香蕉是我国重要的经济作物,在亚热带地区得到了广泛种植,对区域经济发展起到了重要作用。而随着香蕉种植面积的增加,废弃香蕉假茎处理也成了制约香蕉产业发展的瓶颈。香蕉假茎粉碎还田技术为这一难题提供了良好的解决方案,避免因废弃和整株堆放带来的生态危害。对其粉碎后还田能有效改善土壤特性、提高下一季作物根系活力、降低农田碳排放、增加作物产量,实现环保增收。由于香蕉假茎粗壮的特点和南方热区对粉碎还田的研究起步较晚的原因,针对香蕉假茎研发的复合型还田机少之又少。当前的香蕉假茎整株还田处理需要多机具配套,多次进地作业,工作效率低。针对上述问题,本文以香蕉假茎为研究对象,结合对香蕉假茎特性和粉碎还田机理的分析,在1XHJ-1600型卧式香蕉假茎粉碎还田机基础上进行了优化设计。香蕉假茎粉碎刀辊、除根灭茬刀辊、镇压装置是影响还田机工作效果的关键部件,为本文优化设计的重点。优化内容如下:(1)香蕉假茎粉碎刀辊上刀座按单螺旋线排列,每一对刀座以刀端朝外呈八字形铰接一对左弯L型甩刀和右弯L型甩刀,粉碎效果良好,未见明显缠绕。香蕉假茎粉碎刀辊回转半径设计为365mm。(2)运行Solidworks中Simulation 插件分析粉碎刀辊辊轴的前四阶模态以避免共振损害。(3)每个除根灭茬刀盘上均匀分布四把除根灭茬刀,左旋和右旋交替安装。除根灭茬刀辊上的刀具为人字型排列,两种类型的除根刀相继交替作业,可以有效完成香蕉根茬的粉碎,刀辊所受力和扭矩也能达到基本平衡。除根灭茬刀辊刀盘半径为180mm,刀辊的回转半径350mm。(4)将原来的镇压辊改进为弹簧调节式多边形镇压辊。弹簧连接杆上的压缩弹簧通过限位销调节弹簧长度以适应不同的灭茬深度和镇压力。连接轴通过两端的耳板用螺栓连接在壳体后方,镇压辊可绕其转动适应不同的高度。多边形辊的每一面都嵌有一对肋板,使机身与地面处于相对平行。弹簧调节式镇压装置浮动式的设计一方面可以灵活调节除根刀的入土深度,另外可以在日常放置时当支架,以避免除根灭茬刀辊遭到损坏。该装置结构简单,高度可调节,对不同含水率的土壤都能得到比较满意的地表压实效果。取镇压辊中心到多边形的距离为100mm,每个辊幅宽为400mm,三个多边形镇压辊等间距分布在镇压连接轴上。通过澄迈县的大拉香蕉园实地试验,对机具进行了田间试验验证。试验对香蕉假茎粉碎合格率、根茬粉碎率都进行了测定,机具香蕉假茎平均粉碎率为88.6%、香蕉假茎平均除根灭茬率为88.9%,满足了相应国家标准和农艺要求。另外以拖拉机行进速度、香蕉假茎粉碎刀辊转速及除根灭茬刀辊转速为变量设计了三因子三水平的正交试验,以SPSS17.0统计分析软件为辅助,得出影响香蕉假茎粉碎合格率和根茬粉碎率的显著性次序和最优组合。综合各个因素考虑,一般选择方案02(粉碎刀辊旋转速度1000r/min)、P2(除根灭茬刀辊旋转速度300r/min)、Q2(拖拉机行进速度为2m/s)。改进后的1XHJ-1600型卧式香蕉假茎粉碎还田多功能作业机采用了联合作业,能够一次完成香蕉假茎及根茬的粉碎还田作业,减少了进地次数,降低了作业强度。改进后结构和参数更为合理,整机在工作过程中稳定性高,可以持续进行还田作业,提高了工作效率,节约了能耗,易被推广。