旋耕施肥播種開溝復(fù)式作業(yè)機關(guān)鍵部件設(shè)計

陳國柱 於海明 張大成

(1.上海海豐現(xiàn)代農(nóng)業(yè)有限公司豐華農(nóng)機站，上海 200000；2.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，江蘇 南京 210095)

稻-麥輪作和稻-油輪作是江蘇省主要的耕作模式。由于兩熟制季節(jié)資源分配沖突，油菜、小麥播種需在水稻收獲后立即進行，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)存在諸多問題：一是油菜直播和移栽機械作業(yè)質(zhì)量較差，油菜種植基本以手工勞動為主，勞動強度高，生產(chǎn)效率低；小麥種植通常先旋耕一次后再進行機械播種，稻茬田土壤含水率高，土壤粘重，采用一般的旋耕機械難以將土壤加工細碎，作業(yè)效果不理想。二是秸稈處理、旋耕、播種、施肥等作業(yè)工序繁多，耗工耗資，耽誤農(nóng)時。三是深耕深翻能耗與作業(yè)工序多，機械下地次數(shù)多，作業(yè)成本高，對土壤破壞嚴重。作業(yè)后地表水分散失嚴重，不利于原墑出苗。四是秸稈焚燒屢禁不止，嚴重污染環(huán)境。針對以上問題，本文旨在研究一種旋耕施肥播種開溝復(fù)式作業(yè)機具，機具下田一次，可以完成秸稈粉碎、施肥、播種、覆蓋等作業(yè)工序，不僅能大大降低勞動強度和生產(chǎn)成本，提高作業(yè)質(zhì)量和效率，減少秸稈焚燒污染，還可以減少土壤壓實和耕翻次數(shù)，改善土壤可耕作行,提高土壤肥力，提高出苗率。

1 復(fù)式作業(yè)機的總體設(shè)計方案

結(jié)合國內(nèi)外現(xiàn)有旋耕開溝施肥播種復(fù)式作業(yè)機研究現(xiàn)狀綜合考慮，確定復(fù)式作業(yè)機整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.機架；2.復(fù)合肥箱；3.尿素箱；4.種箱；5.調(diào)節(jié)手輪；6.高度調(diào)節(jié)裝置；7.鎮(zhèn)壓；8.護溝裝置；9.雙圓盤開溝器；10.地輪；11.輔助開溝裝置；12.旋耕及開溝裝置；13.側(cè)邊傳動箱

設(shè)計作業(yè)機是三點式的掛接方式，下地能夠一次性地進行旋耕、開溝、施肥、播種、覆土、鎮(zhèn)壓作業(yè)。旋耕開溝動力采用側(cè)邊齒輪傳動，旋耕刀滾布置在施肥管之后，肥料落地之后直接將其旋耕帶入土壤，旋耕刀軸中間加裝開溝刀盤開出排水溝。側(cè)邊傳動齒輪箱后側(cè)設(shè)置地輪，地輪與電機轉(zhuǎn)速匹配，驅(qū)動排種軸與排肥軸，播種采用雙圓盤開溝器開出種溝，開溝器之后連接高度可調(diào)的鎮(zhèn)壓輪，對播種行進行適當(dāng)鎮(zhèn)壓，單體采用單鉸鏈與彈簧組合方式控制播深。通過以上結(jié)構(gòu)完成施肥播種鎮(zhèn)壓工作。

2 關(guān)鍵部件的設(shè)計

2.1 旋耕裝置設(shè)計

根據(jù)我國旋耕機配套彎刀的國家標準(GB/T 5669-2008)，刀座式彎刀有3種型式，包括Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型。Ⅰ型刀是用于一般的水、旱田耕作，刀輥回轉(zhuǎn)半徑分為225、245、260mm 3種；Ⅱ型刀主要在水田綠肥、稻茬、麥茬較多的田地里作業(yè)，刀輥回轉(zhuǎn)半徑分為195、210、225、245、260mm 5種；Ⅲ型刀主要進行淺耕作業(yè)，刀輥回轉(zhuǎn)半徑分為150、175mm 2種。根據(jù)機具旋耕的作業(yè)環(huán)境，選擇ⅡT225型刀片作為本機具的旋耕刀片。該型號彎刀的工作幅寬b為52mm，拉裂土壤的寬度b’為15～20mm，本設(shè)計中取18mm，根據(jù)公式知旋耕刀座間距b0為70mm，復(fù)式作業(yè)機的工作幅寬為2.3mm，置留0.2m的排水溝寬度后，得到旋耕幅寬為2.1m，計算出該復(fù)式作業(yè)機的所需彎刀數(shù)為60。

為避免旋耕后土壤拋灑不均導(dǎo)致壅土等情況，本設(shè)計刀片方向設(shè)置為兩側(cè)拋土方式。具體刀片排列方式如圖2所示。

圖2 刀片排列

2.2 開溝裝置刀片選型與排列方式設(shè)計

根據(jù)彎刀類型特點和排水溝的開溝要求，選IIT260刀片為開溝彎刀。再結(jié)合IIT260刀片的工作參數(shù)、開溝深度、機具布置空間等因素，確定開溝刀盤的直徑，為400mm。

根據(jù)旋耕刀片的工作原理，增加刀片數(shù)量，或者加快刀盤轉(zhuǎn)速，都能夠減小切土節(jié)距，強化碎土效果。但如果刀盤的轉(zhuǎn)速過高，就對機具結(jié)構(gòu)提出了更高要求，導(dǎo)致成本上升；如果刀片布置過密，容易導(dǎo)致纏草壅堵。本機具中，旋耕和開溝刀盤同軸固連，通過對作業(yè)質(zhì)量、制造條件、加工成本等進行綜合考慮，確定刀輥的轉(zhuǎn)速為270r/min。該機具作業(yè)的土壤粘重，而且含水率高，結(jié)合實際生產(chǎn)經(jīng)驗選取切土節(jié)距為5cm。擬定機具工作速度為3km/h。然后按以上工作參數(shù)，對每個軸向切土單元內(nèi)所需要的刀片數(shù)量進行計算，結(jié)果為3.85，取整后，確定開溝刀盤兩側(cè)應(yīng)安裝的彎刀數(shù)均為4把。

為了更好地進行切削拋土、減小作業(yè)時對機具造成的振動與沖擊，在安裝彎刀時，開溝刀盤兩側(cè)要左右交替排列，彎刀都應(yīng)朝向外側(cè)，如圖3所示。

圖3 開溝刀盤結(jié)構(gòu)圖

將上述旋耕、開溝裝置設(shè)計參數(shù)選定后，建立刀輥的三維模型，得到模型圖4。

圖4 旋耕開溝刀軸

2.3 護溝裝置設(shè)計

圖5 護溝裝置三維模型

如圖5所示，護溝裝置2塊側(cè)板下方分別由四組鉸鏈連接于底板，底板前端與機架連接，兩護溝板上方通過兩組絲桿與固定于底板的方管相連接，通過旋轉(zhuǎn)螺栓長度可改變兩護溝板角度，滿足不同土壤條件下的作業(yè)要求。設(shè)計兩護溝板角度可調(diào)范圍為0～15°，參照排水溝的要求，設(shè)計護溝板的高度為220mm，長度為800mm，從清土鏟之后一直延伸至鎮(zhèn)壓輪后部，避免雙圓盤開溝器與鎮(zhèn)壓輪作業(yè)時擠壓土壤，保護穩(wěn)固排水溝溝型。

2.4 施肥播種裝置——螺旋槽式小麥排種器的設(shè)計

為方面排種器實現(xiàn)稻麥兩用式排種，設(shè)計了一種螺旋槽式小麥精量排種器，主要包括外殼、金屬墊片、調(diào)節(jié)手輪、彈簧、排種輪、主軸、毛刷、毛刷支座、擋種塊等，具體結(jié)構(gòu)如圖6(a)所示。

1.外殼(左)；2.金屬墊片(左)；3.調(diào)整手輪；4.彈簧；5.播量調(diào)節(jié)裝置(螺旋角度)；6.毛刷支架；7.毛刷；8.殼體；9.主軸；10.排種輪(螺旋角度同5)；11.金屬墊片(右)；12.外殼(右)；13.排種軸；14.護種裝置；15.種子

排種器裝配后如圖6(b)所示。排種輪上的間隔可以均布排種槽，播量調(diào)節(jié)裝置和排種輪之間可以安裝彈簧。稻麥播種時，根據(jù)播量調(diào)整手輪將工作長度調(diào)至對應(yīng)區(qū)間，實現(xiàn)播量調(diào)節(jié)。排種器工作時，種子受到重力和種子間作用力，進入排種輪槽，從而完成充種，電機驅(qū)動排種軸，帶動排種輪和播量調(diào)節(jié)裝置，使槽內(nèi)種子隨者排種輪轉(zhuǎn)動到清種區(qū)，用毛刷清理槽外多余的種子，輪槽內(nèi)的種子通過護種裝置進入投種區(qū)，最后完成播種作業(yè)。

3 結(jié)語

本設(shè)計將旋耕、施肥、排種、開順溝等功能集中于一體，實現(xiàn)了一次作業(yè)完成耕地、碎土、施肥、播種、開溝的過程，機具功能集成、下地次數(shù)少，保護了耕作土壤的壓實的問題，提高了作業(yè)效率。