秸秆全量还田大耕深双轴分层切土旋耕机的设计与性能试验

秸秆的全量还田不但可以解决因为秸秆焚烧而引起的空气污染和交通事故等问题,同时可以改善土壤结构,减少肥料的用量。目前我国农村采用的秸秆机械化还田的耕作工艺的耕作深度不足12cm,大量前茬的秸秆被埋在不足12 cm的土壤里,将造成耕作层中秸秆和土壤的比例很高。这样会引起地表土草比例失调,导致土壤悬空,引起下季作物种子播种深浅不一,影响种子发芽生长,导致大量减产等问题。因此,迫切需要设计一种能与大马力拖拉机相配套的适应稻麦轮作地区作业的大耕深秸秆全量还田旋耕机械。本文参考现有的双轴旋耕机,采用双轴分层切土旋耕工艺,研制出了一种适应于秸秆全量还田的大耕深双轴分层切土的旋耕机,即新型1GKM-200型双轴分层切土旋耕机。该机具采用双轴分层切土原理,成功解决了双轴旋耕机旋耕刀轴难以入土、旋耕消耗功率大、旋耕效率低等问题,实现了后刀轴在前刀轴耕深的基础上再次深耕以此增大耕作深度的目的。机具整体采用三点悬挂方式与拖拉机挂接,主要由机架部件、悬挂架部件、中间传动箱部件、左右侧边传动箱部件、前后刀轴及其旋耕刀部件、左右传动轴部件、动力输入轴部件等部件组成,能一次作业完成秸秆还田、深旋耕、平整等多道工序,不仅提高了工作效率,还大幅地减少了能源的消耗。本文重点对双轴空间布置结构进行了创新设计,机构采用两根旋耕刀轴上下错位布置,实现了20cm以上的大耕深作业；对机具的旋耕部件进行了优化设计,选用IT225旋耕刀作为旋耕刀,发现前、后刀轴正旋且转速为240r/min时作业效果最佳；建立了旋耕刀轴的受力模型,并对刀轴的进行了受力分析,依靠可靠性理论对刀轴半径进行优化设计；对刀座排列进行优化,改善了机具的缠草壅土情况,减少振动冲击,延长了传动件的寿命。本文对机具的动力传递路线进行了优化设计,并合理分配各级传动比；设计了各个传动部件,并对中间传动箱部件进行了校核；利用CATIA建立了整机结构模型；利用ANAYS Workbench对机具的机架进行了模态分析,分析表明旋耕机工作频率远离其15阶固有频率,表明机架不会发生因共振而造成破坏。对样机进行了田间的性能试验,试验结果显示该机具拥有良好的稳定性和通过性,其作业效果良好,各项性能指标均达到了国家标准,平均耕作深度达20.76 cm,远远高于国家标准8cm的要求。