1JH-180Q型刚性秸秆粉碎还田机的研制

2022-09-12

秸秆还田不仅能增加土壤有机质含量, 提高土壤肥力, 消灭病虫害, 收到增产的效果, 还可以解决因焚烧秸秆而造成的环境污染问题, 成为保护环境, 发展生态农业的重要保证, 具有良好的社会效益和经济效益[1]。目前, 国内生产的还田机机架大多数为螺栓联接式, 刀轴直径小, 转动惯量小, 定刀数量多为两排。为了充分发挥秸秆还田机的作用, 提高还田机的利用效率, 开发研制了1JH-180Q型还田机, 它的机架为刚性焊接式, 焊接牢固可靠, 不易变形, 使用寿命长;刀轴直径增加至203mm, 转动惯量增大, 粉碎效果提高;定刀数量增加至3排, 全部是可拆卸式, 使用磨损后, 易于用户更换。

1 工作原理及结构特点

1.1 工作原理

秸秆粉碎还田机是由机架、刀轴、变速箱、皮带传动系统、张紧轮、万向节和地辊等部件组成 (见图1) 。

还田机在拖拉机的牵引下工作时, 直立或者铺放的秸秆受到高速旋转刀具的砍切, 并在喂入口处负压的作用下将其吸入机壳内, 使秸秆在动刀和定刀的多次砍切、打击、撕裂、揉搓作用下成碎段和纤维状, 被气流抛送出去, 最后均匀的抛洒到田间[2]。

1.2 结构特点

为防止用户在农忙季节使用还田机时, 由于刀轴高速旋转引起螺栓松动, 导致机架不能正常工作耽误农时的问题, 优化设计后, 采取焊接式机架结构。悬挂架和机壳焊接成一体, 整机焊接牢固可靠, 不易变形, 保证了刀轴工作时配合的正确尺寸 (见图2) 。

刀片线速度V=2πn R/60 (R为刀轴轴管半径) , 在还田机输入转速和皮带轮参数规格确定的情况下, R越大, V越大[3], 也就是单位时间内刀片切割秸秆的次数增加, 粉碎效果明显提高。国内大多数秸秆机刀轴轴管直径为140 mm或者160 mm, 而我们设计的直径为203 mm。在保证不漏耕和不重耕的前提下, 横向上均匀分布刀片密度, 刀片受载荷分布合理, 刀片使用寿命增长 (见图3) 。

刀片排列方式采取“均力免震法[4]”, 排列方式如下图所示 (见图4) 。即所有的刀片在刀轴轴向上等间距分布, 而且在刀轴周向上等角分布, 并满足刀轴空载时受力均匀、径向平衡的基本条件。这个条件称之为“均力免震假设”。

秸秆还田机刀轴 (装刀片) 是焊合件, 一般都存在较大的不平衡量, 由于刀轴质量大、转速高, 动平衡值的大小直接关系着整机的可靠性和使用寿命。刀轴上装配好刀片后再进行动平衡实验, 在硬支撑动平衡机上进行双面校正平衡[5], 单面要求不平衡量小于12 g。严格控制不平衡量的大小, 有效地保证了整机的使用性能 (图4) 。

2 主要技术参数及其确定

2.1 主要技术参数

长×宽×高:1 218 mm×2 089 mm×1 161 mm。配套动力51.6~58.9 k W。连接方式:三点悬挂。前进速度2~5 km/h。拖拉机动力输出轴转速720 r/min。刀轴转速:2 289 r/min。工作幅宽1 800 mm。整机质量650 kg。留茬高度≤8 cm。生产率0.25~0.88 hm2/h。

2.2 解决不同地区不同拖拉机配套问题

由于不同地区种植作物不同, 对于玉米、棉花和高粱秸秆, 建议首选三片刀 (两Y一直刀) 刀轴;对于小麦、水稻秸秆建议用两片刀 (两Y刀) 刀轴。拖拉机品牌不同, 动力输出转速也不同, 但是秸秆还田机有效工作转速为1 800~2 300 r/min时, 秸秆还田机工作性能才能发挥到最好。为了方便用户选择合适的机型, 提供 (表1) 供用户选择。

当然, 影响还田机工作性能的结构因素还有很多, 如动、定刀的间隙及离地高度、机壳内腔的间隙变化等。

3 结论

经过1 a的生产试验, 1JH-180Q秸秆粉碎还田机各项性能指标达到了设计要求, 深受用户喜爱。但是我国幅员广阔, 南北差异较大, 各地区的种植结构, 耕作制度的农艺要求不同。并且不同作物秸秆的物理性能和机械性能差异也很大, 这就决定了我国机械化秸秆技术及配套机具的多样性[6]。

表1不同机型性能比较

注:“-”表示不能选用。

研究开发能够达到商品化的一次完成玉米秸秆的切碎和根茎的切碎并使切碎秸秆与土壤混合的复合作业机具是开发方向之一。在北方, 小麦、玉米两熟地区研制机收后麦稻粉碎还田的同时, 完成玉米免耕播种的复式作业机具也具有发展前景。解决麦稻两熟地区联合收获机收后的高割茬麦稻秸秆给耕整地和后续作业带来的难题, 研制高密度排列直刀型多支承切碎还田机还有待进一步开发研究。随着国产73.5 k W拖拉机的开发应用及进口大马力拖拉机数量的增加, 应研制开发与之配套的作业幅宽在2.5~3.5 m的秸秆粉碎还田机。

摘要：介绍了1JH-180Q型刚性秸秆粉碎还田机的主要结构参数的确定, 分析了主要工作原理和结构特点, 与现有秸秆还田机相比具有机架刚性强、使用寿命长、粉碎效果好等特点。

关键词：秸秆粉碎还田机,刚性机架,刀轴加粗,动平衡