孫平平 李雪明 王曉林

(濰坊科技學(xué)院，山東 壽光 262700)

秸稈廢棄物是一種可循環(huán)利用的資源[1]。秸稈還田是當(dāng)今世界上普遍重視的一項(xiàng)培肥地力的增產(chǎn)措施，在杜絕了秸稈堆積和焚燒所造成的大氣污染的同時(shí)還有增肥增產(chǎn)的作用[2]。市面上現(xiàn)存的秸稈粉碎還田機(jī)更多的是用于室外農(nóng)作物的粉碎還田[3]，適用于大棚內(nèi)作物秸稈粉碎還田的幾乎沒有。

本文針對(duì)目前大棚作物秸稈粉碎還田機(jī)刀片裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜龐大，秸稈粉碎長(zhǎng)度較大、拋撒不均勻的問題，設(shè)計(jì)了一種鐮刀型定刀片與直型帶彎角的動(dòng)刀片配合使用的秸稈粉碎還田機(jī)刀片裝置。其工作幅寬1.2m，通過對(duì)整個(gè)裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、定刀與動(dòng)刀的加工工藝、排列與配合等關(guān)鍵因素進(jìn)行理論分析，確定了其最佳結(jié)構(gòu)組織形式及工藝參數(shù)。

1 新型秸稈粉碎還田機(jī)刀片裝置的結(jié)構(gòu)和工作原理

1.1 新型秸稈粉碎還田機(jī)刀片裝置的結(jié)構(gòu)

本文所研究的大棚作物秸稈粉碎還田機(jī)刀片裝置由定刀和動(dòng)刀結(jié)構(gòu)組成。定刀片焊接在刀片裝置機(jī)罩的內(nèi)壁上，沿直線在兩側(cè)、中間均布3組，形成定刀結(jié)構(gòu)，安裝時(shí)定刀片刃口迎向動(dòng)刀片的旋轉(zhuǎn)方向；動(dòng)刀結(jié)構(gòu)總成包括刀軸(1)、刀架(2)、刀片(3)，刀軸為圓柱回轉(zhuǎn)體零件，選用45鋼正火處理，刀架是上下邊呈小圓弧的圓角矩型，刀片呈三面刃直型，外端帶彎角，彎角取135°。矩形的刀架呈雙螺旋排列焊接在刀軸上，三面刃直形的刀片用自鎖螺母(4)固定在矩形的刀架上，構(gòu)成刀片裝置。該刀片裝置總長(zhǎng)1090mm，總寬620mm，總高715mm，結(jié)構(gòu)小巧，動(dòng)作靈活，平衡性強(qiáng)，粉碎質(zhì)量高，適用于大棚內(nèi)地塊平坦的支撐柱間作業(yè)。

1.2 工作原理

該刀片裝置是與小型拖拉機(jī)配套使用，利用輸出軸傳遞動(dòng)力，采用懸掛架升降，接動(dòng)力傳遞方式，為方便大棚內(nèi)作業(yè)設(shè)置前置形式。通過齒輪傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)刀軸高速旋轉(zhuǎn)，對(duì)大棚內(nèi)秸稈直接粉碎并拋撒還田。工作原理是隨刀軸高速旋轉(zhuǎn)的末端帶小彎曲角的直型動(dòng)刀片對(duì)秸稈進(jìn)行砍切，并在刀片裝置入口處吸壓力的作用下將其吸入裝置內(nèi)，與定刀配合使秸稈在多次剪切、打擊、撕裂作用下成剪斷狀，均勻地拋撒在田間。

2 大棚作物秸稈粉碎還田機(jī)刀片裝置關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)

2.1 定刀片與動(dòng)刀片的材料選擇及加工工藝

本機(jī)刀片材料選用50Mn。為了保持刀片良好的剪切粉碎功能，刀片刃口設(shè)計(jì)過程中，刃口角度取30°，設(shè)置0.5mm的淬火層。新型刀片設(shè)計(jì)刃口半徑為 0.35mm，并采用外磨刃形式以保持刀片刃口鋒利，新型刀片的長(zhǎng)度取100mm，寬度取 35mm。

2.2 定刀片與動(dòng)刀片的排列與配合

2.2.1 定刀片的排列

定刀片成直線型焊接在機(jī)罩內(nèi)壁的兩側(cè)和中間處，均勻分布。

2.2.2 動(dòng)刀片的排列

為了使得秸稈粉碎后能及時(shí)排出刀片裝置，避免纏繞到刀片上，一般取刀片的排列密度q為18～25片/m。刀片的排列密度計(jì)算公式為

q=N/L

式中：q為刀片密度(片/cm)；N為刀片數(shù)量(片)；L為刀片裝置長(zhǎng)度(cm)。

考慮到大棚作物秸稈濕度相對(duì)較大，若刀片的排列密度過大容易造成刀片被秸稈纏繞，影響后續(xù)的秸稈粉碎；若其排列密度過小會(huì)使得刀片空切，導(dǎo)致秸稈粉碎不均勻及粉碎長(zhǎng)度過大等現(xiàn)象。所以，在滿足工作效果的情況下取q=20片/m，將L=1.09m代入上式，計(jì)算得出N=22片。

本項(xiàng)目通過分析試驗(yàn)以上排列方式的優(yōu)缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)創(chuàng)新一款新型的雙螺線對(duì)稱刀片排列方式，使刀軸受力均勻，防止對(duì)刀軸產(chǎn)生影響，且要使刀軸受到的徑向力平衡，使其均力免震；其次要增大相鄰兩刀的徑向夾角，這樣會(huì)使得刀片的切碎效果比較好，且不易發(fā)生纏繞堵塞和空切的現(xiàn)象。

2.3 定刀片與動(dòng)刀片的配合

在考慮粉碎、拋撒效果及穩(wěn)定性等因素的基礎(chǔ)上，本文最終選擇鐮刀型定刀片與直型帶彎角的動(dòng)刀片配合作業(yè)的刀片裝置。在刀片裝置上，定刀焊接在機(jī)罩內(nèi)壁的定刀座上，與安裝在刀軸上動(dòng)刀的重合長(zhǎng)度≥75mm，安裝時(shí)定刀刃口迎向動(dòng)刀的旋轉(zhuǎn)方向，定刀片1與動(dòng)刀片2對(duì)中布置。如圖1所示。

圖1 刀片配合圖

3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果分析

3.1 試驗(yàn)條件

進(jìn)行創(chuàng)新式大棚作物秸稈粉碎機(jī)刀片裝置與傳統(tǒng)式粉碎機(jī)刀片裝置的對(duì)比試驗(yàn)。對(duì)比分析兩者在大棚內(nèi)支撐柱間作業(yè)的區(qū)域適用性、功耗、粉碎合格率、拋撒均勻度。2020年11月在山東省壽光市濰坊科技學(xué)院設(shè)施農(nóng)業(yè)示范園(地處北緯37°52′，東經(jīng)118°44′)進(jìn)行了田間試驗(yàn)，試驗(yàn)對(duì)象為“玉玲瓏”番茄秸稈，先期作了開棚一周的晾曬，秸稈含水率15.85%，較高，秸稈直徑10.12 mm，試驗(yàn)地情況滿足機(jī)具作業(yè)要求。

3.2 結(jié)果分析

試驗(yàn)結(jié)果如下表，

留茬平均高度粉碎秸稈長(zhǎng)度合格率拋撒均勻度創(chuàng)新刀片裝置83.794.884.7傳統(tǒng)刀片裝置86.590.379.8

綜上可知，當(dāng)小型拖拉機(jī)前進(jìn)速度為3.6km/h，刀軸轉(zhuǎn)速為 1498r/min，創(chuàng)新刀片裝置較傳統(tǒng)刀片裝置在留茬平均高度、秸稈粉碎長(zhǎng)度合格率及拋撒均勻度方面均有較大的改進(jìn)，滿足設(shè)計(jì)需求。同時(shí)該刀片裝置可推廣到大棚內(nèi)辣椒、茄子等作物使用，對(duì)當(dāng)?shù)氐拇笈飪?nèi)作物秸稈粉碎還田發(fā)展起到很好的促進(jìn)作用。