摘要：针对秸秆处理难的问题，设计一种新型秸秆覆盖耕播联合作业机。该机具能在前茬秸秆留于田表的条件下实施秸秆覆盖耕播联合作业。本文重点介绍了这种秸秆覆盖耕播联合作业机的工作原理、整体结构及关键零部件的设计。该机具目前已通过试验验证，实现了预定功能。
关键词：秸秆覆盖，耕播，作业机，设计
0 引言
长期以来如何有效处理大量的农村秸秆问题，成为农业可持续发展的一项最大挑战。秸秆直接还田是实现秸秆资源化利用最为有效的途径。现行的秸秆还田传统作业机具一般有秸秆粉碎灭茬机和秸秆粉碎犁翻复合作业机等机型，其基本原理都需要将秸秆深翻或混翻入土，作业效率低、成本高。我国稻麦两熟制的稻茬田收种作业时间衔接紧，秸秆得不到及时处理就会严重影响下熟作物的适时播种。因此必须创新思维，另辟蹊径，深化农机农艺技术融合，探索秸秆处理和利用新途径。
本文设计的秸秆覆盖耕播联合作业机具有功能全、效率高、能耗低、适应性强等优势，主要应用于稻、麦作物，同时也可为油菜、玉米等作物实现秸秆覆盖下的机械化耕种作业提供借鉴。产品具有秸秆还田、施肥、耕地、播种等复合功能，适合应用于规模化生产，具有广阔的产业化应用前景。
1 机具整体结构设计
机具主要应用于秸秆覆盖下的机械化条耕条播作业。主要结构由秸秆切割机构、万向节总成、施肥播种机构、秸秆捡拾清理输送机构、镇压覆土机构、旋耕机构和机架等几部分组成。整体设计装配方案如图1所示，具体部件为：万向节传动轴、肥料箱、秸秆切割机构、种肥箱传动轴、旋耕机构、镇压覆土机构、限深轮、种子箱、秸秆捡拾清理输送机构、机架等零部件组成。
1．1 工作原理
该机具由80PS以上轮式拖拉机驱动，由限深轮支撑整体机具。经由万向节总成将拖拉机的输出动力传送至机具中部齿轮箱，齿轮箱驱动旋耕装置和秸秆捡拾清理装置工作。在工作过程中，首先秸秆切割机构由带齿刃的波纹刀盘将秸秆根部切断分离，并将表面覆盖的秸秆沿播种行切断；然后由秸秆捡拾清理输送机构运用回转式弹拨齿输送带组合将播种行区域的秸秆呈扇形弹出分布到播种行间非耕作区域，部分秸秆被捡拾输送至机具后方并覆盖在田表，以解决秸秆对
播种行区域耕播作业的干扰影响；在秸秆处理的同时由施肥播种机构进行条施条播，旋耕机构进行旋耕作业，旋耕作业仅针对播种行区域实施；最后由镇压机构将播种行间的散土拨到播种行上，由镇压轮将土压实。在作业过程中可以通过调节限深轮的高低来调节耕深。整机仅对播种行区域作业，将播种行清理、带状条耕、播后覆盖技术相结合，达到秸秆覆盖还田的效果。
1．2关键零部件的设计
1)秸秆切割机构。秸秆切割机构(图2)主要由带齿刃的波纹刀盘和刀盘支架组成。刀盘随拖拉机的前进方向自由转动，将秸秆根部切断分离，并将覆盖在表面的秸秆切碎，便于机具后续作业。
波纹刀盘采用厚度为3mm的65Mn材料加工成型(图3)，齿尖宽2～4mm，齿口宽20～25mm，齿面成形环带宽度大于60ram。材料强度高，受力合理，刀齿易于切入土中并将秸秆咬合人齿切断。
2)施肥播种机构。施肥播种机构(图4)由镇压覆土机构提供驱动力。当机具工作时，镇压覆土机构沿拖拉机前进方向转动，利用链轮及传动轴将动力传送给施肥播种机构，机具作业前进时便开始条施条播。种肥播量由播量调节装置实现，通过旋转调节座手柄来控制播量大小，该机构能有效控制施肥播种量，保证精量播种。施肥播种机构主要由肥料箱、种箱、排肥器、播种器、传动轴总成及播量调节装置组成。
播量调节装置如图5所示，工作原理为：将UC—PL206轴承紧固安装在种肥箱箱体侧面，旋转调节座手柄，调节芯轴会随螺纹移动，当旋转调节到所需的播量后，将紧定螺栓旋紧即可，从而达到调节播量的作用。
3)秸秆捡拾清理输送机构。秸秆捡拾清理输送机构(图6)由机具中部齿轮箱总成提供动力，经过轮组将动力传至主动滚筒。机构工作时运用回转式弹拨齿输送带组合将播种行区域的秸秆呈扇形弹出分布到播种行间非耕作区域，部分秸秆被捡拾输送至机具后方，以解决秸秆干扰对播种行区域耕播作业的影响。回转式弹拨齿输送带组合的松紧可由张紧轮进行调节。秸秆捡拾清理输送机构主要由主动滚筒、从动滚筒、托杆、张紧轮及回转式弹拨齿输送带组合组成。
4)镇压机构。镇压机构(图7)当机具工作时，依靠拖拉机的拉力，镇压轮沿拖拉机前进方向运转，将播种行间的散土碾压至播种行，然后利用镇压轮压实，以达到覆土效果，避免出现露仔现象。镇压机构主要由镇压轮组合、限深轮及施肥播种动力轴组成。
5)旋耕机构。旋耕机构(图8)位于机具中部，拖拉机输出轴提供的动力源经由万向节总成将动力传送至机具中部齿轮箱，由齿轮箱带动旋耕刀轴总成工作，正常工作时旋向与拖拉机前进方向一致，旋耕刀旋向为正旋。选用1T22型旋耕刀，回转直径可达到440mm，旋耕刀每组4把沿圆周方向呈90。交叉安装，相邻两组间交叉90。，作业时仅对播种行区域进行带状条耕，有效减少功率消耗。对行旋耕机构主要由齿轮箱总成及旋耕刀总成组成。
6)整机组装结构特点。机架整体主要由型材焊接而成，其结构特点整机钢性好，左右对称，受力平衡，坚固耐用。由于耕幅大于所配套拖拉机的后轮外缘，耕后无轮胎或履带压痕，耕后地表平整，覆盖严密，工效高，油耗较低，拖拉机能下田一般就可进行耕作。
1．3设计的验证和改进
在实际试制生产和田间试验过程中，也暴露了产品设计和部件选择上的一些问题。针对存在的问题进行了一些改进。
镇压轮：原先设计时使用的是滚筒式镇压机构，在使用过程中发现滚筒式镇压机构对田表高低落差大的情况适应性很差，达不到设计要求。为此，我们改变了设计思路，选用轮式镇压装置，试验结果表明，该装置完全符合设计要求。
回转式弹拨齿输送带：原先为减轻机身重量，设计了单扭单螺栓弹拨齿，在试验过程中出现了螺栓松动或弹齿移位变形的情况。因此，将单扭单螺栓弹拨齿改成了双扭双螺栓弹拨齿，该方式结构紧凑，易于固定，弹拨效果理想。
2 机具主要技术参数及性能指标
通过2～3轮样机的试制与改进，试验获得较理想的成果，可实现秸秆全量覆盖还田，可从根本上解决秸秆还田的技术难题。样机各项技术参数、指标及社会效益如下。
2．1 技术指标
配套动力：主配45kW以上。
作业幅宽：2．5m。
作业效率：0．53～O．66hm2／h。
播种行数X行距：12行×200mm。
机组挂接方式：牵引作业，悬挂移动。
适播作物：麦类、水稻、油菜、玉米、大豆等(配置相应排种装置)。
2．2经济指标
1)作业效率：0．53～O．66hm2／h。
2)秸秆覆盖耕播联合作业成本比传统耕种模式下降50％以上。
2．3社会效益
1)运用工程技术为合理高效利用秸秆提供技术手段，从根本上解决秸秆焚烧问题。
2)推动秸秆还田，促进农业可持续发展。
3)利用秸秆覆盖的控草效应，减少农作物生长期除草剂农药的施用。
2．4经济效益
提高农机化作业效率，实现农业增效农民增收。预计耕播作业节约成本600～900元／hm2，节省秸秆禁烧管理综合成本450 750元／hm2。
3 秸秆覆盖耕播联合作业机试验结果
2016～2017年样机多次在海门市丰收家庭农场进行秸秆覆盖耕播联合作业机性能对比试验。该试验田块约1．5hm2，作业幅宽为2．5m，试验主要种植品种为小麦。样机试验各项参数如表1所示。
4机具主要优点
实践证明，本项目设计的秸秆覆盖耕播联合作业机适用于秸秆留田覆盖条件下的带状条耕条播作业。与现有技术相比，本机具有如下优点。
1)解决秸秆问题的方案有别于传统的耕翻秸秆还田和秸秆离田利用，而是让秸秆保留在地表，即秸秆覆盖还田模式，这种秸秆覆盖还田模式省去了耕翻秸秆的高功耗作业过程。
2)覆盖还田秸秆将聚集于播种行间区域，具有保墒抑草功效。
3)所有耕播作业只针对播种行区域实施，使得耕作过程功率消耗进一步降低，为大幅度提高作业效率奠定基础。
4)以独创的播种行带状耕种方式完成耕播作业全过程。
5 结论
本文所设计的秸秆覆盖耕播联合作业机经过初步试验能够完成预定的设计功能，实现秸秆留田覆盖条件下的带状条耕条播作业。在提高劳动生产力、节省劳动力、降低成本等方面效果显著，其技术在国内属领先，大大提高了江苏省农作物生产全程机械化水平。
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