基本信息
- 项目名称：
- 高效立轴传动秸秆切碎深施肥播种起垄复式作业旋耕机
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本作品由秸秆切碎装置、旋耕（条耕）装置、深施肥装置、播种装置、起垄装置、镇压装置等组成。由中型拖拉机配套牵引。秸秆切碎、旋耕（条耕）、深施肥、播种、起垄、镇压5道工序联合作业，其中播种、起垄可互换。该作品还配套了电磁激振器对播肥头施以高频振动，实现了播肥头的顺利脱土以及肥料的不堵塞，在侧边立轴上安装应变片及应变信号接受环，提高了作业的安全性，还对播种、施肥实施实时监测，保证了工作的可靠性。
- 详细介绍：
- 1）作品采用梳筚式搂草器集中所有全方向铺放于地面的秸秆。秸秆堆积到一定高度后，由螺旋排列安装在滚筒上的动刀配合一字排列的定刀对秸秆实施切碎并后抛，这样可达到对铺地秸秆实施筚篦式切碎的效果。 2)作品采用正切刃、侧切刃实现旋耕刀的高度滑草功能。 3）作品采用侧边立轴皮带传动替代现有旋耕机的多级直齿轮传动，可提高传动效率并节约制造成本。 4）作品将播肥头安装梁设计成与机体铰接，采用电磁激振器对播肥头施以高频振动，这样可以使在虚土中前进的播种头顺利脱土，且肥料不会堵塞。播肥头的位置紧跟开沟刀盘，这样可以减少播肥头的前进阻力。 5）在侧边立轴上安装应变片及应变信号接受环，以在线检测到旋耕阻力，超过一定的极限则可以报警，亦为堵塞报警，由液压缸自动执行上提浅耕动作。 6）将摄像头安装在排种器、排肥器下游处，结合图像处理系统对排肥、排种实施在线监控报警。 7）该作品由立轴传动秸秆切碎旋耕灭茬装置和深施肥装置等组成。其特征是：深施肥装置、秸秆切碎装置和旋耕装置固定连接，形成秸秆切碎旋耕深施肥复式作业平台，播种镇压装置和起垄镇压装置分别通过挂接钩等与复式作业平台连接，播种镇压装置与复式作业平台挂接后形成秸秆切碎旋耕灭茬深施肥播种镇压装置，起垄镇压装置与复式作业平台挂接后形成秸秆切碎旋耕灭茬深施肥起垄镇压装置。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 作品将立轴传动用于旋耕复式作业机械，传递效率提高10%左右。还设计了“秸秆切碎+旋耕+深施肥”的旋耕复式作业机平台。平台挂上“播种+镇压”装置形成秸秆切碎旋耕灭茬深施肥播种镇压装置，挂上“起垄+镇压”装置即可形成秸秆切碎旋耕灭茬深施肥起垄镇压装置，既减少了农机加工制造用材，又降低农民购置成本。 创新点： 1）适应高刈茬全方向铺地长茬的梳筚式搂草螺旋布置刀片有支撑切割的秸秆切碎装置。 2）以滑草和减阻节能为首要目标的正切刃曲线、侧切刃曲线、过渡刃曲线三要素组成的大耕深旋耕刀。 3）侧边立轴皮带传动的动力传动结构，省去了传统旋耕机上的中间侧边齿轮箱装置和侧边传动轴。 4）高频振动脱土防堵管型空间支撑旋耕刀零距离式深施肥机构。 5）应变感应式深旋耕防堵在线检测控制系统。 6）图像处理施肥、播种、防漏在线监测系统。 7）构建了复工作业平台可实现一机多用，创新了相错组合的条耕刀盘。 技术关键： 1）构建了秸杆切碎旋耕深施肥复工作业平台并设计适应高割茬全方向铺地长茬的秸秆切碎装置。 2）大耕深节能旋耕刀滑草、减阻设计与制造。 3）适应大耕幅大功率的高效传动装置的设计与制造。 4）深施肥头脱土、防堵性能设计。主要技术指标： 1)配套动力100-200kw；2)工作幅宽 4m；3)工作速度4～6km/h；4)耕深 20-22cm；5)埋茬率≥90%；6)秸秆的切碎长度<15cm；7) 切碎合格率≥85%；8)施肥深度 10-20cm；9) 播种深度1-3cm。
科学性、先进性
- 本作品是结合国内外复式作业旋耕机的发展趋势，从国情出发，研究大功率拖拉机配套复式作业旋耕机设计制造的关键技术，采取理论研究与实验验证、技术研究与应用相结合的方式集成创新研制而成。作品采用梳筚式搂草器集中所有全方向铺放于地面的秸秆并由螺旋排列安装在滚筒上的动刀配合一字排列的定刀对秸秆实施切碎并后抛；采用正、侧切刃实现旋耕刀的高度滑草功能，减阻节能；采用侧边立轴皮带传动技术提高传动效率；将播肥头安装梁设计成与机体铰接，采用电磁激振器对播肥头施以高频振动避免播种头堵塞；在侧边立轴上安装应变片及应变信号接受环，以在线检测旋耕阻力并进行堵塞报警，由液压缸自动执行上提浅耕动作；将摄像头安装在排种器、排肥器下游处，对排肥、排种实施在线监控报警。 本作品解决了旋耕缠草、多重复式作业的动作协调、大耕深旋耕刀节能等问题；解决旱田浅旋耕埋茬全量还田带来的土壤秸秆比太高影响下熟作物生长问题；创新和发展我国局部耕作秸秆露地越冬工艺；多道工序一次性作业，节工省本；解决了化肥高效利用问题，具有较好的生态环境价值。
获奖情况及鉴定结果
- 1.2010年12月XX大学第六届“动感地带•挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛机械控制类特等奖； 2.2009年11月，通过农业机构推广鉴定。
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 一次性转让或产值、利润提成
作品可展示的形式
- √模型 √图片 √录像 √样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本产品采用侧边立轴传动方式以适应大功率传动和提高传动效率；采用特殊空间曲线组合设计R300旋耕刀以减小旋耕刀的切削阻力；在旋耕播种前增加秸秆切碎的工序并形成一次性复式作业，解决了有关秸秆全量还田的工艺和我国旱、水田浅旋耕埋茬全量还田带来的相关问题；创新和发展了耕作秸秆露地越冬工艺问题；设计构建一个“秸秆切碎+旋耕+深施肥”的旋耕复式作业机平台，并可实现“播种+镇压”、起垄+镇压”等功能，部分研究达到了国内领先水平。产品既节约资源和提高效率，还有效地改变了焚烧秸秆对环境的污染，应用前景广泛，对我国的农业生产具有重大的作用。产品能有效地将前茬秸秆全量还田，每亩可减少因焚烧秸秆带来的二氧化碳排放300立方,增加有机质500kg/年，节省化学肥料50kg/亩。产品将传统旋耕机传动效率提高10%，节省30%的燃料消耗，有很好的节能效果。同时，可提升复式作业功能，减少了农田1-2道工序的作业成本，每道工序20-30元/亩，如在全国推广，按6亿亩作业面积计，每年可节省耕作成本150亿元。
同类课题研究水平概述
- 欧美国家的种植制度与我国最大的不同是他们采用轮作制或一年一熟制，作物的秸秆是隔季还田，一般不考虑前茬秸秆的缠轴和秸秆腐化的吸氮等问题，而我国是当季还田。目前国际上具有代表性的生产大功率旋耕机厂商有美国约翰迪尔公司和法国库恩公司。库恩公司的EL201-400型动力驱动旋耕机，采用L型锻钢刀，最大作业深度达26cm，限深采用压土辊。约翰迪尔的产品与库恩的产品相仿，不同的是限深采用的是限深轮，刀片采用C型刀片。上述的机型均不适合长茬、多茬、当季茬的作业，并且也没有与播种工序联合作业的功能。国内目前上市的旋耕机最大功率为120马力，耕作幅宽3.5米，耕深为14-16cm，工作方式为拖拉机悬挂式。目前最大的旋耕播种机为85马力，幅宽为3m，耕深为14-16cm。这些机型均不适合于实施多茬长茬当季茬的作业，同时耕深不足（≦16cm）导致耕层中秸秆比太高影响作物生长，作业效率偏低，播种深度离散性较大，深施肥也缺少有效的监控措施，致使堵塞、漏播经常发生。 另外，我国的旋耕机一般采用多级直齿轮传动（一般为4-5级）将动力传递给旋耕刀轴，易导致旋耕机传动效率较低，多级直齿轮传动箱的总效率不高于0.87，加之有些生产厂商制造的箱体精度和齿轮精度达不到设计要求，总传动效率仅在0.8左右。目前旋耕机中间传动占1/3，侧边传动占2/3，侧边传动的又有3/4是万向节传动（从中间轴到侧边的动力传递），万向节传动的效率只有0.8-0.85。这些动力传递方式相比带式传动，由于多级齿轮传递致使效率降低很多，且这种动力传递笨重，不方便，给维修等工作带来不便。另外，目前的旋耕复式作业机分为两种形式：A）秸秆切碎+旋耕+深施肥+播种+镇压一次性作业；B）秸秆切碎+旋耕+深施肥+起垄+镇压一次性作业。这样，在不同作业要求下，农民购置机具的成本也较大。 本产品采用立轴传动提高传递效率达10%左右，同时设计了“秸秆切碎+旋耕+深施肥”的旋耕复式作业机平台，可实现“播种+镇压”、“起垄+镇压”等多用功能。在施肥播种方面，国内尚未出现监控系统等控制系统。国外专利技术尚未考虑适应前茬当季还田的秸秆切碎功能及与秸秆切碎工序复合作业的机械结构。 本机型与国外先进机型相比，增加秸秆当季埋茬功能，或在一年多熟的情况下实现秸秆隔季还田。这比欧美国家多种一熟以上，其社会效益很高，这是欧美机型所不能比的。
