一種玉米秸稈顆粒深還田作業機的設計

班春華

摘要：玉米秸稈整稈或粉碎還田會使秸稈停留在淺土層，導致播種時秸稈阻隔作物種子和土壤接觸而影響作物出苗和生長，進而造成作物減產。開發一種玉米秸稈顆粒化深還田裝置，并介紹其總體結構和主要部件設計。樣機試驗結果表明，該裝置具有較強的開溝能力，秸稈顆粒能夠排入指定深度，回填、覆土、鎮壓等效果良好，能夠實現秸稈顆粒與土壤的深埋還田作業。

關鍵詞：保護性耕作；秸稈顆粒深還田；機具；設計

中圖分類號：S233.1? ?文獻標識碼：A? ? 文章編號：1674-1161（2023）06-0057-02

玉米是我國第一大農作物[1]，2022年全國玉米產量約合2.77億t，約占世界總產量的20%。在玉米生產種植過程中，每年會產生大量的玉米秸稈，約3億t/a。隨著我國玉米產量的逐年提高，玉米秸稈量還會逐年增多。玉米秸稈作為副產物，是一種不可多得的再生資源。長期以來，農村處理玉米秸稈普遍存在焚燒或隨意丟棄的現象，這樣不僅浪費資源、堵塞河道，而且還污染環境、影響泄洪等。據粗略統計，我國玉米秸稈每年浪費超過60%，秸稈直接還田僅占15%。玉米秸稈直接還田有助于提高土地有機質、氮、磷、鉀和其他礦物質成分的含量，可為農作物提供營養物質，具有增加土壤肥力、改良土壤結構、提高農業生產效率、減輕勞動強度、節約勞動成本、減少環境污染、改善農田周圍環境等作用[2-3]，是一種最為環保的秸稈利用方式。然而，玉米秸稈整稈或粉碎還田，存在秸稈僅停留在淺土層的問題，導致在播種時秸稈阻隔作物種子和土壤接觸而影響作物出苗和生長，進而造成作物減產。將玉米秸稈顆粒化后深埋還田能夠克服以上弊端，對作物出苗和生長無顯著影響。因此，開發一種玉米秸稈顆粒化深還田裝置，介紹其總體結構和主要部件設計，從而提高秸稈還田效果，實現土壤培肥與作物增產雙贏。

1 總體結構及工作原理

1.1 總體結構

由機架、開溝機構、溝型整理機構、排料機構、填埋機構、鎮壓機構等組成，如圖1所示。機架的前端設有三點懸掛機構，并與拖拉機的后三點懸掛裝置連接。機架的前下端設置開溝機構，開溝機構由拖拉機動力輸出軸來驅動。開溝機構的后端設有溝型整理機構，溝型整理機構也是排料機構的排料鏟，排料鏟的上端與排料機構相連，排料機構由限深輪來驅動。溝型整理機構的后方依次設有填埋機構、覆土鎮壓機構。

1.2 工作原理

機具與拖拉機后三點懸掛裝置連接，并由拖拉機的液壓機構來控制機具升降，調節上拉桿長度，可使開溝鉆頭在開溝過程中接近垂直位置。機具靠自重入土，作業時由機具的限深輪來控制機具垂直方向。作業時，通過拖拉機的動力輸出軸、萬向傳動軸和中央傳動箱來帶動安裝在機架最前端的開溝機構旋轉入土，切下的土壤被擠壓成散粒體，之后在慣性離心力的作用下被拋至地面上。隨著拖拉機的行進，切土、升土、拋土過程連續進行，開溝機構開出整齊的矩形溝槽，溝深350～400 mm，而布置在其后的溝型整理機構會對所開出的矩形溝槽進行整理，并同時由排料機構將秸稈顆粒排入矩形溝槽內，隨著填埋機構將土壤回填，秸稈顆粒埋入溝底，之后由覆土鎮壓機構對回填土壤進行覆土鎮壓、夯實，完成秸稈顆粒深掩埋并還田在350～400 mm土層深處，從而實現秸稈顆粒與土壤的深埋還田作業，為后續作業創造良好條件。

2 主要部件設計

2.1 機架

考慮機具作業的靈活及機動性，機架與拖拉機采用后三點懸掛機構。機架由三點懸掛機構、前主橫梁、雙縱向梁等組成。三點懸掛機構的上懸掛架及兩個下懸掛架與前主橫梁焊接，雙縱向梁的前端左右對稱焊接在前主橫梁上。開溝機構、溝型整理機構、排料機構、填埋機構、鎮壓機構依次連接在機架的雙縱向梁上。

2.2 開溝機構

開溝機構由中央傳動箱、螺旋開溝器、刮土器等組成。中央傳動箱將動力傳動方向改變90°，動力輸入軸為花鍵軸，且與萬向傳動軸連接；動力輸出軸為方軸，并與螺旋開溝器的方軸套連接。螺旋開溝器由方軸套、鉆軸、螺旋片、刀座、鉆尖座、鉆尖托柄、鉆尖、刀片等組成，其中方軸套、鉆軸、螺旋片、刀座、鉆尖座、鉆尖托柄等焊接在一起。鉆軸采用無縫鋼管結構，上端焊接方軸套，下端焊接鉆尖座、鉆尖托柄，以用于安裝鉆尖。螺旋片由5 mm厚的鋼板制成，螺旋片的下端在后部焊接刀座，以用于安裝刀片。為防止已升至地表面的土壤回落，在鉆頭上部設有刮土器。

2.3 溝型整理機構

溝型整理機構由整型鏟、整理板等組成。在開溝機構的開溝過程中，多由土壤回落在鉆頭底部的周圍。在開溝機構的后部設有由整型鏟、整理板組成的溝型整理機構，以確保溝體底部溝形規整，排落下的秸稈顆粒深埋于土層深處，從而提高秸稈顆粒深埋還田的作業效果。

2.4 排料機構

排料機構由左右雙螺旋片、排料管、傳動機構等組成，雙螺旋片同軸左右對稱布置、左右螺旋片旋向相反，如圖2所示。作業時，由限深輪通過鏈傳動來帶動雙螺旋片轉動，可將秸稈顆粒傳向料箱中間的排料口，再通過排料管將秸稈顆粒排入矩形溝底部，完成排料作業。

2.5 填埋機構、鎮壓機構

填埋機構由回土板、固定架等組成，如圖3所示。回土板分左回土板、右回土板，安裝于排料機構后方，左回土板、右回土板通過固定架連接且對稱布置，回土板的下端面始終與地面接觸，以確保回土作業效果。

鎮壓機構由連接板、鎮壓輪等組成，其位于填埋機構之后，如圖4所示。鎮壓機構通過連接板、彈簧浮動連接在縱向梁上，使鎮壓輪始終與地面接觸，同時能夠隨地面上下浮動，從而實現良好的作業效果。

3 結語

該試驗樣機于2022年4月在阜新保護性耕作試驗基地進行試驗。試驗地前茬作物為玉米，地表為秸稈覆蓋≥90%，同時配備康達2BMZF-2型免耕播種機以及東方紅-654型輪式拖拉機。試驗結果表明，作業時，該裝置具有較強的開溝能力，秸稈顆粒能夠排入指定深度，回填、覆土、鎮壓等效果良好，能夠實現秸稈顆粒與土壤的深埋還田作業。但各項設計依然有待進一步研究試驗，以期為保護性耕作提供機具設計參考。

參考文獻

[1] 胡怡林.玉米寬窄行種植技術應用措施研究[J].農業開發與裝備，2022（2）：170-172.

[2] 劉清華.應用保護性耕作技術防止耕地退化研究[J].農業科技與裝備，2021（5）：115-116.

[3] 劉智卓.保護性耕作作業成本及秸稈收益對比分析[J].農業科技與裝備，2023（2）：27-28.

Design of a Corn Stalk Particle Deep Returning Machine

BAN Chunhua

（Liaoning Institute of Agricultural Mechanization， Shenyang 110161， China）

Abstract：? The whole stalk or crushing of corn straw returned to the field will make the straw stay in the shallow soil layer， resulting in the straw blocking the contact between crop seeds and soil when sowing， affecting the emergence and growth of crops， and then resulting in crop reduction. A corn straw particle deep returning device to the field is developed， and its overall structure and main component design are introduced. The prototype test results show that，the device has a strong ditching ability， straw particles can be discharged to a specified depth， the backfill， soil covering and suppression effects are good， and can realize the straw particles and soil deep buried back to the field.

Key words：conservation tillage; straw particles deep return to the field; machines and tools; design