菠蘿葉粉碎還田技術研究與雙輥式粉碎還田機的設計

李玲+張勁+歐忠慶+崔振德+李玉林+張園+楊中澤

摘要：根據菠蘿葉的生物學特性和力學特性，設計了菠蘿葉粉碎還田處理的工藝路線，在此基礎上，對刀輥布置、刀具排布等進行了綜合分析，設計了1BHJ-100型雙輥式菠蘿葉粉碎還田機，并對其總體結構、工作原理與主要技術參數進行了介紹，最后對該樣機進行了初步的田間試驗。結果表明，該樣機能夠實現一次粉碎達到還田要求，提高了菠蘿葉粉碎還田的效率，具有較大的經濟效益和生態效益。

關鍵詞：粉碎還田機；還田工藝；雙輥式；菠蘿葉

中圖分類號：S224 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2014）19-4705-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2014.19.052

Technology and Birotor Equipment Design of Returning Pineapple Leaves

LI Ling1， ZHANG Jin1， OU Zhong-qing1， CUI Zhen-de1， LI Yu-lin1， ZHANG Yuan1， YANG Zhong-ze2

（1.Institute of Agricultural Machinery， Chinese Academic of Tropical Agricultural Sciences， Zhanjiang 524091， Guangdong， China；

2. College of Materials Science and Technology， Hefei University of Technology， Hefei 230009， China）

Abstract： Based on the biological characteristics and mechanical properties of pineapple leaf， the returning crushing processing route for pineapple leaves was designed. Based on the processing route，the arrangement of rotors and cutters were carried on comprehensive analysis. The 1 BHJ-100 double rotor returning machine for pineapple leaf was designed. The overall structure， working principles and main technical parameters of the birotor returning machine were introduced. The preliminary field experiment of the prototype was carried out. The results showed that the prototype could meet requirements of farmers and improve the efficiency. The machine had huge economic and ecological benefits.

Key words： field returning machine；field returning processing route；birotor；pineapple leaf

菠蘿（Ananas comosus）又名鳳梨，屬鳳梨科（Bromeliaceae）鳳梨屬（Ananas），是著名的四大熱帶水果之一。菠蘿原產于南美洲的巴西、阿根廷、巴拉圭等熱帶雨林地區，現廣泛分布于南北緯30°之間，有60多個國家和地區進行菠蘿的種植和生產，主產區集中于泰國、菲律賓、中國、巴西、印度、尼日利亞等地，我國菠蘿主要生產區域分布于海南、廣東、廣西、云南、福建等地[1，2]。我國菠蘿種植面積約60 000 hm2，菠蘿果實平均產量17 t/hm2，莖葉120～150 t/hm2[3]。菠蘿葉除含有2%左右的纖維外，還含有植物蛋白、淀粉及葡萄糖、鈣、磷和大量的葉綠素[4]。菠蘿殘株傳統的處理方法為就地焚燒還田，這種處理方式不僅造成環境污染，而且極大地浪費了資源，近幾年在菠蘿葉綜合利用方面有較多新成果，例如提取菠蘿葉纖維[4]、菠蘿葉渣厭氧發酵制作沼氣[5]、菠蘿葉渣制作生物有機肥[6]、菠蘿葉渣制作青貯飼料[7]等。但目前為止，大部分的菠蘿葉仍然需要采用粉碎還田的方式進行利用，這種方式速度快、效率高，推廣和應用起來更容易。菠蘿葉直接粉碎回田在廣東菠蘿種植區應用較為廣泛，特別是在地勢相對平坦的徐聞縣和雷州市，粉碎還田是目前菠蘿葉利用的主要形式[6]。因此，菠蘿葉粉碎還田工藝與粉碎還田機械的研究具有重要的意義。

1 菠蘿葉的粉碎還田工藝

我國粉碎還田的大宗對象主要為農作物收獲后的殘余秸稈，如玉米秸稈、稻稈、麥秸等。秸稈粉碎還田不僅要考慮粉碎長度不對其他農機作業造成堵塞，還要考慮粉碎難易程度，是否影響播種、病蟲害、雜草生長、田間營養均衡等各種問題[8，9]，菠蘿莖葉粉碎還田技術的研究同樣要考慮還田農藝以及與還田工藝相關的問題。

菠蘿植株莖短，葉呈蓮座式排列，劍形葉片最長可達100 cm，平均長60～70 cm，其基部寬、尾部尖，縱向彎曲多成弓形，橫向基部成半圓型，尾部有一定的弧度，有些品種葉緣有鋸齒形的刺，菠蘿葉片表皮有蠟，較為堅韌，葉肉富含葉綠素并含有一定量的纖維，水分占葉片的70%左右[4]。菠蘿莖葉粉碎之后要達到還田要求，應具備以下條件：①經過粉碎后，葉片及葉片纖維打斷后長度不大于15 cm（此值為經驗值，目前仍無相關標準），不影響后續的翻耕作業；②一定程度上要破壞菠蘿葉表皮細胞，使得葉肉還田后易腐爛；③一定程度粉碎露出地表的菠蘿根莖，使其易于腐爛。在菠蘿葉粉碎還田的粉碎工藝上，除了要使其滿足以上幾個條件之外，還需選擇合適的粉碎時間、合理的作業幅寬等，以提高粉碎質量和粉碎效率。

目前，我國菠蘿莖葉粉碎還田主要采用拖拉機后懸掛式，帶動單輥式的臥式粉碎還田機進行菠蘿莖葉的粉碎還田，工藝流程一般為：①拖拉機帶動粉碎機刀輥旋轉，降低粉碎還田機高度到合適位置，使得刀具能拾取到大量的菠蘿葉；②拖拉機前行，刀輥高速旋轉切斷菠蘿葉并帶入粉碎室進行一次粉碎；③菠蘿葉一次粉碎結束后，稍微降低粉碎還田機高度，對菠蘿葉進行二次粉碎；④對于某些拐角或不平整位置粉碎長度不能達標的，調整粉碎還田機高度，進行三次粉碎；⑤土地翻耕。以上工藝流程有著作業次數重復多、作業效果差的弊端，為了提高作業效率和作業質量，在以往單輥式菠蘿葉粉碎還田機的基礎上設計了1BHJ-100型雙輥式的菠蘿莖葉粉碎還田機，擬使其還田工藝流程簡化為：①拖拉機帶動粉碎機刀輥旋轉，降低粉碎還田機高度到合適位置，使得前刀輥的甩刀能打擊到菠蘿莖葉與土壤的接觸面；②拖拉機前行，前刀輥高速旋轉切斷菠蘿葉并將其帶入粉碎室，在粉碎室中經過前刀輥粉碎的菠蘿莖葉在甩刀的帶動下進入后刀輥粉碎范圍內，進行二次粉碎；③土地翻耕。通過菠蘿葉粉碎還田機結構的改進，拖拉機在行走一次的情況下使得菠蘿莖葉粉碎效果達到還田要求，從而將作業效率提高近1倍，且能有效降低土壤被拖拉機壓實的狀況。

2 雙輥式菠蘿葉粉碎還田機的設計

2.1 雙輥式菠蘿莖葉粉碎還田機的工作原理

1BHJ-100型雙輥式菠蘿莖葉粉碎還田機采用拖拉機后懸掛的作業方式，其結構如圖1所示，主要包括機架、傳動機構、粉碎機構、地輪等，其中機架包括三點懸掛機構、前支撐架、側板、上蓋板等；傳動機構主要由T型換向器、聯軸器、皮帶、皮帶輪等組成；粉碎機構主要為粉碎刀輥和定刀，定刀通過螺栓固定在機架上，該機型設計為雙輥式，粉碎刀輥分為前刀輥和后刀輥。

整個裝置通過三點懸掛機構固定在拖拉機后置的提升架上，從而可以調節刀輥離地高度，地輪置于還田機末端的兩側，起到支撐機架和對地面進行仿形的作用。拖拉機動力輸出軸輸出的動力經過聯軸器傳遞給T型換向器，再經V帶變速傳動帶動前刀輥高速旋轉，后刀輥則由皮帶、皮帶輪與前刀輥聯接起來做高速旋轉運動。在田間作業的過程中，前刀輥上的甩刀與地面接觸，對地面上的菠蘿植株進行切削和撿拾，切斷的菠蘿莖葉進入由側板和上蓋板等組成的粉碎室中，在前刀輥甩刀、后刀輥動刀以及前后刀輥定刀等機構的共同作用下剪切、碰撞、撕裂，粉碎后的葉渣在離心力作用下沿粉碎機后擋板排出拋灑于地表，完成粉碎作業。與現有菠蘿莖葉粉碎還田機相比，1BHJ-100型雙輥式菠蘿莖葉粉碎還田機的最大區別及優勢在于其具有兩個粉碎刀輥。

2.2 雙輥式菠蘿莖葉粉碎還田機結構設計

2.2.1 前后刀輥的布置 為提高粉碎效率，減少拖拉機作業次數，該還田機采用了雙刀輥式的粉碎結構，在拖拉機動力輸出軸的帶動下，兩個刀輥作同向的高速旋轉運動。1BHJ-100型雙輥式菠蘿莖葉粉碎還田機的刀輥布置如圖2所示，兩個刀輥分別為前刀輥、后刀輥，前刀輥起到切削和撿拾、粉碎菠蘿莖葉的作用，因此前刀輥布置甩刀，作業時甩刀回轉半徑與地表相切；后刀輥主要起粉碎作用，其上布置固定的直刀，與地面保持一定間隙以減少功耗。

根據國內現有秸稈還田機甩刀回轉半徑范圍一般為240～300 mm，并參照現有的菠蘿葉粉碎還田機，選取該樣機前刀輥甩刀回轉半徑為280 mm，轉速1 600 r/min，刀尖線速度達到46.8 m/s，后刀輥回轉半徑選取為180 mm，轉速則相對于前刀輥更高，為2 400 r/min，刀尖線速度為45.3 m/s，根據整機結構尺寸要求，擬定兩刀輥中心距為480 mm。

2.2.2 刀具的選用與排布 粉碎機常用的甩刀形式有錘爪、L形甩刀、Y形甩刀、直刀、鞭式甩刀等幾種。根據設計要求，前刀輥刀具起到切斷、撿拾、初步粉碎菠蘿莖葉的作用，后刀輥主要起到再次粉碎菠蘿莖葉的作用，再綜合菠蘿莖葉機械力學特性，前刀輥采用甩刀（圖3）側面開刃口，甩刀背對背成對使用，構成Y形甩刀，通過銷軸與前刀軸上的刀座連接；后刀輥采用直刀（圖4），通過螺栓固定在后刀軸的刀座上。為延長使用壽命，前刀輥甩刀與后刀輥直刀均采用65 Mn材質的刀具。

刀具的排列形式直接影響到粉碎效果，且與刀輥的振動密切相關[10]。刀具在刀軸上的排布首先應滿足靜平衡的條件，即要求刀具在刀軸上間距相同、周向間角相等，此外考慮到田間作業時的狀況，在達到粉碎效果的前提下，應加大刀具間距，避免堵塞。根據以上條件以及該樣機作業幅寬，前刀輥選用14對甩刀，后刀輥選用直刀18把，使得前刀輥甩刀密度為0.28把/cm，后刀輥直刀密度為0.18把/cm，其排布方式分別見圖5和圖6。

2.3 雙輥式粉碎還田機的主要技術參數

雙輥式粉碎還田機的主要技術參數為： 配套動力73 kW及以上功率的拖拉機，輸出轉速540 r/min；與拖拉機連接方式為標準三點式懸掛；作業幅寬1 m；前刀輥轉速1 600 r/min；后刀輥轉速2 400 r/min；生產效率0.20～0.25 hm2/h；長、高、寬分別為2 235 mm、1 190 mm、1560 mm。

3 初步田間試驗效果

對該樣機進行了初步的田間試驗，試驗結果表明，一次粉碎后菠蘿莖葉長度普遍低于15 mm，該樣機能滿足預先設定的菠蘿莖葉一次粉碎達到還田要求的工藝路線，與現有的菠蘿莖葉粉碎還田機相比，該樣機的工作效率能達到設計要求的0.20～0.25 hm2/h，使得菠蘿莖葉粉碎還田機的工作效率提高了近1倍。

4 小結

該樣機采用了雙輥式的結構，簡化了菠蘿葉粉碎還田的工藝，一次粉碎基本能滿足菠蘿莖葉還田的粉碎長度要求，提高了菠蘿葉粉碎還田的效率，與現有的菠蘿葉粉碎還田機相比優勢明顯。

該樣機在結構及工作性能的穩定性、功耗等方面還需大量的田間試驗。在刀輥的相對位置、刀具排布方式的優化以及減少刀具磨損狀況等方面還需進一步的研究。

參考文獻：

[1] 柯佑鵬，過建春，方 佳，等.中國菠蘿生產及貿易的發展趨勢分析[J].中國熱帶農業，2008（2）：34-35.

[2] 何業華，胡中沂，馬 均，等.鳳梨類植物的種質資源與分類[J].經濟林研究，2009，27（3）：102-107.

[3] 李明福，張 勁.菠蘿葉纖維的研究動態及發展對策[J].麻紡織技術，1999，22（1）：17-22.

[4] 張 勁，姚欣茂，李明福，等. 菠蘿葉纖維提取與工藝設備的研究[J].農業工程學報，2000，16（6）：99-103.

[5] 鄧怡國，王金麗，孫偉生，等.干物質濃度對菠蘿葉渣干式厭氧發酵產沼氣的影響[J].安徽農業科學，2010，38（32）：18607-18610.

[6] 鄧干然，張 勁，連文偉，等.菠蘿葉渣生物有機肥在蔬菜生產上的應用[J].熱帶農業科學，2009，29（2）：7-9.

[7] 連文偉，張 勁，李明福，等.菠蘿葉渣青貯飼料飼喂奶牛對比試驗[J].熱帶農業工程，2003（4）：23-25.

[8] 劉 欣，曹 磊，崔向冬，等.秸稈粉碎還田機械化技術及機具研究[J].農業科技與裝備，2013（3）：57-58.

[9] 任曉東，孫征權，樸奇鏞，等.發展作物秸稈粉碎還田技術確保我省農業可持續發展[J].農機化研究，2000（2）：16-18.

[10] 姬江濤，李慶軍，蔡 葦.刀具布置對莖稈切碎還田機振動的影響分析[J].農機化研究，2003（4）：63-64.

目前，我國菠蘿莖葉粉碎還田主要采用拖拉機后懸掛式，帶動單輥式的臥式粉碎還田機進行菠蘿莖葉的粉碎還田，工藝流程一般為：①拖拉機帶動粉碎機刀輥旋轉，降低粉碎還田機高度到合適位置，使得刀具能拾取到大量的菠蘿葉；②拖拉機前行，刀輥高速旋轉切斷菠蘿葉并帶入粉碎室進行一次粉碎；③菠蘿葉一次粉碎結束后，稍微降低粉碎還田機高度，對菠蘿葉進行二次粉碎；④對于某些拐角或不平整位置粉碎長度不能達標的，調整粉碎還田機高度，進行三次粉碎；⑤土地翻耕。以上工藝流程有著作業次數重復多、作業效果差的弊端，為了提高作業效率和作業質量，在以往單輥式菠蘿葉粉碎還田機的基礎上設計了1BHJ-100型雙輥式的菠蘿莖葉粉碎還田機，擬使其還田工藝流程簡化為：①拖拉機帶動粉碎機刀輥旋轉，降低粉碎還田機高度到合適位置，使得前刀輥的甩刀能打擊到菠蘿莖葉與土壤的接觸面；②拖拉機前行，前刀輥高速旋轉切斷菠蘿葉并將其帶入粉碎室，在粉碎室中經過前刀輥粉碎的菠蘿莖葉在甩刀的帶動下進入后刀輥粉碎范圍內，進行二次粉碎；③土地翻耕。通過菠蘿葉粉碎還田機結構的改進，拖拉機在行走一次的情況下使得菠蘿莖葉粉碎效果達到還田要求，從而將作業效率提高近1倍，且能有效降低土壤被拖拉機壓實的狀況。

2 雙輥式菠蘿葉粉碎還田機的設計

2.1 雙輥式菠蘿莖葉粉碎還田機的工作原理

1BHJ-100型雙輥式菠蘿莖葉粉碎還田機采用拖拉機后懸掛的作業方式，其結構如圖1所示，主要包括機架、傳動機構、粉碎機構、地輪等，其中機架包括三點懸掛機構、前支撐架、側板、上蓋板等；傳動機構主要由T型換向器、聯軸器、皮帶、皮帶輪等組成；粉碎機構主要為粉碎刀輥和定刀，定刀通過螺栓固定在機架上，該機型設計為雙輥式，粉碎刀輥分為前刀輥和后刀輥。

整個裝置通過三點懸掛機構固定在拖拉機后置的提升架上，從而可以調節刀輥離地高度，地輪置于還田機末端的兩側，起到支撐機架和對地面進行仿形的作用。拖拉機動力輸出軸輸出的動力經過聯軸器傳遞給T型換向器，再經V帶變速傳動帶動前刀輥高速旋轉，后刀輥則由皮帶、皮帶輪與前刀輥聯接起來做高速旋轉運動。在田間作業的過程中，前刀輥上的甩刀與地面接觸，對地面上的菠蘿植株進行切削和撿拾，切斷的菠蘿莖葉進入由側板和上蓋板等組成的粉碎室中，在前刀輥甩刀、后刀輥動刀以及前后刀輥定刀等機構的共同作用下剪切、碰撞、撕裂，粉碎后的葉渣在離心力作用下沿粉碎機后擋板排出拋灑于地表，完成粉碎作業。與現有菠蘿莖葉粉碎還田機相比，1BHJ-100型雙輥式菠蘿莖葉粉碎還田機的最大區別及優勢在于其具有兩個粉碎刀輥。

2.2 雙輥式菠蘿莖葉粉碎還田機結構設計

2.2.1 前后刀輥的布置 為提高粉碎效率，減少拖拉機作業次數，該還田機采用了雙刀輥式的粉碎結構，在拖拉機動力輸出軸的帶動下，兩個刀輥作同向的高速旋轉運動。1BHJ-100型雙輥式菠蘿莖葉粉碎還田機的刀輥布置如圖2所示，兩個刀輥分別為前刀輥、后刀輥，前刀輥起到切削和撿拾、粉碎菠蘿莖葉的作用，因此前刀輥布置甩刀，作業時甩刀回轉半徑與地表相切；后刀輥主要起粉碎作用，其上布置固定的直刀，與地面保持一定間隙以減少功耗。

根據國內現有秸稈還田機甩刀回轉半徑范圍一般為240～300 mm，并參照現有的菠蘿葉粉碎還田機，選取該樣機前刀輥甩刀回轉半徑為280 mm，轉速1 600 r/min，刀尖線速度達到46.8 m/s，后刀輥回轉半徑選取為180 mm，轉速則相對于前刀輥更高，為2 400 r/min，刀尖線速度為45.3 m/s，根據整機結構尺寸要求，擬定兩刀輥中心距為480 mm。

2.2.2 刀具的選用與排布 粉碎機常用的甩刀形式有錘爪、L形甩刀、Y形甩刀、直刀、鞭式甩刀等幾種。根據設計要求，前刀輥刀具起到切斷、撿拾、初步粉碎菠蘿莖葉的作用，后刀輥主要起到再次粉碎菠蘿莖葉的作用，再綜合菠蘿莖葉機械力學特性，前刀輥采用甩刀（圖3）側面開刃口，甩刀背對背成對使用，構成Y形甩刀，通過銷軸與前刀軸上的刀座連接；后刀輥采用直刀（圖4），通過螺栓固定在后刀軸的刀座上。為延長使用壽命，前刀輥甩刀與后刀輥直刀均采用65 Mn材質的刀具。

刀具的排列形式直接影響到粉碎效果，且與刀輥的振動密切相關[10]。刀具在刀軸上的排布首先應滿足靜平衡的條件，即要求刀具在刀軸上間距相同、周向間角相等，此外考慮到田間作業時的狀況，在達到粉碎效果的前提下，應加大刀具間距，避免堵塞。根據以上條件以及該樣機作業幅寬，前刀輥選用14對甩刀，后刀輥選用直刀18把，使得前刀輥甩刀密度為0.28把/cm，后刀輥直刀密度為0.18把/cm，其排布方式分別見圖5和圖6。

2.3 雙輥式粉碎還田機的主要技術參數

雙輥式粉碎還田機的主要技術參數為： 配套動力73 kW及以上功率的拖拉機，輸出轉速540 r/min；與拖拉機連接方式為標準三點式懸掛；作業幅寬1 m；前刀輥轉速1 600 r/min；后刀輥轉速2 400 r/min；生產效率0.20～0.25 hm2/h；長、高、寬分別為2 235 mm、1 190 mm、1560 mm。

3 初步田間試驗效果

對該樣機進行了初步的田間試驗，試驗結果表明，一次粉碎后菠蘿莖葉長度普遍低于15 mm，該樣機能滿足預先設定的菠蘿莖葉一次粉碎達到還田要求的工藝路線，與現有的菠蘿莖葉粉碎還田機相比，該樣機的工作效率能達到設計要求的0.20～0.25 hm2/h，使得菠蘿莖葉粉碎還田機的工作效率提高了近1倍。

4 小結

該樣機采用了雙輥式的結構，簡化了菠蘿葉粉碎還田的工藝，一次粉碎基本能滿足菠蘿莖葉還田的粉碎長度要求，提高了菠蘿葉粉碎還田的效率，與現有的菠蘿葉粉碎還田機相比優勢明顯。

該樣機在結構及工作性能的穩定性、功耗等方面還需大量的田間試驗。在刀輥的相對位置、刀具排布方式的優化以及減少刀具磨損狀況等方面還需進一步的研究。

參考文獻：

[1] 柯佑鵬，過建春，方 佳，等.中國菠蘿生產及貿易的發展趨勢分析[J].中國熱帶農業，2008（2）：34-35.

[2] 何業華，胡中沂，馬 均，等.鳳梨類植物的種質資源與分類[J].經濟林研究，2009，27（3）：102-107.

[3] 李明福，張 勁.菠蘿葉纖維的研究動態及發展對策[J].麻紡織技術，1999，22（1）：17-22.

[4] 張 勁，姚欣茂，李明福，等. 菠蘿葉纖維提取與工藝設備的研究[J].農業工程學報，2000，16（6）：99-103.

[5] 鄧怡國，王金麗，孫偉生，等.干物質濃度對菠蘿葉渣干式厭氧發酵產沼氣的影響[J].安徽農業科學，2010，38（32）：18607-18610.

[6] 鄧干然，張 勁，連文偉，等.菠蘿葉渣生物有機肥在蔬菜生產上的應用[J].熱帶農業科學，2009，29（2）：7-9.

[7] 連文偉，張 勁，李明福，等.菠蘿葉渣青貯飼料飼喂奶牛對比試驗[J].熱帶農業工程，2003（4）：23-25.

[8] 劉 欣，曹 磊，崔向冬，等.秸稈粉碎還田機械化技術及機具研究[J].農業科技與裝備，2013（3）：57-58.

[9] 任曉東，孫征權，樸奇鏞，等.發展作物秸稈粉碎還田技術確保我省農業可持續發展[J].農機化研究，2000（2）：16-18.

[10] 姬江濤，李慶軍，蔡 葦.刀具布置對莖稈切碎還田機振動的影響分析[J].農機化研究，2003（4）：63-64.

目前，我國菠蘿莖葉粉碎還田主要采用拖拉機后懸掛式，帶動單輥式的臥式粉碎還田機進行菠蘿莖葉的粉碎還田，工藝流程一般為：①拖拉機帶動粉碎機刀輥旋轉，降低粉碎還田機高度到合適位置，使得刀具能拾取到大量的菠蘿葉；②拖拉機前行，刀輥高速旋轉切斷菠蘿葉并帶入粉碎室進行一次粉碎；③菠蘿葉一次粉碎結束后，稍微降低粉碎還田機高度，對菠蘿葉進行二次粉碎；④對于某些拐角或不平整位置粉碎長度不能達標的，調整粉碎還田機高度，進行三次粉碎；⑤土地翻耕。以上工藝流程有著作業次數重復多、作業效果差的弊端，為了提高作業效率和作業質量，在以往單輥式菠蘿葉粉碎還田機的基礎上設計了1BHJ-100型雙輥式的菠蘿莖葉粉碎還田機，擬使其還田工藝流程簡化為：①拖拉機帶動粉碎機刀輥旋轉，降低粉碎還田機高度到合適位置，使得前刀輥的甩刀能打擊到菠蘿莖葉與土壤的接觸面；②拖拉機前行，前刀輥高速旋轉切斷菠蘿葉并將其帶入粉碎室，在粉碎室中經過前刀輥粉碎的菠蘿莖葉在甩刀的帶動下進入后刀輥粉碎范圍內，進行二次粉碎；③土地翻耕。通過菠蘿葉粉碎還田機結構的改進，拖拉機在行走一次的情況下使得菠蘿莖葉粉碎效果達到還田要求，從而將作業效率提高近1倍，且能有效降低土壤被拖拉機壓實的狀況。

2 雙輥式菠蘿葉粉碎還田機的設計

2.1 雙輥式菠蘿莖葉粉碎還田機的工作原理

1BHJ-100型雙輥式菠蘿莖葉粉碎還田機采用拖拉機后懸掛的作業方式，其結構如圖1所示，主要包括機架、傳動機構、粉碎機構、地輪等，其中機架包括三點懸掛機構、前支撐架、側板、上蓋板等；傳動機構主要由T型換向器、聯軸器、皮帶、皮帶輪等組成；粉碎機構主要為粉碎刀輥和定刀，定刀通過螺栓固定在機架上，該機型設計為雙輥式，粉碎刀輥分為前刀輥和后刀輥。

整個裝置通過三點懸掛機構固定在拖拉機后置的提升架上，從而可以調節刀輥離地高度，地輪置于還田機末端的兩側，起到支撐機架和對地面進行仿形的作用。拖拉機動力輸出軸輸出的動力經過聯軸器傳遞給T型換向器，再經V帶變速傳動帶動前刀輥高速旋轉，后刀輥則由皮帶、皮帶輪與前刀輥聯接起來做高速旋轉運動。在田間作業的過程中，前刀輥上的甩刀與地面接觸，對地面上的菠蘿植株進行切削和撿拾，切斷的菠蘿莖葉進入由側板和上蓋板等組成的粉碎室中，在前刀輥甩刀、后刀輥動刀以及前后刀輥定刀等機構的共同作用下剪切、碰撞、撕裂，粉碎后的葉渣在離心力作用下沿粉碎機后擋板排出拋灑于地表，完成粉碎作業。與現有菠蘿莖葉粉碎還田機相比，1BHJ-100型雙輥式菠蘿莖葉粉碎還田機的最大區別及優勢在于其具有兩個粉碎刀輥。

2.2 雙輥式菠蘿莖葉粉碎還田機結構設計

2.2.1 前后刀輥的布置 為提高粉碎效率，減少拖拉機作業次數，該還田機采用了雙刀輥式的粉碎結構，在拖拉機動力輸出軸的帶動下，兩個刀輥作同向的高速旋轉運動。1BHJ-100型雙輥式菠蘿莖葉粉碎還田機的刀輥布置如圖2所示，兩個刀輥分別為前刀輥、后刀輥，前刀輥起到切削和撿拾、粉碎菠蘿莖葉的作用，因此前刀輥布置甩刀，作業時甩刀回轉半徑與地表相切；后刀輥主要起粉碎作用，其上布置固定的直刀，與地面保持一定間隙以減少功耗。

根據國內現有秸稈還田機甩刀回轉半徑范圍一般為240～300 mm，并參照現有的菠蘿葉粉碎還田機，選取該樣機前刀輥甩刀回轉半徑為280 mm，轉速1 600 r/min，刀尖線速度達到46.8 m/s，后刀輥回轉半徑選取為180 mm，轉速則相對于前刀輥更高，為2 400 r/min，刀尖線速度為45.3 m/s，根據整機結構尺寸要求，擬定兩刀輥中心距為480 mm。

2.2.2 刀具的選用與排布 粉碎機常用的甩刀形式有錘爪、L形甩刀、Y形甩刀、直刀、鞭式甩刀等幾種。根據設計要求，前刀輥刀具起到切斷、撿拾、初步粉碎菠蘿莖葉的作用，后刀輥主要起到再次粉碎菠蘿莖葉的作用，再綜合菠蘿莖葉機械力學特性，前刀輥采用甩刀（圖3）側面開刃口，甩刀背對背成對使用，構成Y形甩刀，通過銷軸與前刀軸上的刀座連接；后刀輥采用直刀（圖4），通過螺栓固定在后刀軸的刀座上。為延長使用壽命，前刀輥甩刀與后刀輥直刀均采用65 Mn材質的刀具。

刀具的排列形式直接影響到粉碎效果，且與刀輥的振動密切相關[10]。刀具在刀軸上的排布首先應滿足靜平衡的條件，即要求刀具在刀軸上間距相同、周向間角相等，此外考慮到田間作業時的狀況，在達到粉碎效果的前提下，應加大刀具間距，避免堵塞。根據以上條件以及該樣機作業幅寬，前刀輥選用14對甩刀，后刀輥選用直刀18把，使得前刀輥甩刀密度為0.28把/cm，后刀輥直刀密度為0.18把/cm，其排布方式分別見圖5和圖6。

2.3 雙輥式粉碎還田機的主要技術參數

雙輥式粉碎還田機的主要技術參數為： 配套動力73 kW及以上功率的拖拉機，輸出轉速540 r/min；與拖拉機連接方式為標準三點式懸掛；作業幅寬1 m；前刀輥轉速1 600 r/min；后刀輥轉速2 400 r/min；生產效率0.20～0.25 hm2/h；長、高、寬分別為2 235 mm、1 190 mm、1560 mm。

3 初步田間試驗效果

對該樣機進行了初步的田間試驗，試驗結果表明，一次粉碎后菠蘿莖葉長度普遍低于15 mm，該樣機能滿足預先設定的菠蘿莖葉一次粉碎達到還田要求的工藝路線，與現有的菠蘿莖葉粉碎還田機相比，該樣機的工作效率能達到設計要求的0.20～0.25 hm2/h，使得菠蘿莖葉粉碎還田機的工作效率提高了近1倍。

4 小結

該樣機采用了雙輥式的結構，簡化了菠蘿葉粉碎還田的工藝，一次粉碎基本能滿足菠蘿莖葉還田的粉碎長度要求，提高了菠蘿葉粉碎還田的效率，與現有的菠蘿葉粉碎還田機相比優勢明顯。

該樣機在結構及工作性能的穩定性、功耗等方面還需大量的田間試驗。在刀輥的相對位置、刀具排布方式的優化以及減少刀具磨損狀況等方面還需進一步的研究。

參考文獻：

[1] 柯佑鵬，過建春，方 佳，等.中國菠蘿生產及貿易的發展趨勢分析[J].中國熱帶農業，2008（2）：34-35.

[2] 何業華，胡中沂，馬 均，等.鳳梨類植物的種質資源與分類[J].經濟林研究，2009，27（3）：102-107.

[3] 李明福，張 勁.菠蘿葉纖維的研究動態及發展對策[J].麻紡織技術，1999，22（1）：17-22.

[4] 張 勁，姚欣茂，李明福，等. 菠蘿葉纖維提取與工藝設備的研究[J].農業工程學報，2000，16（6）：99-103.

[5] 鄧怡國，王金麗，孫偉生，等.干物質濃度對菠蘿葉渣干式厭氧發酵產沼氣的影響[J].安徽農業科學，2010，38（32）：18607-18610.

[6] 鄧干然，張 勁，連文偉，等.菠蘿葉渣生物有機肥在蔬菜生產上的應用[J].熱帶農業科學，2009，29（2）：7-9.

[7] 連文偉，張 勁，李明福，等.菠蘿葉渣青貯飼料飼喂奶牛對比試驗[J].熱帶農業工程，2003（4）：23-25.

[8] 劉 欣，曹 磊，崔向冬，等.秸稈粉碎還田機械化技術及機具研究[J].農業科技與裝備，2013（3）：57-58.

[9] 任曉東，孫征權，樸奇鏞，等.發展作物秸稈粉碎還田技術確保我省農業可持續發展[J].農機化研究，2000（2）：16-18.

[10] 姬江濤，李慶軍，蔡 葦.刀具布置對莖稈切碎還田機振動的影響分析[J].農機化研究，2003（4）：63-64.