滚刀式青贮玉米起茬及残膜回收联合作业机的设计与试验

为提高新疆青贮玉米地残膜机械化回收水平,研究大根茬对残膜机械化回收的影响,解决残膜回收率低、膜茬缠绕易堵塞等机具工作难题,该文研究设计了一种滚刀式青贮玉米起茬及残膜回收联合作业机。该机关键工作部件为滚刀起茬、滚筒拾膜和脱膜辊等装置,作业时采取滚刀结构将玉米大根茬起出,解决了大根茬对残膜回收的影响,随后通过滚筒拾膜机构将地膜挑起,由脱膜辊装置将滚筒上的地膜拨送至膜箱。根茬起茬率、地膜捡拾率是评价起茬及残膜回收联合作业机性能的主要指标,该文利用Design Expert软件设计了三因素三水平二次回归正交试验,以滚刀入土深度、机具前进速度、滚刀刀轴转速为影响因素,建立了响应面三维模型。分析得到滚刀入土深度及机具前进速度对机具残膜捡拾率影响显著(P0.01),而滚刀入土深度及滚刀刀轴转速对机具根茬起茬率影响显著(P0.01),通过方程推导出机具最佳工作参数为滚刀入土深度18.50 mm、机具前进速度4.57 km/h、滚刀刀轴转速906.43 r/min。大田试验结果表明,在工作参数为前进速度4.5 km/h,滚刀入土深度20 mm,刀轴转速900 r/min作业条件下,根茬起茬率达到88.25%、残膜捡拾率达到84.62%,与理论推导值对比误差均小于4%。该机通过滚刀式起茬能够解决青贮玉米地根茬对残膜回收的影响,可为玉米等大根茬类作物残膜回收机的研究提供参考。     

链条导轨式地膜回收机的设计与试验

针对马铃薯等作物收获后的残膜所造成的"白色污染"难题,改进现有残膜回收机存在的捡膜能力低、漏膜、膜土分离难、缠膜、卸膜不净等问题,提出了一种链条导轨式地膜回收方案。链条上相邻两排错位排列的捡膜齿与起膜铲合理配置,提高残膜捡拾率;分列结构的地膜托板具有漏土功能,较好实现膜土分离;托板弹簧可实现捡膜齿与托板之间的间隙大小随捡膜输送量的多少而自动调整,有效防止输送过程中的丢膜和堵塞现象,保证残膜输送到集膜箱上方;捡膜齿在环形导轨之间向后上方滑动到卸膜端时逐渐后缩至退出环形导轨而实现膜齿分离,卸膜叶轮与卸膜导轨协调配合完成卸膜作业,有效解决卸膜过程中不易脱膜和缠膜的难题;起膜机构、捡膜机构和卸膜机构固联在固定架上,通过角度调节杆来对固定架的角度进行调节实现松土起膜铲入土角度的要求。设计制作了捡膜、卸膜、集膜于一体的链条导轨式地膜回收机。试验结果表明:机器能够一次完成松土起膜、残膜捡拾输送、卸膜和残膜收集作业,马铃薯收获后的残膜捡拾回收率在92%以上。该设计较好解决了马铃薯地膜机械化回收难题,并为其他作物地膜回收机械设计提供参考。     

不同边膜铲起膜性能分析及其起膜率对比试验

农田地膜污染治理中,由于秋后残膜回收中缺乏较为理想的机构起翻边膜,致使边膜埋于地表不易被回收部件进行回收,对土壤及环境造成一定的污染。为解决这一问题,选取目前较为普遍使用的2种边膜起膜机构开沟器和双翼铲,新设计一种单翼铲,对其进行力学分析,对比3种不同结构的边膜铲受力情况,并且在新疆库尔勒尉犁县开展田间对比试验,对比不同结构的边膜铲在田间的工作性能,考核起出残膜完整率、起膜率及有无壅土现象发生这3个关键因素。结果表明:边膜铲的受力大小与边膜铲入土角度和铲刃的长度有关,对3种边摸铲理论分析得出单翼铲的受力最大,开沟器受力最小,双翼铲受力较为合理,而在田间性能试验中虽然单翼铲受力最大但其作业效果最佳,起出边膜的完整率达100%、起膜率在95.4%、并且在作业中没有壅土现象发生,考虑到作业效果的突出,推荐单翼铲作为秋后残膜回收机的边膜起膜机构。研究结果可为秋后残膜回收机的边膜起膜机构的设计选择提供参考。     

随动式残膜回收机清杂系统作业参数优化

残膜是一种可循环利用材料,残膜回收过程中只有将残膜和作物秸秆、土壤等杂质分离,才能实现残膜的回收利用,减少残膜污染。针对目前回收残膜含杂率高的问题,该文设计了一种随动式残膜回收机清杂系统。为明确该系统的作业性能,提高残膜回收作业质量,进行了随动式残膜回收机清杂系统作业参数优化。通过对工作原理、工作条件及膜杂分离影响因素的分析,确定以机具前进速度、地膜输送链速度、捡拾滚筒安装位置和二级杂质输送装置转速为试验因素,以残膜捡拾率、膜杂分离率和杂质输送效率为试验指标,根据二次回归正交组合试验设计原理,进行了四因素五水平回归正交组合田间试验设计。利用Design-Expert软件对试验结果进行响应面分析,得到各因素与试验指标之间的数学模型,分析得出影响残膜捡拾率和膜杂分离率的主次因素依次是捡拾滚筒安装位置、机具前进速度、地膜输送链速度和二级杂质输送装置转速;影响杂质输送效率的主次因素依次为二级杂质输送装置转速、捡拾滚筒安装位置、地膜输送链速度和机具前进速度。根据优化目标的重要程度,对回归模型进行多目标优化,得出清杂系统最佳作业参数组合为:机具前进速度1.26 m/s、地膜输送链速度1.55 m/s、捡拾滚筒安装位置-17 mm(即以支架长孔中心与捡拾滚筒中心在竖直方向重合为原点,向机具前进方向调整17 mm)、二级杂质输送装置转速为205 r/min,在最优参数组合下残膜捡拾率为90.19%,膜杂分离率为92.21%,杂质输送效率为89.6%。并通过田间试验验证了最优组合,试验结果显示:残膜捡拾率为91.54%、膜杂分离率为90.37%、杂质输送效率为88.4%,与预测值误差分别为1.50%、2.00%和1.34%,参数优化结果可靠。研究结果可为提升随动式残膜回收机清杂系统作业质量提供参考。     

4JSM-2000型棉秆粉碎与残膜回收联合作业机的设计与试验

为提高新疆秋后棉地残膜回收机械化水平,解决传统残膜回收机械普遍存在的残膜回收率低、含杂率高、残膜易缠绕和作业效率低等问题,该文研制了一种可一次完成棉秆粉碎还田、残膜回收、残膜与棉秆及土等杂物分离作业的秋后棉秆粉碎还田与残膜回收联合作业机。该机使用锤片式粉碎装置和螺旋搅龙输送装置,作业时起膜齿将残膜揭起后堆积在起膜齿末端处;偏心滚筒式拾膜机构将残膜拾起并运送至卸膜机构,捡拾滚筒壁上的卸膜槽与卸膜叶片协调配合完成卸膜作业,卸膜叶片通过卸膜辊的高速旋转产生离心风力,使落入蜗壳壳体内的残膜沿风道进入残膜回收箱,完成残膜回收。田间试验结果表明,该机在作业速度为6.0 km/h时,作业效率为1.15 hm2/h、棉秆粉碎合格率为90.1%、残膜回收率84.4%、膜秆分离率87.3%,棉秆粉碎还田和膜秆分离效果较好。该机各项参数满足农艺要求,研究结果有利于解决棉田残膜污染问题。     

压秆式棉田地膜回收机的设计与试验

针对棉秆回收需求和现有滚筒式地膜捡拾机构可靠性差、缠膜严重、回收地膜含膜率低等问题，该研究设计了一种压秆式棉田地膜回收机，可一次性完成拾膜、脱膜以及除杂作业。结合相关作业性能要求，通过运动学和动力学分析确定了束秆盒、拾膜滚筒和脱膜机构的结构参数，并完成了关键部件的工作参数分析。为验证机具捡拾除杂作业性能，以机具前进速度、钩齿入土深度、拾膜滚筒转速为试验因素，拾膜率、含膜率为试验指标，进行了三因素三水平响应面试验，得到各因素的响应面模型，分析了各因素对作业效果的影响，并对各因素进行优化。试验结果表明，当拾膜滚筒转速为65 r/min，机具前进速度为5 km/h，钩齿入土深度为50 mm时作业效果最佳，以优化后的结果进行验证试验，结果表明，平均拾膜率为86.8 %，平均含膜率为14.9 %，研究结果可为后续留秆收膜机具的设计提供参考。     

铲筛式残膜回收机输膜机构参数优化与试验

垄作残膜回收对机具幅宽要求较高、地膜利用低、垄体高、垄沟残膜回收难、残膜碎片多、埋膜深等特点。铲筛式残膜回收机对土下残膜具有回收能力,在垄作残膜回收领域具有良好的应用前景。输膜机构缠膜率高和收获后残膜含土率高是制约铲筛式残膜回收机推广的主要问题,为了提高铲筛式残膜回收机输膜机构作业质量,降低输膜机构的缠膜率及收获后残膜的含土率,该文运用单因素试验方法得出最优筛面结构形式,在单因素试验基础上运用Box-Benhnken的中心组合试验方法对残膜回收机输膜机构的工作参数进行了试验研究,以振动筛振动频率、振动筛振幅、齿片间距进行三因素三水平二次回归正交试验设计。建立了响应面数学模型,分析了各因素对作业质量的影响,同时,对影响因素进行了综合优化。试验结果表明:缠膜率影响显著性顺序为振动筛振动频率?齿片间距?振动筛振幅;含土率影响显著性顺序为齿片间距?振动筛振动频率?振动筛振幅;最优工作参数组合为振动筛振动频率3.9 Hz、振动筛振幅42 mm,齿片间距15 mm,对应的缠膜率和含土率分别为1.72%、32.81%,且各评价指标与其理论优化值的相对误差均小于5%。研究结果可为铲筛式残膜回收机输膜机构的结构完善设计和作业参数优化提供参考。     

滚筒筛式废旧地膜与杂质风选装置设计

回收后的废旧地膜与棉秸秆、根茬等杂质缠绕不易分离,不能实现二次利用,为实现废旧地膜循环再利用和从根源上解决废旧地膜对土壤环境的污染问题,通过对棉秸秆、根茬及地膜在风场中进行运动学分析,测定其悬浮速度,并以此为基础设计了滚筒筛式废旧地膜杂质风选装置,介绍了机具的整体结构、工作原理及关键部件.通过正交试验确定了最优工作参数组合,试验结果表明当旋转筛筒转速为30 r/min,风管出口风速15 m/s时,物料喂入量为250 kg/h时,作业后膜中含杂率、杂中含膜率及废旧地膜产量效果最佳,将最优参数组合带入实际生产中进行验证,试验表明该机具各项指标均满足设计要求,分离后的废旧地膜膜中含杂率为13.71％,杂中含膜率为0.133％,废旧地膜产量可达35.8 kg/h.     

棉秆粉碎还田与残膜回收联合作业机研制与试验

针对新疆棉区秸秆粉碎还田与残膜回收机联合作业时出现的膜杆不分、残膜回收率低、脱膜效果差以及残膜易缠绕等问题,该文设计了棉秆粉碎还田与残膜回收联合作业机,主要由牵引装置、秸秆粉碎装置、秸秆输送装置、浮动式残膜回收装置、脱膜装置、传动系统、残膜回收箱、机架和地轮等组成,一次作业可实现棉秸秆粉碎还田、膜杆分离和残膜回收。该机将锤片式棉秸秆粉碎装置与刮板式输送装置相结合,用于秸秆粉碎还田和秸秆与待收残膜分离;采用浮动式起膜机构和齿耙式搂膜装置回收残膜,地面仿形效果好,有利于提高残膜回收率;用气力脱膜装置脱膜,提高脱膜可靠性,并防止残膜与收膜装置的缠绕而影响机具正常工作。通过对主要工作部件的设计,确定主要结构和工作参数,并分析了样机的工作过程。田间试验表明,在机具作业速度5～5.5 km/h、秸秆输送链轮转速125 r/min、输送装置倾角40°、残膜输送链轮转速70 r/min和风机转速1 620 r/min时,能达到膜杆分离率97%,残膜回收率88.6%,脱膜率89.4%,能够满足秸秆粉碎还田与残膜回收的技术要求,研究成果有利于解决棉田残膜污染问题。     

残膜回收机逆向膜土分离装置的设计与参数优化

针对土壤耕层多年沉积的残膜力学性能差、膜土分离困难、残膜碎片回收率低的问题,设计了一种链齿式残膜回收机。该机具主要工作部件有捡拾装置和膜土分离装置。机具的作业深度为0～150mm,捡拾装置完成起膜并对膜土进行输送,随后通过逆向膜土分离装置进行分离,最终把残膜运送至集膜箱。以捡拾装置角速度、膜土分离装置角速度、膜土分离装置角度为试验因素,以残膜回收率和含土率为响应值对链齿式残膜回收机进行三因素三水平的二次回归正交试验。通过试验得到了各因素的响应面模型,分析了各因素对作业效果的影响并对各因素进行了优化。结果表明,试验因素对残膜回收率的影响显著顺序为:膜土分离装置角度捡拾装置角速度膜土分离装置角速度;试验因素影响含土率的顺序为:膜土分离装置角度膜土分离装置角速度捡拾装置角速度;对优化结果进行试验验证得,捡拾装置角速度42 rad/s、膜土分离装置角速度57rad/s、膜土分离装置角度37°时,此时残膜回收率为81.12%,含土率为34.83%;且各个评价指标的试验值与模型优化值的相对误差均小于5%。该机具利用逆向膜土分离装置可以解决膜土分离困难、残膜碎片回收率低的问题,可为后续残膜回收机膜土分离装置机构的研究和优化提供参考。     

圆弧形弹齿滚筒式残膜捡拾机构设计及捡膜性能分析

介绍了一种圆弧形弹齿滚筒式残膜捡拾机构,对该机构的捡膜性能进行了分析验证,通过分析建立了机构的运动模型及残膜相对弹齿运动的微分方程。试验证明机构设计合理,捡膜能力强。在配有起膜铲及膜田表土较干燥条件下,残膜回收率可达100%。     

网链式花生地残膜回收机设计与试验

针对现有花生地残膜回收设备存在的漏膜、回膜、缠膜等问题,设计一种网链式花生地残膜回收机,主要工作部件包括挖掘铲、升运网链、碎土辊、双作用激振装置、集膜装置等,可一次性完成挖掘起膜、输膜、清土和集膜作业.根据升运网链的结构特性,建立其残膜支撑度与土壤通过性的数学模型,通过分析计算验证了网链结构用于残膜输送的优势;设计了可自由浮动的碎土辊,并对其工作压力进行力学分析,得出其结构参数;运用ADAMS软件对双作用激振装置进行仿真,确定其结构尺寸与振动幅度为25mm;开发了升运角可调的二级升运网链,在完成残膜输送的同时可使黏性土块沿网链滚落,对二级升运网链的有效分离长度和升运角调节范围进行了设计;为实现高效卸膜,设计了液压驱动的集膜装置,并对液压缸参数进行了计算校核.田间试验结果表明,当机具前行速度1.0m/s、挖掘深度100mm、一级升运网链线速度2.0m/s、二级升运网链线速度2.2m/s、双作用激振装置频率10Hz时,收膜率为91.5%,含土率为17.2%,能够满足花生地残膜回收需求.研究方法与结果可为相关装备研发提供参考.     

基于DEM-MBD耦合算法的振动深松土壤扰动过程分析

为深入分析振动深松过程中耕层土壤扰动过程,该研究采用离散元法(Discrete Element Method,DEM)与多体动力学(Multi-Body Dynamics,MBD)耦合算法对振动深松作业过程进行仿真分析.采用MBD构建拖拉机-振动深松机-土壤系统仿真模型,利用DEM建立耕作土壤的离散元模型,考虑土壤颗粒...     

玉米全膜双垄沟残膜回收机作业性能优化与试验

为进一步提高玉米全膜双垄沟残膜回收机工作性能,对玉米全膜双垄沟膜-茬分布特性与对应的机械化残膜回收工艺进行了探讨,通过对玉米全膜双垄沟残膜回收机关键部件相关作业机理进行分析,确定了影响样机残膜漏收率、缠膜率作业效果的相关参数。采用四因素三水平Box-Behnken试验设计方法,建立了关键参数与残膜漏收率、缠膜率之间的数学模型,确定了样机较优的运动参数组合（样机前进速度0.46 m/s、偏心挑膜滚筒转速163 r/min、卷膜主动辊转速77 r/min和中间送膜轴转速45 r/min）,并对最优作业参数间的关系进行了分析。田间验证试验表明,作业机残膜漏收率均值为6.06%、缠膜率均值为0.73%,试验结果满足国家相关标准规定的要求。研究方法与结果可为西北旱区玉米全膜双垄沟残膜回收装备的研发提供参考。     

摆杆驱动式残膜回收机的设计与参数优化

针对现有的杆齿式残膜回收机存在拾膜弹齿轴易卡顿、卸膜不可靠等问题,改进设计了摆杆驱动式残膜回收机。在原杆齿式残膜回收机的基础之上增加了起膜装置,改变了拾膜齿轴与支撑盘的连接方式,利用四杆机构将卸膜机构的回转运动转变为摆动往复运动。为确定机具作业时的最优参数组合,优化整机结构,以拾膜齿入土深度、土槽台车前进速度、拾膜齿线速度与土槽台车前进速度比(速比)为主要因素,拾膜率、卸膜率为评价指标,对拾膜机构和卸膜机构进行三因素三水平响应面试验。通过Design-Expert数据分析软件,建立各因素与拾膜率、卸膜率的二次回归模型,分析了各因素对拾膜率、卸膜率的显著性,结果表明各因素影响拾膜、卸膜率的大小顺序为:土槽台车前进速度、拾膜齿线速度与土槽台车前进速度比、拾膜齿入土深度。并对试验参数进行优化,确定了最佳工作参数组合为拾膜齿入土深度为65 mm,土槽台车前进速度为1.2 m/s,速比为1.0。根据优化结果进行验证试验,结果表明拾膜率为85.6%,卸膜率为86.7%,预测模型与试验结果相差较小,优化后的模型可靠。     

导向链耙式地表残膜回收机设计与试验

针对耙齿式残膜回收机工作过程中存在漏捡、脱膜不彻底、耙齿回带残膜等问题，该研究设计了导向链耙式地表残膜回收机。设计了导向链耙式拾膜机构以及耙齿总成与输送链的连接结构，以解决现有链齿式拾膜装置需要输送链弯折实现脱膜的问题；确定了耙齿结构和耙齿的排布；采用旋转式脱膜装置配合导向耙齿提升脱膜效果；在膜箱后部设计了推膜机构以提高装载量；应用机械加液压的组合方式实现拾膜、脱膜与推膜的传动需求；通过运动分析确定了各主要运动部件的结构参数。为了验证机具关键部件的可靠性与作业效果，以机具前进速度、耙齿入土深度、链耙输入转速为试验因素，以拾膜率与缠膜率为指标，进行了拟水平正交试验。试验结果表明：影响拾膜率的主次因素为链耙输入转速、机具行进速度、耙齿入土深度；影响缠膜率的主次因素为链耙输入转速、耙齿入土深度、机具行进速度。以拾膜率为主要指标，利用综合平衡法确定较优的作业参数组合为机具行进速度8 km/h、耙齿入土深度30 mm、链耙输入转速143 r/min。利用较优参数组合进行田间验证试验，拾膜率为88.73%，缠膜率为1.91%，研究结果可为残膜回收机的优化提供参考。     

收膜整地多功能作业机的研究

研究和设计了一种收膜整地多功能作业机，介绍了机器的结构和工作过程及主要工作部件的设计原理，通过分析研究取得了最佳的结构和工作参数。试验结果表明机器采用起膜铲、拾膜轮和推板机构相配合完成拾膜工艺过程并在起膜铲后配置旋耕和其它整地部件，结构紧凑，工艺原理新颖合理；机器适用于70 cm的垄作农田双行作业，也适用于100 cm的大垄单行作业，也可根据作业要求选择其中不同的功能。