稻稈深埋鏵式犁風機輸送裝置的設計

孫 毅

(黑龍江省農業機械工程科學研究院 牡丹江分院，黑龍江 牡丹江 157011)

0 引言

水稻機插秧對地塊整地質量要求較高，攪漿沉淀后，需地面平整且無漂浮的碎秸稈，避免擁堵。目前的水田整地方式，聯合收獲秸稈粉碎還田機將秸稈粉碎拋撒在地面，然后由水田鏵式犁、旋耕機、水田耙等機械進行分層混埋。但在后續攪漿作業過程中，為達到攪漿深度會導致大部分已掩埋的秸稈被翻出，造成秸稈漂浮現象嚴重，影響正常插秧作業，需人工對漂浮的秸稈進行打撈，打撈難度大，作業效率低，增加人工成本。現有的稻稈深埋鏵式犁技術可將拋撒的秸稈深埋在攪漿深度以下，有效避免因攪漿引起的秸稈漂浮問題，稻稈深埋鏵式犁是實現該技術的配套機具。

1 現存技術問題

現有稻稈深埋鏵式犁將撿拾粉碎后的秸稈由風機吹送至主輸送管道，然后經多個副輸送管道拋撒到對應鏵式犁體后部，再由鏵式犁體翻起的土垡掩埋，完成秸稈粉碎深埋還田作業。但現有技術中，吹送風力主要由一個風機提供，存在體積較大、動力消耗大、噪聲大等問題；輸送功能主要由一條主輸送管道對應多個副輸送管道組合實現，由于主管道與副管道之間存在分叉結構，在作業時容易出現掛草現象，嚴重時導致輸送管道堵塞；同時現有技術中粉碎后的秸稈被直接噴撒至土壤表面，但粉碎后的秸稈比較細碎，吹送速度快，輸送管道出口處的秸稈以散射狀噴出，導致噴撒出的秸稈接觸地面和犁體時形成反彈和濺射，出現在后續鋪埋時無法全部被深埋的問題。因此，上述問題造成稻稈深埋鏵式犁技術不能正常實現，嚴重影響作業質量與作業效率，無法滿足后續插秧作業農藝要求。

2 技術優化后整機結構與工作原理

根據秸稈還田技術要求及水稻秸稈特性，設計一種風機輸送裝置，該裝置的設計需滿足以下要求：在風機作業過程中達到作業量與動力消耗優化匹配，風機體積小、噪音小；解決輸送管道掛草、擁堵問題；解決粉碎后秸稈噴撒時產生反彈和濺射的問題；保證秸稈粉碎率，達到粉碎及拋撒要求。

2.1 整機結構

如圖1所示，整機主要包括機架、動力傳動總成、撿拾粉碎刀軸、風機輸送裝置、防噴濺組件、鏵式犁體等組成。機架前部安裝有撿拾粉碎刀軸，對地面秸稈進行撿拾粉碎作業。撿拾粉碎刀軸后部安裝有風機輸送裝置，對撿拾粉碎后的秸稈進行二次粉碎及吹送拋撒作業。鏵式犁體與風機輸送裝置拋撒管道對應安裝于機架后部，對拋撒后的秸稈進行翻埋作業。

1.機架；2.動力輸出軸；3.風機變速箱；4.齒輪箱；5.動力輸入軸；6.風機動力軸；7.風機輸送裝置；8.撿拾粉碎刀軸；9.粉碎刀；10.風機；11.輸送管道；12.防噴濺組件；13.鏵式犁體圖1 配有風機輸送裝置的稻稈深埋鏵式犁示意圖

2.2 工作原理與主要技術參數

拖拉機三點懸掛帶動稻稈深埋鏵式犁前進，并為整機提供動力。作業時，拖拉機通過萬向節為整機提供動力，首先由動力輸入軸通過齒輪箱將動力傳動到動力輸出軸上，動力輸出軸中部與遠端部均安裝有皮帶輪，遠端皮帶輪通過皮帶傳動為撿拾粉碎刀軸提供動力并逆時針旋轉，撿拾粉碎刀軸上安裝有粉碎刀，將地面上的秸稈進行撿拾粉碎后，拋甩至相應風機入料口，動力輸出軸中部皮帶輪通過皮帶傳動與風機變速箱連接并提供動力，動力由風機變速箱變速后經風機動力軸輸出帶動一個風機轉動，同時風機動力輸出軸遠端處安裝有若干皮帶輪，通過皮帶傳動為其他風機提供動力，風機葉輪上安裝有刀片，通過葉輪帶動刀片旋轉對秸稈進行二次粉碎，粉碎后的秸稈被葉輪產生的風力吹送至對應輸送管道，經防噴濺組件后拋撒至對應鏵式犁體底部，然后被后鏵式犁體翻起的土垡覆蓋。

稻稈深埋鏵式犁主要技術參數：外形尺寸(長×寬×高)3 650 mm×2 050 mm×1 350 mm；輸入軸轉速540～720 r·min-1；作業幅寬1 800 mm；耕深20～22 cm；秸稈粉碎長度3～6 cm；粉碎刀數44個；犁體數量5個(以5鏵犁為例)。

3 風機輸送裝置的設計依據與方案確定

粉碎后秸稈的拋送是稻稈深埋還田技術的關鍵環節，設計一種配裝在稻稈深埋鏵式犁上的風機輸送裝置，主要包括風機、輸送管道和防噴濺組件三個部分，功能在于可對撿拾粉碎后的秸稈進行二次粉碎并吹送至對應鏵式犁體底部，實現粉碎后秸稈的輸送與拋撒作業。該裝置由多個小型風機配合獨立輸送管道，每臺稻稈深埋鏵式犁可根據作業幅寬和作業量的要求，選若干個小型風機工作，避免多余動力消耗，每個風機連接對應的獨立輸送管道，每個輸送管道出口處安裝有防噴濺組件。粉碎后的秸稈被獨立風機二次粉碎并吹送，經獨立輸送管道和防噴濺組件作業后，再被拋撒至田間，可有效解決現有技術中存在的問題。

3.1 風機設計與參數確定

如圖2所示，風機是該裝置的關鍵工作部件，主要包括風機罩殼、風機葉輪、粉碎刀片、風機驅動軸及皮帶輪。風機的罩殼固定安裝在機架上，同時風機罩殼設計有入料口和出料口，入料口與粉碎還田機罩殼固定連接，出料口位于風機罩殼上方，并與輸送管道固定連接；風機葉輪固定套裝在驅動軸上，每片葉輪上安裝有粉碎刀；驅動軸一端安裝有皮帶輪，為風機提供動力。其設計的要求是經撿拾粉碎裝置粉碎后的秸稈，沿粉碎刀運動軌跡切線方向到風機入料口位置，風機葉輪轉動產生的吸力將秸稈吸入風機腔體內，由風機葉輪上的粉碎刀進行二次粉碎，粉碎后秸稈經過秸稈排出口被吹送至對應的輸送管道。

1.風機罩殼；2.風機葉輪；3.粉碎刀片；4.入料口；5.出料口；6.風機驅動軸；7.皮帶輪圖2 風機示意圖

根據技術要求，風機直徑預設為450 mm,風機罩殼由2 mm鋼板焊接制成，葉輪數量為4且徑向均布安裝于驅動軸上，每片葉輪上均安裝有粉碎刀，粉碎刀片長度為200 mm，回轉半徑為210 mm。根據已有試驗參數，預設風機轉速為2 000 r·min-1時，秸稈拋送距離約為9.2 m，可滿足本課題相關技術指標要求。

3.2 輸送機構的設計與參數的確定

如圖3、圖4所示，輸送機構主要由U型輸送管道和輸送管道固定機構組成。輸送管道固定機構由U型螺栓、連接板及固定螺母組成。U型輸送管道一端與風機罩殼出料口固定連接，另一端通過固定套固定安裝在機架上。其設計的要求是經風機二次粉碎的秸稈被葉輪產生的風力吹送至風機出料口并進入U型輸送管道，經U型輸送管道定向輸送至對應鏵式犁體底部，并由翻起的土垡掩埋，完成粉碎還田作業。

1.風機；2.U型輸送管道；3.輸送管道固定機構圖3 U型輸送管道安裝示意圖

1.U型螺栓;2.連接板;3.固定螺母圖4 輸送管道固定機構示意圖

U型輸送管道長度約為4.5 m，采用φ100無縫鋼管焊接而成，每根U型輸送管道由兩根U型螺栓通過連接板連接，并由螺栓螺母鎖緊固定在機架上[1]。

3.3 防噴濺裝置設計與參數確定

采用現有稻稈深埋鏵式犁技術的機具在作業時，由于粉碎后的秸稈比較細碎，在高速風機作用下吹送速度較快，因此在輸送管道出口處呈快速散射狀噴撒，與地面和犁體接觸時易產生反彈和濺射，導致秸稈被覆蓋率較差，因此在輸送管道出口處設計一種防噴濺組件，具有降低輸送管道出口處秸稈運動速度和約束噴撒方向的功能，達到減少秸稈反彈和濺射的目的，提升機具作業質量。

如圖5所示，防噴濺組件主要包括固定機構、主減速板、副減速板。每個防噴濺組件對應設置在相應輸送管道出口處，且由固定機構固定安裝在機架上。經由機具作業后拋撒出的秸稈在輸送管道出口處首先接觸主減速板緩沖，然后滑落至副減速板，進行二次緩沖，有效降低秸稈運動速度，減少秸稈接觸地面和犁體時產生無規則反彈和濺射的發生率。同時，通過防噴濺組件作業后的秸稈，沿減速板方向拋撒至對應鏵式犁體底部，統一了粉碎后秸稈的噴撒方向，符合秸稈被深埋時所需的拋撒位置，提高作業后秸稈的被覆蓋率。

1.U型卡瓦;2.連接螺栓;3.主減速板;4.副減速板圖5 防噴濺組件結構示意圖

根據技術要求，結合機架、輸送管道技術參數，設計固定機構為一U型卡瓦，通過螺栓連接安裝在機架上。主減速板與副減速板均由3 mm厚長方形鋼板沿長邊彎曲成凹型，主減速板一側與固定機構固定連接，副減速板凹型開口與主減速板凹型開口對向設置并固定連接。

4 應用與安裝

風機輸送裝置主要應用于稻稈深埋鏵式犁，該機具主要由粉碎還田機和鏵式犁組成，應根據其所配鏵式犁犁體數量選擇安裝相應數量的風機、輸送管道和防噴濺組件，并且在作業時可根據所需作業行數選擇一個或多個風機作業。工作原理為：多組風機采用皮帶串聯傳動，作業前可根據需要放松或拆卸不需要作業風機的傳動皮帶，實現可選擇一個或多個風機作業的功能，達到節省動力的目的。安裝時，若干個風機與粉碎還田機刀軸平行排列，每個單體小型風機通過風機罩殼固定安裝在粉碎還田機罩殼上，且風機罩殼與粉碎還田機罩殼內部連通；輸送管道一端與風機罩殼固定連接，另一端通過固定機構安裝在鏵式犁機架上，每個輸送管道對應一個風機和一個鏵式犁體；防噴濺組件對應安裝在輸送管道出口處，并通過U型卡瓦固定機構上的螺栓固定在機架上。該裝置通過風機罩殼和輸送管道固定機構安裝在稻稈深埋鏵式犁上。

5 結語

本文基于水稻秸稈的特殊性，針對稻稈深埋旱作鏵式犁整機結構進行研究與其工作原理的分析，并對風機輸送裝置關鍵部件進行優化改進和創新設計，解決了現有機具作業時，由于主、副輸送管道之間存在分叉結構，粉碎后的秸稈容易在出口處發生粘連或掛草引起拋撒管道堵塞的問題，以及粉碎后的秸稈較為細碎，在高速風機作用下噴撒速度過快、噴撒方向不集中，遇到地面和犁體時形成無規則反彈和濺射的問題。改進后的風機輸送裝置采用小型單體風機，減小了風機體積，降低了機器噪聲和機器振動，實現了根據作業量調整動力消耗。該裝置具有可靠性好，作業效率高和結構新穎等特點，可廣泛應用于水稻田秸稈粉碎還田作業。