張洪洲，劉媛杰，王憲磊，李　勇，周　丹,蘇海飛，鄭　浩，肖豪杰

(塔里木大學 機械電氣化工程學院，新疆 阿拉爾　843300)

0　引言

我國新疆南部地區是紅棗的主產區，該地區是以紅棗和棉花為主要種植作物的地區[1-3]，且紅棗主要是以傳統的種植、采收和修剪體系為主，為實現紅棗的高產和棗農的增產增收做出了重要的貢獻。同時，也帶來了一些急需解決的問題，如忽視資源與環境保護、殘枝焚燒造成資源浪費環境污染、棗園土壤清理環節多及生產成本高等嚴重問題[4-18]。

隨著大農業的迅速發展，新疆生產建設兵團南疆墾區內矮化密植紅棗被大面積種植，紅棗的產量直線上升，紅棗的采收多采用機械化作業，這種采收方式節省了大量的勞動力，且生產效率大大提高，但伴隨著紅棗的機械化采收，紅棗樹的殘枝量也大量增加[10-25]；另外，在春季棗農要對棗樹進行修枝，將不健康的樹枝剪掉，這樣就出現大量的殘枝；紅棗成熟后，棗樹葉自然脫落，這些枯葉和殘枝覆蓋于地表，不易降解，現今采用的就地焚燒方法效果不佳，不利于環境的保護，并且造成資源的浪費[22-30]。因此，將棗園內的殘枝和枯葉等殘留物粉碎還田是解決這一問題的一條可持續發展的途徑。棗園殘枝粉碎機具的研究時間還很短，主要問題是在棗園粉碎殘枝覆蓋地殘枝和枯葉數量比較大，容易出現機具的堵塞問題，造成粉碎機的性能下降，致使粉碎性能不佳。

針對棗園殘枝粉碎機具易堵塞且我國現有的棗園殘枝枯葉粉碎機具無法用于矮化密植棗園的現狀，基于農業機械自動化技術，設計開發了一款棗園粉碎裝置，提出了殘枝收集與粉碎一體機構的理論，解決了原有棗園殘枝粉碎裝置的問題，降低了生產成本。經過一系列的試驗，該粉碎機具有較強的實用性，能夠實現棗園殘枝和枯葉的粉碎還田，為矮化密植棗園的殘枝粉碎還田提供了一種新的機具。

1　棗園殘枝粉碎裝置的設計原理及機構

1.1設計原理

針對棗園殘枝覆蓋量大、機具易堵塞等問題，設計開發了棗園殘枝粉碎裝置。棗園殘枝粉碎裝置主要由殘枝收集部分、殘枝粉碎部分和調速部分組成，如圖1所示。具體結構：裝有柴油機及轉向輪和動力輪的機架，在機架的上端后部分裝有扶手，在機架前端底部分豎向并排間隔設置5塊楔形板，楔形板上方的機架前端橫向設置防護罩和殘枝收集輥，殘枝收集輥的中心軸上均勻分布輪片，殘枝收集輥的后方機架上裝有履帶輸送裝置，在履帶下方依次為料斗、粉碎機和出料口等，粉碎機、殘枝收集輥及動力輪均由柴油機通過皮帶帶動。

工作時，通過調速部分設定粉碎裝置的行走速度和粉碎轉速等參數；柴油機啟動，通過皮帶帶動后輪行走，設備前行；楔形板將地表的殘枝鏟起，殘枝收集輥在柴油機的帶動下逆時針轉動，殘枝收集輪片將楔形板上的殘枝刮起，送至履帶，履帶將其送至料斗內；粉碎機工作，將殘枝粉碎成細小碎片，碎片通過篩網和出料口還田；工人通過扶手實現粉碎裝置轉向。

1.防護罩　2.殘枝收集輥　3.楔形板　4.轉向輪　5.底殼　6.出料口　7.篩網　8.動力輪 9.皮帶　10.柴油機　11.機架　12.扶手　13.調速控制器　14.料斗　15.中心軸及錘片　16.履帶輸送裝置

該裝置需要配備12kW及以上的柴油機使用。該裝置的主要技術參數如下:

外形尺寸/mm：2 100×1 000×900

收集幅寬/mm：1 000

收集深度/mm：0～50

作業速度/km·h-1：1.08～3.6

輥輪轉速/r·min-1：54～108

粉碎中心軸轉速/r·min-1：270～1 620

1.2殘枝收集部分

殘枝收集部分包含楔形板、防護罩和殘枝收集輥。在收集輥上等間隔安裝刮片，共4片。這樣避免了在旋轉時殘枝的阻塞，使輥軸受力較為均勻，動力消耗小。殘枝收集輥結構示意圖如圖2所示。

圖2　殘枝收集輥示意圖

1.3殘枝粉碎部分

殘肢粉碎部分包含料斗、中心軸及錘片、篩網和出料口。在粉碎機的中心軸上等間隔地安置刀片和錘片。粉碎中心軸結構示意圖如圖3所示。

圖3　粉碎中心軸示意圖

1.4調速部分

調速部分是以單片機為核心的調速控制器，主要由單片機、電瓶、電啟動、發電機、電源變換電路、鍵盤、顯示屏、步進電機及角速度傳感器等組成。調速部分系統框圖如圖4所示,系統軟件采用匯編語言編程流程圖如圖5所示。

圖4　調速部分系統框圖

圖5　調速部分系統軟件流程圖

2　田間試驗與結果

2.1試驗條件及依據

田間試驗地點為新疆生產建設兵團農一師九團13連。該地區大面積種植矮化密植紅棗。棗園春季修枝之后開始進行殘枝粉碎還田試驗。殘枝覆蓋量180kg/100m2。試驗時，每次對100m2的試驗田，以粉碎率為考核指標，進行粉碎試驗，試驗因素為作業速度U、輥輪轉速V和中心軸轉速W。3個參數的詳細指標如表1所示。

2.2正交試驗與數據分析

進行組合試驗，每次試驗以100m2的試驗田為單位，將其地表上的殘枝粉碎還田，測定其粉碎率。將試驗結果指標依次填入正交表中，如表2所示。

表1　主要參數指標

表2　正交試驗數據表

續表2

由表2可以看出：當作業速度為1.5km/h、輥輪速度為108r/min、中心軸速度為1 450r/min時，粉碎效果最佳。

3　結論

通過試驗驗證了所設計的棗園殘枝粉碎裝置的有效性，為棗園的清田整地及殘肢枯葉粉碎還田工作提供了參考。

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