高速滅茬聯合整地機的設計與結構特點

梁玉成　許劍平　謝宇峰

摘要：近年來，黑龍江省玉米種植面積居高不下，雖然保證了我省糧食的產出量，但也隨之帶來了大量難以處理的秸稈，大量焚燒秸稈會對空氣造成嚴重破壞，殘留在地里的剩余秸稈會對第二年春播造成非常大的影響。創新研制的高速滅茬聯合整地機可有效粉碎秋收后地表殘留的適量秸稈，并使其與土壤充分混合，一次作業能夠完成滅茬、碎土、鎮壓作業，在避免秸稈焚燒的同時，有效地提升了耕地的有機質含量，作業后的地表狀況能夠達到待播（平播）狀態，為下一季春播創造了良好的條件。

關鍵詞：聯合整地;秸稈處理;保護性耕作

基金項目：黑龍江“糧食豐產增效科技創新”重點專項：濕潤區春玉米全程機械化土壤耕作技術集成與示范（2018YFD0300103-3-1）;黑龍江省科研計劃項目“新型大豆高速精量播種施肥機研制”（2017-59）;黑龍江省科研計劃項目“缺口圓盤滅茬耙的研究與開發”（2018-75）

作者簡介：梁玉成（1983-）男，黑龍江哈爾濱人，高級工程師，主要從事播種機械、耕整地機械的研究設計工作，E-mail：153086570@qq.com。黑龍江省是我國著名的“北大倉”，這里的玉米、大豆產量在我國有著不可替代的地位。近年來，隨著耕作機械化水平的不斷提高，黑龍江省玉米種植面積居高不下，一方面雖然保證了我省糧食的產出量，但另一方面也隨之帶來了大量的問題，例如：大量難以處理的秸稈、土壤壓實嚴重、土壤比阻增加、水土流失加劇、土壤肥力下降、耕作能耗增加等問題，這些問題都嚴重制約了我省農業機械現代化生產的發展。

由于季節原因，我省秋收后一般都進行秋整地，為來年春種保苗創造有利條件。秋整地的時間短，而且其中玉米秸稈直徑粗大、具有纖維化特性、根茬入土深，因而很難處理。傳統秋整地機械技術一般是多種機具組合運用或一種機具多次作業的方式，這類作業方式秸稈處理效果不理想、土壤嚴重壓實，不利于保墑、土壤保護和可持續利用，并且作業周期長、成本高。根據我省目前耕整地實際狀況和大功率拖拉機保有量情況，在分析多種因素的基礎上，設計研制了高速滅茬聯合整地機，并進行了機具的試驗和田間考核。試驗表明，該機具可以充分發揮大功率拖拉機的馬力性能，滅茬結構簡單、合理，效果顯著，工作部件使用壽命長，一次進地能夠完成滅茬、碎土、鎮壓作業，在避免秸稈焚燒的同時，有效地為耕地增加了有機質含量，作業后地表狀況能夠達到待播（平播）要求。機具的使用對減少能源消耗，降低作業成本，保護耕地資源，發展可持續現代化農業等方面都具有重要意義。

1設計原理及主要參數

1.1設計依據

高速滅茬聯合整地機是在延續我省保護性耕作的基礎上，針對現有土地集中連片和大功率拖拉機保有量逐年提高的狀況下，研制的一種可以同時解決秋收后地表殘留秸稈與秋整地的多功能農機裝備。機具采用多種耕整地方式聯合的作業工藝路線，一次即可完成根茬、秸稈粉碎，秸稈與耕層土壤混拌，耕層土壤細碎壓實作業，作業后的地表能夠達到第二季的平播作業要求。

1.2主要研究內容

（1）研制與220馬力以上拖拉機配套使用的高速滅茬聯合整地機，機具一次進地即可完成根茬、秸稈粉碎，秸稈與耕層土壤混拌，耕層土壤細碎壓實作業。機具作業后粉碎的秸稈能夠與耕層土壤充分混拌，提升耕地有機質含量;鎮壓后的土壤表層細碎、平整，不易散墑，可為農作物生長創造優良的種床環境。

（2）研制以粉碎玉米秸稈為重點的高速滅茬工作部件，解決秋收后的地表殘余秸稈還田難的問題，在提升耕地有機質含量的同時，降低粉碎后的秸稈對春播作業的影響。

（3）合理的設計布局，在有限的空間內實現了多種耕作方法的有機結合，在機具高速作業下保證機架強度的同時，解決了機具田間運輸困難和拖堆堵塞的問題。

（4）主要技術參數

2總體結構

2.1結構形式

根據耕整地作業機械的工藝技術、配套動力和運輸方式等方面的要求，該機總體結構形式為液壓調節方式，動力運輸為牽引式。

2.2工作原理

拖拉機在前進的同時，將牽引力通過牽引架傳遞給機具，在土壤和牽引力的共同作用下，通過調節液壓缸的長短以達到合理的工作部件入土角度和深度。通過雙排立式獨立滅茬缺口圓盤的剪切和摩擦推動作用力，切斷秸稈、根茬，松動耕層土壤，以達到滅茬、混拌和碎土的作用，然后再進行平整鎮壓作業，使其達到待播狀態，形成有利于作物生長的土壤耕層構造。

2.3總體參數確定

2.3.1配套動力

本機的工作阻力主要來自于雙排立式獨立滅茬缺口圓盤入土后土壤的反作用力及鎮壓輥的作業阻力。參考試驗數據，雙排滅茬圓盤每米耕幅消耗動力20～30 kW，該機幅寬4.5 m，共需消耗動力112 kW左右，加上自身重量和鎮壓部件需要消耗的動力，動力系數按1.3計算，共需要動力146 kW 左右，再加上預留動力，預計需要160 kW以上的機具配套，按拖拉機動力配置范圍定為161.8 kW（220 馬力）以上拖拉機配套使用。

2.3.2作業幅寬

根據作業速度、滅茬效果、動力匹配和道路運輸等多種因素考慮，作業幅寬設定為4.5 m。

2.3.3作業速度

在滿足農業生產要求，確保有效滅茬深度和最佳作業效果的前提下，盡可能降低功率消耗，提高作業速度，并考慮其他綜合因素，確定該機作業速度為10～15 km/h。試驗測定證明，該速度范圍內機具作業效果與作業速度呈正比例關系，但是當速度低于10 km/h時，作業質量變差，速度高于15 km/h時，作業質量無明顯提升，動力消耗巨大。

2.4總體結構

該裝備的整體結構配置設計是研究的關鍵技術環節之一，整體配制要求科學合理，結構緊湊，技術先進，能理想地實施對以玉米秸稈為主的田間秸稈粉碎還田處理并附帶整地鎮壓作業。

研制該裝備解決了三項核心技術：（1）設計組合式機架結構，實現多種工作部件的合理融合，有效提升機具田間通過性能，降低作業時的拖堆堵塞和動力消耗。（2）低損傷低功耗滅茬耙，滅茬、碎土效果好，能耗低，使用壽命長。（3）強力鎮壓結構，在提升鎮壓效果的同時，可有效疏松表層土壤。

4.鎮壓機構 5.行走機構

3.1機架總成

機架總成是由牽引點總成、牽引架總成、支腳總成、主機架總成四部分組成。牽引力通過牽引點和牽引架傳遞到主機架上，設計的三角形牽引架可大幅提升整機強度，主機架可合理地排布工作部件并有效串聯機具的各個功能單元。

1.牽引點總成2.牽引架總成3.支腳總成4.主機架總成

滅茬圓盤耙組包含前排圓盤耙組和后排圓盤耙組兩部分，前后圓盤耙組交錯，切碎秸稈殘茬效果明顯，可避免漏耕，有效防止拖堆堵塞，降低動力消耗。用橡膠棒輔助連接的獨立滅茬圓盤機構還具有一定的越障保護功能，可有效減少作業時滅茬圓盤遇到硬物撞擊的損傷。

1. 連接梁 2.圓盤支臂3.滅茬圓盤

鎮壓機構采用液壓調節鎮壓強度，結構上采用后壁圓筒外側焊和釘齒的結構，鎮壓、碎土效果明顯，同時能夠疏松表層土壤，鎮壓滾筒外側帶有獨立可調式刮泥板，能有效清理釘齒間粘連的土壤和雜物，效果顯著。

3.4行走機構

行走機構采用液壓調節，當機具作業時，行走輪升起，機具的重心移動到主機架中部，有利于滅茬和鎮壓作業;當機具行走時，行走輪落下，機具的重心移動到主機架后部，有利于提升前端滅茬機構的離地間隙，為機具的行走提供更好的通過性。

1.鎮壓梁 2.鎮壓滾筒 3.刮泥板總成 4.連接側板

整機的液壓操作控制系統共設計使用了4個液壓油缸，通過多路液壓分配器和操作手柄的控制，實現整機液壓起落，耙茬深度調節、鎮壓強度調節和行走運輸，以及各工作部件的調節和控制，操作方便可靠。

4試驗情況及結論

（1）通過機具田間大面積作業試驗和地域適應性試驗證明，該機具研究設計是成功的，各項技術性能指標已達到了設計的要求，理想地實現了高速滅茬聯合整地的目的，符合我省現階段的農業生產要求，可以大面積推廣應用。

（2）大面積田間實踐表明，該機不僅技術先進，而且具有顯著的經濟效益、社會效益和生態效益，與傳統作業相比，可減少機具作業次數，降低作業成本，減輕土壤壓實，提高蓄水保墑能力。

（3）該機在整機配置設計和核心工作部件研究方面取得了多項創新，解決了傳統聯合整地機易拖堆堵塞、滅茬效果不理想、工作阻力大、能耗高、工作部件易變形損壞等多項關鍵技術問題，具有田間通過性能好，土壤條件適應性強，結構技術先進，工作性能可靠等優點，在技術性能和結構先進性方面達到了國際先進水平。

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