(jié)合，在機(jī)具高速作業(yè)下保證機(jī)架強(qiáng)度的同時(shí)，解決了機(jī)具田間運(yùn)輸困難和拖堆堵塞的問(wèn)題。

（4）主要技術(shù)參數(shù)

2總體結(jié)構(gòu)

2.1結(jié)構(gòu)形式

根據(jù)耕整地作業(yè)機(jī)械的工藝技術(shù)、配套動(dòng)力和運(yùn)輸方式等方面的要求，該機(jī)總體結(jié)構(gòu)形式為液壓調(diào)節(jié)方式，動(dòng)力運(yùn)輸為牽引式。

2.2工作原理

拖拉機(jī)在前進(jìn)的同時(shí)，將牽引力通過(guò)牽引架傳遞給機(jī)具，在土壤和牽引力的共同作用下，通過(guò)調(diào)節(jié)液壓缸的長(zhǎng)短以達(dá)到合理的工作部件入土角度和深度。通過(guò)雙排立式獨(dú)立滅茬缺口圓盤的剪切和摩擦推動(dòng)作用力，切斷秸稈、根茬，松動(dòng)耕層土壤，以達(dá)到滅茬、混拌和碎土的作用，然后再進(jìn)行平整鎮(zhèn)壓作業(yè)，使其達(dá)到待播狀態(tài)，形成有利于作物生長(zhǎng)的土壤耕層構(gòu)造。

2.3總體參數(shù)確定

2.3.1配套動(dòng)力

本機(jī)的工作阻力主要來(lái)自于雙排立式獨(dú)立滅茬缺口圓盤入土后土壤的反作用力及鎮(zhèn)壓輥的作業(yè)阻力。參考試驗(yàn)數(shù)據(jù)，雙排滅茬圓盤每米耕幅消耗動(dòng)力20～30 kW，該機(jī)幅寬4.5 m，共需消耗動(dòng)力112 kW左右，加上自身重量和鎮(zhèn)壓部件需要消耗的動(dòng)力，動(dòng)力系數(shù)按1.3計(jì)算，共需要?jiǎng)恿?46 kW 左右，再加上預(yù)留動(dòng)力，預(yù)計(jì)需要160 kW以上的機(jī)具配套，按拖拉機(jī)動(dòng)力配置范圍定為161.8 kW（220 馬力）以上拖拉機(jī)配套使用。

2.3.2作業(yè)幅寬

根據(jù)作業(yè)速度、滅茬效果、動(dòng)力匹配和道路運(yùn)輸?shù)榷喾N因素考慮，作業(yè)幅寬設(shè)定為4.5 m。

2.3.3作業(yè)速度

在滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要求，確保有效滅茬深度和最佳作業(yè)效果的前提下，盡可能降低功率消耗，提高作業(yè)速度，并考慮其他綜合因素，確定該機(jī)作業(yè)速度為10～15 km/h。試驗(yàn)測(cè)定證明，該速度范圍內(nèi)機(jī)具作業(yè)效果與作業(yè)速度呈正比例關(guān)系，但是當(dāng)速度低于10 km/h時(shí)，作業(yè)質(zhì)量變差，速度高于15 km/h時(shí)，作業(yè)質(zhì)量無(wú)明顯提升，動(dòng)力消耗巨大。

2.4總體結(jié)構(gòu)

該裝備的整體結(jié)構(gòu)配置設(shè)計(jì)是研究的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)之一，整體配制要求科學(xué)合理，結(jié)構(gòu)緊湊，技術(shù)先進(jìn)，能理想地實(shí)施對(duì)以玉米秸稈為主的田間秸稈粉碎還田處理并附帶整地鎮(zhèn)壓作業(yè)。

研制該裝備解決了三項(xiàng)核心技術(shù)：（1）設(shè)計(jì)組合式機(jī)架結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)多種工作部件的合理融合，有效提升機(jī)具田間通過(guò)性能，降低作業(yè)時(shí)的拖堆堵塞和動(dòng)力消耗。（2）低損傷低功耗滅茬耙，滅茬、碎土效果好，能耗低，使用壽命長(zhǎng)。（3）強(qiáng)力鎮(zhèn)壓結(jié)構(gòu)，在提升鎮(zhèn)壓效果的同時(shí)，可有效疏松表層土壤。

4.鎮(zhèn)壓機(jī)構(gòu) 5.行走機(jī)構(gòu)

3.1機(jī)架總成

機(jī)架總成是由牽引點(diǎn)總成、牽引架總成、支腳總成、主機(jī)架總成四部分組成。牽引力通過(guò)牽引點(diǎn)和牽引架傳遞到主機(jī)架上，設(shè)計(jì)的三角形牽引架可大幅提升整機(jī)強(qiáng)度，主機(jī)架可合理地排布工作部件并有效串聯(lián)機(jī)具的各個(gè)功能單元。

1.牽引點(diǎn)總成2.牽引架總成3.支腳總成4.主機(jī)架總成

滅茬圓盤耙組包含前排圓盤耙組和后排圓盤耙組兩部分，前后圓盤耙組交錯(cuò)，切碎秸稈殘茬效果明顯，可避免漏耕，有效防止拖堆堵塞，降低動(dòng)力消耗。用橡膠棒輔助連接的獨(dú)立滅茬圓盤機(jī)構(gòu)還具有一定的越障保護(hù)功能，可有效減少作業(yè)時(shí)滅茬圓盤遇到硬物撞擊的損傷。

1. 連接梁 2.圓盤支臂3.滅茬圓盤

鎮(zhèn)壓機(jī)構(gòu)采用液壓調(diào)節(jié)鎮(zhèn)壓強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)上采用后壁圓筒外側(cè)焊和釘齒的結(jié)構(gòu)，鎮(zhèn)壓、碎土效果明顯，同時(shí)能夠疏松表層土壤，鎮(zhèn)壓滾筒外側(cè)帶有獨(dú)立可調(diào)式刮泥板，能有效清理釘齒間粘連的土壤和雜物，效果顯著。

3.4行走機(jī)構(gòu)

行走機(jī)構(gòu)采用液壓調(diào)節(jié)，當(dāng)機(jī)具作業(yè)時(shí)，行走輪升起，機(jī)具的重心移動(dòng)到主機(jī)架中部，有利于滅茬和鎮(zhèn)壓作業(yè);當(dāng)機(jī)具行走時(shí)，行走輪落下，機(jī)具的重心移動(dòng)到主機(jī)架后部，有利于提升前端滅茬機(jī)構(gòu)的離地間隙，為機(jī)具的行走提供更好的通過(guò)性。

1.鎮(zhèn)壓梁 2.鎮(zhèn)壓滾筒 3.刮泥板總成 4.連接側(cè)板

整機(jī)的液壓操作控制系統(tǒng)共設(shè)計(jì)使用了4個(gè)液壓油缸，通過(guò)多路液壓分配器和操作手柄的控制，實(shí)現(xiàn)整機(jī)液壓起落，耙茬深度調(diào)節(jié)、鎮(zhèn)壓強(qiáng)度調(diào)節(jié)和行走運(yùn)輸，以及各工作部件的調(diào)節(jié)和控制，操作方便可靠。

4試驗(yàn)情況及結(jié)論

（1）通過(guò)機(jī)具田間大面積作業(yè)試驗(yàn)和地域適應(yīng)性試驗(yàn)證明，該機(jī)具研究設(shè)計(jì)是成功的，各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)已達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求，理想地實(shí)現(xiàn)了高速滅茬聯(lián)合整地的目的，符合我省現(xiàn)階段的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要求，可以大面積推廣應(yīng)用。

（2）大面積田間實(shí)踐表明，該機(jī)不僅技術(shù)先進(jìn)，而且具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益，與傳統(tǒng)作業(yè)相比，可減少機(jī)具作業(yè)次數(shù)，降低作業(yè)成本，減輕土壤壓實(shí)，提高蓄水保墑能力。

（3）該機(jī)在整機(jī)配置設(shè)計(jì)和核心工作部件研究方面取得了多項(xiàng)創(chuàng)新，解決了傳統(tǒng)聯(lián)合整地機(jī)易拖堆堵塞、滅茬效果不理想、工作阻力大、能耗高、工作部件易變形損壞等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，具有田間通過(guò)性能好，土壤條件適應(yīng)性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)技術(shù)先進(jìn)，工作性能可靠等優(yōu)點(diǎn)，在技術(shù)性能和結(jié)構(gòu)先進(jìn)性方面達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉福來(lái)，劉國(guó)平.保護(hù)性耕作技術(shù)及其機(jī)械的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].農(nóng)機(jī)化研究，2009（7）：47-49.

[2]張鳳菊.1LZG-280型多功能整地聯(lián)合作業(yè)機(jī)的設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)科技與裝備，2012（6）：21-22.

[3]王志遠(yuǎn).SGTN-490型滅茬旋耕聯(lián)合整地機(jī)的設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械，2011（3）：96-97.

[4]單寧，范立國(guó)，李玉聯(lián).多功能深松聯(lián)合整地技術(shù)[J].農(nóng)機(jī)使用與維修，2010（6）：96.

[5]楊永才.機(jī)械設(shè)計(jì)新標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用手冊(cè)[M].北京：北京科學(xué)技術(shù)出版社，1993：165-166.

[6]楊華等.1GZM-350型滅茬深松整地聯(lián)合作業(yè)機(jī)的研究[J].農(nóng)機(jī)化研究，2015（11）：142-147.

[7]王欣，滅茬深松整地聯(lián)合作業(yè)機(jī)的設(shè)計(jì)研究[D]. 昆明：昆明理工大學(xué)，2016.

[8]鄭侃，何進(jìn)，王慶杰，等.聯(lián)合整地作業(yè)機(jī)具的研究現(xiàn)狀[J].農(nóng)機(jī)化研究，2016（1）：257-263.