秸稈還田機在室內(nèi)模擬實驗中結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計

摘要對秸稈還田機進行室內(nèi)模擬實驗，利用pro/e實體建模優(yōu)化機具結(jié)構(gòu)，保證機具正常秸稈還田作業(yè)情況下，找出最佳的參數(shù)組合，降低作業(yè)機具的功耗。

關(guān)鍵詞秸稈還田設計改進

0引言

水稻和小麥種植區(qū)因無整株秸稈還田覆蓋作業(yè)機具，采取直接翻埋作業(yè)時，機具工作部件纏草相當嚴重，秸稈覆蓋效果較差；而采取秸稈粉碎還田，除現(xiàn)有機具可靠性低、粉碎效果差以及動力消耗大外，由于采取多耕多耙的水整地作業(yè)方式，被粉碎還田的水稻秸稈又會在水整地過程中重新浮出田面，嚴重影響后序種植環(huán)節(jié)機械化作業(yè)。東北地區(qū)主要采用秸稈粉碎翻壓還田，但由于溫度低，秸稈直接進行還田腐爛較慢，影響下年的耙地與插秧。

水稻整株秸稈還田機（圖1）作業(yè)機具的秸稈還田率高，碎土能力強，土壤覆蓋較好，且性能可靠，作業(yè)質(zhì)量能夠滿足農(nóng)業(yè)技術(shù)要求。由于機械直接還田機具普遍存在耗能大，成本高的特點，功率損耗便成為制約機具推廣的主要原因，如何優(yōu)化選擇機具參數(shù)，使機具在滿足農(nóng)業(yè)技術(shù)要求的前提下降低功耗便成為亟待解決的問題。

1機具總體結(jié)構(gòu)設計

在土槽模擬田間實際情況的試驗中，為了真實還原秸稈還田機的工作情況，尋求最佳工作參數(shù)方案，根據(jù)土槽及試驗車的實際情況，利用pro/e實體建模對還田機進行改進設計。

1.1工作幅寬的設計

土槽的實際寬度僅為6 m，在試驗過程中，試驗機具安裝在牽引車上，為了降低平移支架系統(tǒng)影響和合理利用土槽的寬度，將作業(yè)機具的工作幅寬設計為1.0 m。

1.2牽引方式及減速裝置設計

考慮到機具的設計寬度為1.0 m，為了便于加工和安裝，現(xiàn)將機具牽引方式設計為偏牽引，減速裝置為單變速箱傳動，選用勃利農(nóng)機公司生產(chǎn)的變速箱（弧齒m=8，減速比為2.28）。

1.3試驗機具pro/e設計

如圖2所示，用三維設計軟件pro/e進行機具的總體設計，并進行動態(tài)仿真和模擬檢驗。在實體設計的基礎上，繪制機具的CAD圖紙。

2主要工作部件的優(yōu)化設計

2.1刀輥設計

刀輥是秸稈還田機具主要的工作部件，也是秸稈還田機主要的動力消耗部件。如圖3所示，水稻整株秸稈還田機的刀輥采用大旋轉(zhuǎn)直徑設計，主要由滾筒、刀輥軸焊合和刀盤三部分組成。

為防止纏草，保證還田機的作業(yè)質(zhì)量，刀輥直徑與原作業(yè)機相同，刀軸為300 mm，壁厚5 mm；根據(jù)確定的秸稈還田作業(yè)機具工作幅寬為1.0 m，設計滾筒的長度為1030 mm。刀輥上共焊合有6個刀盤，其間距為190 mm。

2.2刀盤的改進

刀輥上刀盤的尺寸、安裝螺孔的位置，直接決定還田刀的滑切角、回轉(zhuǎn)半徑。在不改變回轉(zhuǎn)半徑的前提下，刀盤的尺寸采用與原作業(yè)機相同的尺寸，刀盤外徑700 mm，刀盤內(nèi)徑600 mm。

要實現(xiàn)刀盤上刀數(shù)的不同和安裝角度的不同，需要在原有刀盤安裝螺孔的前提下，改進刀盤。由文獻＼[1＼]分析可知，彎刀安裝角影響彎刀的滑切角，而滑切角直接影響機具的作業(yè)情況和功率損耗，因此，可以通過改變彎刀的安裝角來改變滑切角?，F(xiàn)在通過改進設計刀盤，達到刀盤優(yōu)化的目的。

安裝方式的說明，如圖4所示。

（1）以A、B為安裝孔安裝埋草彎刀，此時安裝角為50°，正常上刀。

（2）以B、D為安裝孔安裝埋草彎刀，此時安裝角為45°，正常上刀。

（3）以A、C為安裝孔安裝埋草彎刀，此時安裝角為55°，需翻轉(zhuǎn)中央減速器，反向換面上刀。試驗中由于外接變頻器，可隨時調(diào)整動力輸出軸旋轉(zhuǎn)方向，因此，只需反向換面上刀。

2.3埋草彎刀

圖5牛耳型埋草彎刀水稻整株秸稈還田機獨特的牛耳型埋草彎刀（圖5）刃口設計為曲線型，由兩大部分組成，即側(cè)切刃曲線和正切刃曲線。埋草彎刀的設計目的是充分拋土。埋草彎刀（刃口為直線）從正斜面切開土塊，切出溝底將秸稈向外推移。按其空間運動軌跡，由點切土壤逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榫€切土壤，充分利用拖拉機的有效功率，達到秸稈整株還田機的設計要求。

2.4埋草彎刀的排列

埋草彎刀在安裝時不同于傳統(tǒng)的刀庫安裝方式，它通過兩個螺栓連接安裝在刀盤上，分左刀和右刀。試驗機具的每個刀盤上交錯安裝左、右刀各兩把，工作時左刀和右刀交錯入土，使刀軸兩端軸承所受的側(cè)壓力較為平衡，且按四條螺旋線規(guī)則排列埋草彎刀。

當改進刀盤后，每個刀盤上安裝三把埋草彎刀，為了保證試驗機具在作業(yè)時不堵塞、不漏耕、不重耕、刀軸受力均勻、耕后地表平整，應該合理設計刀片的排列方式。根據(jù)刀片排列的一般要求，排列出刀片安裝及排列方式，如圖6所示。為了比較兩種排列方式，現(xiàn)將圖6（a）的排列方式定為方案一，將圖6（b）的排列方式定為方案二。

3結(jié)論

在原有的秸稈還田機的基礎上，提出機具總體設計方案，并對工作關(guān)鍵部件（滾筒，埋草彎刀等）進行優(yōu)化設計研究，完成秸稈還田機試驗臺的安裝并進行室內(nèi)土槽試驗，為合理優(yōu)化試驗機結(jié)構(gòu)提供實驗數(shù)據(jù)支持。

參考文獻：

＼[1＼]趙鐵軍，王金武.水稻秸稈整株還田埋草彎刀滑切角與安裝角的分析研究＼[J＼].農(nóng)機化研究，2007（11）：58-60.

＼[2＼]王金武，張明秋，葛宜元.水稻整株秸稈還田機功耗影響試驗＼[J＼].江蘇大學學報，2009.endprint

摘要對秸稈還田機進行室內(nèi)模擬實驗，利用pro/e實體建模優(yōu)化機具結(jié)構(gòu)，保證機具正常秸稈還田作業(yè)情況下，找出最佳的參數(shù)組合，降低作業(yè)機具的功耗。

關(guān)鍵詞秸稈還田設計改進

0引言

水稻和小麥種植區(qū)因無整株秸稈還田覆蓋作業(yè)機具，采取直接翻埋作業(yè)時，機具工作部件纏草相當嚴重，秸稈覆蓋效果較差；而采取秸稈粉碎還田，除現(xiàn)有機具可靠性低、粉碎效果差以及動力消耗大外，由于采取多耕多耙的水整地作業(yè)方式，被粉碎還田的水稻秸稈又會在水整地過程中重新浮出田面，嚴重影響后序種植環(huán)節(jié)機械化作業(yè)。東北地區(qū)主要采用秸稈粉碎翻壓還田，但由于溫度低，秸稈直接進行還田腐爛較慢，影響下年的耙地與插秧。

水稻整株秸稈還田機（圖1）作業(yè)機具的秸稈還田率高，碎土能力強，土壤覆蓋較好，且性能可靠，作業(yè)質(zhì)量能夠滿足農(nóng)業(yè)技術(shù)要求。由于機械直接還田機具普遍存在耗能大，成本高的特點，功率損耗便成為制約機具推廣的主要原因，如何優(yōu)化選擇機具參數(shù)，使機具在滿足農(nóng)業(yè)技術(shù)要求的前提下降低功耗便成為亟待解決的問題。

1機具總體結(jié)構(gòu)設計

在土槽模擬田間實際情況的試驗中，為了真實還原秸稈還田機的工作情況，尋求最佳工作參數(shù)方案，根據(jù)土槽及試驗車的實際情況，利用pro/e實體建模對還田機進行改進設計。

1.1工作幅寬的設計

土槽的實際寬度僅為6 m，在試驗過程中，試驗機具安裝在牽引車上，為了降低平移支架系統(tǒng)影響和合理利用土槽的寬度，將作業(yè)機具的工作幅寬設計為1.0 m。

1.2牽引方式及減速裝置設計

考慮到機具的設計寬度為1.0 m，為了便于加工和安裝，現(xiàn)將機具牽引方式設計為偏牽引，減速裝置為單變速箱傳動，選用勃利農(nóng)機公司生產(chǎn)的變速箱（弧齒m=8，減速比為2.28）。

1.3試驗機具pro/e設計

如圖2所示，用三維設計軟件pro/e進行機具的總體設計，并進行動態(tài)仿真和模擬檢驗。在實體設計的基礎上，繪制機具的CAD圖紙。

2主要工作部件的優(yōu)化設計

2.1刀輥設計

刀輥是秸稈還田機具主要的工作部件，也是秸稈還田機主要的動力消耗部件。如圖3所示，水稻整株秸稈還田機的刀輥采用大旋轉(zhuǎn)直徑設計，主要由滾筒、刀輥軸焊合和刀盤三部分組成。

為防止纏草，保證還田機的作業(yè)質(zhì)量，刀輥直徑與原作業(yè)機相同，刀軸為300 mm，壁厚5 mm；根據(jù)確定的秸稈還田作業(yè)機具工作幅寬為1.0 m，設計滾筒的長度為1030 mm。刀輥上共焊合有6個刀盤，其間距為190 mm。

2.2刀盤的改進

刀輥上刀盤的尺寸、安裝螺孔的位置，直接決定還田刀的滑切角、回轉(zhuǎn)半徑。在不改變回轉(zhuǎn)半徑的前提下，刀盤的尺寸采用與原作業(yè)機相同的尺寸，刀盤外徑700 mm，刀盤內(nèi)徑600 mm。

要實現(xiàn)刀盤上刀數(shù)的不同和安裝角度的不同，需要在原有刀盤安裝螺孔的前提下，改進刀盤。由文獻＼[1＼]分析可知，彎刀安裝角影響彎刀的滑切角，而滑切角直接影響機具的作業(yè)情況和功率損耗，因此，可以通過改變彎刀的安裝角來改變滑切角。現(xiàn)在通過改進設計刀盤，達到刀盤優(yōu)化的目的。

安裝方式的說明，如圖4所示。

（1）以A、B為安裝孔安裝埋草彎刀，此時安裝角為50°，正常上刀。

（2）以B、D為安裝孔安裝埋草彎刀，此時安裝角為45°，正常上刀。

（3）以A、C為安裝孔安裝埋草彎刀，此時安裝角為55°，需翻轉(zhuǎn)中央減速器，反向換面上刀。試驗中由于外接變頻器，可隨時調(diào)整動力輸出軸旋轉(zhuǎn)方向，因此，只需反向換面上刀。

2.3埋草彎刀

圖5牛耳型埋草彎刀水稻整株秸稈還田機獨特的牛耳型埋草彎刀（圖5）刃口設計為曲線型，由兩大部分組成，即側(cè)切刃曲線和正切刃曲線。埋草彎刀的設計目的是充分拋土。埋草彎刀（刃口為直線）從正斜面切開土塊，切出溝底將秸稈向外推移。按其空間運動軌跡，由點切土壤逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榫€切土壤，充分利用拖拉機的有效功率，達到秸稈整株還田機的設計要求。

2.4埋草彎刀的排列

埋草彎刀在安裝時不同于傳統(tǒng)的刀庫安裝方式，它通過兩個螺栓連接安裝在刀盤上，分左刀和右刀。試驗機具的每個刀盤上交錯安裝左、右刀各兩把，工作時左刀和右刀交錯入土，使刀軸兩端軸承所受的側(cè)壓力較為平衡，且按四條螺旋線規(guī)則排列埋草彎刀。

當改進刀盤后，每個刀盤上安裝三把埋草彎刀，為了保證試驗機具在作業(yè)時不堵塞、不漏耕、不重耕、刀軸受力均勻、耕后地表平整，應該合理設計刀片的排列方式。根據(jù)刀片排列的一般要求，排列出刀片安裝及排列方式，如圖6所示。為了比較兩種排列方式，現(xiàn)將圖6（a）的排列方式定為方案一，將圖6（b）的排列方式定為方案二。

3結(jié)論

在原有的秸稈還田機的基礎上，提出機具總體設計方案，并對工作關(guān)鍵部件（滾筒，埋草彎刀等）進行優(yōu)化設計研究，完成秸稈還田機試驗臺的安裝并進行室內(nèi)土槽試驗，為合理優(yōu)化試驗機結(jié)構(gòu)提供實驗數(shù)據(jù)支持。

參考文獻：

＼[1＼]趙鐵軍，王金武.水稻秸稈整株還田埋草彎刀滑切角與安裝角的分析研究＼[J＼].農(nóng)機化研究，2007（11）：58-60.

＼[2＼]王金武，張明秋，葛宜元.水稻整株秸稈還田機功耗影響試驗＼[J＼].江蘇大學學報，2009.endprint

摘要對秸稈還田機進行室內(nèi)模擬實驗，利用pro/e實體建模優(yōu)化機具結(jié)構(gòu)，保證機具正常秸稈還田作業(yè)情況下，找出最佳的參數(shù)組合，降低作業(yè)機具的功耗。

關(guān)鍵詞秸稈還田設計改進

0引言

水稻和小麥種植區(qū)因無整株秸稈還田覆蓋作業(yè)機具，采取直接翻埋作業(yè)時，機具工作部件纏草相當嚴重，秸稈覆蓋效果較差；而采取秸稈粉碎還田，除現(xiàn)有機具可靠性低、粉碎效果差以及動力消耗大外，由于采取多耕多耙的水整地作業(yè)方式，被粉碎還田的水稻秸稈又會在水整地過程中重新浮出田面，嚴重影響后序種植環(huán)節(jié)機械化作業(yè)。東北地區(qū)主要采用秸稈粉碎翻壓還田，但由于溫度低，秸稈直接進行還田腐爛較慢，影響下年的耙地與插秧。

水稻整株秸稈還田機（圖1）作業(yè)機具的秸稈還田率高，碎土能力強，土壤覆蓋較好，且性能可靠，作業(yè)質(zhì)量能夠滿足農(nóng)業(yè)技術(shù)要求。由于機械直接還田機具普遍存在耗能大，成本高的特點，功率損耗便成為制約機具推廣的主要原因，如何優(yōu)化選擇機具參數(shù)，使機具在滿足農(nóng)業(yè)技術(shù)要求的前提下降低功耗便成為亟待解決的問題。

1機具總體結(jié)構(gòu)設計

在土槽模擬田間實際情況的試驗中，為了真實還原秸稈還田機的工作情況，尋求最佳工作參數(shù)方案，根據(jù)土槽及試驗車的實際情況，利用pro/e實體建模對還田機進行改進設計。

1.1工作幅寬的設計

土槽的實際寬度僅為6 m，在試驗過程中，試驗機具安裝在牽引車上，為了降低平移支架系統(tǒng)影響和合理利用土槽的寬度，將作業(yè)機具的工作幅寬設計為1.0 m。

1.2牽引方式及減速裝置設計

考慮到機具的設計寬度為1.0 m，為了便于加工和安裝，現(xiàn)將機具牽引方式設計為偏牽引，減速裝置為單變速箱傳動，選用勃利農(nóng)機公司生產(chǎn)的變速箱（弧齒m=8，減速比為2.28）。

1.3試驗機具pro/e設計

如圖2所示，用三維設計軟件pro/e進行機具的總體設計，并進行動態(tài)仿真和模擬檢驗。在實體設計的基礎上，繪制機具的CAD圖紙。

2主要工作部件的優(yōu)化設計

2.1刀輥設計

刀輥是秸稈還田機具主要的工作部件，也是秸稈還田機主要的動力消耗部件。如圖3所示，水稻整株秸稈還田機的刀輥采用大旋轉(zhuǎn)直徑設計，主要由滾筒、刀輥軸焊合和刀盤三部分組成。

為防止纏草，保證還田機的作業(yè)質(zhì)量，刀輥直徑與原作業(yè)機相同，刀軸為300 mm，壁厚5 mm；根據(jù)確定的秸稈還田作業(yè)機具工作幅寬為1.0 m，設計滾筒的長度為1030 mm。刀輥上共焊合有6個刀盤，其間距為190 mm。

2.2刀盤的改進

刀輥上刀盤的尺寸、安裝螺孔的位置，直接決定還田刀的滑切角、回轉(zhuǎn)半徑。在不改變回轉(zhuǎn)半徑的前提下，刀盤的尺寸采用與原作業(yè)機相同的尺寸，刀盤外徑700 mm，刀盤內(nèi)徑600 mm。

要實現(xiàn)刀盤上刀數(shù)的不同和安裝角度的不同，需要在原有刀盤安裝螺孔的前提下，改進刀盤。由文獻＼[1＼]分析可知，彎刀安裝角影響彎刀的滑切角，而滑切角直接影響機具的作業(yè)情況和功率損耗，因此，可以通過改變彎刀的安裝角來改變滑切角?，F(xiàn)在通過改進設計刀盤，達到刀盤優(yōu)化的目的。

安裝方式的說明，如圖4所示。

（1）以A、B為安裝孔安裝埋草彎刀，此時安裝角為50°，正常上刀。

（2）以B、D為安裝孔安裝埋草彎刀，此時安裝角為45°，正常上刀。

（3）以A、C為安裝孔安裝埋草彎刀，此時安裝角為55°，需翻轉(zhuǎn)中央減速器，反向換面上刀。試驗中由于外接變頻器，可隨時調(diào)整動力輸出軸旋轉(zhuǎn)方向，因此，只需反向換面上刀。

2.3埋草彎刀

圖5牛耳型埋草彎刀水稻整株秸稈還田機獨特的牛耳型埋草彎刀（圖5）刃口設計為曲線型，由兩大部分組成，即側(cè)切刃曲線和正切刃曲線。埋草彎刀的設計目的是充分拋土。埋草彎刀（刃口為直線）從正斜面切開土塊，切出溝底將秸稈向外推移。按其空間運動軌跡，由點切土壤逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榫€切土壤，充分利用拖拉機的有效功率，達到秸稈整株還田機的設計要求。

2.4埋草彎刀的排列

埋草彎刀在安裝時不同于傳統(tǒng)的刀庫安裝方式，它通過兩個螺栓連接安裝在刀盤上，分左刀和右刀。試驗機具的每個刀盤上交錯安裝左、右刀各兩把，工作時左刀和右刀交錯入土，使刀軸兩端軸承所受的側(cè)壓力較為平衡，且按四條螺旋線規(guī)則排列埋草彎刀。

當改進刀盤后，每個刀盤上安裝三把埋草彎刀，為了保證試驗機具在作業(yè)時不堵塞、不漏耕、不重耕、刀軸受力均勻、耕后地表平整，應該合理設計刀片的排列方式。根據(jù)刀片排列的一般要求，排列出刀片安裝及排列方式，如圖6所示。為了比較兩種排列方式，現(xiàn)將圖6（a）的排列方式定為方案一，將圖6（b）的排列方式定為方案二。

3結(jié)論

在原有的秸稈還田機的基礎上，提出機具總體設計方案，并對工作關(guān)鍵部件（滾筒，埋草彎刀等）進行優(yōu)化設計研究，完成秸稈還田機試驗臺的安裝并進行室內(nèi)土槽試驗，為合理優(yōu)化試驗機結(jié)構(gòu)提供實驗數(shù)據(jù)支持。

參考文獻：

＼[1＼]趙鐵軍，王金武.水稻秸稈整株還田埋草彎刀滑切角與安裝角的分析研究＼[J＼].農(nóng)機化研究，2007（11）：58-60.

＼[2＼]王金武，張明秋，葛宜元.水稻整株秸稈還田機功耗影響試驗＼[J＼].江蘇大學學報，2009.endprint