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。     

杆齿式残膜回收机卸膜过程分析及高速摄像试验

为解决残膜回收中卸膜不可靠、卸膜率低的问题,基于MB(Majumdar-Bhushan)接触分形理论,分析杆齿式残膜回收机卸膜工作过程中拾膜杆齿和卸膜刮板间的接触载荷与形变量的关系及其动力学影响因素。运用ANSYS软件对拾膜杆齿和卸膜刮板的接触过程进行仿真分析,并通过高速摄像试验追踪了拾膜杆齿末端的运动轨迹,测量卸膜过程中拾膜杆齿与卸膜刮板前端的最大形变量。结果表明,当拾膜机构转速为36 r/min时,拾膜杆齿和卸膜刮板前端的最大形变量分别为15.741、49.733 mm;当机具行进速度为0.85 m/s且机具行进速度与拾膜杆齿轴线速度比为1.5时,机具有较高生产效率,能保证可靠卸膜。该研究结果可为拾膜、卸膜机构的运动参数优化提供参考。     

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。     

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。     

弧形齿滚扎式残膜回收机的设计及参数优化

针对现有残膜回收机具存在残膜捡拾机构复杂、可靠性差、边膜回收率及卸膜率低等问题,从工作部件受力、捡拾机构运动轨迹的角度对起膜铲、残膜捡拾机构、卸膜机构等关键部件进行了研究,设计了一种弧形齿滚扎式残膜回收机。为探明拾膜钉齿扎膜过程中钉齿、地膜和土壤的形变、受力情况,从而指导机具的设计,运用ANSYS软件对弧形齿滚扎式捡拾机构捡拾地膜过程进行非线性有限元动力学仿真分析,仿真结果显示:在捡拾地膜过程中,钉齿末端变形最大,根部应力最大;地膜最大变形发生在与钉齿末端接触位置;土壤受到钉齿扰动变形量小。运用Box-Benhnken的中心组合方法,以机具行进速度、边膜铲铲翼与铲柄夹角、钉齿入土深度为试验因素,起边膜率、残膜捡拾率、卸膜率为试验指标,进行三因素三水平二次回归试验,建立了响应面回归模型,分析了各因素对试验指标的显著性并对因素进行了综合优化。确定最优试验参数为:机具行进速度为4.0 km/h、边膜铲铲翼与铲柄夹角为90°和钉齿入土深度为55 mm。在该条件下进行田间试验,得到起边膜率为93.5%、残膜捡拾率为87.4%、卸膜率为87.1%,与优化理论值相对误差均小于4个百分点,研究结果为残膜回收机具结构设计及工作参数选择提供理论基础和技术参考。     

4JSM-2000A型棉秆粉碎及搂膜联合作业机的研制

新疆是中国地膜应用面积最大、污染最为严重的地区,地膜回收广泛采用立杆式搂膜机作业,存在窄行中的地膜难回收、残膜回收率低、作业距离短、卸膜频繁、作业效率低等问题。为解决上述问题,该文研制了4JSM-2000A型棉秆粉碎及搂膜联合作业机。机具主要由棉秆粉碎装置、螺旋输送机构、搂膜机构、卸膜机构、传动系统、机架等组成。采用侧输出式棉秆粉碎装置,将粉碎后的棉秆通过螺旋搅龙输出至地面,有利于膜秆分离;搂膜部件增加有浮动功能的小窄行搂膜弹齿,进一步提升残膜回收率。通过静力学分析,确定弹齿入土角θ范围为10°~30°;对弹齿入土深度、弹齿组数、机具前进速度进行试验与响应曲面分析,并建立了三元二次回归模型。应用Design-Expert软件寻优功能进行优化,优化后弹齿入土深度20 mm、弹齿组数为12组、机具前进速度为1.5 m/s。田间试验结果表明,优化参数组合的残膜回收率为91%,膜秆分离率为87%,棉秆粉碎合格率为90%,优化方案切实可行,满足设计要求。对比试验表明,本文机具在残膜回收率与卸膜次数上优于立杆式搂膜机。研究结果可为残膜回收联合作业机械的研制提供参考。     

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.     

耙齿式垄作花生残膜回收机设计及参数优化

为解决垄作花生收获后残膜回收问题,针对耙齿式残膜回收机进行试验研究及参数优化使其适用于垄作花生残膜回收。针对主要工作部件进行研究,确定整机结构参数。前、中、后耙齿直径分别为10、8、8 mm;耙齿材料为65号锰钢;耙齿入土角度α范围为10°~35°;3排齿的齿间距分别为120、100、80 mm;对机具前进速度,耙齿入土深度,耙齿曲率半径进行试验且做了MATLAB四维切片和响应面分析,可知3个因素对残膜回收率均有显著影响,影响程度依次为:机具前进速度耙齿入土深度耙齿曲率半径。应用Design expert寻优功能进行优化,优化后机具前进速度1.2 m/s,耙齿入土深度11 mm,耙齿曲率半径222 mm,残膜回收率为93%。经田间试验验证,证明了该优化方案的可行性,将为相关设备的改进提供理论依据。     

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。     

残膜回收机单组仿形搂膜机构的设计与试验

搂膜作业是新疆目前残膜回收的主要工作方式,在残膜回收机回收工作过程中,因棉地环境复杂,现有残膜回收机整体仿形搂膜效果差,使得搂膜弹齿无法对起伏程度不同的棉地同时进行单组仿形搂膜,造成残膜回收率低等问题,针对此问题,该文提出了一种单组仿形搂膜机构。通过对该机构进行理论设计,利用搭建的土槽台架试验装置,以弹齿数量、试验车速度、弹齿直径为影响因素,搂膜率为评价指标,进行了二次旋转正交组合试验。通过Design-Expert 8.0.6数据分析软件,建立各影响因素与指标的数学回归模型,分析了显著因素与评价指标之间的关系,优化试验参数,确定最优参数组合:弹齿数量5个,弹齿直径12 mm,试验车速度1.85 m/s。根据该试验参数组合,进行台架试验验证,结果表明:优化参数组合下的搂膜率88.5%,优化预测模型可靠。通过在新疆昌吉五家渠共青团农场对站立棉秸秆的田间进行搂膜试验,表明该搂膜机构能够满足残膜回收的技术要求,为单组仿形搂膜机具的设计提供了参考依据。     

耙齿式残膜回收机自动脱膜机构设计

针对耙齿式残膜回收机回收残膜后缺乏自动脱膜机构的现状,设计了耙齿式残膜回收机自动脱膜机构.分析平行四连杆脱膜机构的运动稳定性可靠性及脱膜顺畅性,设计液压装置进行脱膜,并在试验的基础上优化机构,对不同形式刮板进行试验及分析并最终设计适合耙齿式残膜回收机的“倒八字”型刮板.针对影响自动脱膜机构工作效率的关键部件和影响因素分析其运动及受力情况,对“倒八字”型刮板进行影响因素的响应面分析.可得齿板距、刮板角度、脱膜夹角为显著影响的因素,且影响强弱关系为齿板距＞刮板角度＞脱膜夹角.综合考虑后得到的最佳参数组合为齿板距2mm、刮板角度70°、脱膜夹角60°.该研究可为相关设备的设计提供参考.     

基于FEM-SPH耦合的卷辊式耕层残膜回收部件结构优化与试验

针对棉田耕作层内残膜力学性能差及膜土分离困难,残膜拾净率低和回收的残膜含土量高等问题,该研究对卷辊式残膜回收部件进行优化。在分析起膜捡膜工作过程和建立卷辊弹齿与膜土团聚体之间动力学关系的基础上,采用有限元法(finite element method,FEM)和光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)耦合算法,建立卷辊弹齿-膜土团聚体接触计算模型,探究卷辊弹齿与膜土团聚体之间相互作用机理,分析卷辊弹齿接触膜土团聚体后残膜受力程度和土壤扰动程度的变化规律。以卷辊回转半径、弹齿直径、弹齿顶端折弯角为试验因素,以残膜平均峰值应力及土壤最大应变为指标开展仿真试验,分析各因素对指标的影响规律并对卷辊弹齿结构参数进行优化,获得卷辊弹齿最优结构参数为：卷辊回转半径100 mm、弹齿直径5 mm、弹齿顶端折弯角42°,此时残膜平均峰值应力为0.1201 MPa,土壤最大应变为3.7584。为了验证优化后卷辊弹齿的捡拾作业性能,以拾净率和含土率为试验指标进行田间试验,结果表明：机具拾净率为80.34%,含土率为37.13%,与初代研制的样机相比拾净率提升了8.74个百分点,含土率下降了12.18个百分点,机具作业性能明显提升且试验指标达到设计要求。本文建立的有限元模型可为残膜回收机关键部件的结构优化提供参考。     

梳齿起膜气力脱膜式耕层残膜回收机研制

为了解决耕层残膜污染问题，该研究设计了一种梳齿起膜气力脱膜式耕层残膜回收机。该机主要由机架、梳齿、梳齿辊、重力沉降室、离心风机组成。梳齿辊是该回收机的核心机构，其辊筒上布置有多排梳齿，通过梳齿辊的旋转实现松土和残膜-土壤分离；利用EDEM离散元软件建立梳齿辊模型，仿真研究了梳齿排列方式和梳齿结构对梳齿辊入土过程中前进阻力和阻力矩的影响，确定了齿刀螺旋排列方式。吸膜机构的作用是实现残膜的连续回收及膜土分离。建立了残膜在吸膜区的运动学方程，通过对方程分析求解，探明了梳齿辊转速和吸膜口风速对残膜运动轨迹的影响，确定梳齿辊转速应小于120 r/min，吸膜口风速应大于15 m/s。为了获得回收机的最佳作业参数组合，进行了土槽响应曲面优化试验，得出最佳参数组合：吸膜口与竖直面之间的角度为-7°、机具前进速度为2 km/h、梳齿辊转速为100 r/min、吸膜口风速为22 m/s。田间试验结果表明：最佳参数组合作业时，残膜拾净率为55.04%，比预测值小1.63%，优化方法可靠。     

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。