玉米收獲機上配置秸稈切碎還田部件的研究

呂斌

摘要：在玉米收獲機上配置秸稈切碎還田部件可以實現收獲同時進行秸稈還田的作業要求。闡述切碎工作部件型式的選擇方法，對割幅、喂入口結構、定刀高度、甩刀回轉半徑、切割線速度、罩殼工作間隙、秸稈的切割長度、靜動平衡等技術參數進行論述與確定，以期為玉米收獲機上增加秸稈切碎還田裝置提供技術支持。

關鍵詞：農業機械；玉米收獲機；秸稈切碎還田機；型式選擇；參數確定

中圖分類號：S225.51 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2016）02-0023-02

玉米是遼寧省主要糧食作物之一，每年種植面積達200多萬hm2，約占全省耕地面積的3/5。以往秋季收獲玉米時，主要依靠人工作業，對秸稈或者回收、或者在田間燒掉，工效低、勞動強度大，導致土地地力越來越低和秸稈資源極大浪費。隨著秸稈還田技術的應用普及，越來越多的農戶認識到秸稈切碎還田的好處。秸稈切碎還田是增加土壤有機質、改善土壤結構、防止地表板結、增強農業后勁的一項實用技術措施。它不但解決了目前因化肥施用過多而帶來的不良后果，也解決了秸稈過剩而堆積以及焚燒造成的環境污染問題。目前，我國很多省市都在積極推廣秸稈切碎還田技術，已呈現出“秸稈切碎還田機熱”的勢頭，各種類型的機具相繼出現，發展前景十分可觀。考慮到遼寧省的實際情況，認為在玉米收獲機上配置秸稈切碎還田機大有可為、勢在必行。

1 切碎工作部件型式的選擇

秸稈切碎還田機根據其結構型式可分為臥式和立式兩種。現有秸稈切碎還田機以臥式機居多，其結構簡單，工作也比較可靠，所以采用臥式切碎還田機進行研究。

切碎工作部件（甩刀）從型式來分有直刀型、錘爪型、滾筒式、圓盤式和L型等。1） 直刀型甩刀。由于小麥、水稻等秸稈細而軟、質量輕，粉碎這類秸稈以切割為主、打擊為輔，需有支承切割，且刀刃要求鋒利，所以采用直刀型較好，但這種刀片要求較復雜。2） 錘爪式甩刀。由于錘爪質量大且重心靠近刀端，所以轉動慣量大，打擊性能較好，但其功耗較大。3） 滾筒式甩刀。滾筒式為有底刃切割，需要有定刀和喂入機構，而且工藝流程復雜。4） L型甩刀。玉米秸稈粗而脆，剛度較好，切碎這類秸稈以打擊與切割相結合，利用滑切作用可以減少30%～40%的切割阻力，動刀片一反一正成對地鉸結在動刀座上，這種連結固定方式在一定程度上可以防止切碎刀在碰到和莖稈一起進入切碎裝置里的硬雜物（如石塊、鐵器等）時發生切刀斷裂現象。所以確定采用L型甩刀作為切碎工作部件。

2 割幅的確定

遼寧省玉米種植行距多為500～600 mm。按一次切碎3行設計，確定工作幅寬為2 000 mm。

3 喂入口結構及定刀高度

喂入口結構及定刀高度直接影響秸稈的喂入性能。喂入部分必須有一定的秸稈層厚度，起支承約束作用，才能防止秸稈由于慣性向前飛出，避免漏切現象。如圖1所示，減小喂入口高度會使割茬高度明顯增大，但H值也不能大于R+h之值，否則切下的秸稈容易向前飛出，造成喂入不利的現象。H值的范圍應控制在如下區域內：R/2+h-50≤H≤R/2+h+50。

4 甩刀回轉半徑及切割線速度

據有關資料介紹，國產幾十種秸稈切碎機具的甩刀回轉半徑為240～300 mm，主軸轉速為1 250～1 850 r/min。試驗證明，切割線速度以V≥34 m/s為宜，否則工作質量變差，難以達到90%切碎合格率的性能指標要求。取工作轉速n=1 450 r/min，甩刀回轉直徑D=560 mm，則切割線速度為：

5 罩殼工作間隙

罩殼設計為從進口到出口部分罩殼的曲線為偏心圓，進口工作間隙Δ1至出口工作間隙Δ2由小逐漸變大（如圖1所示）。進口部分間隙Δ1小是為了增強粉碎效果，間隙太大不利于粉碎；出口部分不參與粉碎，間隙Δ2大可使秸稈易拋出。

6 秸稈的切割長度

機器前進速度Vm=2.32 km/h，秸稈切碎長度根據上面的假設條件進行估算。秸稈隨著機器前進速度而不斷均勻喂入，在喂入口處不斷被甩刀切碎。

L=V/m×n （1）

式中：L為切碎長度，m；V為機器前進速度，

m/min；m為每旋轉一周鉛重平面內甩刀數量；n為切碎刀軸轉速，r/min。

最長切碎長度應取切碎軸轉速最低值時，每轉一轉平面內最少甩刀數量進行計算。已知：V=2.32 km/h；切碎軸最低轉速按其額定轉速80%計算，n=1 500×80%=1 200 r/min；取Z=1。將已知數代入式（1）中，計算得：

因為32 mm<100 mm，所以計算結果滿足秸稈切碎的有關要求。

7 靜平衡、動平衡

秸稈切碎還田機的刀輥是高速旋轉的轉子，刀輥的不平衡會使機具產生劇烈的振動，還會引起刀軸的撓曲和內應力，使刀軸產生疲勞斷裂，并會加速軸承、油封的磨損及其他零件的損壞，從而降低機具的工作效率和使用壽命。因此，必須選用合理的甩刀排列方式，保證刀輥運轉時具有良好的動平衡。防止各種不利因素出現，避免危險，這也是刀片排列的重點所在。

8 結語

玉米是我國主要的糧食作物，但玉米收獲后的秸稈處理是一大難題，據統計，僅有50%的秸稈資源能得到有效利用，其余都在田間白白燒掉。這不僅是巨大的浪費，更重要的是造成了大氣嚴重污染。秸稈切碎還田是增加土壤有機質的主要措施之一，秸稈切碎還田的土地增產效果十分明顯，玉米大約可增產10%。在玉米收獲機上增設秸稈切碎還田裝置，不僅增加了作業項目，提高了經濟效益，改善了收獲環境，還能節省大量的人力從事其他產業從而增加收入，為社會多做貢獻。

參考文獻

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