4JGH—220型秸稈根茬還田機(jī)的研究與設(shè)計(jì)

梁玉成　劉國(guó)平　許劍平　郝劍英　楊金磚

摘要：針對(duì)玉米機(jī)收后秸稈根茬處理難的問(wèn)題，設(shè)計(jì)4JGH-220型多功能秸稈根茬還田機(jī)。該機(jī)一次進(jìn)地即可完成秸稈粉碎、根茬還田、地表鎮(zhèn)壓多項(xiàng)聯(lián)合作業(yè)。介紹還田機(jī)的設(shè)計(jì)原理、主要技術(shù)參數(shù)、結(jié)構(gòu)形式、工作原理，論述工作部件的設(shè)計(jì)思路，為我國(guó)北方旱作區(qū)提供適用的多項(xiàng)聯(lián)合作業(yè)機(jī)具。

關(guān)鍵詞：秸稈根茬還田；設(shè)計(jì)；技術(shù)參數(shù)；工作部件

中圖分類號(hào)：S222.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1161（2015）05-0033-04

近幾年，保護(hù)性耕作技術(shù)作為當(dāng)今農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要方向，已經(jīng)應(yīng)用到我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐當(dāng)中。秸稈根茬還田技術(shù)是近幾年應(yīng)用最為廣泛的耕作技術(shù)，可以減少殘留的玉米秸稈、根茬對(duì)翌年播種作業(yè)的影響，提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，有利于土壤有機(jī)質(zhì)的積累和團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的恢復(fù)。4JGH-220型秸稈根茬還田機(jī)適合用于我國(guó)北方旱作區(qū)，一次進(jìn)地可完成秸稈粉碎、根茬還田、地表鎮(zhèn)壓多項(xiàng)聯(lián)合作業(yè)。機(jī)具的主要特點(diǎn)是：1）作業(yè)效率高、使用成本低，節(jié)約能源、抗旱保墑效果好，可提高土壤有機(jī)質(zhì)含量；2）實(shí)現(xiàn)一種機(jī)型解決滅茬、秸稈粉碎還田兩種機(jī)型的通用問(wèn)題，減少拖拉機(jī)進(jìn)地次數(shù)和對(duì)土壤的壓實(shí)，減輕農(nóng)民的購(gòu)機(jī)負(fù)擔(dān)；3）機(jī)具使用、維修方便，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1 設(shè)計(jì)原理及主要技術(shù)參數(shù)

1.1 設(shè)計(jì)依據(jù)

4JGH-220型秸稈根茬還田機(jī)的研究，主要針對(duì)東北黑土區(qū)，在“兩大平原”現(xiàn)代農(nóng)業(yè)綜合配套改革試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)制造一種根茬秸稈還田作業(yè)機(jī)具，主要解決玉米機(jī)收后秸稈、根茬處理難的問(wèn)題，擴(kuò)大玉米種植面積和農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平，增加?xùn)|北黑色土壤有機(jī)質(zhì)含量，提高玉米產(chǎn)量。

1.2 主要研究?jī)?nèi)容

1） 以保護(hù)性耕作核心技術(shù)為基礎(chǔ)，以提高東北地區(qū)的黑土保育能力為目的，重點(diǎn)開(kāi)展秸稈覆蓋還田滅茬聯(lián)合整地技術(shù)及裝備研究。

2） 研究滿足秸稈根茬還田技術(shù)要求的秸稈粉碎、根茬還田系統(tǒng)，解決機(jī)具整體配置、變速箱總成、旋轉(zhuǎn)部件入土一致性等技術(shù)難題。

3） 研制與117 kW以上拖拉機(jī)配套，一次進(jìn)地即可完成秸稈粉碎、根茬還田、地表鎮(zhèn)壓多項(xiàng)聯(lián)合作業(yè)的秸稈根茬還田機(jī)。

1.3 機(jī)具主要技術(shù)參數(shù)

機(jī)具的主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

2 機(jī)具結(jié)構(gòu)

2.1 結(jié)構(gòu)形式

根據(jù)農(nóng)機(jī)、農(nóng)藝對(duì)秸稈根茬還田機(jī)的結(jié)構(gòu)配置、動(dòng)力和運(yùn)輸要求，機(jī)具掛接形式為三點(diǎn)全懸掛式，作業(yè)工藝過(guò)程為：秸稈粉碎→根茬還田→地表鎮(zhèn)壓。

2.2 工作原理

該機(jī)適合我國(guó)北方作物區(qū)使用，機(jī)具一次進(jìn)地可完成秸稈粉碎、根茬還田、地表鎮(zhèn)壓等多項(xiàng)作業(yè)。拖拉機(jī)前進(jìn)時(shí)，將牽引力通過(guò)三點(diǎn)懸掛傳遞給秸稈根茬還田機(jī)。通過(guò)調(diào)節(jié)拖拉機(jī)懸掛上下拉桿使機(jī)具對(duì)中并與地面水平，確保作業(yè)時(shí)左右耕深一致。該機(jī)具是土壤保護(hù)性耕作的理想配套機(jī)具，可有效提高東北地區(qū)黑土的保育能力。

2.3 總體參數(shù)

2.3.1 配套動(dòng)力 秸稈根茬還田機(jī)的工作阻力主要來(lái)自秸稈粉碎部分、滅茬部分消耗的動(dòng)力和機(jī)具質(zhì)量。4JGH-220型秸稈根茬還田機(jī)與117 kW以上輪式拖拉機(jī)配套，可以實(shí)現(xiàn)秸稈、根茬粉碎還田作業(yè)，是秸稈、根茬還田技術(shù)的有效載體。

2.3.2 作業(yè)幅寬 綜合考慮與機(jī)具配套的拖拉機(jī)輪距、機(jī)具作業(yè)效果、速度和防止堵塞等因素，還田機(jī)作業(yè)行數(shù)確定為5行，作業(yè)幅寬2.2 m。

2.3.3 作業(yè)速度 在滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要求、保證最佳作業(yè)效果的前提下，盡可能降低功率消耗，提高生產(chǎn)效率。根據(jù)以往數(shù)據(jù)和田間試驗(yàn)測(cè)定，當(dāng)作業(yè)速度在3～5 km/h之間時(shí)，作業(yè)的綜合指標(biāo)最好。當(dāng)作業(yè)速度低于3 km/h時(shí)，作業(yè)效率低，油耗高；當(dāng)作業(yè)速度高于5 km/h時(shí)，作業(yè)質(zhì)量差，機(jī)具磨損嚴(yán)重。

2.4 總體結(jié)構(gòu)

秸稈根茬還田機(jī)的整體結(jié)構(gòu)是研究關(guān)鍵，要求整機(jī)科學(xué)合理、結(jié)構(gòu)緊湊、技術(shù)先進(jìn)，能理想地實(shí)現(xiàn)秸稈、根茬還田。解決的核心技術(shù)問(wèn)題是：采用模塊式組合結(jié)構(gòu)，機(jī)具安裝、維修便捷；多種工作部件合理配置，解決傳統(tǒng)還田機(jī)具功能單一、入土部件強(qiáng)度不夠、耐磨性差等問(wèn)題。

還田機(jī)主要由傳動(dòng)軸總成、小變速箱總成、側(cè)變速箱總成、機(jī)架總成、粉碎部分、滅茬部分、鎮(zhèn)壓輪裝配等部分組成（見(jiàn)圖1），多種工作部件合理布局，提高機(jī)具的適應(yīng)性和工作性能。

3 工作部件的設(shè)計(jì)

3.1 傳動(dòng)軸總成

傳動(dòng)軸總成主要由花鍵節(jié)叉、方軸節(jié)叉、方管節(jié)叉、方軸、方管、萬(wàn)向節(jié)組合等組成。萬(wàn)向節(jié)組合兩端裝有孔用彈性擋圈，防止萬(wàn)向節(jié)組合軸移動(dòng)。萬(wàn)向節(jié)組合上有黃油嘴，應(yīng)注滿黃油，保證滾針軸承的潤(rùn)滑。

安裝傳動(dòng)軸總成時(shí)，間方軸節(jié)叉、方管節(jié)叉的開(kāi)口應(yīng)在同一平面內(nèi)（如圖2所示）。若方向裝錯(cuò)將引起零件損壞。

3.2 傳動(dòng)總成

拖拉機(jī)將動(dòng)力通過(guò)傳動(dòng)軸傳遞到傳動(dòng)總成。傳動(dòng)總成由中間箱體部裝、連接管焊合、皮帶輪傳動(dòng)部裝、張緊輪部裝等部件組成，可把動(dòng)力傳遞到粉碎部分和滅茬部分（見(jiàn)圖3、圖4）。中間箱體蓋上有油面控制螺栓，油面應(yīng)高于大錐齒、下端齒輪部分。

3.3 小變速箱總成

動(dòng)力通過(guò)傳動(dòng)總成傳遞到小變速箱總成。小變速箱總成由小齒輪箱體、一軸部裝、二軸部裝等部件組成，通過(guò)小變速箱總成把動(dòng)力傳動(dòng)到側(cè)箱，進(jìn)而到達(dá)滅茬部分（見(jiàn)圖5）。

3.4 側(cè)變速箱總成

側(cè)變速箱總成由側(cè)箱體、側(cè)箱1軸、平齒輪和側(cè)箱滅茬軸頭焊合等部件組成（見(jiàn)圖6），其作用是將由小變速箱傳遞來(lái)的動(dòng)力傳遞給滅茬部分。

3.5 機(jī)架總成

機(jī)架是聯(lián)接配套動(dòng)力和各主要工作部件的主體部件，起重要作用（見(jiàn)圖7）。

3.6 粉碎部分

動(dòng)力通過(guò)傳動(dòng)總成傳遞到機(jī)具的粉碎部分。粉碎部分由秸稈粉碎輥焊合、粉碎輥軸承組件、秸稈粉碎刀等零件組成（見(jiàn)圖8），粉碎輥上安裝56把秸稈粉碎刀。

3.7 滅茬部分

滅茬部分安置在粉碎部分后，把粉碎過(guò)的秸稈與根茬一同粉碎還田，以提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，解決機(jī)收后秸稈、根茬的殘留問(wèn)題（見(jiàn)圖9、圖10）。滅茬是指根系上部的茬管粉碎，滅茬刀入土5～8 cm左右即可，利用刀片的高速旋轉(zhuǎn)和拖拉機(jī)前進(jìn)運(yùn)動(dòng)完成。滅茬系統(tǒng)動(dòng)力傳導(dǎo)為：傳動(dòng)總成→小變速箱→側(cè)變速箱→滅茬輥。這種機(jī)構(gòu)的滅茬軸為組合式，通過(guò)法蘭連接，為單側(cè)邊傳動(dòng)系統(tǒng)。

滅茬刀的安裝方法為：滅茬輥為滿盤滅茬刀軸，中間刀盤各固定6把刀，3片向外，3片向內(nèi)，外側(cè)兩片各固定3把刀向內(nèi)，保證刀輥上的滅茬刀按螺旋線平均布置。固定刀片時(shí)，向內(nèi)側(cè)的刀固定在刀片外平面，向外的刀固定在刀片內(nèi)側(cè)，以保證最佳滅茬效果。

3.8 鎮(zhèn)壓輪裝配

在機(jī)具經(jīng)過(guò)作物秸稈、根茬粉碎還田后，對(duì)地表進(jìn)行壓實(shí)，以減少土壤中水分流失，同時(shí)還可以減少液壓系統(tǒng)過(guò)重的負(fù)擔(dān)。鎮(zhèn)壓輪裝配由鎮(zhèn)壓輥焊合、軸承組件、鎮(zhèn)壓輥支臂等部件組成（見(jiàn)圖11）。

4 試驗(yàn)情況及結(jié)論

產(chǎn)品以整機(jī)形式出廠，使用前需要對(duì)機(jī)具進(jìn)行檢查、調(diào)整。大面積多點(diǎn)試驗(yàn)和多地域適應(yīng)性試驗(yàn)結(jié)果表明，該機(jī)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，能夠?qū)崿F(xiàn)秸稈根茬還田，符合我國(guó)農(nóng)機(jī)具市場(chǎng)需求，可以大面積推廣使用。

生產(chǎn)實(shí)踐表明，該秸稈根茬還田機(jī)技術(shù)先進(jìn)，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)還田機(jī)相比，能夠省工省力、節(jié)支增收，有利于水土保持，保護(hù)土壤耕層結(jié)構(gòu)和生態(tài)環(huán)境，提高土壤有機(jī)質(zhì)含量。

該機(jī)在整機(jī)配置設(shè)計(jì)和關(guān)鍵工作部件研究方面有多項(xiàng)創(chuàng)新，解決了傳統(tǒng)還田機(jī)作業(yè)時(shí)易堵塞、工作阻力大、能耗高、工作部件易變形損壞、機(jī)具進(jìn)地次數(shù)多等關(guān)鍵問(wèn)題。與國(guó)內(nèi)外同類機(jī)具相比，有田間通過(guò)性能好、土壤條件適應(yīng)性強(qiáng)、作業(yè)效率高、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)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。

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