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。     

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。     

钉齿滚筒式播前残膜回收装置设计与试验

针对播前土壤中残膜破坏土壤结构、严重影响作物发芽率及成活率、降低作物产量等问题,该文设计了一种与联合整地机配套使用的钉齿式播前残膜回收装置,可一次性完成捡膜、脱膜、集膜和卸膜作业。重点设计了装置的捡膜机构、脱膜机构,并对钉齿运动轨迹,脱膜条件进行理论分析与计算。为寻求装置结构与工作参数的最优组合,运用二次回归正交旋转组合试验,以机具前进速度、捡膜滚筒转速、脱膜轴转速为影响因素,以捡膜率、脱膜率为评价指标进行响应曲面分析。利用Design-Expert软件进行数据分析,建立各因素和捡膜率、脱膜率之间的回归模型,分析各因素对捡膜率、脱膜率影响的显著性。结果表明:各因素对捡拾率的影响由大到小依次为:前进速度、捡膜滚筒转速、脱膜轴转速;对脱膜率的影响由大到小依次为:脱膜轴转速、捡膜滚筒转速、前进速度。运用MATLAB软件对试验参数进行优化,确定了装置最优工作参数组合为:机具前进速度1.62 m/s,捡膜滚筒转速90 r/min,脱膜轴转速1055 r/min。对优化结果进行试验验证,结果显示捡膜率为70.56%,脱膜率为82.96%,试验结果和预测值相差较小,优化工作参数较可靠。     

CMJY-1500型农田残膜捡拾打包联合作业机设计与试验

为降低残膜储运成本,提高机收残膜回收利用率,研究设计了CMJY-1500型农田残膜捡拾打包联合作业机。机具主要由捡拾机构、脱膜机构、打包机构、传动系统、地轮、机架等组成,可同时完成集条残膜的自动捡拾、杂质分离与打包成型作业。根据捡拾机构结构特征与作业原理,建立捡拾机构与物料对象动力学模型,分析获得了核心弹齿最佳空间排布形式与优选安装倾角45°。为降低残膜物料土壤掺杂量,基于残膜与杂质尺寸密度及缠绕特性差异,开发了离心分离与振动分离相结合的多级膜土分离系统,提高了捡拾物料压缩比,减小打包作业压缩阻力。设计了液压驱动式电控打包机构,残膜经打包机构压缩成型,以方包形式卸料,利于装载运输。2015年10月于兵团第六师共青团农场,对残膜捡拾打包机进行了40 hm~2实地田间作业性能测试,试验结果表明:机具残膜捡拾净率达92.8%,打包成捆率高于94%,单包成型耗时58 s,残膜捡拾打包联合作业机作业效果良好的、系统稳定,具有较高的应用推广价值。     

棉秆粉碎及地膜随动集条机设计与试验

针对现有残膜回收机在棉田残膜回收过程中存在边膜回收难、回收残膜含杂率高的问题以及后续残膜捡拾打包运输的需要,该研究根据棉秆和残膜处理分段作业要求设计了一种棉秆粉碎及地膜随动集条机,可完成棉秆粉碎还田及残膜集条作业。将粉碎的棉秆被抛送至集条装置后方侧面交接行,解决了现有秸秆粉碎残膜回收联合作业时存在棉秆与残膜同时被捡拾的问题。以机具前进速度、秸秆粉碎刀轴中心离地高度和指盘入土深度为主要因素,以地膜集条率、秸秆粉碎长度合格率和残膜含杂率为响应值,进行三因素三水平二次回归试验,得到各指标的响应面数学模型,分析了各因素对作业效果的影响。结果表明,机具前进速度对地膜集条率影响极显著,指盘入土深度影响显著,秸秆粉碎刀轴中心离地高度无显著影响;机具前进速度和秸秆粉碎刀轴中心离地高度对秸秆粉碎长度合格率影响极显著,指盘入土深度无显著影响;机具前进速度和指盘入土深度对残膜含杂率影响极显著,秸秆粉碎刀轴中心离地高度影响显著。验证试验结果表明,机具前进速度为5 km/h、秸秆粉碎刀轴中心离地高度为340 mm和指盘入土深度为60 mm时,地膜集条率为94.5%,秸秆粉碎长度合格率为96.5%,残膜含杂率为20.2%,作业性能满足要求。研究结果可为棉秆粉碎及地膜随动集条机最佳工作参数的选择提供参考。     

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。     

夹指链式棉田残膜回收秸秆粉碎还田一体机设计与试验

针对当前棉田机械化残膜回收存在对地面不平度适应性差、残膜回收率低、回收的残膜含杂量大等问题，该研究设计了一种夹指链式棉田残膜回收秸秆粉碎还田一体机，可一次完成秸秆粉碎还田、残膜回收和清杂打包作业。对现有夹指链式收膜装置结构和参数进行改进，设计了圆盘脱膜装置和倾斜带式清杂喂入装置。通过力学分析确定脱膜装置和清杂喂入装置的结构尺寸和布置方式。在7 km/h的作业速度下进行性能试验。起膜率试验结果表明，平均起膜率相对于改进前提升了2.52百分点。脱膜率试验结果表明，脱膜圆盘转速为189.47 r/min时脱膜率最高，为99.79%。残膜回收率与残膜含杂率试验结果表明，影响残膜回收率的因素主要为夹指链线速度比、清杂带工作长度、清杂带倾角；影响残膜含杂率的因素主要为清杂带倾角、清杂带工作长度、夹指链线速度比。对工作参数进行优化并得到最优组合为：夹指链线速度比0.8、清杂带倾角50°、清杂带工作长度608 mm。在最优参数下进行田间试验，得到残膜回收率为92.85%，残膜含杂率为26.05%，各项评价指标达到设计要求。     

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。     

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。     

曲轴式棉田地表残膜回收机捡膜特性分析及工作参数优化

针对"11SM-1.7型曲轴式残膜回收机"核心捡膜部件作业参数不合理、残膜回收率较低、卸膜阻力较大等问题,该文分析了曲轴式残膜回收机结构与工作原理,建立弧形齿捡拾装置的运动模型,运用MATLAB编程分析了往复式偏心弧形齿尖运动特性和漏捡率。在棉杆收获后进行田间正交试验,分析捡拾齿角速度、捡拾齿半径、捡拾齿入土深度、残膜回收机前进速度不同参数组合对残膜回收率和卸膜率的影响并优化参数组合。结果表明捡拾齿入土深度35 mm、机具前进速度1.3 m/s、捡拾齿转动角速度60 r/min、捡拾齿半径245 mm时,残膜捡拾率最高为93.2%、卸膜率最高为94.6%、残膜漏捡率为1.61%,研究结果可为新型残膜回收机的研制提供理论基础和参考。     

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。     

齿链复合式残膜回收机设计与试验

针对摆杆驱动式残膜回收机拾膜机构漏捡、卸膜机构回带地膜等问题,该文设计了一种齿链复合式残膜回收机。为了提高残膜回收率,该机具采用齿链式拾膜机构和杆齿式拾膜机构配合拾膜,并采用固定刮板式卸膜机构卸膜。为确保机具的可靠性,通过对拾膜、卸膜机构工作机理和动力学分析,获得拾膜机构运动轨迹和方程,确定了实现残膜捡拾、输送和脱卸的条件。以机具行进速度、拾膜齿入土深度、齿链式拾膜机构与杆齿式拾膜机构转速比(速比)为试验因素,拾膜率和缠膜率为响应值,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。结果表明,试验因素对拾膜率的影响大小顺序为:速比>机具行进速度>拾膜齿入土深度;对缠膜率的影响大小顺序为:机具行进速度>拾膜齿入土深度>速比。以优化后的结果进行验证试验,结果表明,当机具行进速度0.9 m/s,拾膜齿入土深度42 mm,速比0.6时作业效果最佳,拾膜率87.2%,缠膜率1.6%,拾膜率与理论优化值相差1.3%,缠膜率与理论优化值相差6.3%,误差较小,优化模型可靠,研究结果可为齿链复合式残膜回收机最佳工作参数的选择提供参考。     

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。     

滚筒式残膜回收机的性能试验研究

针对“11SM-1.5型滚筒式残膜回收机”核心工作参数匹配不合理,机具在作业时,常常由于使用者操作方式与水平存在差异,影响残膜回收的总体拾膜性能,进而降低残膜拾净率.滚筒式残膜回收机是一种以弧线往复式挑膜装置为核心部件的典型残膜回收机具,该研究根据滚筒式残膜回收机的结构和工作原理,分析弧线往复式挑膜装置的挑膜齿尖运动轨迹特点,确定影响机具性能的主要因子为挑膜装置转速、机具前进速度和挑膜齿入土深度,采用正交试验分析法进行田间试验,分析不同参数配比对残膜拾净率的影响,得出各因素的影响显著性及主次顺序.综合考虑挑膜装置各项指标,选择最优的水平组合,获取机具的最佳工作参数匹配,即:挑膜装置转速45 r/min、机具工作速度4km/h和挑膜齿入土深度35 mm时,残膜拾净率为88.2％,达到残膜回收机设计标准,比目前成熟的秸秆还田联合式残膜回收机的官方测定捡拾率高6.2个百分点,为机具优化设计提供数据参考,进而指导实际生产.     

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。     

夹指链式残膜回收装置仿形及收膜机构的改进设计与试验

针对现有夹指链式残膜回收装置收膜作业地面仿形性差、作业性能不稳定的问题,设计了一种单铰接仿形及收膜机构,该机构主要由仿形机构和收膜机构两部分组成,整个收膜装置由多个单铰接仿形及收膜机构并排组成,每个单铰接仿形及收膜机构作业时可以单独仿形。仿形机构主要由仿形架、切膜圆盘、仿形轮、压紧机构和刮土板组成,切膜圆盘固连在仿形轮一侧,将地表残膜切成带状的同时对地表进行仿形,压紧弹簧产生的预压力使仿形机构始终紧贴地表仿形,通过对仿形机构的设计,确定了其结构尺寸参数,并对该装置的上仿形运动和下仿形运动进行了分析与讨论。田间试验表明,在机具作业5.5 km/h、切膜圆盘直径为280 mm、仿形轮直径为220 mm时,残膜回收率达93.1%,能够满足残膜回收技术要求,研究成果有利于解决残膜污染问题。     

1MCDS-100A型铲筛式残膜回收机的设计与试验

为了减少铲筛式残膜回收机在工作中的振动,设计了双筛面呈上下平行排布的减振式自平衡残膜回收机,确定偏心轮旋转轴转速范围为260~330 r/min,采用DH5902动态测试系统对双筛面残膜回收机的振动参数进行了田间作业测试,试验结果表明振动频率在3~5.5 Hz变化时,机架左右方向振动测量值范围在4.2~5.4 m/s~2,在设备可承受振动范围内,双筛面减振效果明显。通过单因素试验确定筛面形式为锯齿筛,另外,设计了电动推杆式自动卸膜装置,耗时4.1 s完成卸膜任务。选取机具前进速度、逐膜筛振动频率、逐膜筛振幅、锯齿间距作为试验因素,运用响应曲面法并在Matlab2013a软件中绘制四维切片图来分析各因素对残膜回收指标的影响效应,结果表明试验因素对残膜回收质量有较大影响,综合优化结果为机具前进速度0.73 m/s,逐膜筛振幅99 mm,逐膜筛振动频率为280 r/min,筛面锯齿间距12 mm,此时残膜回收率为91.26%,缠膜率为4.27%,膜土比为2.16。该研究不仅为农机市场提供了一种实用机具,也为残膜回收机械创新研发和优化提升提供了理论依据和参考借鉴。