1ZS—150型旱直播水稻田碎土與清潔平地聯(lián)合作業(yè)機的設(shè)計

董可宏　關(guān)昕　孫喜巍

摘 要：現(xiàn)有的水田耕整機械完成水田的旱耕整地作業(yè)后，土壤狀況均難以較好地滿足水稻旱直播土地條件的要求。結(jié)合當前水稻旱直播作業(yè)的實際耕作需求，設(shè)計一種旱直播水稻田碎土與清潔平地聯(lián)合作業(yè)機，達到土壤細碎、土地表面平整度好、土壤清潔度高、可有效清除播種層土壤內(nèi)的秸稈及雜草、滿足水稻旱直播作業(yè)要求的目的。

關(guān)鍵詞：水稻旱直播；稻田碎土；清潔平地；聯(lián)合作業(yè)機

中圖分類號：S2224 文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.08.012

0 引言

近年來，隨著我國城鎮(zhèn)化建設(shè)的加快，農(nóng)村勞動力向非農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域轉(zhuǎn)移人數(shù)的增大，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)勞動力的用工價格逐年快速增長。因此，具有省工省力、節(jié)本增收的水稻直播種植農(nóng)藝技術(shù)得到種植戶的認可和應(yīng)用。但是，由于我省寒地水稻旱直播的播期早，為了確保出苗率，水稻芽種需要播在土壤淺層，播深一般控制為5～20 mm，因此水稻旱直播對直播田的耕整地要求較高，其整地后要求地面平整、土塊細碎、播種層土壤內(nèi)雜草含量少。采用現(xiàn)有的單一功能的鏵式犁翻耙或旋耕機具旋耕等的耕整地方式，均難以完全達到水稻旱直播土地條件的要求，存在整地后土壤土塊大、土地表面平整度差、尤其是土層內(nèi)雜草、秸稈含量大的技術(shù)性問題，不能保證和達到水稻旱直播作業(yè)質(zhì)量要求。

針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，結(jié)合我省當前水稻旱直播作業(yè)的實際需求， 進行農(nóng)機與農(nóng)藝的緊密結(jié)合，設(shè)計一種能克服以上整地缺陷、實用性強、適宜水稻旱直播整地的作業(yè)機，用于在己耕地的基礎(chǔ)上進一步細碎土壤，清除淺表層土壤中的雜草，平整振壓土壤，使處理后的水田地更適合寒地直播稻的播種要術(shù)。

1 整機結(jié)構(gòu)和工作原理

1.1 整機結(jié)構(gòu)

如圖1所示，旱直播水稻田碎土與清潔平地聯(lián)合作業(yè)機主要由機架總成、動力輸入傳動箱、動力傳動系統(tǒng)、碎土刀軸總成、平地粉碎鎮(zhèn)壓輥、摟草彈性耙、上罩板等部件組成。

基本設(shè)計是：在機架總成上安裝動力輸入傳動箱和碎土刀軸總成；動力傳動系統(tǒng)將動力輸入傳動箱與碎土刀軸總成連接；在機架總成上、位于碎土刀軸總成上方部位處配裝上罩板；在機架總成上、位于碎土刀軸總成后方部位處，從前至后依次鉸連安裝摟草彈性耙和平地粉碎鎮(zhèn)壓輥，至此構(gòu)成旱直播水稻田碎土與清潔平地聯(lián)合作業(yè)機。

1.2 工作原理

本設(shè)計采用碎土刀軸總成與摟草平地彈性耙、平地粉碎鎮(zhèn)壓輥組合式結(jié)構(gòu)，在水稻田旱整地時依次完成碎土、從土層中摟草（包括秸稈等）、鎮(zhèn)壓式平地與粉碎復式聯(lián)合作業(yè)。

作業(yè)時，在拖拉機牽引下整機前行，外輸動力通過動力輸入傳動箱、動力傳動系統(tǒng)、驅(qū)動碎土刀軸總成旋轉(zhuǎn)，利用刀軸上刀片的旋轉(zhuǎn)運動和機具前進的復合運動對土壤的土塊進行擊打、拋擲及粉碎作業(yè)；摟草平地彈性耙在將土壤中的秸稈、雜草摟取集中清潔的同時，又對土層表面進行摟平作業(yè)；最后由平地粉碎鎮(zhèn)壓輥完成對土壤的鎮(zhèn)壓、細碎及壓平作業(yè)。本機一次作業(yè)后可達到旱直播水稻田的待播狀態(tài)，基本滿足直播稻精細耕作的要求。

2 主要系統(tǒng)、部件的設(shè)計

2.1 動力傳動系統(tǒng)的設(shè)計

整機采用中置傳動箱、側(cè)邊帶傳動的配置方式，通過一級錐齒輪增速并改變動力傳動方向，二級帶傳動增速，將拖拉機輸出動力經(jīng)傳動系統(tǒng)傳遞到碎土刀軸總成，整機傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、傳動效率高、功率消耗少。

2.2 碎土刀軸總成結(jié)構(gòu)及刀具排列

刀軸總成是整機入土作業(yè)的關(guān)鍵工作部件，直接影響其工作性能及作業(yè)質(zhì)量。不合理的設(shè)計在工作過程中會出現(xiàn)整機振動大、碎土效果差、耕地不平、刀軸斷裂等一系列問題。本機刀軸采用組合連接式布局，即花鍵刀軸與刀座軸管是分開的兩部分，再通過連接組合成一體，有別于刀軸花鍵套與刀座軸管直接焊為一體。這種結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)點是：若花鍵刀軸的花鍵部分磨損，只需更換該部分，無需更換整根刀軸，換裝方便，減少維修費用支出（如圖2所示）。

刀軸總成要保證工作平穩(wěn)、負荷均勻、避免漏耕和堵塞等現(xiàn)象發(fā)生，則刀片在刀軸上的合理排列配置應(yīng)滿足如下要求（如圖3所示）：

（1）刀片按螺旋線規(guī)則排列，全部刀片按左右交錯順序依次入土，入土的轉(zhuǎn)角間隔要相等。

（2）同一切削區(qū)內(nèi)左右刀片數(shù)量相同且切土比相等。

（3）同一螺旋線上相鄰同向刀片的相位角要求大于36°，同一截面上兩刀座間夾角要求大于110°。

3 主要技術(shù)參數(shù)及性能指標

掛接方式：三點懸掛聯(lián)接

配套動力：>33.1 kW

工作幅寬：1.5 m

作業(yè)深度：<10 cm

刀軸轉(zhuǎn)數(shù)： 650 rpm /min

作業(yè)效率：1.0～1.5 hm2/h

碎土率%：>80%

耕后平整度：≤3 cm

結(jié)論

對整機進行了結(jié)構(gòu)分析，完成刀軸總成的優(yōu)化設(shè)計及理論計算。利用1ZS-150型旱直播水稻田碎土與清潔平地聯(lián)合作業(yè)機進行整地作業(yè)后，土塊細碎、田面平整、土層內(nèi)雜草少，碎土率≥80%、地表平整度≤3 cm，符合耕作規(guī)范，達到設(shè)計指標，作業(yè)后的土地適合寒地直播稻的播種要求。