旋耕施肥播種開溝復式作業機關鍵部件設計

陳國柱 於海明 張大成

(1.上海海豐現代農業有限公司豐華農機站，上海 200000；2.南京農業大學，江蘇 南京 210095)

稻-麥輪作和稻-油輪作是江蘇省主要的耕作模式。由于兩熟制季節資源分配沖突，油菜、小麥播種需在水稻收獲后立即進行，農業生產存在諸多問題：一是油菜直播和移栽機械作業質量較差，油菜種植基本以手工勞動為主，勞動強度高，生產效率低；小麥種植通常先旋耕一次后再進行機械播種，稻茬田土壤含水率高，土壤粘重，采用一般的旋耕機械難以將土壤加工細碎，作業效果不理想。二是秸稈處理、旋耕、播種、施肥等作業工序繁多，耗工耗資，耽誤農時。三是深耕深翻能耗與作業工序多，機械下地次數多，作業成本高，對土壤破壞嚴重。作業后地表水分散失嚴重，不利于原墑出苗。四是秸稈焚燒屢禁不止，嚴重污染環境。針對以上問題，本文旨在研究一種旋耕施肥播種開溝復式作業機具，機具下田一次，可以完成秸稈粉碎、施肥、播種、覆蓋等作業工序，不僅能大大降低勞動強度和生產成本，提高作業質量和效率，減少秸稈焚燒污染，還可以減少土壤壓實和耕翻次數，改善土壤可耕作行,提高土壤肥力，提高出苗率。

1 復式作業機的總體設計方案

結合國內外現有旋耕開溝施肥播種復式作業機研究現狀綜合考慮，確定復式作業機整體結構如圖1所示。

1.機架；2.復合肥箱；3.尿素箱；4.種箱；5.調節手輪；6.高度調節裝置；7.鎮壓；8.護溝裝置；9.雙圓盤開溝器；10.地輪；11.輔助開溝裝置；12.旋耕及開溝裝置；13.側邊傳動箱

設計作業機是三點式的掛接方式，下地能夠一次性地進行旋耕、開溝、施肥、播種、覆土、鎮壓作業。旋耕開溝動力采用側邊齒輪傳動，旋耕刀滾布置在施肥管之后，肥料落地之后直接將其旋耕帶入土壤，旋耕刀軸中間加裝開溝刀盤開出排水溝。側邊傳動齒輪箱后側設置地輪，地輪與電機轉速匹配，驅動排種軸與排肥軸，播種采用雙圓盤開溝器開出種溝，開溝器之后連接高度可調的鎮壓輪，對播種行進行適當鎮壓，單體采用單鉸鏈與彈簧組合方式控制播深。通過以上結構完成施肥播種鎮壓工作。

2 關鍵部件的設計

2.1 旋耕裝置設計

根據我國旋耕機配套彎刀的國家標準(GB/T 5669-2008)，刀座式彎刀有3種型式，包括Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型。Ⅰ型刀是用于一般的水、旱田耕作，刀輥回轉半徑分為225、245、260mm 3種；Ⅱ型刀主要在水田綠肥、稻茬、麥茬較多的田地里作業，刀輥回轉半徑分為195、210、225、245、260mm 5種；Ⅲ型刀主要進行淺耕作業，刀輥回轉半徑分為150、175mm 2種。根據機具旋耕的作業環境，選擇ⅡT225型刀片作為本機具的旋耕刀片。該型號彎刀的工作幅寬b為52mm，拉裂土壤的寬度b’為15～20mm，本設計中取18mm，根據公式知旋耕刀座間距b0為70mm，復式作業機的工作幅寬為2.3mm，置留0.2m的排水溝寬度后，得到旋耕幅寬為2.1m，計算出該復式作業機的所需彎刀數為60。

為避免旋耕后土壤拋灑不均導致壅土等情況，本設計刀片方向設置為兩側拋土方式。具體刀片排列方式如圖2所示。

圖2 刀片排列

2.2 開溝裝置刀片選型與排列方式設計

根據彎刀類型特點和排水溝的開溝要求，選IIT260刀片為開溝彎刀。再結合IIT260刀片的工作參數、開溝深度、機具布置空間等因素，確定開溝刀盤的直徑，為400mm。

根據旋耕刀片的工作原理，增加刀片數量，或者加快刀盤轉速，都能夠減小切土節距，強化碎土效果。但如果刀盤的轉速過高，就對機具結構提出了更高要求，導致成本上升；如果刀片布置過密，容易導致纏草壅堵。本機具中，旋耕和開溝刀盤同軸固連，通過對作業質量、制造條件、加工成本等進行綜合考慮，確定刀輥的轉速為270r/min。該機具作業的土壤粘重，而且含水率高，結合實際生產經驗選取切土節距為5cm。擬定機具工作速度為3km/h。然后按以上工作參數，對每個軸向切土單元內所需要的刀片數量進行計算，結果為3.85，取整后，確定開溝刀盤兩側應安裝的彎刀數均為4把。

為了更好地進行切削拋土、減小作業時對機具造成的振動與沖擊，在安裝彎刀時，開溝刀盤兩側要左右交替排列，彎刀都應朝向外側，如圖3所示。

圖3 開溝刀盤結構圖

將上述旋耕、開溝裝置設計參數選定后，建立刀輥的三維模型，得到模型圖4。

圖4 旋耕開溝刀軸

2.3 護溝裝置設計

圖5 護溝裝置三維模型

如圖5所示，護溝裝置2塊側板下方分別由四組鉸鏈連接于底板，底板前端與機架連接，兩護溝板上方通過兩組絲桿與固定于底板的方管相連接，通過旋轉螺栓長度可改變兩護溝板角度，滿足不同土壤條件下的作業要求。設計兩護溝板角度可調范圍為0～15°，參照排水溝的要求，設計護溝板的高度為220mm，長度為800mm，從清土鏟之后一直延伸至鎮壓輪后部，避免雙圓盤開溝器與鎮壓輪作業時擠壓土壤，保護穩固排水溝溝型。

2.4 施肥播種裝置——螺旋槽式小麥排種器的設計

為方面排種器實現稻麥兩用式排種，設計了一種螺旋槽式小麥精量排種器，主要包括外殼、金屬墊片、調節手輪、彈簧、排種輪、主軸、毛刷、毛刷支座、擋種塊等，具體結構如圖6(a)所示。

1.外殼(左)；2.金屬墊片(左)；3.調整手輪；4.彈簧；5.播量調節裝置(螺旋角度)；6.毛刷支架；7.毛刷；8.殼體；9.主軸；10.排種輪(螺旋角度同5)；11.金屬墊片(右)；12.外殼(右)；13.排種軸；14.護種裝置；15.種子

排種器裝配后如圖6(b)所示。排種輪上的間隔可以均布排種槽，播量調節裝置和排種輪之間可以安裝彈簧。稻麥播種時，根據播量調整手輪將工作長度調至對應區間，實現播量調節。排種器工作時，種子受到重力和種子間作用力，進入排種輪槽，從而完成充種，電機驅動排種軸，帶動排種輪和播量調節裝置，使槽內種子隨者排種輪轉動到清種區，用毛刷清理槽外多余的種子，輪槽內的種子通過護種裝置進入投種區，最后完成播種作業。

3 結語

本設計將旋耕、施肥、排種、開順溝等功能集中于一體，實現了一次作業完成耕地、碎土、施肥、播種、開溝的過程，機具功能集成、下地次數少，保護了耕作土壤的壓實的問題，提高了作業效率。