玉米秸秆焚烧还田一体机的设计与分析

段成承，崔有正，王子霄，韩　柳，解林松，杨广博

玉米秸秆焚烧还田一体机的设计与分析

段成承，崔有正，王子霄，韩柳，解林松，杨广博

(齐齐哈尔大学机电工程学院，黑龙江 齐齐哈尔 161006)

我国现有的秸秆收割机械大多只具有一些基础的功能，不能一次性完成收割、粉碎、打包等作业流程,极大地影响了秸秆回收再利用的效率。通过深入地调研和讨论,设计了一款新型玉米秸秆焚烧还田一体机。设计的玉米秸秆焚烧还田一体机具有以下优点：可以一次性完成对玉米秸秆的收割、粉碎、焚烧、还田等作业，提高了秸秆回收的作业效率，减少了对环境造成的污染；与传统秸秆收割机械相比，设计为内部电能循环，能有效节约能源并增大了动力；与国内目前大多数秸秆回收机轮式行走装置相比，采用履带式行走装置，可大大减小路况对机具作业的影响；创新设计了焚烧炉装置，可实现秸秆的炉内集中焚烧，规避了野外焚烧的火灾风险；对粉碎系统、打捆打压系统、传动带及液压控制系统进行了一体化创新设计，使得该机能够适用于不同环境、不同玉米品种的秸秆回收作业，还可用于收割水稻、小麦、棉花、芦苇等其他作物秸秆。

玉米秸秆焚烧；打包一体化机械；方便性；安全性；自动化；多功能化

由于我国现有的秸秆收割机械大多只具备一些基础的功能，不能一次性完成收割、粉碎、打包等作业环节，因此秸秆回收再利用的效率不高。设计了一款新型玉米秸秆焚烧还田一体机，能够一次性完成对玉米秸秆的收割、粉碎、焚烧、还田等作业环节，可以有效解决这个问题[1]。

1　设计思路与理念

玉米秸秆焚烧还田一体机的主要设计思路为：采用履带式行走装置，可大大减少恶劣路况对作业的影响，使玉米秸秆焚烧还田一体机可以在地形复杂的田间作业[2]；将旋转刀片与传送带进行有机结合，可以实现秸秆的自动化收集，减少人工操作；采用电力驱动，可以基本实现“零排放”作业[3]；配置照明灯，可在夜间作业，以提高机具使用效率[4]；设计并配置专用粉碎机，使玉米秸秆焚烧还田一体机具备秸秆粉碎功能，实现一机多功能，提高秸秆回收作业效率；设计太阳能充电装置，增加电能来源和储备，使玉米秸秆焚烧还田一体机更加环保、实惠；采用搅拌电机，使膨润土与粉碎的秸秆充分融合；采用焚烧炉，将粉碎的秸秆就地焚烧还田，让草木灰直接成为农田肥料，以达到废物利用的目的[5]。

玉米秸秆焚烧还田一体机的主要设计理念为：通过内部电能循环，实现节约能源和增大动力的目标；通过对粉碎系统、打捆打压系统、传动带及液压控制系统进行一体化创新设计，实现玉米秸秆焚烧还田一体机的一机多用，不仅能够适用于不同环境下不同品种的玉米秸秆焚烧还田作业，还可用于收割水稻、小麦、棉花、芦苇等其他作物秸秆；通过创新设计焚烧炉装置，实现秸秆的炉内集中焚烧，以规避野外焚烧的火灾风险和环境污染风险。与国内目前大多数秸秆回收机轮式行走装置相比，采用履带式行走装置，可大大减小路况对机具通行及作业的影响

2　结构及工作流程设计

2.1　结构设计

玉米秸秆焚烧还田一体机的结构如图1所示，主要由秸秆进给结构、粉碎机结构、膨润土箱结构、玉米秸秆搅拌成型结构、燃烧炉和尾气净化装置组成。

1　粉碎机；2　护壳；3　外壳；4　驾驶室；5　座椅；6　控制台；7　传送带；8　粗切割刀片；9　铁轨；10　机车体；11　发动机；12　离合控制器；13　保险杠；14　控制器；15　车门；16　轨道轮；17　车架；18　左右护栏；19　后传送带；20　压缩机；21　压缩机顶盖；22　搅拌机；23　膨润土箱；24　燃烧炉排气管。

2.2　工作流程设计

玉米秸秆焚烧还田一体机的工作流程如图2所示,主要工作原理为：启动机器，通过操作操纵杆让切割刀片切、抓地面秸秆；通过传送带，将秸秆传送到粉碎机内；粉碎机接收到传输过来的秸秆后，开始粉碎秸秆；通过粉碎机下壳将粉碎后的秸秆传送到搅拌器，并使秸秆粉碎物与膨润土在搅拌器内得到充分搅拌；秸秆粉碎物与膨润土经过黏合后被送入压缩机；通过压缩机将秸秆膨润土粉碎混合物压缩并送入焚烧炉；通过焚烧炉将混合物焚烧成为草木灰，将草木灰还田成为肥料；利用燃烧热给座椅附加加热功能，以提高东北低温环境下操作的舒适性；配置照明灯，以便夜间作业；配置附加储物箱，便于操作人员存放物品。

图2　工作流程

3　理念创新

研发玉米秸秆焚烧还田一体机，解决了传统玉米秸秆收割机效率低、功能单一、易发生故障、造成空气污染等问题。通过创新，设计安装了全自动履带式行走装置、粗切割刀片、筛选体曲柄滑块电机、可调节角度连接件、粉碎机、搅拌器、膨润土箱、压缩机、接料设备、传送电机、左右护栏、储物柜、发电机、太阳能板、承接板传动电机、皮带、尾气净化器、镭射大灯、发动机等，实现了设备功能的多元化与自动化,提高了绿色环保性和安全性。

通过一系列改进，使玉米秸秆焚烧还田一体机不仅能集收割、粉碎等原有功能于一体，还能实现了玉米秸秆收割机的多功能化，提高了工作效率；在为用户提供高效、便捷、舒适的玉米秸秆焚烧还田设备的同时，又保证了人身安全。

4　结语

设计的玉米秸秆焚烧还田一体机具有以下优点。

(1)结构简单。通过设计安装离合控制器, 实现对玉米秸秆收割、粉碎等机械速度的稳定控制；采用全自动履带式行走装置，可以使机械作业的地域局限性大大降低。

(2)设计安装护栏和镭射大灯，可以保障用户的人身安全。

(3)在驾驶室内附加安装储物柜，可以增加操作人员的储物空间。

(4)在驾驶室内安装了电风扇、座椅加热装置，提高了不同天气下操作人员的舒适性。

(5)能够一次性完成对玉米秸秆的收割、粉碎、焚烧、还田等作业环节，极大地提高了玉米秸秆回收的作业效率。

综上所述, 通过创新设计玉米秸秆焚烧还田一体机，有效解决了传统玉米秸秆收割机的效率低、功能单一、易发生故障、造成空气污染等问题，并提高了操作人员的舒适性和安全性。研发的玉米秸秆焚烧还田一体机具有广阔的市场前景和巨大的现实意义，为后续开发、设计类似的机具提供一些参考。

[1] 甘肃省农业机械化技术推广总站.玉米全株青贮机械化收获技术[J].农机科技推广,2021(5):16-18.

[2] 陶归中,王太宏.靖远县玉米秸秆机械化处理应用探索[J].农机使用与维修,2021(5):147-148.

[3] 王敏,黄鹏.机械化秸秆还田离田技术验证分析[J].农机科技推广,2019(2):54-56.

[4] 田昆鹏,李显旺,张彬,等.4YD-3型背负式玉米收割机设计研究[J].中国农机化学报,2019,40(1):13-17.

[5] 黄继承,张彬,田昆鹏,等.4LYZ-3K型穗茎兼收玉米收获机设计与试验[J].中国农机化学报,2018,39(10):7-11,27.

[6] 李伟.小麦秸秆还田、离田机械化技术验证结果分析[J].农业机械,2018(9):78-80.

Design and analysis of the integrated machine for corn stalk burning and baling

DUAN Chengcheng, CUI Youzheng, Wang Zixiao, HAN Liu, XIE Linsong, YANG Guangbo

(School of Mechanical Engineering, Qiqihar University, Qiqihar, Heilongjiang 161006, China)

Most of the existing straw harvesting machines in China only have some basic functions, and can not complete the harvesting, crushing, packaging and other operations at one time, which greatly affects the efficiency of straw recycling. A new corn stalk incineration and field return machine was designed through in-depth investigation and discussion. The designed corn straw burning and returning machine has the following advantages: it can complete the corn straw harvesting, crushing, burning, returning and other operations at one time, improve the straw recovery efficiency, and reduce the pollution to the environment. Compared with traditional straw harvesting machinery, it is designed for internal electric energy circulation, which can effectively save energy and increase power. Compared with most of the wheel walking devices of straw recycling machines in China, the crawler walking devices can greatly reduce the influence of road conditions on the operation of the machines and tools. The incinerator device is innovatively designed, which can realize the centralized burning of straw in the furnace and avoid the fire risk of field burning. The integrated innovative design of the crushing system, baling and pressing system, transmission belt and hydraulic control system makes the machine suitable for straw recovery in different environments and corn varieties. It can also be used to harvest rice, wheat, cotton, reed and other crops.

incineration device for corn stalks; integrated machinery for packaging; convenience; safety; automation; multifunctional

S224

A

2096–8736(2021)05–0007–03

齐齐哈尔大学2021大学生创新创业训练计划项目(202110232086)；2021年省级大学生创新创业训练计划项目(202110232086)。

段成承(2000—)，男，黑龙江佳木斯人，大学本科，主要研究方向为机械设计制造及自动化。

通信作者：崔有正(1987—)，男，黑龙江鸡西人, 博士，讲师，主要研究方向为高速切削加工理论、先进刀具设计及数控加工技术。

责任编辑：张亦弛

英文编辑：吴志立