孫 毅

(黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院 牡丹江分院，黑龍江 牡丹江 157011)

0 引言

水稻機(jī)插秧對(duì)地塊整地質(zhì)量要求較高，攪漿沉淀后，需地面平整且無(wú)漂浮的碎秸稈，避免擁堵。目前的水田整地方式，聯(lián)合收獲秸稈粉碎還田機(jī)將秸稈粉碎拋撒在地面，然后由水田鏵式犁、旋耕機(jī)、水田耙等機(jī)械進(jìn)行分層混埋。但在后續(xù)攪漿作業(yè)過(guò)程中，為達(dá)到攪漿深度會(huì)導(dǎo)致大部分已掩埋的秸稈被翻出，造成秸稈漂浮現(xiàn)象嚴(yán)重，影響正常插秧作業(yè)，需人工對(duì)漂浮的秸稈進(jìn)行打撈，打撈難度大，作業(yè)效率低，增加人工成本?，F(xiàn)有的稻稈深埋鏵式犁技術(shù)可將拋撒的秸稈深埋在攪漿深度以下，有效避免因攪漿引起的秸稈漂浮問(wèn)題，稻稈深埋鏵式犁是實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的配套機(jī)具。

1 現(xiàn)存技術(shù)問(wèn)題

現(xiàn)有稻稈深埋鏵式犁將撿拾粉碎后的秸稈由風(fēng)機(jī)吹送至主輸送管道，然后經(jīng)多個(gè)副輸送管道拋撒到對(duì)應(yīng)鏵式犁體后部，再由鏵式犁體翻起的土垡掩埋，完成秸稈粉碎深埋還田作業(yè)。但現(xiàn)有技術(shù)中，吹送風(fēng)力主要由一個(gè)風(fēng)機(jī)提供，存在體積較大、動(dòng)力消耗大、噪聲大等問(wèn)題；輸送功能主要由一條主輸送管道對(duì)應(yīng)多個(gè)副輸送管道組合實(shí)現(xiàn)，由于主管道與副管道之間存在分叉結(jié)構(gòu)，在作業(yè)時(shí)容易出現(xiàn)掛草現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致輸送管道堵塞；同時(shí)現(xiàn)有技術(shù)中粉碎后的秸稈被直接噴撒至土壤表面，但粉碎后的秸稈比較細(xì)碎，吹送速度快，輸送管道出口處的秸稈以散射狀噴出，導(dǎo)致噴撒出的秸稈接觸地面和犁體時(shí)形成反彈和濺射，出現(xiàn)在后續(xù)鋪埋時(shí)無(wú)法全部被深埋的問(wèn)題。因此，上述問(wèn)題造成稻稈深埋鏵式犁技術(shù)不能正常實(shí)現(xiàn)，嚴(yán)重影響作業(yè)質(zhì)量與作業(yè)效率，無(wú)法滿足后續(xù)插秧作業(yè)農(nóng)藝要求。

2 技術(shù)優(yōu)化后整機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理

根據(jù)秸稈還田技術(shù)要求及水稻秸稈特性，設(shè)計(jì)一種風(fēng)機(jī)輸送裝置，該裝置的設(shè)計(jì)需滿足以下要求：在風(fēng)機(jī)作業(yè)過(guò)程中達(dá)到作業(yè)量與動(dòng)力消耗優(yōu)化匹配，風(fēng)機(jī)體積小、噪音?。唤鉀Q輸送管道掛草、擁堵問(wèn)題；解決粉碎后秸稈噴撒時(shí)產(chǎn)生反彈和濺射的問(wèn)題；保證秸稈粉碎率，達(dá)到粉碎及拋撒要求。

2.1 整機(jī)結(jié)構(gòu)

如圖1所示，整機(jī)主要包括機(jī)架、動(dòng)力傳動(dòng)總成、撿拾粉碎刀軸、風(fēng)機(jī)輸送裝置、防噴濺組件、鏵式犁體等組成。機(jī)架前部安裝有撿拾粉碎刀軸，對(duì)地面秸稈進(jìn)行撿拾粉碎作業(yè)。撿拾粉碎刀軸后部安裝有風(fēng)機(jī)輸送裝置，對(duì)撿拾粉碎后的秸稈進(jìn)行二次粉碎及吹送拋撒作業(yè)。鏵式犁體與風(fēng)機(jī)輸送裝置拋撒管道對(duì)應(yīng)安裝于機(jī)架后部，對(duì)拋撒后的秸稈進(jìn)行翻埋作業(yè)。

1.機(jī)架；2.動(dòng)力輸出軸；3.風(fēng)機(jī)變速箱；4.齒輪箱；5.動(dòng)力輸入軸；6.風(fēng)機(jī)動(dòng)力軸；7.風(fēng)機(jī)輸送裝置；8.撿拾粉碎刀軸；9.粉碎刀；10.風(fēng)機(jī)；11.輸送管道；12.防噴濺組件；13.鏵式犁體圖1 配有風(fēng)機(jī)輸送裝置的稻稈深埋鏵式犁示意圖

2.2 工作原理與主要技術(shù)參數(shù)

拖拉機(jī)三點(diǎn)懸掛帶動(dòng)稻稈深埋鏵式犁前進(jìn)，并為整機(jī)提供動(dòng)力。作業(yè)時(shí)，拖拉機(jī)通過(guò)萬(wàn)向節(jié)為整機(jī)提供動(dòng)力，首先由動(dòng)力輸入軸通過(guò)齒輪箱將動(dòng)力傳動(dòng)到動(dòng)力輸出軸上，動(dòng)力輸出軸中部與遠(yuǎn)端部均安裝有皮帶輪，遠(yuǎn)端皮帶輪通過(guò)皮帶傳動(dòng)為撿拾粉碎刀軸提供動(dòng)力并逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，撿拾粉碎刀軸上安裝有粉碎刀，將地面上的秸稈進(jìn)行撿拾粉碎后，拋甩至相應(yīng)風(fēng)機(jī)入料口，動(dòng)力輸出軸中部皮帶輪通過(guò)皮帶傳動(dòng)與風(fēng)機(jī)變速箱連接并提供動(dòng)力，動(dòng)力由風(fēng)機(jī)變速箱變速后經(jīng)風(fēng)機(jī)動(dòng)力軸輸出帶動(dòng)一個(gè)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)風(fēng)機(jī)動(dòng)力輸出軸遠(yuǎn)端處安裝有若干皮帶輪，通過(guò)皮帶傳動(dòng)為其他風(fēng)機(jī)提供動(dòng)力，風(fēng)機(jī)葉輪上安裝有刀片，通過(guò)葉輪帶動(dòng)刀片旋轉(zhuǎn)對(duì)秸稈進(jìn)行二次粉碎，粉碎后的秸稈被葉輪產(chǎn)生的風(fēng)力吹送至對(duì)應(yīng)輸送管道，經(jīng)防噴濺組件后拋撒至對(duì)應(yīng)鏵式犁體底部，然后被后鏵式犁體翻起的土垡覆蓋。

稻稈深埋鏵式犁主要技術(shù)參數(shù)：外形尺寸(長(zhǎng)×寬×高)3 650 mm×2 050 mm×1 350 mm；輸入軸轉(zhuǎn)速540～720 r·min-1；作業(yè)幅寬1 800 mm；耕深20～22 cm；秸稈粉碎長(zhǎng)度3～6 cm；粉碎刀數(shù)44個(gè)；犁體數(shù)量5個(gè)(以5鏵犁為例)。

3 風(fēng)機(jī)輸送裝置的設(shè)計(jì)依據(jù)與方案確定

粉碎后秸稈的拋送是稻稈深埋還田技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)一種配裝在稻稈深埋鏵式犁上的風(fēng)機(jī)輸送裝置，主要包括風(fēng)機(jī)、輸送管道和防噴濺組件三個(gè)部分，功能在于可對(duì)撿拾粉碎后的秸稈進(jìn)行二次粉碎并吹送至對(duì)應(yīng)鏵式犁體底部，實(shí)現(xiàn)粉碎后秸稈的輸送與拋撒作業(yè)。該裝置由多個(gè)小型風(fēng)機(jī)配合獨(dú)立輸送管道，每臺(tái)稻稈深埋鏵式犁可根據(jù)作業(yè)幅寬和作業(yè)量的要求，選若干個(gè)小型風(fēng)機(jī)工作，避免多余動(dòng)力消耗，每個(gè)風(fēng)機(jī)連接對(duì)應(yīng)的獨(dú)立輸送管道，每個(gè)輸送管道出口處安裝有防噴濺組件。粉碎后的秸稈被獨(dú)立風(fēng)機(jī)二次粉碎并吹送，經(jīng)獨(dú)立輸送管道和防噴濺組件作業(yè)后，再被拋撒至田間，可有效解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題。

3.1 風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)與參數(shù)確定

如圖2所示，風(fēng)機(jī)是該裝置的關(guān)鍵工作部件，主要包括風(fēng)機(jī)罩殼、風(fēng)機(jī)葉輪、粉碎刀片、風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)軸及皮帶輪。風(fēng)機(jī)的罩殼固定安裝在機(jī)架上，同時(shí)風(fēng)機(jī)罩殼設(shè)計(jì)有入料口和出料口，入料口與粉碎還田機(jī)罩殼固定連接，出料口位于風(fēng)機(jī)罩殼上方，并與輸送管道固定連接；風(fēng)機(jī)葉輪固定套裝在驅(qū)動(dòng)軸上，每片葉輪上安裝有粉碎刀；驅(qū)動(dòng)軸一端安裝有皮帶輪，為風(fēng)機(jī)提供動(dòng)力。其設(shè)計(jì)的要求是經(jīng)撿拾粉碎裝置粉碎后的秸稈，沿粉碎刀運(yùn)動(dòng)軌跡切線方向到風(fēng)機(jī)入料口位置，風(fēng)機(jī)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的吸力將秸稈吸入風(fēng)機(jī)腔體內(nèi)，由風(fēng)機(jī)葉輪上的粉碎刀進(jìn)行二次粉碎，粉碎后秸稈經(jīng)過(guò)秸稈排出口被吹送至對(duì)應(yīng)的輸送管道。

1.風(fēng)機(jī)罩殼；2.風(fēng)機(jī)葉輪；3.粉碎刀片；4.入料口；5.出料口；6.風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)軸；7.皮帶輪圖2 風(fēng)機(jī)示意圖

根據(jù)技術(shù)要求，風(fēng)機(jī)直徑預(yù)設(shè)為450 mm,風(fēng)機(jī)罩殼由2 mm鋼板焊接制成，葉輪數(shù)量為4且徑向均布安裝于驅(qū)動(dòng)軸上，每片葉輪上均安裝有粉碎刀，粉碎刀片長(zhǎng)度為200 mm，回轉(zhuǎn)半徑為210 mm。根據(jù)已有試驗(yàn)參數(shù)，預(yù)設(shè)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2 000 r·min-1時(shí)，秸稈拋送距離約為9.2 m，可滿足本課題相關(guān)技術(shù)指標(biāo)要求。

3.2 輸送機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與參數(shù)的確定

如圖3、圖4所示，輸送機(jī)構(gòu)主要由U型輸送管道和輸送管道固定機(jī)構(gòu)組成。輸送管道固定機(jī)構(gòu)由U型螺栓、連接板及固定螺母組成。U型輸送管道一端與風(fēng)機(jī)罩殼出料口固定連接，另一端通過(guò)固定套固定安裝在機(jī)架上。其設(shè)計(jì)的要求是經(jīng)風(fēng)機(jī)二次粉碎的秸稈被葉輪產(chǎn)生的風(fēng)力吹送至風(fēng)機(jī)出料口并進(jìn)入U(xiǎn)型輸送管道，經(jīng)U型輸送管道定向輸送至對(duì)應(yīng)鏵式犁體底部，并由翻起的土垡掩埋，完成粉碎還田作業(yè)。

1.風(fēng)機(jī)；2.U型輸送管道；3.輸送管道固定機(jī)構(gòu)圖3 U型輸送管道安裝示意圖

1.U型螺栓;2.連接板;3.固定螺母圖4 輸送管道固定機(jī)構(gòu)示意圖

U型輸送管道長(zhǎng)度約為4.5 m，采用φ100無(wú)縫鋼管焊接而成，每根U型輸送管道由兩根U型螺栓通過(guò)連接板連接，并由螺栓螺母鎖緊固定在機(jī)架上[1]。

3.3 防噴濺裝置設(shè)計(jì)與參數(shù)確定

采用現(xiàn)有稻稈深埋鏵式犁技術(shù)的機(jī)具在作業(yè)時(shí)，由于粉碎后的秸稈比較細(xì)碎，在高速風(fēng)機(jī)作用下吹送速度較快，因此在輸送管道出口處呈快速散射狀噴撒，與地面和犁體接觸時(shí)易產(chǎn)生反彈和濺射，導(dǎo)致秸稈被覆蓋率較差，因此在輸送管道出口處設(shè)計(jì)一種防噴濺組件，具有降低輸送管道出口處秸稈運(yùn)動(dòng)速度和約束噴撒方向的功能，達(dá)到減少秸稈反彈和濺射的目的，提升機(jī)具作業(yè)質(zhì)量。

如圖5所示，防噴濺組件主要包括固定機(jī)構(gòu)、主減速板、副減速板。每個(gè)防噴濺組件對(duì)應(yīng)設(shè)置在相應(yīng)輸送管道出口處，且由固定機(jī)構(gòu)固定安裝在機(jī)架上。經(jīng)由機(jī)具作業(yè)后拋撒出的秸稈在輸送管道出口處首先接觸主減速板緩沖，然后滑落至副減速板，進(jìn)行二次緩沖，有效降低秸稈運(yùn)動(dòng)速度，減少秸稈接觸地面和犁體時(shí)產(chǎn)生無(wú)規(guī)則反彈和濺射的發(fā)生率。同時(shí)，通過(guò)防噴濺組件作業(yè)后的秸稈，沿減速板方向拋撒至對(duì)應(yīng)鏵式犁體底部，統(tǒng)一了粉碎后秸稈的噴撒方向，符合秸稈被深埋時(shí)所需的拋撒位置，提高作業(yè)后秸稈的被覆蓋率。

1.U型卡瓦;2.連接螺栓;3.主減速板;4.副減速板圖5 防噴濺組件結(jié)構(gòu)示意圖

根據(jù)技術(shù)要求，結(jié)合機(jī)架、輸送管道技術(shù)參數(shù)，設(shè)計(jì)固定機(jī)構(gòu)為一U型卡瓦，通過(guò)螺栓連接安裝在機(jī)架上。主減速板與副減速板均由3 mm厚長(zhǎng)方形鋼板沿長(zhǎng)邊彎曲成凹型，主減速板一側(cè)與固定機(jī)構(gòu)固定連接，副減速板凹型開(kāi)口與主減速板凹型開(kāi)口對(duì)向設(shè)置并固定連接。

4 應(yīng)用與安裝

風(fēng)機(jī)輸送裝置主要應(yīng)用于稻稈深埋鏵式犁，該機(jī)具主要由粉碎還田機(jī)和鏵式犁組成，應(yīng)根據(jù)其所配鏵式犁犁體數(shù)量選擇安裝相應(yīng)數(shù)量的風(fēng)機(jī)、輸送管道和防噴濺組件，并且在作業(yè)時(shí)可根據(jù)所需作業(yè)行數(shù)選擇一個(gè)或多個(gè)風(fēng)機(jī)作業(yè)。工作原理為：多組風(fēng)機(jī)采用皮帶串聯(lián)傳動(dòng)，作業(yè)前可根據(jù)需要放松或拆卸不需要作業(yè)風(fēng)機(jī)的傳動(dòng)皮帶，實(shí)現(xiàn)可選擇一個(gè)或多個(gè)風(fēng)機(jī)作業(yè)的功能，達(dá)到節(jié)省動(dòng)力的目的。安裝時(shí)，若干個(gè)風(fēng)機(jī)與粉碎還田機(jī)刀軸平行排列，每個(gè)單體小型風(fēng)機(jī)通過(guò)風(fēng)機(jī)罩殼固定安裝在粉碎還田機(jī)罩殼上，且風(fēng)機(jī)罩殼與粉碎還田機(jī)罩殼內(nèi)部連通；輸送管道一端與風(fēng)機(jī)罩殼固定連接，另一端通過(guò)固定機(jī)構(gòu)安裝在鏵式犁機(jī)架上，每個(gè)輸送管道對(duì)應(yīng)一個(gè)風(fēng)機(jī)和一個(gè)鏵式犁體；防噴濺組件對(duì)應(yīng)安裝在輸送管道出口處，并通過(guò)U型卡瓦固定機(jī)構(gòu)上的螺栓固定在機(jī)架上。該裝置通過(guò)風(fēng)機(jī)罩殼和輸送管道固定機(jī)構(gòu)安裝在稻稈深埋鏵式犁上。

5 結(jié)語(yǔ)

本文基于水稻秸稈的特殊性，針對(duì)稻稈深埋旱作鏵式犁整機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究與其工作原理的分析，并對(duì)風(fēng)機(jī)輸送裝置關(guān)鍵部件進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)，解決了現(xiàn)有機(jī)具作業(yè)時(shí)，由于主、副輸送管道之間存在分叉結(jié)構(gòu)，粉碎后的秸稈容易在出口處發(fā)生粘連或掛草引起拋撒管道堵塞的問(wèn)題，以及粉碎后的秸稈較為細(xì)碎，在高速風(fēng)機(jī)作用下噴撒速度過(guò)快、噴撒方向不集中，遇到地面和犁體時(shí)形成無(wú)規(guī)則反彈和濺射的問(wèn)題。改進(jìn)后的風(fēng)機(jī)輸送裝置采用小型單體風(fēng)機(jī)，減小了風(fēng)機(jī)體積，降低了機(jī)器噪聲和機(jī)器振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了根據(jù)作業(yè)量調(diào)整動(dòng)力消耗。該裝置具有可靠性好，作業(yè)效率高和結(jié)構(gòu)新穎等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于水稻田秸稈粉碎還田作業(yè)。