張旋 張海越 高帥帥 姜鑫 易克傳

摘 要：研究以秸稈腐化為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)一種與已有谷物收割機(jī)配套的秸稈腐化還田機(jī)，其集作物收割、秸稈粉碎和秸稈腐化還田操作于一體，以加快秸稈還田后的腐化，在解決作物秸稈處理難這一問題的同時(shí)，也改善了土壤肥力和農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境。實(shí)驗(yàn)表明，經(jīng)改進(jìn)的作物秸稈腐化還田機(jī)，能使秸稈腐化分解腐化時(shí)間縮短，產(chǎn)量比單一秸稈粉碎方式略高。

關(guān)鍵詞：秸稈粉碎還田機(jī)；腐化劑；改進(jìn)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào) S38 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2016）08-122-03

秸稈還田機(jī)的研究始于20世紀(jì)60年代[1]，近年來，由于我國農(nóng)村秸稈處理難及秸稈焚燒帶來的環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，研究秸稈綜合利用新技術(shù)具有重要意義。隨著國家對(duì)生態(tài)環(huán)境越來越重視，秸稈還田技術(shù)成為當(dāng)今世界上普遍重視的一項(xiàng)生產(chǎn)措施，其在改善秸稈焚燒所造成的大氣污染的同時(shí)，還有增肥增產(chǎn)作用。研究表明，合理的秸稈還田措施，增產(chǎn)作用顯著。但是自然環(huán)境下秸稈腐解緩慢，易在土壤中形成有機(jī)酸積累，對(duì)耕作與農(nóng)藝操作有不利影響。因此，研究一種適合農(nóng)藝要求的秸稈快速腐化還田機(jī)，對(duì)于保護(hù)環(huán)境及改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要意義。

1 基本組成和工作原理

1.1 基本組成 秸稈腐化還田聯(lián)合作業(yè)機(jī)（簡稱秸稈腐化還田機(jī)）由秸稈收割裝置、秸稈粉碎系統(tǒng)、腐化劑噴灑系統(tǒng)三大部分組成。作物秸稈腐化還田聯(lián)合收割機(jī)的總成如圖1所示。秸稈收割裝置是將生長在農(nóng)田里的作物通過原聯(lián)合收割機(jī)自帶的收割機(jī)構(gòu)進(jìn)行收割的裝置。秸稈（再）粉碎系統(tǒng)的作用是將收割后的秸稈粉碎并細(xì)化，該系統(tǒng)由秸稈還田機(jī)和（再）粉碎機(jī)構(gòu)組成；腐化劑噴灑系統(tǒng)的作用是將調(diào)配好的腐化劑加壓后經(jīng)噴頭噴灑到粉碎的秸稈表面，以使其最大程度的腐化，腐化劑噴灑系統(tǒng)主要由藥箱、HSP4045型自吸泵、噴藥管路、噴頭、逆止回流閥、噴桿和調(diào)節(jié)閥等組成。

1.2 工作原理 工作時(shí)，聯(lián)合收割機(jī)將田地里的秸稈進(jìn)行收割，經(jīng)作物收集及初粉碎機(jī)構(gòu)后，輸入再粉碎機(jī)構(gòu)進(jìn)一步粉碎細(xì)化；同時(shí)，通過電控系統(tǒng)啟動(dòng)自吸泵，將腐化劑按照一定的工作要求噴灑在細(xì)碎的作物秸稈上，從而實(shí)現(xiàn)腐化劑和作物秸桿的混合；隨后作物秸桿被拋出機(jī)外，按條狀鋪在地表?？紤]田塊大小的情況不同，有些田塊的秸稈不需要進(jìn)一步粉碎，設(shè)計(jì)了多種作業(yè)方式，其可根據(jù)不同田間作業(yè)需要自由切換工作模式[2]，即可進(jìn)行單獨(dú)噴藥，也可以進(jìn)行單獨(dú)再粉碎，還可以進(jìn)行噴藥與再粉碎相結(jié)合的混合作業(yè)方式等。本研究以雷沃GE70型聯(lián)合還田機(jī)為匹配對(duì)象，其主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

2 主要部件選型及設(shè)計(jì)

2.1 粉碎刀具 還田機(jī)粉碎系統(tǒng)選用十字花式刀具，主要由刀頭、刀柄、轉(zhuǎn)軸等組成，如圖2所示。刀組按銷軸對(duì)稱排列，刀頭通過固定螺母連接在刀座上，刀座再通過軸套連接在轉(zhuǎn)軸上，由傳動(dòng)裝置輸入動(dòng)力，帶轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，再通過轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)刀座、刀頭轉(zhuǎn)動(dòng)，完成作物秸稈的粉碎。十字花刀具刀頭設(shè)計(jì)為直刀且開刃。刀頭形狀為楔形，以便重心下移，增大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，增強(qiáng)粉碎能力，同時(shí)延長使用壽命。由多片刀頭組成一套動(dòng)刀組，在還田機(jī)工作腔內(nèi)定刀組的配合下增強(qiáng)切碎、破茬能力。該刀具在機(jī)器中能一次性完成秸稈粉碎細(xì)化和腐化劑、秸稈二者的均勻混拌。

2.2 藥液自吸泵 根據(jù)農(nóng)用藥物噴灑要求，采用微型高壓水泵HSP4045，該水泵具有過壓過熱雙自動(dòng)保護(hù)開關(guān)，發(fā)生堵塞或工作溫度異常時(shí)能自動(dòng)停機(jī)保護(hù)；同時(shí)，具有耐酸堿腐蝕，泵體與電機(jī)分離，泵體內(nèi)無機(jī)械部件不存在機(jī)械磨損，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，可以空轉(zhuǎn)，使用壽命極長，性能穩(wěn)定安裝方便等特點(diǎn)。自吸泵固定安裝在收割機(jī)頂部的機(jī)架上，并由蓄電池給泵體供電，從而驅(qū)動(dòng)高壓水泵轉(zhuǎn)動(dòng)，以使泵能按一定要求完成從水箱中泵水的工作過程，后使其經(jīng)水管至噴嘴處噴出高壓液流。HSP4045型水泵參數(shù)如表2。

2.3 腐化劑藥箱 腐化劑藥箱固定于還田機(jī)車頂上，根據(jù)施藥量的要求及車頂空間位置大小，確定還田機(jī)藥箱容量為150L。藥箱設(shè)計(jì)為長方形，長度為80cm，寬度為65cm，高度為30cm。為了提高藥箱的耐腐蝕能力，采用聚乙烯塑料制作，如圖3所示。

2.4 溢流閥 為控制管路藥液壓力，在液壓泵出液口處設(shè)計(jì)安裝了直動(dòng)式溢流閥，當(dāng)管路壓力過高或自吸泵工作時(shí)，調(diào)節(jié)閥處于關(guān)閉，多余的藥液可通過溢流閥流至藥箱，以防止管路過高爆裂而導(dǎo)致藥液的泄漏。利用手輪可以自由調(diào)節(jié)腐化劑噴灑壓力，以適應(yīng)不同的工作要求，選用型號(hào)為DBDH6K10/100直動(dòng)式溢流閥。

根據(jù)對(duì)小麥秸桿量、腐化劑的噴施均勻性和作用效果等方面的測定，用藥量確定為M=375L/hm2，機(jī)組工作速度v=2.3～4.6km/h，工作幅寬B=2.56m，選擇噴頭數(shù)n=8，可得Q=0.46～0.92L/min。

本機(jī)選用CC系列噴嘴5004型，入口接頭1/8，等效噴孔孔徑1.3mm，最大流量0.91L/min，噴流角度40°。這種噴嘴產(chǎn)生的噴霧分布均勻，液滴大小為小到中等，防堵塞。噴頭固定于噴桿上，與噴桿一起固定在二次秸稈粉碎機(jī)構(gòu)出料口一圈，對(duì)稱均勻分布，一邊2個(gè)噴頭。腐化劑噴施系統(tǒng)管路均由可拆卸耐高壓軟管連接而成。

3 結(jié)果驗(yàn)證

3.1 試驗(yàn)材料 試驗(yàn)地：安徽省滁州市鳳陽縣的一年一熟灌溉地，土壤為肥力比較均勻的潮土；作物：川農(nóng)2號(hào)水稻，要求株高在122cm左右，試驗(yàn)地水稻有效穗為17萬/667m2左右，結(jié)實(shí)率83%左右；腐化劑：選用廣州微元生物有限公司的粗纖維降解菌（秸稈還田腐化劑）。為充分發(fā)揮腐化劑高效、快速降解能力的特點(diǎn)，使用時(shí)，添加一定量的尿素水溶液或紅糖水溶液作為活化物質(zhì)進(jìn)行催化作用（調(diào)配比例：1kg腐化劑+25kg水+2.5kg活性物質(zhì)）。但由于受所種作物類型、天氣和溫度的影響，使用該腐化劑的腐熟時(shí)長一般約為25～50d，且冬季與夏季差異較大。

3.2 試驗(yàn)方法 對(duì)麥茬地采用2種不同秸稈還田處理方式：秸稈粉碎細(xì)化后，不經(jīng)噴藥過程直接還田和秸稈粉碎細(xì)化后，經(jīng)噴藥過程再還田。實(shí)驗(yàn)一：運(yùn)用控制變量法，通過對(duì)比上述2種不同處理方式下的小麥秸稈腐化時(shí)間；實(shí)驗(yàn)二：運(yùn)用控制變量法，通過對(duì)比種植在上述2種不同處理方式下的水田里的下一季水稻產(chǎn)量。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果 由實(shí)驗(yàn)一可得：秸稈粉碎細(xì)化后，不經(jīng)噴藥過程直接還田處理方式下的小麥秸稈完成其田間秸稈量80%腐化的時(shí)間為78d；秸稈粉碎細(xì)化后，經(jīng)噴藥過程再還田處理方式下的小麥秸稈完成其田間秸稈量80%腐化的時(shí)間為42d。由實(shí)驗(yàn)二可得：種植在秸稈粉碎細(xì)化后，經(jīng)噴藥過程再還田處理方式下的水田里的下一季水稻產(chǎn)量比種植在秸稈粉碎細(xì)化后，不經(jīng)噴藥過程直接還田處理方式下的水田里的下一季水稻產(chǎn)量高。具體參數(shù)如表3所示。

3.4 試驗(yàn)總結(jié) 通過對(duì)比表3中2015年度水稻產(chǎn)量及對(duì)照增產(chǎn)率可得出：秸稈粉碎配合腐化劑噴灑的秸稈還田作業(yè)方法的水稻產(chǎn)量明顯高于只將秸稈粉碎而未進(jìn)行藥物噴灑過程的水稻產(chǎn)量。秸稈粉碎配合腐化劑噴灑的秸稈還田方式不僅可以及時(shí)高效地粉碎并且充分細(xì)化作物秸稈，還能通過噴灑腐化劑對(duì)秸稈起到快速腐化的作用，同時(shí)還可提高土壤營養(yǎng)成分，改善土地物理性狀，優(yōu)化農(nóng)田生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)作物產(chǎn)量增加。

4 結(jié)論

本研究利用現(xiàn)有的秸稈粉碎還田技術(shù)和秸稈腐化劑開發(fā)應(yīng)用的研究成果，設(shè)計(jì)出一種可同時(shí)完成作物收割、秸稈粉碎和秸稈腐化還田操作的作物秸稈腐化還田機(jī)，其也可根據(jù)不同的工作需求，實(shí)現(xiàn)單獨(dú)藥物噴灑、單獨(dú)秸稈粉碎或者噴藥與粉碎相結(jié)合的混合作業(yè)等工作方式。

通過田間試驗(yàn)表明，秸稈粉碎與噴施腐化劑相結(jié)合的工作方式能夠更有效地加快秸稈的腐化，比沒有使用腐化劑的方式腐化縮短36d；同時(shí)，噴灑藥物后的腐化還田方法能夠更有效地促進(jìn)下一季農(nóng)作物的生長，從而提高產(chǎn)量。

參考文獻(xiàn)

[1]張銀霞，曾憲陽，楊星刊，等.秸稈粉碎滅茬還田的試驗(yàn)研究[J].河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，36（2）：179-182.

[2]胡亞鮮，王曉燕，李洪文，等.壟作噴藥淺松除草設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2009，40（7）：61-66.

[3]戴飛，張峰偉，趙春花，等.快速腐熟秸稈還田機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2015，07：143-146.

（責(zé)編：張宏民）