玉米秸稈焚燒還田一體機(jī)的設(shè)計(jì)與分析

段成承，崔有正，王子霄，韓　柳，解林松，楊廣博

玉米秸稈焚燒還田一體機(jī)的設(shè)計(jì)與分析

段成承，崔有正，王子霄，韓柳，解林松，楊廣博

(齊齊哈爾大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾 161006)

我國(guó)現(xiàn)有的秸稈收割機(jī)械大多只具有一些基礎(chǔ)的功能，不能一次性完成收割、粉碎、打包等作業(yè)流程,極大地影響了秸稈回收再利用的效率。通過深入地調(diào)研和討論,設(shè)計(jì)了一款新型玉米秸稈焚燒還田一體機(jī)。設(shè)計(jì)的玉米秸稈焚燒還田一體機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)：可以一次性完成對(duì)玉米秸稈的收割、粉碎、焚燒、還田等作業(yè)，提高了秸稈回收的作業(yè)效率，減少了對(duì)環(huán)境造成的污染；與傳統(tǒng)秸稈收割機(jī)械相比，設(shè)計(jì)為內(nèi)部電能循環(huán)，能有效節(jié)約能源并增大了動(dòng)力；與國(guó)內(nèi)目前大多數(shù)秸稈回收機(jī)輪式行走裝置相比，采用履帶式行走裝置，可大大減小路況對(duì)機(jī)具作業(yè)的影響；創(chuàng)新設(shè)計(jì)了焚燒爐裝置，可實(shí)現(xiàn)秸稈的爐內(nèi)集中焚燒，規(guī)避了野外焚燒的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)；對(duì)粉碎系統(tǒng)、打捆打壓系統(tǒng)、傳動(dòng)帶及液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行了一體化創(chuàng)新設(shè)計(jì)，使得該機(jī)能夠適用于不同環(huán)境、不同玉米品種的秸稈回收作業(yè)，還可用于收割水稻、小麥、棉花、蘆葦?shù)绕渌魑锝斩挕?/p>

玉米秸稈焚燒；打包一體化機(jī)械；方便性；安全性；自動(dòng)化；多功能化

由于我國(guó)現(xiàn)有的秸稈收割機(jī)械大多只具備一些基礎(chǔ)的功能，不能一次性完成收割、粉碎、打包等作業(yè)環(huán)節(jié)，因此秸稈回收再利用的效率不高。設(shè)計(jì)了一款新型玉米秸稈焚燒還田一體機(jī)，能夠一次性完成對(duì)玉米秸稈的收割、粉碎、焚燒、還田等作業(yè)環(huán)節(jié)，可以有效解決這個(gè)問題[1]。

1　設(shè)計(jì)思路與理念

玉米秸稈焚燒還田一體機(jī)的主要設(shè)計(jì)思路為：采用履帶式行走裝置，可大大減少惡劣路況對(duì)作業(yè)的影響，使玉米秸稈焚燒還田一體機(jī)可以在地形復(fù)雜的田間作業(yè)[2]；將旋轉(zhuǎn)刀片與傳送帶進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)秸稈的自動(dòng)化收集，減少人工操作；采用電力驅(qū)動(dòng)，可以基本實(shí)現(xiàn)“零排放”作業(yè)[3]；配置照明燈，可在夜間作業(yè)，以提高機(jī)具使用效率[4]；設(shè)計(jì)并配置專用粉碎機(jī)，使玉米秸稈焚燒還田一體機(jī)具備秸稈粉碎功能，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多功能，提高秸稈回收作業(yè)效率；設(shè)計(jì)太陽能充電裝置，增加電能來源和儲(chǔ)備，使玉米秸稈焚燒還田一體機(jī)更加環(huán)保、實(shí)惠；采用攪拌電機(jī)，使膨潤(rùn)土與粉碎的秸稈充分融合；采用焚燒爐，將粉碎的秸稈就地焚燒還田，讓草木灰直接成為農(nóng)田肥料，以達(dá)到廢物利用的目的[5]。

玉米秸稈焚燒還田一體機(jī)的主要設(shè)計(jì)理念為：通過內(nèi)部電能循環(huán)，實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源和增大動(dòng)力的目標(biāo)；通過對(duì)粉碎系統(tǒng)、打捆打壓系統(tǒng)、傳動(dòng)帶及液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行一體化創(chuàng)新設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)玉米秸稈焚燒還田一體機(jī)的一機(jī)多用，不僅能夠適用于不同環(huán)境下不同品種的玉米秸稈焚燒還田作業(yè)，還可用于收割水稻、小麥、棉花、蘆葦?shù)绕渌魑锝斩?；通過創(chuàng)新設(shè)計(jì)焚燒爐裝置，實(shí)現(xiàn)秸稈的爐內(nèi)集中焚燒，以規(guī)避野外焚燒的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)和環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。與國(guó)內(nèi)目前大多數(shù)秸稈回收機(jī)輪式行走裝置相比，采用履帶式行走裝置，可大大減小路況對(duì)機(jī)具通行及作業(yè)的影響

2　結(jié)構(gòu)及工作流程設(shè)計(jì)

2.1　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

玉米秸稈焚燒還田一體機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由秸稈進(jìn)給結(jié)構(gòu)、粉碎機(jī)結(jié)構(gòu)、膨潤(rùn)土箱結(jié)構(gòu)、玉米秸稈攪拌成型結(jié)構(gòu)、燃燒爐和尾氣凈化裝置組成。

1　粉碎機(jī)；2　護(hù)殼；3　外殼；4　駕駛室；5　座椅；6　控制臺(tái)；7　傳送帶；8　粗切割刀片；9　鐵軌；10　機(jī)車體；11　發(fā)動(dòng)機(jī)；12　離合控制器；13　保險(xiǎn)杠；14　控制器；15　車門；16　軌道輪；17　車架；18　左右護(hù)欄；19　后傳送帶；20　壓縮機(jī)；21　壓縮機(jī)頂蓋；22　攪拌機(jī)；23　膨潤(rùn)土箱；24　燃燒爐排氣管。

2.2　工作流程設(shè)計(jì)

玉米秸稈焚燒還田一體機(jī)的工作流程如圖2所示,主要工作原理為：?jiǎn)?dòng)機(jī)器，通過操作操縱桿讓切割刀片切、抓地面秸稈；通過傳送帶，將秸稈傳送到粉碎機(jī)內(nèi)；粉碎機(jī)接收到傳輸過來的秸稈后，開始粉碎秸稈；通過粉碎機(jī)下殼將粉碎后的秸稈傳送到攪拌器，并使秸稈粉碎物與膨潤(rùn)土在攪拌器內(nèi)得到充分?jǐn)嚢?；秸稈粉碎物與膨潤(rùn)土經(jīng)過黏合后被送入壓縮機(jī)；通過壓縮機(jī)將秸稈膨潤(rùn)土粉碎混合物壓縮并送入焚燒爐；通過焚燒爐將混合物焚燒成為草木灰，將草木灰還田成為肥料；利用燃燒熱給座椅附加加熱功能，以提高東北低溫環(huán)境下操作的舒適性；配置照明燈，以便夜間作業(yè)；配置附加儲(chǔ)物箱，便于操作人員存放物品。

圖2　工作流程

3　理念創(chuàng)新

研發(fā)玉米秸稈焚燒還田一體機(jī)，解決了傳統(tǒng)玉米秸稈收割機(jī)效率低、功能單一、易發(fā)生故障、造成空氣污染等問題。通過創(chuàng)新，設(shè)計(jì)安裝了全自動(dòng)履帶式行走裝置、粗切割刀片、篩選體曲柄滑塊電機(jī)、可調(diào)節(jié)角度連接件、粉碎機(jī)、攪拌器、膨潤(rùn)土箱、壓縮機(jī)、接料設(shè)備、傳送電機(jī)、左右護(hù)欄、儲(chǔ)物柜、發(fā)電機(jī)、太陽能板、承接板傳動(dòng)電機(jī)、皮帶、尾氣凈化器、鐳射大燈、發(fā)動(dòng)機(jī)等，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備功能的多元化與自動(dòng)化,提高了綠色環(huán)保性和安全性。

通過一系列改進(jìn)，使玉米秸稈焚燒還田一體機(jī)不僅能集收割、粉碎等原有功能于一體，還能實(shí)現(xiàn)了玉米秸稈收割機(jī)的多功能化，提高了工作效率；在為用戶提供高效、便捷、舒適的玉米秸稈焚燒還田設(shè)備的同時(shí)，又保證了人身安全。

4　結(jié)語

設(shè)計(jì)的玉米秸稈焚燒還田一體機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)。

(1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。通過設(shè)計(jì)安裝離合控制器, 實(shí)現(xiàn)對(duì)玉米秸稈收割、粉碎等機(jī)械速度的穩(wěn)定控制；采用全自動(dòng)履帶式行走裝置，可以使機(jī)械作業(yè)的地域局限性大大降低。

(2)設(shè)計(jì)安裝護(hù)欄和鐳射大燈，可以保障用戶的人身安全。

(3)在駕駛室內(nèi)附加安裝儲(chǔ)物柜，可以增加操作人員的儲(chǔ)物空間。

(4)在駕駛室內(nèi)安裝了電風(fēng)扇、座椅加熱裝置，提高了不同天氣下操作人員的舒適性。

(5)能夠一次性完成對(duì)玉米秸稈的收割、粉碎、焚燒、還田等作業(yè)環(huán)節(jié)，極大地提高了玉米秸稈回收的作業(yè)效率。

綜上所述, 通過創(chuàng)新設(shè)計(jì)玉米秸稈焚燒還田一體機(jī)，有效解決了傳統(tǒng)玉米秸稈收割機(jī)的效率低、功能單一、易發(fā)生故障、造成空氣污染等問題，并提高了操作人員的舒適性和安全性。研發(fā)的玉米秸稈焚燒還田一體機(jī)具有廣闊的市場(chǎng)前景和巨大的現(xiàn)實(shí)意義，為后續(xù)開發(fā)、設(shè)計(jì)類似的機(jī)具提供一些參考。

[1] 甘肅省農(nóng)業(yè)機(jī)械化技術(shù)推廣總站.玉米全株青貯機(jī)械化收獲技術(shù)[J].農(nóng)機(jī)科技推廣,2021(5):16-18.

[2] 陶歸中,王太宏.靖遠(yuǎn)縣玉米秸稈機(jī)械化處理應(yīng)用探索[J].農(nóng)機(jī)使用與維修,2021(5):147-148.

[3] 王敏,黃鵬.機(jī)械化秸稈還田離田技術(shù)驗(yàn)證分析[J].農(nóng)機(jī)科技推廣,2019(2):54-56.

[4] 田昆鵬,李顯旺,張彬,等.4YD-3型背負(fù)式玉米收割機(jī)設(shè)計(jì)研究[J].中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào),2019,40(1):13-17.

[5] 黃繼承,張彬,田昆鵬,等.4LYZ-3K型穗莖兼收玉米收獲機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào),2018,39(10):7-11,27.

[6] 李偉.小麥秸稈還田、離田機(jī)械化技術(shù)驗(yàn)證結(jié)果分析[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械,2018(9):78-80.

Design and analysis of the integrated machine for corn stalk burning and baling

DUAN Chengcheng, CUI Youzheng, Wang Zixiao, HAN Liu, XIE Linsong, YANG Guangbo

(School of Mechanical Engineering, Qiqihar University, Qiqihar, Heilongjiang 161006, China)

Most of the existing straw harvesting machines in China only have some basic functions, and can not complete the harvesting, crushing, packaging and other operations at one time, which greatly affects the efficiency of straw recycling. A new corn stalk incineration and field return machine was designed through in-depth investigation and discussion. The designed corn straw burning and returning machine has the following advantages: it can complete the corn straw harvesting, crushing, burning, returning and other operations at one time, improve the straw recovery efficiency, and reduce the pollution to the environment. Compared with traditional straw harvesting machinery, it is designed for internal electric energy circulation, which can effectively save energy and increase power. Compared with most of the wheel walking devices of straw recycling machines in China, the crawler walking devices can greatly reduce the influence of road conditions on the operation of the machines and tools. The incinerator device is innovatively designed, which can realize the centralized burning of straw in the furnace and avoid the fire risk of field burning. The integrated innovative design of the crushing system, baling and pressing system, transmission belt and hydraulic control system makes the machine suitable for straw recovery in different environments and corn varieties. It can also be used to harvest rice, wheat, cotton, reed and other crops.

incineration device for corn stalks; integrated machinery for packaging; convenience; safety; automation; multifunctional

S224

A

2096–8736(2021)05–0007–03

齊齊哈爾大學(xué)2021大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(202110232086)；2021年省級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(202110232086)。

段成承(2000—)，男，黑龍江佳木斯人，大學(xué)本科，主要研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化。

通信作者：崔有正(1987—)，男，黑龍江雞西人, 博士，講師，主要研究方向?yàn)楦咚偾邢骷庸だ碚?、先進(jìn)刀具設(shè)計(jì)及數(shù)控加工技術(shù)。

責(zé)任編輯：張亦弛

英文編輯：吳志立