1GS-320 型雙軸玉米秸稈粉碎還田機的設(shè)計

○黑龍江省農(nóng)業(yè)機械工程科學研究院牡丹江分院 孫振雨

本文設(shè)計一款雙軸玉米秸稈粉碎還田機，對玉米秸稈進行粉碎還田處理。該機可一次性完成秸稈撿拾、秸稈粉碎、秸稈撒鋪、秸稈鎮(zhèn)壓作業(yè)，并且在作業(yè)中對秸稈進行兩次粉碎，提高了秸稈粉碎率，提升了秸稈破碎質(zhì)量，達到良好的破碎效果。該機特別適用病蟲害較嚴重的地塊，一般情況下，秸稈粉碎的長度越小，蟲害的發(fā)生現(xiàn)象越少。

一、整機機構(gòu)和技術(shù)參數(shù)

1. 整機結(jié)構(gòu)。1GS-320 型雙軸玉米秸稈粉碎還田機三維建模如圖1 所示，結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖1 整機三維圖

圖2 整機結(jié)構(gòu)圖

結(jié)構(gòu)主要包括機架、第一齒輪箱、第一傳動系統(tǒng)、張緊裝置、萬向傳動軸、第二齒輪箱、第二傳動系統(tǒng)、鎮(zhèn)壓機構(gòu)、粉碎刀軸、粉碎刀、粉碎定刀、撿拾刀軸、撿拾刀、撿拾定刀、罩殼等部分。

2.主要技術(shù)參數(shù)（見表1）。

表1 主要技術(shù)參數(shù)

二、工作原理

整機通過機架掛接點采用三點懸掛方式掛接于拖拉機后部，萬向聯(lián)軸器一端連接拖拉機動力輸出軸，另一端連接第一齒輪箱，由拖拉機提供該機工作動力，該機隨拖拉機前進同速前進。

拖拉機通過萬向聯(lián)軸器將動力傳遞到第一齒輪箱，再通過左右萬向聯(lián)軸器傳遞到第一傳動系統(tǒng)，驅(qū)動撿拾刀軸轉(zhuǎn)動，安裝于撿拾刀軸的撿拾刀快速旋轉(zhuǎn)，將地面秸稈撿拾并向后上部拋出，在撿拾過程中撿拾刀將較長秸稈切斷，將部分秸稈切碎；第一齒輪箱通過萬向傳動軸將動力傳遞到第二齒輪箱，再通過左右萬向聯(lián)軸器傳遞到第二傳動系統(tǒng)，驅(qū)動粉碎刀軸轉(zhuǎn)動，安裝于粉碎刀軸的粉碎刀快速旋轉(zhuǎn)，將撿拾刀拋出的秸稈接住并粉碎，粉碎后的秸稈由機器后部排出，平鋪于地面，鎮(zhèn)壓機構(gòu)將地面秸稈推平、壓實。

三、關(guān)鍵部件的設(shè)計

1. 位置關(guān)系的設(shè)計。該機采用雙軸異刀、二次粉碎的設(shè)計方案，即撿拾刀軸安裝有人字形鈍口撿拾刀，旋轉(zhuǎn)方向為順時針方向，在隨拖拉機貼地前進過程中將地面秸稈撿拾并向后部拋出，進行第一次粉碎；粉碎刀軸安裝有一字形鋸齒粉碎刀，旋轉(zhuǎn)方向為逆時針方向，高速旋轉(zhuǎn)的粉碎刀與粉碎定刀配合工作，將玉米秸稈粉碎。撿拾刀軸和粉碎刀軸采用前后高低錯位布置，撿拾刀軸和粉碎刀軸水平方向相距720mm，豎直方向相距60mm，如圖3所示。

圖3 刀軸布置示意圖

2.刀軸的設(shè)計（如圖4 所示）。常規(guī)秸稈還田機刀軸為一根通軸設(shè)計，由于本機作業(yè)幅度較大，為了降低刀軸斷裂風險，使機器作業(yè)更加安全可靠，本機刀軸采用分段式設(shè)計。將原本通長整軸設(shè)計為一長一短的分段式刀軸，由二段軸共同構(gòu)成撿拾軸和粉碎軸。分段式刀軸可以適應更高的作業(yè)轉(zhuǎn)速，提供更加強勁的動力，秸稈撿拾效率更高，粉碎體積更小。

圖4 刀軸結(jié)構(gòu)圖

長軸一端安裝固定于罩殼側(cè)部的加強安裝板，另一端安裝固定于中間安裝板上；中間安裝板焊接安裝在機架及罩殼內(nèi)部，穩(wěn)定可靠。

撿拾刀軸和粉碎刀軸的長、短軸采用交錯布置的方式，二者互相補充作業(yè)，避免漏打的情況出現(xiàn)。

3. 傳動系統(tǒng)的設(shè)計（如圖5 所示）。該機屬于低速作業(yè)機具，作業(yè)載荷一般，對傳動同步率要求不高，采用帶傳動形式，普通V 帶中繩芯結(jié)構(gòu)，V 帶傳動效率92%—96%，可以滿足工作需要。

圖5 傳動系統(tǒng)示意圖

根據(jù)皮帶輪1 和皮帶輪2 的位置關(guān)系確定皮帶型號，皮帶的張緊狀態(tài)由皮帶張緊裝置控制。根據(jù)工作情況，按照《機械設(shè)計手冊》選定帶型、帶長，對帶輪的結(jié)構(gòu)和尺寸進行設(shè)計。

4. 張緊裝置的設(shè)計。由于皮帶的材料特性，使其在工作一段時間后會產(chǎn)生不可避免的彈性變形，在帶輪中心距不變情況下，帶輪長度變長會導致帶與帶輪間壓力變小，從而出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，引起傳動效率降低甚至失效，由此需對皮帶進行張緊處理。張緊裝置整體設(shè)計如圖6 所示。

圖6 張緊裝置結(jié)構(gòu)圖

張緊裝置主要包括張緊輪、固定銷軸、張緊架、穿銷、拉桿、擋板等。

張緊輪通過螺栓安裝于張緊架內(nèi)；拉桿通過穿銷一端固定于張緊架內(nèi)，另一端穿過擋板，穿銷兩端穿有開口銷；拉桿右端設(shè)有螺紋，壓簧套于拉桿右端，螺母、墊圈安裝于拉桿頂端。擋板以一定角度焊接固定于機架側(cè)板；固定軸銷穿過張緊架，右端穿有開口銷，左端焊接固定機架側(cè)板。

帶的預緊力對傳動能力、壽命和軸壓力都有很大影響，預緊力不足，傳遞載荷的能力降低，效率低；預緊力過大，會使帶的壽命降低，軸和軸承上的載荷增大。適當?shù)念A緊力是保證帶傳動正常工作的重要因素。從功能上來說，張緊裝置是為了改變皮帶輪的包角或控制皮帶的張緊力而壓在皮帶上的隨動輪。

張緊裝置初始狀態(tài)與皮帶接觸，未施加外力。當需要調(diào)整預緊力時，順時針擰動螺母，拉桿拉動張緊架以固定軸銷為中心轉(zhuǎn)動，張緊輪壓緊帶輪，施加載荷，使皮帶與帶輪緊密接觸，增大二者摩擦力，提高傳動效率；反之亦反，如圖7 所示。

圖7 張緊操作示意圖

張緊裝置可任意調(diào)節(jié)預緊力的大小、增大包角，容易拆卸，但同時也存在影響帶壽命的問題，且不能逆轉(zhuǎn)。

四、結(jié)論

設(shè)計的雙軸玉米秸稈粉碎還田機，可對玉米秸稈進行粉碎還田處理，一次性完成對秸稈的撿拾、粉碎、撒鋪、鎮(zhèn)壓作業(yè)，撿拾效率高，粉碎質(zhì)量好。

對整機進行三維建模并對模型進行干涉檢查，未發(fā)現(xiàn)干涉現(xiàn)象。