1ZS—150型旱直播水稻田碎土与清洁平地联合作业机的设计

董可宏　关昕　孙喜巍

摘 要：现有的水田耕整机械完成水田的旱耕整地作业后，土壤状况均难以较好地满足水稻旱直播土地条件的要求。结合当前水稻旱直播作业的实际耕作需求，设计一种旱直播水稻田碎土与清洁平地联合作业机，达到土壤细碎、土地表面平整度好、土壤清洁度高、可有效清除播种层土壤内的秸秆及杂草、满足水稻旱直播作业要求的目的。

关键词：水稻旱直播；稻田碎土；清洁平地；联合作业机

中图分类号：S2224 文献标识码：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.08.012

0 引言

近年来，随着我国城镇化建设的加快，农村劳动力向非农业生产领域转移人数的增大，农业生产劳动力的用工价格逐年快速增长。因此，具有省工省力、节本增收的水稻直播种植农艺技术得到种植户的认可和应用。但是，由于我省寒地水稻旱直播的播期早，为了确保出苗率，水稻芽种需要播在土壤浅层，播深一般控制为5～20 mm，因此水稻旱直播对直播田的耕整地要求较高，其整地后要求地面平整、土块细碎、播种层土壤内杂草含量少。采用现有的单一功能的铧式犁翻耙或旋耕机具旋耕等的耕整地方式，均难以完全达到水稻旱直播土地條件的要求，存在整地后土壤土块大、土地表面平整度差、尤其是土层内杂草、秸秆含量大的技术性问题，不能保证和达到水稻旱直播作业质量要求。

针对上述现有技术存在的问题，结合我省当前水稻旱直播作业的实际需求， 进行农机与农艺的紧密结合，设计一种能克服以上整地缺陷、实用性强、适宜水稻旱直播整地的作业机，用于在己耕地的基础上进一步细碎土壤，清除浅表层土壤中的杂草，平整振压土壤，使处理后的水田地更适合寒地直播稻的播种要术。

1 整机结构和工作原理

1.1 整机结构

如图1所示，旱直播水稻田碎土与清洁平地联合作业机主要由机架总成、动力输入传动箱、动力传动系统、碎土刀轴总成、平地粉碎镇压辊、搂草弹性耙、上罩板等部件组成。

基本设计是：在机架总成上安装动力输入传动箱和碎土刀轴总成；动力传动系统将动力输入传动箱与碎土刀轴总成连接；在机架总成上、位于碎土刀轴总成上方部位处配装上罩板；在机架总成上、位于碎土刀轴总成后方部位处，从前至后依次铰连安装搂草弹性耙和平地粉碎镇压辊，至此构成旱直播水稻田碎土与清洁平地联合作业机。

1.2 工作原理

本设计采用碎土刀轴总成与搂草平地弹性耙、平地粉碎镇压辊组合式结构，在水稻田旱整地时依次完成碎土、从土层中搂草（包括秸秆等）、镇压式平地与粉碎复式联合作业。

作业时，在拖拉机牵引下整机前行，外输动力通过动力输入传动箱、动力传动系统、驱动碎土刀轴总成旋转，利用刀轴上刀片的旋转运动和机具前进的复合运动对土壤的土块进行击打、抛掷及粉碎作业；搂草平地弹性耙在将土壤中的秸秆、杂草搂取集中清洁的同时，又对土层表面进行搂平作业；最后由平地粉碎镇压辊完成对土壤的镇压、细碎及压平作业。本机一次作业后可达到旱直播水稻田的待播状态，基本满足直播稻精细耕作的要求。

2 主要系统、部件的设计

2.1 动力传动系统的设计

整机采用中置传动箱、侧边带传动的配置方式，通过一级锥齿轮增速并改变动力传动方向，二级带传动增速，将拖拉机输出动力经传动系统传递到碎土刀轴总成，整机传动系统结构简单、传动效率高、功率消耗少。

2.2 碎土刀轴总成结构及刀具排列

刀轴总成是整机入土作业的关键工作部件，直接影响其工作性能及作业质量。不合理的设计在工作过程中会出现整机振动大、碎土效果差、耕地不平、刀轴断裂等一系列问题。本机刀轴采用组合连接式布局，即花键刀轴与刀座轴管是分开的两部分，再通过连接组合成一体，有别于刀轴花键套与刀座轴管直接焊为一体。这种结构形式的优点是：若花键刀轴的花键部分磨损，只需更换该部分，无需更换整根刀轴，换装方便，减少维修费用支出（如图2所示）。

刀轴总成要保证工作平稳、负荷均匀、避免漏耕和堵塞等现象发生，则刀片在刀轴上的合理排列配置应满足如下要求（如图3所示）：

（1）刀片按螺旋线规则排列，全部刀片按左右交错顺序依次入土，入土的转角间隔要相等。

（2）同一切削区内左右刀片数量相同且切土比相等。

（3）同一螺旋线上相邻同向刀片的相位角要求大于36°，同一截面上两刀座间夹角要求大于110°。

3 主要技术参数及性能指标

挂接方式：三点悬挂联接

配套动力：>33.1 kW

工作幅宽：1.5 m

作业深度：<10 cm

刀轴转数： 650 rpm /min

作业效率：1.0～1.5 hm2/h

碎土率%：>80%

耕后平整度：≤3 cm

结论

对整机进行了结构分析，完成刀轴总成的优化设计及理论计算。利用1ZS-150型旱直播水稻田碎土与清洁平地联合作业机进行整地作业后，土块细碎、田面平整、土层内杂草少，碎土率≥80%、地表平整度≤3 cm，符合耕作规范，达到设计指标，作业后的土地适合寒地直播稻的播种要求。