李霄鶴 袁興茂 朱金英 張俊杰 焦海濤 李峰

1、河北省農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所有限公司 2、趙縣自強(qiáng)機(jī)械有限公司

玉米秸稈是重要的生物資源，據(jù)統(tǒng)計(jì)河北省玉米秸稈理論年產(chǎn)量為2232.32萬(wàn)t。秸稈處理方式主要一淺旋還田為主，深度約為100～150mm。為解決我省玉米秸稈處理量大、秸稈量多，以及常年傳統(tǒng)淺旋還田對(duì)土壤帶來(lái)的危害等。針對(duì)當(dāng)前秸稈還田制約因素和存在的問(wèn)題，優(yōu)化了一種玉米高效集中還田的作業(yè)機(jī)械。機(jī)具可以將多行玉米秸稈集中填埋至地表下一定深度的溝中，對(duì)土壤擾動(dòng)少，不影響正常的整地和后茬作物播種等農(nóng)事作業(yè)，解決秸稈淺旋后期對(duì)播種的影響，實(shí)現(xiàn)節(jié)本增效。

1 機(jī)具工作原理

玉米秸稈高效集中還田機(jī)（圖1）采用三點(diǎn)式懸掛與拖拉機(jī)連接，機(jī)架上端后方通過(guò)銷連升降臂，通過(guò)油缸伸縮實(shí)現(xiàn)升降。拖拉機(jī)后輸出軸與秸稈粉碎機(jī)連接，秸稈粉碎機(jī)通過(guò)皮帶將動(dòng)力傳遞給集中裝置。作業(yè)時(shí)，秸稈粉碎機(jī)將秸稈進(jìn)行粉碎并向后拋送至集中裝置，水平輸送集中裝置的兩個(gè)絞龍從兩側(cè)向中間集中，由輸送結(jié)構(gòu)將秸稈排至中空的輸送管中，通過(guò)開(kāi)溝鏟將秸稈還至深溝中，最后進(jìn)行覆土、鎮(zhèn)壓。

玉米秸稈高效集中還田機(jī)主要設(shè)計(jì)參數(shù)如表1

表1 機(jī)具主要設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)

2 機(jī)具試驗(yàn)改進(jìn)情況

2.1 試驗(yàn)地塊情況

試驗(yàn)地塊位于趙縣蘇村，面積約為9畝，玉米種植面積約為6畝，其余為白地，地塊呈長(zhǎng)方形且平整。種植作物為春/夏玉米，行距60cm，畝株數(shù)約為4600株。

2.2 試驗(yàn)情況

通過(guò)多次試驗(yàn)發(fā)下如下問(wèn)題：

升降臂工作時(shí)出現(xiàn)兩個(gè)油缸伸縮不同步的情況，導(dǎo)致升降臂提升不順；秸稈在輸送管中出現(xiàn)擁堵情況，且含水率高時(shí)易出現(xiàn)輸送管堵死現(xiàn)象；升降臂前部開(kāi)口和輸送口配合間隙過(guò)大，升降臂左右位置發(fā)生偏移，無(wú)法保證垂直運(yùn)動(dòng)；集中機(jī)構(gòu)前端易出現(xiàn)秸稈堆積的狀況，導(dǎo)致秸稈不能深還至地下；開(kāi)溝鏟上方與升降臂接觸位置出現(xiàn)涌土情況，導(dǎo)致的秸稈還田機(jī)刀片出現(xiàn)打土現(xiàn)象；拖拉機(jī)打滑，阻力大，分析為多處原因：開(kāi)溝鏟位置太低；鎮(zhèn)壓裝置為全幅鎮(zhèn)壓；回土和鎮(zhèn)壓效果不好，機(jī)具作業(yè)后出現(xiàn)覆土不全和地面松軟的情況。

2.3 改進(jìn)情況

對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行如下改進(jìn)：

升降臂油缸改為1個(gè)徑單作用專用油缸；將刀軸轉(zhuǎn)速由降低至1000r/min，輸送管直徑由195mm加大至220mm，并在輸送管中加裝連接輸送口的切線導(dǎo)流板。對(duì)輸送管后壁進(jìn)行后延300mm，增大空腔面積；在升降臂豎直位置的左右兩側(cè)加裝定位導(dǎo)軌，兩側(cè)導(dǎo)軌和升降臂留有左右2mm間隙，并進(jìn)行加強(qiáng)處理；集中機(jī)構(gòu)前端方管更換直徑65的圓管；將集中機(jī)構(gòu)前部處截?cái)啵友b350mm鋼板，重新連接，使集中機(jī)構(gòu)位置后移；開(kāi)溝鏟上提80mm，并將整體鎮(zhèn)壓改為對(duì)作業(yè)位置鎮(zhèn)壓；回土粑片更換為直徑660粑片，并增加粑片調(diào)整長(zhǎng)度。在機(jī)具后部橫梁加裝吊耳使鎮(zhèn)壓器實(shí)現(xiàn)仿行浮動(dòng)。

2.4 改進(jìn)試驗(yàn)效果

通過(guò)改進(jìn)后試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，單油缸和定位導(dǎo)軌的加裝保證升降臂正常工作，解決了秸稈外拋現(xiàn)象；刀軸轉(zhuǎn)速調(diào)整和輸送管直徑的加大及加裝導(dǎo)流板，綜合提升了秸稈下落能力，避免了秸稈堵塞現(xiàn)象；增大后的輸送管避免了含水率高的秸稈堵塞的問(wèn)題；機(jī)具加長(zhǎng)后，使秸稈機(jī)刀片和開(kāi)溝鏟留有足夠的安全距離，解決刀片打土問(wèn)題；開(kāi)溝鏟安裝位置的調(diào)整和鎮(zhèn)壓裝置的改進(jìn)降低了機(jī)具的整體重量，在任意地形下都可以實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤的有效鎮(zhèn)壓；減小了動(dòng)力消耗，由原來(lái)配套的180馬力拖拉機(jī)降低至140馬力。

3 機(jī)具性能指標(biāo)測(cè)試

對(duì)改進(jìn)后的機(jī)具進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)測(cè)試，測(cè)試地點(diǎn)為趙縣蘇村。

3.1 試驗(yàn)條件

配套動(dòng)力：東方紅-1504；試驗(yàn)地（長(zhǎng)×寬）：100×50；土壤質(zhì)地：壤土；作物種類：玉米；作物種植方式：平作、機(jī)播；作物狀態(tài)：直立；作物平均高度：1745mm；作物平均直徑：26mm；秸稈含水率：66.4%。

3.2 測(cè)試方法

開(kāi)溝深度：機(jī)具在預(yù)留的未耕地以10km/h的速度正常作業(yè)下，隨機(jī)在作業(yè)行中選取5點(diǎn)，測(cè)試方法：挖取斷面檢測(cè)開(kāi)溝深度，測(cè)量溝底到地表面的垂直距離。

秸稈埋深：機(jī)具在玉米地以10km/h的速度正常作業(yè)下，隨機(jī)在作業(yè)行選取5點(diǎn)。測(cè)試方法：挖取斷面檢測(cè)，直到露出被掩埋秸稈帶上表面，測(cè)量秸稈帶上表面到地表的垂直距離。

覆土厚度：機(jī)具在玉米地以10km/h的速度正常作業(yè)下，隨機(jī)在作業(yè)行選取5點(diǎn)。測(cè)試方法：挖取斷面檢測(cè)，直到露出被掩埋秸稈表面，測(cè)量秸稈表面到鎮(zhèn)壓后地面的垂直距離。

秸稈最大注入量：機(jī)具在玉米地以10km/h的速度正常作業(yè)下，隨機(jī)在作業(yè)行以1m等間距選取5點(diǎn)。測(cè)試方法：截取斷面檢測(cè)，直到露出被掩埋秸稈帶的最低點(diǎn)，并將1m內(nèi)的被掩埋秸稈取出稱重，按公式1計(jì)算秸稈最大注入量。

式中：Mj——秸稈最大注入量，單位為t/h；

M——1m內(nèi)秸稈掩埋質(zhì)量，單位為kg；

V——作業(yè)速度，單位為km/h；

n——測(cè)定點(diǎn)數(shù)，n=5

撿拾率：機(jī)具在玉米地以10km/h的速度正常作業(yè)下，隨機(jī)以1m等間距，寬度為作業(yè)幅寬，選取5點(diǎn)。測(cè)試方法：收集范圍內(nèi)未被掩埋的秸稈的質(zhì)量和掩埋的秸稈的質(zhì)量，按公式2計(jì)算秸稈掩埋率。

式中：Fj——秸稈撿拾率；

Ma——作業(yè)后測(cè)點(diǎn)內(nèi)秸稈掩埋質(zhì)量，單位為千克（kg）；

Mb——作業(yè)后測(cè)點(diǎn)內(nèi)秸稈未掩埋質(zhì)量，單位為千克（kg）。

4 結(jié)論

玉米秸稈高效集中還田機(jī)經(jīng)過(guò)相關(guān)部件的優(yōu)化、設(shè)計(jì)和改進(jìn)后可以達(dá)到設(shè)計(jì)和使用要求，為河北省秸稈還田提供了新的技術(shù)（測(cè)試結(jié)果如表2）。該機(jī)秸稈回填深度為330~400mm，覆土厚度高，撿拾能力強(qiáng)，提高土壤肥力，解決秸稈淺旋后期對(duì)播種的影響，實(shí)現(xiàn)節(jié)本增效。

表2 玉米秸稈高效集中還田機(jī)測(cè)試結(jié)果