论文部分内容阅读
摘要：在玉米收获机上配置秸秆切碎还田部件可以实现收获同时进行秸秆还田的作业要求。阐述切碎工作部件型式的选择方法，对割幅、喂入口结构、定刀高度、甩刀回转半径、切割线速度、罩壳工作间隙、秸秆的切割长度、静动平衡等技术参数进行论述与确定，以期为玉米收获机上增加秸秆切碎还田装置提供技术支持。
关键词：农业机械；玉米收获机；秸秆切碎还田机；型式选择；参数确定
中图分类号：S225.51 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2016）02-0023-02
玉米是辽宁省主要粮食作物之一，每年种植面积达200多万hm2，约占全省耕地面积的3/5。以往秋季收获玉米时，主要依靠人工作业，对秸秆或者回收、或者在田间烧掉，工效低、劳动强度大，导致土地地力越来越低和秸秆资源极大浪费。随着秸秆还田技术的应用普及，越来越多的农户认识到秸秆切碎还田的好处。秸秆切碎还田是增加土壤有机质、改善土壤结构、防止地表板结、增强农业后劲的一项实用技术措施。它不但解决了目前因化肥施用过多而带来的不良后果，也解决了秸秆过剩而堆积以及焚烧造成的环境污染问题。目前，我国很多省市都在积极推广秸秆切碎还田技术，已呈现出“秸秆切碎还田机热”的势头，各种类型的机具相继出现，发展前景十分可观。考虑到辽宁省的实际情况，认为在玉米收获机上配置秸秆切碎还田机大有可为、势在必行。
1 切碎工作部件型式的选择
秸秆切碎还田机根据其结构型式可分为卧式和立式两种。现有秸秆切碎还田机以卧式机居多，其结构简单，工作也比较可靠，所以采用卧式切碎还田机进行研究。
切碎工作部件（甩刀）从型式来分有直刀型、锤爪型、滚筒式、圆盘式和L型等。1） 直刀型甩刀。由于小麦、水稻等秸秆细而软、质量轻，粉碎这类秸秆以切割为主、打击为辅，需有支承切割，且刀刃要求锋利，所以采用直刀型较好，但这种刀片要求较复杂。2） 锤爪式甩刀。由于锤爪质量大且重心靠近刀端，所以转动惯量大，打击性能较好，但其功耗较大。3） 滚筒式甩刀。滚筒式为有底刃切割，需要有定刀和喂入机构，而且工艺流程复杂。4） L型甩刀。玉米秸秆粗而脆，刚度较好，切碎这类秸秆以打击与切割相结合，利用滑切作用可以减少30%～40%的切割阻力，动刀片一反一正成对地铰结在动刀座上，这种连结固定方式在一定程度上可以防止切碎刀在碰到和茎秆一起进入切碎装置里的硬杂物（如石块、铁器等）时发生切刀断裂现象。所以确定采用L型甩刀作为切碎工作部件。
2 割幅的确定
辽宁省玉米种植行距多为500～600 mm。按一次切碎3行设计，确定工作幅宽为2 000 mm。
3 喂入口结构及定刀高度
喂入口结构及定刀高度直接影响秸秆的喂入性能。喂入部分必须有一定的秸秆层厚度，起支承约束作用，才能防止秸秆由于惯性向前飞出，避免漏切现象。如图1所示，减小喂入口高度会使割茬高度明显增大，但H值也不能大于R h之值，否则切下的秸秆容易向前飞出，造成喂入不利的现象。H值的范围应控制在如下区域内：R/2 h-50≤H≤R/2 h 50。
4 甩刀回转半径及切割线速度
据有关资料介绍，国产几十种秸秆切碎机具的甩刀回转半径为240～300 mm，主轴转速为1 250～1 850 r/min。试验证明，切割线速度以V≥34 m/s为宜，否则工作质量变差，难以达到90%切碎合格率的性能指标要求。取工作转速n=1 450 r/min，甩刀回转直径D=560 mm，则切割线速度为：
5 罩壳工作间隙
罩壳设计为从进口到出口部分罩壳的曲线为偏心圆，进口工作间隙Δ1至出口工作间隙Δ2由小逐渐变大（如图1所示）。进口部分间隙Δ1小是为了增强粉碎效果，间隙太大不利于粉碎；出口部分不参与粉碎，间隙Δ2大可使秸秆易抛出。
6 秸秆的切割长度
机器前进速度Vm=2.32 km/h，秸秆切碎长度根据上面的假设条件进行估算。秸秆随着机器前进速度而不断均匀喂入，在喂入口处不断被甩刀切碎。
L=V/m×n （1）
式中：L为切碎长度，m；V为机器前进速度，
m/min；m为每旋转一周铅重平面内甩刀数量；n为切碎刀轴转速，r/min。
最长切碎长度应取切碎轴转速最低值时，每转一转平面内最少甩刀数量进行计算。已知：V=2.32 km/h；切碎轴最低转速按其额定转速80%计算，n=1 500×80%=1 200 r/min；取Z=1。将已知数代入式（1）中，计算得：
因为32 mm<100 mm，所以计算结果满足秸秆切碎的有关要求。
7 静平衡、动平衡
秸秆切碎还田机的刀辊是高速旋转的转子，刀辊的不平衡会使机具产生剧烈的振动，还会引起刀轴的挠曲和内应力，使刀轴产生疲劳断裂，并会加速轴承、油封的磨损及其他零件的损坏，从而降低机具的工作效率和使用寿命。因此，必须选用合理的甩刀排列方式，保证刀辊运转时具有良好的动平衡。防止各种不利因素出现，避免危险，这也是刀片排列的重点所在。
8 结语
玉米是我国主要的粮食作物，但玉米收获后的秸秆处理是一大难题，据统计，仅有50%的秸秆资源能得到有效利用，其余都在田间白白烧掉。这不仅是巨大的浪费，更重要的是造成了大气严重污染。秸秆切碎还田是增加土壤有机质的主要措施之一，秸秆切碎还田的土地增产效果十分明显，玉米大约可增产10%。在玉米收获机上增设秸秆切碎还田装置，不仅增加了作业项目，提高了经济效益，改善了收获环境，还能节省大量的人力从事其他产业从而增加收入，为社会多做贡献。
参考文献
[1] 王昆，何小柏.机械设计课程设计[J].北京：高等教育出版社，1995.
[2] 孙学军，王频.秸秆切碎还田机的研究现状与思考[J].新疆农机化，2001（2）：41-43.
[3] 肖戟，李剑飞，牛云鹏.玉米联合收获机典型切碎部件的研究[J].机械设计与制造，2011（7）：130-132.
关键词：农业机械；玉米收获机；秸秆切碎还田机；型式选择；参数确定
中图分类号：S225.51 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2016）02-0023-02
玉米是辽宁省主要粮食作物之一，每年种植面积达200多万hm2，约占全省耕地面积的3/5。以往秋季收获玉米时，主要依靠人工作业，对秸秆或者回收、或者在田间烧掉，工效低、劳动强度大，导致土地地力越来越低和秸秆资源极大浪费。随着秸秆还田技术的应用普及，越来越多的农户认识到秸秆切碎还田的好处。秸秆切碎还田是增加土壤有机质、改善土壤结构、防止地表板结、增强农业后劲的一项实用技术措施。它不但解决了目前因化肥施用过多而带来的不良后果，也解决了秸秆过剩而堆积以及焚烧造成的环境污染问题。目前，我国很多省市都在积极推广秸秆切碎还田技术，已呈现出“秸秆切碎还田机热”的势头，各种类型的机具相继出现，发展前景十分可观。考虑到辽宁省的实际情况，认为在玉米收获机上配置秸秆切碎还田机大有可为、势在必行。
1 切碎工作部件型式的选择
秸秆切碎还田机根据其结构型式可分为卧式和立式两种。现有秸秆切碎还田机以卧式机居多，其结构简单，工作也比较可靠，所以采用卧式切碎还田机进行研究。
切碎工作部件（甩刀）从型式来分有直刀型、锤爪型、滚筒式、圆盘式和L型等。1） 直刀型甩刀。由于小麦、水稻等秸秆细而软、质量轻，粉碎这类秸秆以切割为主、打击为辅，需有支承切割，且刀刃要求锋利，所以采用直刀型较好，但这种刀片要求较复杂。2） 锤爪式甩刀。由于锤爪质量大且重心靠近刀端，所以转动惯量大，打击性能较好，但其功耗较大。3） 滚筒式甩刀。滚筒式为有底刃切割，需要有定刀和喂入机构，而且工艺流程复杂。4） L型甩刀。玉米秸秆粗而脆，刚度较好，切碎这类秸秆以打击与切割相结合，利用滑切作用可以减少30%～40%的切割阻力，动刀片一反一正成对地铰结在动刀座上，这种连结固定方式在一定程度上可以防止切碎刀在碰到和茎秆一起进入切碎装置里的硬杂物（如石块、铁器等）时发生切刀断裂现象。所以确定采用L型甩刀作为切碎工作部件。
2 割幅的确定
辽宁省玉米种植行距多为500～600 mm。按一次切碎3行设计，确定工作幅宽为2 000 mm。
3 喂入口结构及定刀高度
喂入口结构及定刀高度直接影响秸秆的喂入性能。喂入部分必须有一定的秸秆层厚度，起支承约束作用，才能防止秸秆由于惯性向前飞出，避免漏切现象。如图1所示，减小喂入口高度会使割茬高度明显增大，但H值也不能大于R h之值，否则切下的秸秆容易向前飞出，造成喂入不利的现象。H值的范围应控制在如下区域内：R/2 h-50≤H≤R/2 h 50。
4 甩刀回转半径及切割线速度
据有关资料介绍，国产几十种秸秆切碎机具的甩刀回转半径为240～300 mm，主轴转速为1 250～1 850 r/min。试验证明，切割线速度以V≥34 m/s为宜，否则工作质量变差，难以达到90%切碎合格率的性能指标要求。取工作转速n=1 450 r/min，甩刀回转直径D=560 mm，则切割线速度为：
5 罩壳工作间隙
罩壳设计为从进口到出口部分罩壳的曲线为偏心圆，进口工作间隙Δ1至出口工作间隙Δ2由小逐渐变大（如图1所示）。进口部分间隙Δ1小是为了增强粉碎效果，间隙太大不利于粉碎；出口部分不参与粉碎，间隙Δ2大可使秸秆易抛出。
6 秸秆的切割长度
机器前进速度Vm=2.32 km/h，秸秆切碎长度根据上面的假设条件进行估算。秸秆随着机器前进速度而不断均匀喂入，在喂入口处不断被甩刀切碎。
L=V/m×n （1）
式中：L为切碎长度，m；V为机器前进速度，
m/min；m为每旋转一周铅重平面内甩刀数量；n为切碎刀轴转速，r/min。
最长切碎长度应取切碎轴转速最低值时，每转一转平面内最少甩刀数量进行计算。已知：V=2.32 km/h；切碎轴最低转速按其额定转速80%计算，n=1 500×80%=1 200 r/min；取Z=1。将已知数代入式（1）中，计算得：
因为32 mm<100 mm，所以计算结果满足秸秆切碎的有关要求。
7 静平衡、动平衡
秸秆切碎还田机的刀辊是高速旋转的转子，刀辊的不平衡会使机具产生剧烈的振动，还会引起刀轴的挠曲和内应力，使刀轴产生疲劳断裂，并会加速轴承、油封的磨损及其他零件的损坏，从而降低机具的工作效率和使用寿命。因此，必须选用合理的甩刀排列方式，保证刀辊运转时具有良好的动平衡。防止各种不利因素出现，避免危险，这也是刀片排列的重点所在。
8 结语
玉米是我国主要的粮食作物，但玉米收获后的秸秆处理是一大难题，据统计，仅有50%的秸秆资源能得到有效利用，其余都在田间白白烧掉。这不仅是巨大的浪费，更重要的是造成了大气严重污染。秸秆切碎还田是增加土壤有机质的主要措施之一，秸秆切碎还田的土地增产效果十分明显，玉米大约可增产10%。在玉米收获机上增设秸秆切碎还田装置，不仅增加了作业项目，提高了经济效益，改善了收获环境，还能节省大量的人力从事其他产业从而增加收入，为社会多做贡献。
参考文献
[1] 王昆，何小柏.机械设计课程设计[J].北京：高等教育出版社，1995.
[2] 孙学军，王频.秸秆切碎还田机的研究现状与思考[J].新疆农机化，2001（2）：41-43.
[3] 肖戟，李剑飞，牛云鹏.玉米联合收获机典型切碎部件的研究[J].机械设计与制造，2011（7）：130-132.