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秸秆粉碎机的设计
1概述
1.1 秸秆粉碎机设计的必要性
秸秆中含有的氮、磷、钾、镁、钙、硫等元素是农作物生长必需的主要营养元素，是我国重要的有机肥源之一。实践证明：秸秆还田后，土壤中氮、磷、钾养分都有所增加，尤其是速效钾的增加最明显。秸秆中有机质的含量平均为15％左右。据测定，湿玉米秸秆含氮量为0.61％，含磷量为0.27％，含钾量为2.28％，如果每亩地还田秸秆1000 kg，则可增加有机质150 kg。每亩地一年若还田鲜玉米秸秆1250 kg，则相当于4000 kg土杂肥的有机质含量，含氮、磷、钾相当于18.75 kg碳氨、lO埏过磷酸钙和7.65耗硫酸钾，同时还能补充其它多种营养元素。
秸秆还田还能改善土壤的团粒结构和理化性状。作物秸秆富含纤维素、木质素等富碳物质，它是形成土壤有机质的主要来源，因而秸秆还田有利于更新和增加土壤有机质。秸秆在耕翻入土之后，在分解过程中进行矿质化，释放养分，同时进行腐殖质化，使一些有机质化合物缩合脱水，形成更复杂的腐殖质，从而改善了土壤的结构及保水、吸水、粘结、透气、保温等性状，提高了土壤本身调节水、肥、温、气的能力。土壤有机质含量增加，养分结构趋于合理，可使其容重降低，土质疏松，通透性提高，犁耕比阻减小。秸秆覆盖和翻压对土壤有良好的保墒作用并可抑制杂草生长，特别是干旱贫瘠地区，对节约水利资源和培肥地力都很重要，而秸秆覆盖还田所具有的蓄水保墒，保持水土的作用，可以达到节水培肥的目的。总而言之，秸秆还田能有效增加土壤有机质含量，改良土壤结构，培肥地力，对于改良土壤有着积极的作用，特别对缓解我国氮磷钾比例失调的矛盾，弥补磷、钾化肥不足，促进农业可持续发展有十分重要的意义。 秸秆还田劳动强度大、时间短，为了保证还田质量，减轻劳动强度、提高工作效率，应采用机械进行秸秆还田作业。秸秆还田作业用机具是保证秸秆还田作业的质量、减轻劳动强度、提高工作效率必不可少的工具，也是大面积推广秸秆还田必需的条件。我国机械化秸秆还田机具处于起步阶段，我们急需研制一种能够一次性同时将玉米秸秆进行粉碎、灭茬、旋耕、覆盖等多道工序的适用机型。
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1.2秸秆粉碎机具的国内外研究
秸秆是粮食生产中的主要副产品之一，同时也是工、农业生产的重要资源，是极为丰富并能直接利用的可再生资源。作为一种资源，作物秸秆可用作肥料、饲料、燃料及造纸、制炭、建材等的原料。
目前，我国的秸秆开发利用主要是从三个方面来进行的：一是秸秆还田，包括整株还田和粉碎还田两种：二是作为家畜饲料，包括直接饲喂、粉碎饲喂及氨化、青贮、微贮等处理后饲喂；三是作为相关工业原料利用，如用于造纸、制炭、编织等。据统计，我国目前秸秆年产量约为6.2亿吨，利用率仅为33％，约2亿吨，而在这被利用的部分中，大部分未经处理，经过技术处理后利用的约为1600万吨，仅占被利用部分的2.6％。一方面，土壤有机质含量在逐年减少；另一方面，大量的农作物秸秆被弃之不用，放火焚烧，既造成浪费又污染环境。把多余的秸秆还到农田中去，是解决这个问题的有效途径。
提高农作物秸秆的综合利用，是发展高产、优质、高效农业和帮助农民致富的迫切需要和重要途径。农作物秸秆资源的利用涉及到整个农业生态系统中的土壤肥力、环境安全以及农村能源的有效利用问题，引起世界各国的普遍关注，成为发展可持续经济的重要方面。因此，开发利用秸秆， 已经成为一个刻不容缓的问题，已经成为农业生产资源开发的新焦点。秸秆资源数量巨大，开发价值大，开发利用前景十分可观。
持续农业已成为世界各国农业发展的共同趋势。面持续农业就是：“管理保护自然资源基础，并调整技术和机构改革方向，以便确保获得和持续满足目前几代人和今后世世代代人的需求，这种(农业、林业和渔业部门的)持续发展能保护土地、水资源、植物和动物遗传资源，并且不会造成环境退化，同时技术上适当，经济上可行，能够被社会接受。”作物秸秆问题也涉及到土壤肥力、水土保持、环境保护、再生资源有效利用等可持续发展问题。土地作为农业生产的最基本生产资源，其可持续利用是永恒的主题。我国大部分农田由于长时间以来耕作方式单一，使土壤底部形成了坚硬的犁底层，加之多年不施用农家肥，以及大量使用化肥和农药，造成了土壤的污染，致使我国土地的有机质逐年下降，农作物减产或产量不稳，不利于可持续农业和生态农业的发展。农田生态环境恶化将带来不堪设想的灾难，因此加强秸秆还田的工作必须予以足够的重视。
机械化秸秆还田方式主要包括机械化秸秆直接粉碎还田、机械化整秆还田、机械化
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整秆覆盖和机械化根茬粉碎还田等。机械化秸秆直接粉碎还田方式是利用秸秆直接粉碎还田机，将摘穗后仍直立于田间的秸秆，用秸秆粉碎还田机粉碎并抛撒在田间，随后用犁将秸秆翻埋入土还田，它适用于各种土壤条件，秸秆腐解时间短，对农作物生长见效快。机械化整秆还田方式是将摘穗后直立于田间的秸秆，直接用高柱犁或重型犁沿前进方向推倒，同时深耕翻埋，将秸秆在深耕时翻埋入土还田，实现秸秆整秆还田。目前这一技术已在很多地方推广应用。机械化整秆覆盖方式是利用整秆覆盖机，将摘穗后直立于田间的秸秆，按照一定的规律编压覆盖在作物的行间，起到秸秆还田与蓄水保墒共举的目的，这种方法特别适用于降雨量很少的旱地。并且这种方法和机械化整秆还田方式都具有减少一次粉碎程序、保持秸秆水份、降低生产费用等优点。机械化根茬粉碎还田方式是将作物割去茎秆后剩余的根茬用机具就地粉碎混合于耕作层土壤中的一项机械化秸秆还田技术。这种方法比较适用于玉米根茬的粉碎还田处理。
秸秆还田机械有多种形式，不同的秸秆应配套使用不同的机械。秸秆还田机械主要有秸秆还田旋耕机，甩刀式碎土灭茬机，装有覆茬器的铧式犁、深翻犁以及秸秆粉碎抛撤机等多种类型。秸秆还田旋耕机与一般的旋耕机结构基本相同，其采用反转旋转，即刀轴的旋转方向与作业机行走轮旋转方向相反，工作时旋耕刀从土壤底部开始向土壤表面逆向切土，机组负荷较均匀，无漏耕现象。作业后地表平整，碎土率高，一次可完成灭茬、秸秆还田、埋青、旋耕碎土、掩埋以及覆盖等作业，作业质量满足要求。甩刀式碎土灭茬机整机结构与一般水平横轴式旋耕机相似，只是工作部件是甩刀而不是刀齿，甩刀用活动铰链与转轴联结，甩刀式碎土灭茬机甩刀逆滚动方向回转，将茎杆切断后拾起后抛，并利用高速旋转时的惯性力来打碎根茬、硬土块或草皮层。装有覆茬器的深耕犁、高架深耕犁，在主犁体上方安装覆茬器，使土垡尚未翻转时，先将土垡表面长有残茬并容易外露的一角切去并使其落入犁沟底部，然后犁体翻转土垡将其掩埋。覆茬器是协助犁体在翻垡时，将地表面的残茬、杂草埋入士中不外露，使秸秆杂草腐烂还田。高架深耕犁可将秸秆整株深埋还田。其工作原理是悬挂了高架犁的机组在摘果后仍保持秸秆直立状态 的田间行进时，主机先将秸秆推压倒，在秸秆还未反弹起时犁己将秸秆的根部深耕覆盖在土壤里，同时也带动整株秸秆在犁体翻动土壤过程中都被覆盖在土壤中，从而实现秸秆的整株还田。
机械化秸秆还田技术既可以减少化肥施用量，培肥地力，又能增产稳产。但目前秸秆的处理设备及应用技术的程度还远远不够，一方面对秸秆还田的理论研究还不足，设
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计比较盲目，对其结构参数、运动参数和动力参数的配置与选择没有理论和实验依据。另一方面，秸秆处理设备还有待于进一步开发，小麦秸秆还田机械产品较少，复式作业机具相对也较少。这项技术是农机推广部门为解决剩余秸秆的利用问题而大力推广的项目。但是在实际操作中，许多农民对机械化还田方式接受程度较低，其原因是农民对秸秆还田可以增肥地力、改善土壤结构、增强农业后劲、改善农业生态环境认识不足，仅限于秸秆还田能否产生明显、直接经济效益；另外，采用现有的秸秆还田技术粉碎效果往往不太理想，部分秸秆还田机械的粉碎效果不如人意：有的地面上留茬；有的抛出的秸秆太长，且无法被翻入土中；还有的虽能将抛出的秸秆翻入土中，但由于未能打碎，致使播种机排种器插入土中深度不够，或阻碍其前进。秸秆还田作业必须与深耕、深翻及农业措施配套，相应的机械化秸秆还田机具的投资也就比较大。农民怕麻烦也不愿再投入生产资金，因而对推广秸秆还田机械化作业技术造成一定困难。因此，整套设备投资大，这将影响机械化秸秆还田的广泛推广。
发达国家在还田机具的研制和生产上起步较早，美国万国公司于20世纪60年代初首次在联合收割机上采取切碎机对秸秆进行粉碎还田，其后研制了与90 kw拖拉机配套的60型秸秆切碎机。英国在20世纪80年代初在收获机上对秸秆进行粉碎，并采用犁式耙进行深埋。日本采用的是在半喂入式联合收割机后面安装切草装置，一次能完成收获和秸秆粉碎。在一些发达国家(如德国等)具有严格的法律禁止秸秆焚烧。美国、加拿大等国家的小麦、玉米秸秆大部分用于还田。许多国家(如加拿大等)普遍采用秸秆机械粉碎还田。在南亚、东南亚等一些不发达国家作物秸秆则是动物饲料的主要来源。在美国，秸秆还田十分普遍。不仅小麦、玉米等秸秆大量还田，而且像大豆、番茄等作物秸秆也尽量还田。据美国农业部统计，每年生产作物秸秆4.5亿吨，占整个美国有机残物生产量的70.4％，秸秆还田量占秸秆生产量的68％。这是一项了不起的成就，对于保持美国的土壤与土壤肥力起着十分重要的作用。而英国秸秆直接还田量则占其秸秆生产总量的73％。日本微生物学家岛本觉也先生研究发明的酵素菌技术在日本广泛应用于种植业、养殖业、环境保护等领域，还可直接用于秸秆liEN作，达到秸秆还田目的，具有良好的经济效益，社会效益和生态效益，目前已在世界上二十几个国家得到迅速推广应用。目前，国外一些国家秸秆还田的研究与利用已处于领先水平。但是，世界上许多国家，甚至一些发达国家，仍然存在着秸秆田间直接焚烧的现象。
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1.3课题的研究内容
针对解决目前我国机械化秸秆还田机具存在的问题，结合农机、农艺及农民的实际需求，本课题的任务的是研制一种能将玉米秸秆整秆及其根茬一次性同时进行粉碎、灭茬、旋耕、覆盖等多道工序的适用机型。根据课题的进展状况，拟完成以下的研究内容：
(1)对多功能玉米秸秆还母机研制所需要的基础理论分析。
(2)提出玉米秸秆还田机总体结构设计方案；根据实际作业要求初步选择与其相配套的动力并以此为依据确定各项设计参数及具体结构。
(3)新型变速箱的设计。 (4)绘制图纸。
2技术任务书（JR）
2.1设计依据
目前秸秆还田可分为秸秆粉碎翻压还田、秸秆覆盖还田、堆沤还田、焚烧还田、过腹还田等5大类形式。秸秆粉碎翻压还田是在作物收获后，将作物秸秆在下茬作物播种或移栽前翻入土中。秸秆覆盖还田是将作物秸秆或者残茬直接铺盖于土壤表面。堆沤还田是将作物秸 秆制成堆肥、沤肥等，作物秸秆发酵后施入土壤。焚烧还田是将秸秆直接 焚烧，灰烬还田。过腹还田是用秸秆饲喂牛、马、猪、羊等牲畜后，以畜粪尿旌入土壤。堆沤还田和过腹还田为传统习惯方式，效果不错，但因受时间，劳力、牲畜养殖规模等条件限制，能被利用的秸秆数量有限，大部分的秸秆还是被白白浪费掉了，只有依靠机械化技术才能实现大量秸秆就地及时直接还田。秸秆粉碎翻压还田和秸秆覆盖还田是秸秆直接还田的两种方式，采取直接还田的方式比较简单，方便、快捷、省工，还田数量较多，因此一般采用直接还田的方式。
2.2产品用途及使用范围
机械化秸秆直接粉碎还田方式是利用秸秆直接粉碎还田机，将摘穗后仍直立于田间的秸秆，用秸秆粉碎还田机粉碎并抛撒在田间，随后用犁将秸秆翻埋入土还田，它适用于各种土壤条件，秸秆腐解时间短，对农作物生长见效快。机械化整秆还田方式是将摘
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