1MHQ-210型灭茬还田起垄机的设计与研究

梁玉成，许剑平，林君堂，谢宇峰，郝剑英

(黑龙江省农业机械工程科学研究院，哈尔滨 150081)

0 引言

秸秆还田技术是当今世界上最为普遍、受重视度最高的一项培肥地力的增产措施，其在杜绝秸秆焚烧所造成环境污染的同时，还有增肥增产的作用。合理的秸秆还田措施能增加土壤有机质，改良土壤结构，使土壤疏松，孔隙度增加，容量减轻，促进微生物活力和作物根系的发育。经过多年的摸索，结合黑龙江省黑土种植区的土壤特性(特别是玉米种植区)，在多年对耕整地机械的研究基础上，设计开发了一款1MHQ-210型灭茬还田起垄机。机具一次进地即可完成根茬、秸秆粉碎、碎土混拌、起垄成型的联合作业，作业后根茬秸秆粉碎效果明显、机具使用灵活方便、维护保养简单，减少了拖拉机的进地次数和对土壤的有害压实，特别适用于零散的中小地块机动作业，能满足黑龙江省现阶段玉米种植区的秸秆、根茬全量还田的实际需求。

1 设计原理及主要技术参数

1MHQ-210型灭茬还田起垄机的设计研究，是主要以“国家玉米产业技术体系任务”和“黑龙江省农业科学院农业科技创新跨越工程专项”这两个项目为平台依托，通过对现阶段黑龙江省实际秸秆还田状况的分析和农户的大量走访，结合市场上现有的秸秆还田装备技术特点，通过一系列的深入研究而设计的一款根茬秸秆还田作业机具。机具主要设计参数见表1。

表1 机具主要参数

2 机具结构

2.1 结构形式和工作原理

根据黑龙江省“黑土地”土壤特性与农机农艺技术要求，对1MHQ-210型灭茬还田起垄机的配置结构、配套动力和运输方式等方面进行了系统的设计和优化。该机的挂接形式为三点全悬挂式，配套拖拉机在作业时，拖拉机将牵引力通过三点悬挂传递给秸秆根茬还田机，通过调节拖拉机的下悬挂和上拉杆使机具与拖拉机对中并与地面水平，进而保证机具作业时左右受力一致、耕深相同，作业过程为：秸秆粉碎→混拌还田→起垄镇压。

2.2 总体参数的设定

2.2.1 配套动力

1MHQ-210型灭茬还田起垄机的工作阻力主要来自秸秆粉碎部分、混拌还田部分、起垄成型部分三个作业流程的动力消耗和机具自身的重量，参考以往试验数据和田间试验数据，机具需与73.5～110.3 kW轮式拖拉机配套，其消耗的动力主要为拖拉机传动轴的输出动力。当机具作业时，初期是由拖拉机拖拽机具前进，而当前后刀辊完全入土后，拖拉机则是被机具推着前进。

2.2.2 作业幅宽

根据机具的设计结构和机具作业后预期需达到的效果要求，考虑配套拖拉机的轮距、动力消耗等多方面相关因素，我们把机具的作业行数定位为3垄，工作幅宽为2.1 m。这样既保证了机具的作业效果，又充分发挥了拖拉机的所有动力，进而达到最优配置的目的。

2.2.3 作业速度

机具需满足黑龙江省农业生产的要求，并在保证最佳作业效果的前提下，尽可能地提升机具作业速度，在相对经济的条件下提高作业效率。通过计算并与以往数据和田间试验进行校对，灭茬还田起垄机的最佳作业速度定在2～5 km·h-1之间时作业综合指标最好。当机具作业速度低于2 km·h-1时，作业效率太低；当机具作业速度高于5 km·h-1时，作业质量变差，动力消耗增大，机具磨损严重。

2.3 机具的总体结构

1MHQ-210型灭茬还田起垄机的整机结构配置是研究的重点，需保证整机配制的科学合理，结构紧凑，技术先进，可实现秸秆根茬粉碎、混拌还田、成型起垄作业。且该机具为“主动型”耕整地机具，其变速箱和旋转入土部件应安装、调整、维修便捷。

1MHQ-210型灭茬还田起垄机主要是由主变速箱总成、侧变速箱总成、机架总成、旋耕刀辊总成、混拌刀辊总成、起垄总成6部分组成(图1)。

1.机架总成；2.主变速箱总成；3.侧变速箱总成；4.旋耕刀辊总成；5.混拌刀辊总成；6.起垄总成

2.3.1 机架总成

机架总成是联接各主要工作部件的骨架，并与配套动力(拖拉机)相挂接(图2)。

2.3.2 主变速箱总成

主变速箱是将拖拉机传动轴的动力传递到作业机具，实现工作部件运转的重要部件，同时也起到改变转动方向和转速的目的，以适合作业的需要(图3)。

2.3.3 侧变速箱总成

侧变速箱总成分别位于机具的左右两侧，对称各1件总成，将主变速箱传来的动力向下传到旋耕刀辊和混拌刀辊，同时侧变速箱也是机架总成的一部分(图4)。

1.悬挂架；2.前横梁；3.上罩板；4.侧板；5.后罩板；6.弹齿筛；7.后横梁

1.输入锥齿轮；2.轴套；3.轴承；4.输出锥齿轮；5.输出轴；6.齿轮箱体

1.侧箱体；2.轴承；3.直齿轮；4.轴承端盖

2.3.4 旋耕辊总成

旋耕辊在机具前部，其作用是将土壤和秸秆根茬粉碎(图5)。

1.左右旋耕刀；2.刀轴焊合；3.轴承座；4.轴承；5.刀盘

2.3.5 七字刀轴总成

七字刀轴总成位于机具后部，将土壤和秸秆混合、粉碎并抛起(图6)。

1.七字刀；2.刀辊焊合；3.轴承；4.轴承座；5.固定螺栓

2.3.6 镇压起垄部分

本机采用双翼起垄犁铧，起垄器在工作时铲切并抬起土壤，分土板将升起的土壤分开推向两侧实现起垄(图7)。为了减少土壤在旋耕、起垄后水分损失，采用镇压轮将垄尖压实是非常重要的保墒措施(图8)。在机具经过作物秸秆、根茬粉碎还田后，对地表进行压实，减少土壤中水分的流失同时还可以减少液压系统过重的负担。

1.U型卡丝；2.固定顺梁卡板；3.铧柄焊合；4.分土板焊合；5.铧尖

1.固定螺栓；2.支架；3.轮支架；4.弹簧；5.手轮；6.镇压轮

3 试验情况及结论

该机在整机的配置设计和关键工作部件的单项研究方面都进行了多次的田间试验验证，可实现玉米秸秆根茬的一次性全量还田起垄作业，整机操作灵活、通过性好、零件更换快捷，虽然主动旋转部件对土壤会造成一定程度的破坏，但该机型满足了现阶段黑龙江省零散玉米种植区的玉米秸秆全量还田的要求，在一定程度上提升了黑土有机质的含量，有利于保护黑土地这一“耕地中的大熊猫”。

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