玉米秸稈混埋聯(lián)合作業(yè)機的研制與試驗

摘要：秸稈粉碎還田是一種環(huán)保且高效的農(nóng)業(yè)技術(shù)，能夠改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤的透氣性和保水性，減少化肥和農(nóng)藥的使用量，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，減輕對環(huán)境的壓力。以秸稈粉碎后混埋地下技術(shù)為核心，設(shè)計一種玉米秸稈混埋聯(lián)合作業(yè)機，通過田間試驗來驗證機具的性能和作業(yè)效果。結(jié)果表明，秸稈粉碎混埋作業(yè)機可以提高玉米秸稈資源化利用效率，為推動農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞：玉米秸稈；混埋聯(lián)合作業(yè)機； 秸稈還田； 機具設(shè)計

中圖分類號：S224 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2024）03-0046-03

秸稈粉碎還田是利用拖拉機的傳動系統(tǒng)來驅(qū)動高速旋轉(zhuǎn)的粉碎部件[1-2]，將秸稈進行砍切、打擊、撕裂和揉搓，使秸稈變成碎段和纖維狀。這些碎秸稈被拋撒到田間，可以增加土壤的有機質(zhì)含量，提高土壤肥力[3]。東北地區(qū)由于其特殊的氣候條件，如低溫和干燥，使秸稈在土壤中的分解速度變慢，容易被風吹散，甚至可能引發(fā)火災(zāi)，這給秸稈還田帶來一些挑戰(zhàn)。研究以秸稈粉碎后混埋地下技術(shù)為核心，設(shè)計一種玉米秸稈混埋聯(lián)合作業(yè)機，以期為玉米秸稈的綜合利用提供支撐。

1 玉米秸稈混埋聯(lián)合作業(yè)機的結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 機具結(jié)構(gòu)

玉米秸稈混埋聯(lián)合作業(yè)機主要由懸掛機構(gòu)、機架、傳動裝置、秸稈滅茬裝置、旋耕混埋裝置、起壟裝置、鎮(zhèn)壓裝置等組成，可同時完成深松、秸稈滅茬、旋耕混埋、起壟、鎮(zhèn)壓等作業(yè)。機具與拖拉機三點懸掛系統(tǒng)連接，同時配套動力66 kW以上的輪式拖拉機，作業(yè)行數(shù)3行，作業(yè)幅寬1.8 m。

玉米秸稈混埋聯(lián)合作業(yè)機的機架為框架式結(jié)構(gòu)。秸稈滅茬裝置、旋耕混埋裝置、起壟裝置從前到后依次布置于機架下方，并與壟臺保持水平。秸稈滅茬裝置、旋耕混埋裝置均采用臥式機構(gòu)。鎮(zhèn)壓裝置布置于機架的最后端。變速箱布置于機架上方，經(jīng)萬向節(jié)及傳動軸與拖拉機的動力輸出軸連接，再通過傳動裝置來驅(qū)動滅茬裝置及旋耕土壤裝置。玉米秸稈混埋聯(lián)合作業(yè)機的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 工作原理

玉米秸稈混埋聯(lián)合作業(yè)機的秸稈滅茬裝置、旋耕混埋裝置、起壟裝置順次作用于原壟臺位置。原壟溝位置不進行主動耕作。作業(yè)時，拖拉機向前行駛，將機具放下，再連通拖拉機動力輸出軸。拖拉機動力輸出軸通過萬向節(jié)及機具傳動裝置來驅(qū)動秸稈滅茬裝置及旋耕混埋裝置。

秸稈滅茬裝置的高速旋轉(zhuǎn)滅茬刀對地上的秸稈進行砍切。秸稈在多次砍切、打擊、撕裂、揉搓作用下變成碎段狀和纖維狀，之后拋灑在田間或旋耕刀面。要求玉米秸稈粉碎長度小于100 mm，玉米秸稈粉碎長度的合格率高于92%，留茬平均高度低于85 mm，秸稈拋灑不均勻度低于20%。

秸稈滅茬后進行旋耕作業(yè)。旋耕動力裝置驅(qū)動旋耕刀旋轉(zhuǎn)，對田間土壤實施耕、耙的同時，將拋灑在田間或旋轉(zhuǎn)的旋耕刀面的秸稈進行充分混埋。

旋耕混埋作業(yè)后進行起壟作業(yè)。起壟裝置將原壟臺滅茬混埋后的土壤翻到兩側(cè)壟溝中，原壟臺位置形成壟溝，原壟溝變成壟臺。在兩側(cè)呈對稱分布的起壟刮板和鎮(zhèn)壓輥的共同作用下，形成梯形壟床，再對壟床進行鎮(zhèn)壓作業(yè)。

1.3 主要技術(shù)參數(shù)

玉米秸稈混埋聯(lián)合作業(yè)機主要技術(shù)參數(shù)見表1。

2 玉米秸稈混埋聯(lián)合作業(yè)機關(guān)鍵部件設(shè)計

秸稈滅茬裝置與旋耕混埋裝置是玉米秸稈混埋聯(lián)合作業(yè)機的主要工作部件，秸稈滅茬裝置與旋耕混埋裝置的結(jié)構(gòu)會對機具作業(yè)性能產(chǎn)生影響。

2.1 秸稈滅茬裝置

秸稈滅茬裝置主要由刀軸、滅茬刀等組成，常用的滅茬刀有錘片式、Y型甩刀式和直刀式3種類型。滅茬刀片在刀輥上的排列位置如圖2所示。

該機具的秸稈滅茬裝置改變了傳統(tǒng)滅茬刀的配置，其按壟臺位置來配置滅茬刀，滅茬刀采用分段式排列，滅茬軸上每組至少設(shè)置兩把。滅茬刀在刀端面呈螺旋排列方式，由以往的直刀式改為彎直刀組合。在壟臺位置采用直刀切割，能夠減少作業(yè)阻力，避免起壟時堵塞，作業(yè)效果比較理想。

2.2 旋耕混埋裝置

旋耕混埋裝置主要由刀軸、旋耕刀等組成。旋耕刀片在刀輥上的排列位置如圖3所示。

根據(jù)旋耕混埋作業(yè)及減小動力消耗的需要，該機具的旋耕混埋裝置改變了傳統(tǒng)旋耕刀的配置，其按壟臺位置來配置旋耕刀，每組旋耕刀至少為兩把，且與滅茬刀配置的位置相同。旋耕刀在旋耕軸端面呈螺旋排列方式。刀片在刀輥上合理排列，可確保刀軸受力均勻，降低功耗，提高作業(yè)質(zhì)量。旋耕混埋裝置采用逆銑作業(yè)方式，改變了旋耕刀軸的旋轉(zhuǎn)方向，刀軸由正轉(zhuǎn)改為反轉(zhuǎn)。旋耕刀由已耕地面入土，從耕層底部開始往前往上切土拋土，秸稈混埋效果較好，阻力較小，消耗功率小。

3 玉米秸稈混埋聯(lián)合作業(yè)機田間試驗

試驗地點選擇在溫度低、腐爛慢的遼寧省撫順市清原滿族自治縣。試驗地為丘陵壟作區(qū)，重點考核機具性能指標，分析土壤養(yǎng)分及物理特性指標。玉米秸稈混埋聯(lián)合作業(yè)機主要性能參數(shù)指標見表2。土壤物理特性對比結(jié)果見表3。

玉米秸稈混埋聯(lián)合作業(yè)機作業(yè)效果如圖4所示。

由表2、表3可知，玉米秸稈混埋聯(lián)合作業(yè)機的旋耕深度為120 mm，滅茬長度為87 mm，留茬平均高度為89 mm，生產(chǎn)率為0.48 hm2/h，機具性能指標均滿足設(shè)計要求，且壟形滿足作業(yè)要求，作業(yè)后地表平整度較為理想。土壤水解性氮高于傳統(tǒng)作業(yè)9.0 mg/kg，有效磷高于傳統(tǒng)作業(yè)18.2 mg/kg，有效鉀高于傳統(tǒng)作業(yè)16.0 mg/kg，有機質(zhì)高于傳統(tǒng)作業(yè)1.1 mg/kg。試驗結(jié)果表明，玉米秸稈混埋聯(lián)合作業(yè)機進行粉碎秸稈掩埋作業(yè)，可以培肥地力，增加土壤有機質(zhì)含量。

4 結(jié)語

玉米秸稈混埋聯(lián)合作業(yè)機整合了秸稈粉碎和混埋技術(shù)，將粉碎后的秸稈埋入地下，不僅能夠促進秸稈的快速分解，還可以減少農(nóng)業(yè)廢棄物對環(huán)境的影響，提高土壤肥力和作物產(chǎn)量，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻

[1] 劉欣，婁春榮，牛世偉.一種物料撒施與秸稈粉碎還田聯(lián)合作業(yè)機具的設(shè)計[J].農(nóng)業(yè)科技與裝備，2021（5）：16-17.

[2] 戴繼光.玉米秸稈機械粉碎深翻還田培肥技術(shù)效果研究[J].農(nóng)業(yè)科技與裝備，2021（3）：31-33.

[3] 袁興茂，李霄鶴，焦海濤，等.秸稈粉碎集中全量深埋還田機設(shè)計與試驗[J].農(nóng)業(yè)機械學(xué)報，2023，54（S1）：27-35.

基金項目：遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院學(xué)科建設(shè)計劃項目（2022DD289549）