1JH-280型秸稈粉碎還田機的研究

徐峰 安龍哲 孫毅 李寧 孫振雨 王密盛 張婷婷

摘?要：論述了1JH-280型秸稈粉粹還田機的研究設計過程，包括總體結構、工作原理、主要技術參數(shù)的選擇及關鍵部件的設計等。

關鍵詞：秸稈粉碎還田機;總體結構;工作原理;研究設計

中圖分類號：S225?文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.11.005

作者簡介：徐峰（1965-），男，四川洪雅人，學士，研究員級高級工程師，研究方向：農(nóng)業(yè)機械。

0?引言

黑龍江省西部玉米主產(chǎn)區(qū)，如龍江縣、訥河市、安達市、甘南縣等越來越多的農(nóng)民與合作社采用秸稈覆蓋免少耕播種保護性耕作技術。在我省其它地區(qū)及吉林、遼寧省等玉米種植面積較大的地區(qū)秸稈覆蓋耕作制度也在快速發(fā)展，不久的將來必將成為玉米種植的主流耕作播種方式。該項技術的優(yōu)點為：①因整地環(huán)節(jié)只有粉碎秸稈一項，比傳統(tǒng)種植方式省工，作業(yè)成本低;②地表有秸稈覆蓋，有利于控制土壤侵蝕;③對于風沙干旱區(qū)保墑效果明顯;④當年秸稈腐解率可達60%。該項技術的推廣帶動了我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)性的發(fā)展，減少了農(nóng)民對玉米秸稈露天焚燒而造成的環(huán)境污染影響。該項技術的作業(yè)規(guī)程為：秋季玉米機械化收獲，秸稈原茬越冬，次年春季采用秸稈粉碎還田機粉碎秸稈，要求粉碎均勻且長度不超過10 cm，均勻拋撒在田間，之后采用條帶耕作或直接免耕播種，出苗后進行中耕深松。

目前，玉米秸稈粉碎還田機亟待解決的問題是：秸稈粉碎的長短不一，達不到國家標準要求的將秸稈粉碎至10 cm以下。為此，我所研制出了1JH-280型秸稈粉碎還田機（以下稱秸稈粉碎還田機），該機可將收獲后的玉米秸稈進行粉碎并均勻地拋灑在地面上，秸稈粉碎長度至8 cm以下，拋灑在地面上的秸稈平整、均勻、厚度一致，達到了不影響第二年春季免耕播種作業(yè)的要求。

1?總體結構與工作原理

1.1?總體結構

如圖1所示，1JH-280型秸稈粉碎還田機通過三點懸掛方式同拖拉機掛接組成一個作業(yè)機組。主要由機架總成、變速箱皮帶傳動組合、定刀組件、粉碎刀軸、尾板及限深輥組合等七大部分組成。具體形式為，在機架總成底部裝配有粉碎刀軸，粉碎刀軸通過兩個軸承座安裝在機架總成上，在粉碎刀軸上按雙螺旋線規(guī)律固定排列動刀，在機架總成的罩殼上與粉碎刀軸動刀相對應位置安裝定刀組件，粉碎刀軸由變速箱通過皮帶傳動組合傳動，限深輥組合安裝在機架后端，隨機組滾動前行。

1.2?工作原理

拖拉機與秸稈粉碎還田機連接后，拖拉機動力輸出軸通過萬向節(jié)將動力傳至秸稈粉碎還田機的變速箱，變速箱動力輸出軸與機具上的粉碎刀軸通過皮帶傳動將動力傳遞到粉碎刀軸上，使粉碎刀軸做旋轉運動，從而實現(xiàn)了對玉米秸稈的粉碎。秸稈粉碎還田機粉碎刀軸的旋轉方向為反轉（順時針方向），粉碎后的秸稈向后拋出，在秸稈粉碎還田機尾板的阻擋作用下均勻地將粉碎的秸稈碎末按一定的厚度和寬度拋灑在地面上。根據(jù)當?shù)剞r(nóng)藝要求調整尾板與水平地面的夾角即可調整粉碎秸稈拋灑在地面上的厚度和寬度。該機一次性可完成玉米秸稈的粉碎、還田、 鎮(zhèn)壓等農(nóng)田作業(yè)，并能起到培肥地力， 增強土壤有機質的作用 。

1.3?配套動力

秸稈粉碎還田機的動力由拖拉機動力輸出軸提供。由經(jīng)驗公式可知拖拉機的最大輸出功率Pmax為

其中拖拉機動力輸出軸負載的功率P為秸稈粉碎還田機消耗的功率，可以參考幅寬為1.2 m的甩刀型秸稈還田機功率為3.89 kW。本機幅寬為2.8 m功率取值9.08 kW。秸稈粉碎還田機的質量mj為525 kg，動力選用John Deere1354拖拉機，ms為4570 kg，根據(jù)農(nóng)藝要求秸稈還田機機組作業(yè)速度

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

1.4?秸稈粉碎還田機主要技術參數(shù)

1JH-280型秸稈粉碎還田機主要技術參數(shù)

1.5?傳動系統(tǒng)的設計

（1）如圖2所示，拖拉機動力輸出軸將動力傳到變速箱，經(jīng)變速箱增速后，將動力傳到主動皮帶輪，主動皮帶輪再將動力傳到被動皮帶輪，經(jīng)再次增速后將動力傳至粉碎刀軸上，實現(xiàn)對玉米秸稈的粉碎作業(yè)。

（2）粉碎刀軸轉速的設計計算。已知拖拉機動力輸出軸的轉速n1=720 r·min-1;主動錐齒輪Z1=31;被動錐齒輪Z2=15;主動皮帶輪D1=300 mm;被動皮帶輪D2=200 mm;取皮帶輪傳動效率μ=0.95。

傳動系總傳動比

將已知數(shù)據(jù)代入（2）式得：i=3.1。

粉碎刀軸轉速n2

將數(shù)據(jù)代入（3）式得：n2=2120.4 r·min-1。

2?主要工作部件的設計

2.1?粉碎刀軸的設計

如圖3所示，秸稈粉碎刀軸由刀軸、Y型甩刀和刀座組成，它與安裝在罩板上的定刀組合組成秸稈粉碎裝置。粉碎刀軸兩端焊接有軸頭，兩軸頭通過軸承座與機架兩端立板固裝。將刀軸設計為順時針旋轉（反轉），粉碎刀軸反轉利于秸稈的撿拾并粉碎。刀軸采用壁厚8 mm、直徑為180 mm無縫鋼管制成，刀軸長度為280 cm，其上焊接有26個刀座，每個刀座上安裝有一組Y型甩刀。每組Y型甩刀由兩個Y型甩刀背對成一組組成。Y型甩刀與刀座之間應有0.5～1.0 mm的間隙，保證Y型甩刀轉動自由。

安裝在罩板上的定刀組合可在垂直刀軸方向進行調節(jié)，從而可調節(jié)動、定刀間的間隙，即可調節(jié)秸稈粉碎還田機粉碎秸稈的長短。

2.2?動刀在刀軸上的排列規(guī)律

如圖4所示，1JH-280型秸稈粉碎還田機粉碎刀軸上共安裝26組動刀，共52個Y型甩刀。26組動刀分成兩組，按雙螺旋線排列，相鄰兩組動刀軸向距離為233 mm;位于同一條螺旋線上的兩相鄰動刀的徑向夾角為72°。保證秸稈粉碎機在作業(yè)中每次最多有2把動刀同時工作，可減少負荷，提高機具的使用壽命。

2.3?限深輥組合設計

如圖1所示，1JH-280型秸稈粉碎還田機限深輥組合安裝在機具的后端。其主要作用是限制機具的下降深度，對粉碎的秸稈進行鎮(zhèn)壓及保持機組平衡。限深輥采用壁厚8 mm、直徑為180 mm無縫鋼管制成，限深輥長度為300 cm。限深輥兩端焊接有軸頭，兩軸頭通過軸承座固裝在限深輥側板上，兩側板分別與機架兩端立板通過螺栓連接，限深輥隨機組一同運動，同時自身轉動。

3?結論

基于玉米種植秸稈覆蓋耕作制度的快速發(fā)展、農(nóng)藝要求及玉米秸稈粉碎還田機尚需解決秸稈粉碎長短不一的問題，設計了1JH-280型秸稈粉碎機。

（1）對1JH-280型秸稈粉碎還田機的總體結構、工作原理進行了論述。

（2）對1JH-280型秸稈粉碎還田機的關鍵部件進行了研究設計及計算。設計了傳動系統(tǒng)，確定了機具的主要技術參數(shù)，計算了所需的配套動力，設計了秸稈粉碎裝置及限深輥組合等關鍵部件。

（3）通過性能試驗表明，該機可將收獲后的玉米秸稈進行粉碎后均勻地拋灑在地面上，秸稈粉碎長度在8 cm以下，拋灑在地面上的秸稈平整、均勻、厚度一致，達到了秸稈粉碎還田機作業(yè)質量要求及設計要求。

參考文獻：

[1] 靜林，馬鐵，李寶筏.1JHL-2型秸稈深埋還田機設計與試驗[J].農(nóng)業(yè)工程學報，2017，33（20）：32-40.