CN104303717A - 组合式秸秆还田旋耕刀辊 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组合式秸秆还田旋耕刀辊，通过将传统旋耕机和旋耕埋草机两者各自作业刀具的合理组合，由一个刀辊实现传统旋耕机的农田耕整功能和旋耕埋草机的高茬秸秆埋覆还田功能，解决了现有刀辊功能单一、结构复杂、能耗高、适用范围窄等问题。技术方案包括刀轴以及安装在刀轴上的多个刀辊单元，所述刀辊单元包括刀盘、螺旋横刀、旋耕刀和弯刀，所述刀盘安装在刀轴上，刀盘上均匀分布有多个弯刀，相邻两个刀盘之间的弯刀上均匀连接有2-3个螺旋横刀，各螺旋横刀之间的刀轴上布置有1-3个旋耕刀。本发明结构简单、应用范围广、兼具农田耕整和高茬秸秆埋覆还田功能、作业效率高、能耗低。

Description

组合式秸秆还田旋耕刀辊

技术领域

本发明涉及一种秸秆还田机械，具体的说是一种组合式秸秆还田旋耕刀辊。

背景技术

秸秆焚烧屡禁不止，严重危害了社会生活的方方面面，秸秆还田既能破解焚烧顽症，又能降低化肥施用量、改善土壤结构、提高农田肥力。当前秸秆还田多以粉碎还田为主，秸秆粉碎可以避免后续田间耕作时农机具缠草。秸秆粉碎方式主要有两种：第一、用专业的秸秆粉碎还田机粉碎秸秆，该方式粉碎效果好，但耗费农时、增加作业成本；第二、降低联合收割机割茬高度，并在其出草口处安装秸秆粉碎机，该方式节省农时，秸秆粉碎效果好，但加大了联合收割机喂入量，加重了谷物脱粒、分离、清选等负荷，降低了联合收割机谷物收获效率。近年来在秸秆直接还田方面，很多人也进行了研究。发明专利200610156300“一种免缠草秸秆还田旋耕机”在传统旋耕机刀辊轴上焊接了两个以上的挡草横条，解决了旋耕机在高茬秸秆田中作业时刀轴缠草问题，但没有将秸秆埋覆到耕层土壤中，大部分秸秆裸露地表，影响后续播种、栽插环节；实用新型专利201235463U.0“一种高茬水田双轴旋耕埋草整地机”将两个相同的旋耕埋草机刀辊安装在同一个旋耕机框架中，一遍作业可以实现单辊旋耕埋草机两遍作业效果，耕后地表平整，秸秆埋覆效果好，但该机结构复杂，功耗大，而且只适用于水田作业，通用性差；实用新型专利201210514851“一种水旱两用秸秆还田耕整刀辊”通过螺旋横刀和弯刀的合理组合，将田块沿机组前进方向纵、横网格化耕作，螺旋横刀采用锯齿刃口锯断秸秆，该机秸秆还田效果好，并有较好的水田旱地通用性，但结构复杂，刀具稠密，作业过程中夹土壅泥，农田耕整效果差，而且作业刀具的标准化程度低，制造成本高；实用新型专利201220548794.1“一种双辊秸秆还田旋耕机”将灭茬刀辊与土壤旋耕刀辊同时安装在旋耕机框架中，实现秸秆还田、土壤旋耕复式作业，该机作业效率高，秸秆还田效果好，但整机重量大、结构复杂、功耗大。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种结构简单、兼具农田耕整和秸秆埋覆还田功能、应用范围广、作业效率高、能耗低的组合式秸秆还田旋耕刀辊。

技术方案是将传统旋耕机和旋耕埋草机两者各自的作业刀具合理组合到一个刀辊中，使该刀辊同时具有农田耕整和秸秆埋覆还田两个功能，具体包括刀轴以及安装在刀轴上的多个刀辊单元，所述刀辊单元包括刀盘、螺旋横刀、旋耕刀和弯刀，所述刀盘安装在刀轴上，刀盘上沿圆周方向均匀分布有多个弯刀，相邻两个刀盘的弯刀间沿刀轴圆周方向按2-3头螺旋线均匀连接有2-3个螺旋横刀，相邻两个螺旋横刀之间的刀轴上布置有旋耕刀，所述旋耕刀的刀头由相邻两个螺旋横刀间的间隙处伸出。

所述相邻两组刀辊单元间的所述螺旋横刀的螺旋方向均相反，同一刀辊单元中的所述旋耕刀和螺旋横刀旋向相反。

所述多个刀辊单元a中位于刀轴两端的刀盘上均设有挡草卡。

刀辊单元内所述旋耕刀与相邻两侧螺旋横刀之间的最短距离差值小于30mm。

所述旋耕刀的旋转半径比所述螺旋横刀的旋转半径大30mm-60mm。

同一刀辊单元内所述相邻两个螺旋横刀之间的刀轴上布置有1-3个旋耕刀。

所述螺旋横刀刃口螺旋线的升角为24°—35°。

所述弯刀的旋转半径小于等于所述旋耕刀的旋转半径。

所述相邻两个刀盘内侧面之间的轴向间距为200mm-400mm。

发明人对现有的旋耕埋草机刀辊和传统旋耕机刀棍进行了深入研究，对刀辊单元上这两种旋耕机的作业刀具进行了不同组合与试验研究，所述刀辊单元由刀盘、螺旋横刀、旋耕刀和弯刀组成，刀轴上的多个刀盘分隔出多个刀辊单元，刀盘上沿圆周方向均匀分布有多个弯刀，相邻两个刀盘上的弯刀间沿刀轴圆周方向按2-3头螺旋线均匀连接有2-3个螺旋横刀；所述旋耕刀固定在刀轴上，刀头由相邻两个螺旋横刀间的间隙处伸出。耕作时旋耕刀旋转半径大，所以首先将刀辊前方未耕土壤及秸秆沿拖拉机前进方向切削、破茬，然后再由旋转半径较小的螺旋横刀沿耕幅方向将秸秆压覆到已耕土壤中去；螺旋横刀压覆秸秆时刃口必然被秸秆包裹，导致刃口变钝、切土阻力增大，但旋耕刀对未耕土壤的提前切削即破茬作用有效减轻了螺旋横刀的切土阻力，因此，本刀辊不但可以耕整土壤坚实度较小的水田，还可以耕整土壤坚实度较大的旱地，而且整机耕作阻力小、能耗低；弯刀的设置一方面用于固定螺旋横刀，另一方面也起到配合旋耕刀进行未耕土壤及秸秆的切削、破茬。将传统旋耕机的作业刀具与旋耕埋草机的作业刀具合理组合在一起，由一个刀辊实现传统旋耕机的农田耕整功能和旋耕埋草机的高茬秸秆埋覆还田功能，整机结构简单可靠、作业效率高，能耗低，作业成本低；所述旋耕刀为国家标准旋耕刀，与同类专利产品相比，去掉了数量众多的立刀非标准件，零部件通用性强，有利于生产和维修。

由于螺旋横刀和旋耕刀都有两个相反的旋向，即螺旋横刀分为左螺旋横刀和右螺旋横刀，而旋耕刀也分为左旋耕刀和右旋耕刀，在实际作业时发现，无论何种螺旋方向的螺旋横刀和旋耕刀，其对土壤都有轴流侧推效应，为了让两者的这种效应相互削弱，以提高耕后地表平整度，同一刀辊单元中的所述旋耕刀和螺旋横刀的旋向相反，即：右旋耕刀布置在左螺旋横刀之间、左旋耕刀布置在右螺旋横刀之间。

进一步的，多个刀辊单元两端的刀盘上均设有挡草卡，可以有效防止秸秆在刀辊两端轴颈处缠绕，确保作业顺畅。

同一刀辊单元内所述旋耕刀位于相邻两个螺旋横刀之间，旋耕刀在刀轴上的布置也不是任意的，所述旋耕刀距离相邻两侧螺旋横刀的最短距离最好相等，如果存在差值，差值应小于30mm，这样可以避免刀具局部密集而夹土、壅泥。在一个刀辊单元中，相邻两个螺旋横刀之间的刀轴上最好均匀布置有2-3个旋耕刀，耕作时每个旋耕刀对后续螺旋横刀不但有破茬深度，而且存在很大的破茬宽度，其破茬宽度就等于旋耕刀的耕幅。所述旋耕刀的个数根据两个刀盘间的轴向间距合理设计，相邻两个旋耕刀的轴向间距大于单个旋耕刀的耕幅，以便减少重耕、最大限度地发挥旋耕刀对后续螺旋横刀的宽破茬效应。

所述旋耕刀的旋转半径大于所述螺旋横刀的旋转半径30-60mm，在此范围内：1)、可以保证耕作时旋耕刀首先切削刀辊前方未耕土壤，保证旋耕刀对后续螺旋横刀的破茬效应，以有效减轻后续螺旋横刀的切土阻力；2)、可以保证螺旋横刀将秸秆压覆到已耕土层的底部，提高秸秆埋覆率；如果所述旋耕刀的旋转半径随大于所述螺旋横刀的旋转半径，但其差值小于30mm，则由于耕作过程中刀辊自转的同时还在随拖拉机前进，这时有可能螺旋横刀首先切削刀辊前方未耕土壤，则旋耕刀对后续螺旋横刀将失去破茬效应；如果所述旋耕刀的旋转半径随大于所述螺旋横刀的旋转半径，但其差值超过60mm，则螺旋横刀对秸秆虽然有压覆效应，但秸秆压覆深度偏小，基本上都在已耕土层的中上部，会降低整机的秸秆埋覆率。

所述螺旋横刀刃口螺旋线的升角为24°-35°，因为螺旋横刀的静态滑切角等于该升角，若升角过大，则刃口静态滑切角因为偏大而强化了螺旋横刀对秸秆的滑切效应，弱化了螺旋横刀对秸秆的压覆效应，导致秸秆埋覆率降低；若升角过小，则刃口静态滑切角因为偏小而弱化了螺旋横刀对秸秆的滑切效应，强化了螺旋横刀对秸秆的压覆砍切效应，导致刀辊整体能耗增大。

所述弯刀的旋转半径小于等于所述旋耕刀的旋转半径，因为与旋耕刀相比，弯刀只有耕深，没有耕幅宽度，所以弯刀对整机耕深贡献小，如果弯刀旋转半径大于旋耕刀旋转半径，则弯刀耕深过大，整机能耗增加。

考虑到刀辊单元内刀具的布置及高茬秸杆田土壤的特点，所述刀辊的刀轴幅宽从700mm到2600mm之间合理选择，可以根据配套拖拉机的功率大小制造出不同耕幅的系列化刀辊产品。

所述相邻两个刀盘内侧面之间的轴向间距优选为200mm-400mm，间距过大会导致螺旋横刀的轴向跨度偏大，降低了耕作时螺旋横刀的刚度，容易变形失效；间距过小会导致作业刀具稠密，耕作时产生夹土、壅泥现象。

有益效果：

(1)将传统旋耕机与旋耕埋草机各自的作业刀具合理组合在一个刀辊上，耕作时这两种作业刀具相互配合，可以在一个刀辊上同步实现农田耕整、秸秆埋覆、碎土、平地、起浆等多项功能。

(2)采用本发明可以省略高茬秸秆还田前的粉碎环节，减少拖拉机下田次数，节省农时，降低了作业能耗与作业成本。

(3)与同类专利产品相比，旋耕刀属于国家标准刀具，提高了整机零部件的标准化程度，降低了制造、维护成本。

(4)由于只使用一个刀辊，与双辊秸秆还田旋耕机相比，本刀辊整体重量小，结构简单，作业能耗低。

(5)本发明既能耕作水田，也能耕作旱地，整机通用性强，克服了大多数同类刀辊只能耕作水田或只能耕作旱地的通用性差缺点。

(6)田间试验表明，对于联合收割机撩穗收割后留下的水稻、小麦、油菜等作物的750mm以内高茬秸秆田，不论是水田还是旱地，在土壤坚实度不大情况下(≤1260kpa)，该机作业一遍即可实现秸秆埋覆、平地碎土等多项功能，耕深可达150mm～200mm，耕深稳定性达93％以上，耕后地表平整度小于12mm，植被埋覆率达96％以上，碎土率达87％以上，作业效果满足农艺要求。

附图说明

图1为本发明刀辊的结构示意图。

图2为一个刀辊单元a安装结构的立体图。

其中，1.右旋耕刀，2.刀盘，3.刀轴，4.挡草卡，5.弯刀，6.左螺旋横刀，7.左旋耕刀，8.右螺旋横刀，a.刀辊单元。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步解释说明：

参见图1及图2，

技术方案包括刀轴3以及安装在刀轴3上的多个刀辊单元a，所述刀辊单元a包括刀盘2、螺旋横刀、旋耕刀和弯刀5，所述刀盘2安装在刀轴3上，刀盘2上沿圆周方向均匀分布有多个弯刀5，相邻两个刀盘2的弯刀5之间沿刀轴圆周方向按2-3头螺旋线均匀连接有2-3个螺旋横刀；同一刀辊单元a内，相邻两个螺旋横刀之间的刀轴3上布置有2把旋耕刀，所述旋耕刀的刀头由相邻两个螺旋横刀间的间隙处伸出。所述多个刀辊单元a中位于刀轴3两端的刀盘2上均设有挡草卡4；所述螺旋横刀刃口螺旋线的升角为24°-35°；所述旋耕刀的旋转半径大于所述螺旋横刀的旋转半径30-60mm；所述弯刀5的旋转半径小于等于所述旋耕刀的旋转半径，所述相邻两个刀盘2内侧面之间的轴向间距为200mm-400mm。

所述螺旋横刀根据耕作过程中其对土壤的轴流侧推方向不同分为左旋螺横刀6和右旋螺横刀8，旋耕刀包括左旋耕刀7和右旋耕刀1，所述相邻两组刀辊单元a的所述螺旋横刀的螺旋方向均相反；同一刀辊单元中的所述旋耕刀和螺旋横刀在耕作时对土壤的轴流侧推效应要相反，因此，左旋耕刀应该布置在右螺旋横刀之间，右旋耕刀应该布置在左螺旋横刀之间，见本实施例的图1，从左向右，第一个刀辊单元a布置有左螺旋横刀6和右旋耕刀1，而第二个刀辊单元(相邻单元)布置有右螺旋横刀8和左旋耕刀7。参见图2，以第一个刀辊单元a为例，两个右旋耕刀1距离相邻两侧的左螺旋横刀6的最短距离h₁和h₂的差值小于30mm(|h₁-h₂|≤30mm)。

工作原理：

作业时，本发明刀辊安装在旋耕机框架内，由旋耕机的传动***将拖拉机产生的动力传给刀轴3使刀辊转动，从而带动刀轴3上的多个刀辊单元a相应转动进行耕作；耕作时，旋转半径较大的旋耕刀和弯刀5首先接触刀辊前方未耕土壤，并将未耕土壤沿机组前进方向切削、破茬，然后再由旋转半径较小的螺旋横刀沿整机耕幅方向将秸秆压覆到已耕土壤中去；螺旋横刀压覆秸秆时刃口被秸秆包裹而变钝，切土阻力增大，但旋耕刀对土壤的提前切削即破茬效应减轻了螺旋横刀切土阻力，因此，本发明不但可以耕整土壤坚实度较小的水田，还可以耕整土壤坚实度较大的旱地，而且整机耕作阻力小、能耗低；两端刀盘2上的挡草卡4与旋耕机机架上的挡草卡相互配合，不断剪断缠绕在刀轴3颈部的秸秆，同一刀辊单元a中右旋耕刀7和左螺旋横刀6对土壤的轴流侧推效应相互削弱，所以耕后地表平整度高。

田间试验表明，对于留茬高度在750mm及以下的水稻田、小麦田和油菜田等，不论是水田还是旱地，在土壤坚实度不太大的情况下(≤1260kpa)，经本旋耕机刀辊作业一遍即可满足农艺要求：耕深达150mm-200mm，耕深稳定性达93％以上，耕后地表平整度小于12mm，秸秆埋覆率达96％以上，碎土率达87％以上。

Claims (9)

1.一种组合式秸秆还田旋耕刀辊，包括刀轴以及安装在刀轴上的多个刀辊单元，其特征在于，所述刀辊单元包括刀盘、螺旋横刀、旋耕刀和弯刀，所述刀盘安装在刀轴上，刀盘上沿圆周方向均匀分布有多个弯刀，相邻两个刀盘的弯刀间沿刀轴圆周方向按2-3头螺旋线均匀连接有2-3个螺旋横刀，同一刀辊单元内相邻两个螺旋横刀之间的刀轴上布置有旋耕刀，所述旋耕刀的刀头由相邻两个螺旋横刀间的间隙处伸出。

2.如权利要求1所述的组合式秸秆还田旋耕刀辊，其特征在于，同一刀辊单元内所述相邻两个螺旋横刀之间的刀轴上布置有1-3个旋耕刀。

3.如权利要求1所述的组合式秸秆还田旋耕刀辊，其特征在于，所述刀辊单元内所述旋耕刀与相邻两个螺旋横刀之间的最短距离差值小于30mm。

4.如权利要求1-3任一项所述的组合式秸秆还田旋耕刀辊，其特征在于，所述旋耕刀的旋转半径比所述螺旋横刀的旋转半径大30mm-60mm。

5.如权利要求1所述的组合式秸秆还田旋耕刀辊，其特征在于，相邻所述刀辊单元间的螺旋横刀的螺旋方向相反，同一刀辊单元中的所述旋耕刀和螺旋横刀旋向相反。

6.如权利要求1或5所述的组合式秸秆还田旋耕刀辊，其特征在于，所述螺旋横刀刃口螺旋线的升角为24°—35°。

7.如权利要求1所述的组合式秸秆还田旋耕刀辊，其特征在于，所述弯刀的旋转半径小于等于所述旋耕刀的旋转半径。

8.如权利要求1所述的组合式秸秆还田旋耕刀辊，其特征在于，所述相邻两个刀盘内侧面之间的轴向间距为200mm—400mm。

9.如权利要求1所述的组合式秸秆还田旋耕刀辊，其特征在于，所述多个刀辊单元中位于刀轴两端的刀盘上均设有挡草卡。