铲齿组合式残膜捡拾装置设计与试验优化

针对新疆平作区棉花残膜回收机起膜、拾膜分步作业造成残膜回收率低、含杂率高的问题,提出了起膜、拾膜协同作业的思路,设计了一种铲齿组合式(同步起膜、拾膜)残膜回收装置。通过对起膜铲起膜机理进行分析,确定了起膜铲导曲面参数方程和主要结构参数;通过对捡拾滚筒拾膜过程运动及受力分析,确定了拾膜齿杆能够"扎"起残膜的必要条件。运用Design-Expert 8.0.6数据分析软件中心组合试验方法对组合式残膜捡拾装置的关键参数进行了试验,建立了起膜铲入土角、捡拾滚筒转速、机具前进速度与残膜回收率和含杂率的三元二次回归模型。采用非线性优化计算方法,对影响因素进行综合优化计算。试验结果表明:当起膜铲入土角为30°、拾膜滚筒转速为120 r/min、机具前进速度为1.0 m/s时,残膜回收率为90.3%,含杂率为4.1%,比起膜、拾膜分步作业条件下的残膜回收率提高了5.3个百分点,含杂率降低了4.8个百分点。试验指标均达到了国家和行业标准要求,试验结果满足设计要求。     

棉田残膜回收机械研究现状及发展趋势

棉花地膜覆盖栽培技术提高了水分的利用率和棉花的产量,随着地膜的连年使用,棉田残膜含量不断增加,已造成严重的“白色污染”,影响棉花的种植和产量。PE地膜被替代前,机械化回收是解决残膜污染的必要手段。通过对残膜回收机械的起膜装置、拾膜装置、脱膜装置、集膜装置、清杂装置等方面介绍残膜回收机械的研究现状和特点。分析棉田残膜回收机械的应用情况,存在耕层残膜回收率低、膜杂分离效率低、作业部件适应性不强、作业质量不稳定等问题,针对残膜、秸秆、土壤的特性和生产实际,提出研发全耕层地膜回收机具、改进膜杂分离装置、创新作业部件仿形技术、提高智能监控水平的研发方向。     

随动式残膜回收机捡拾装置设计与试验

针对我国棉花覆膜种植模式所造成的大面积农田残膜污染问题,在实施耐候地膜新的国家标准基础上,基于耐候地膜在回收时的完整性,设计了一种可将膜面翻转而清除杂质的随动式残膜捡拾装置。通过测试耐候地膜的力学特性,计算捡拾时残膜的受力情况,表明捡拾时残膜的受力小于其平均纵向拉断力;对样机关键作业部件进行设计和分析,运用Matlab软件绘制捡拾钉齿端点在土壤中的运动轨迹,确定了捡拾钉齿长度及捡拾钉齿在链板上的排列尺寸;通过捡拾滚筒上链板间距与起膜率、清杂率关系的单因素试验,得到链板间距的最优值;对捡拾滚筒、捡拾钉齿装置运动过程的受力情况进行了分析计算,并对样机的作业性能进行了试验研究。田间试验结果表明,当随动式残膜回收机的前进速度为4.0~4.4km/h时,残膜回收率为89.54%,表明其捡拾装置满足田间作业要求。     

弹齿式残膜回收机捡拾装置改进设计与试验

针对弹齿式残膜回收机捡拾装置与地面接触不充分造成残膜回收率低的问题,通过增设起膜部件,重置拾膜弹齿排布,改进了残膜捡拾装置结构。通过对田间覆膜特点和残膜在起膜杆齿上移动条件进行分析,确定了起膜杆齿入土角范围及排布方式。对拾膜弹齿进行运动学和动力学分析,确定了其在残膜捡拾过程中的运动方程和运动轨迹,并确定了残膜不漏挑的条件。依照Box-Benhnken试验设计原理,以机具前进速度、起膜杆齿入土角、输膜链耙转速为试验因素,以残膜回收率和残膜含杂率为响应值,通过回归分析和响应面分析,建立了机具前进速度、起膜杆齿入土角、输膜链耙转速与残膜回收率和残膜含杂率之间的数学模型,并对各因素及其交互作用进行分析。结果表明：各因素对残膜回收率的影响由大到小为：起膜杆齿入土角、机具前进速度、输膜链耙转速;各因素对残膜含杂率的影响由大到小为：输膜链耙转速、起膜杆齿入土角、机具前进速度。应用Design-Expert软件的寻优功能对回归方程进行优化求解,结果表明：当机具前进速度为5.21km/h、起膜杆齿入土角为30.8°和输膜链耙转速为236r/min时,残膜回收率最大值为91.4%,残膜含杂率最小值为3.21%,田间验证试验表明该参数下残膜回收率为91.2%,残膜含杂率为3.1%,理论值和试验值误差小于3%。     

一种农田地膜回收机膜杂分离机理的研究

【目的】提高农田残膜回收的工作效率并减少作业成本,解决现有农田地膜回收机工作过程中存在的膜杂分离率较低的问题。【方法】结合目前机械化地膜回收机实际作业情况,依据人工捡拾残膜特点,设计了一款膜杂分离式残膜回收机;重点对机具中的切膜装置、松膜机构、除杂机构、抓膜机构和收膜装置等主要部件进行了设计分析与理论计算。【结果】1）起膜时为了避免扯断地膜以及方便收膜,在机具最前端设置了切膜装置、松膜机构,同时也解决了地膜缠绕的问题;2）本机具在收膜装置前设置了除杂风机,可以将地膜中间的枝叶、秸秆等杂物吹到待回收的地膜边缘,进一步提高收膜部件收膜后的膜杂分离率;3）本机具的收膜部件采用了套架内置空腔结构形式,内部活塞周围装有软材料的伸缩齿,伸缩齿底端通过圆弧形通道,弧形通道与水平方向的最佳角度为36.5°,能够较好地满足收膜要求。【结论】该残膜回收机能够有效实现抓膜、升膜、运膜到最后脱膜的全过程。同时,本机具采用四行收膜,不但提高了工作效率,也提高了收净率和膜杂分离率,可为膜杂分离式地膜回收机械的研制提供参考。     

农田残膜捡拾机试验研究

选用1FMJSC-80型农田残膜捡拾机,对厚度分别为0.008mm和0.013mm的普通地膜进行田间残膜回收试验,测定残膜捡拾率及缠绕率,对比分析试验数据,得出不同厚度对残膜回收的影响程度。同时,进行了地膜田间监测,测定残膜自然风化率,了解不同时间段内0.008mm、0.013mm普通地膜和可降解地膜的可降解程度,分析得到3种厚度地膜降解程度随时间变化的趋势。通过田间试验,检验1FMJSC-80型农田残膜捡拾机、1FMJ-1000型耙齿式田间残膜捡拾机、横向搂齿式农田残膜回收机及指盘式农田残膜搂集机的田间残膜回收能力,并对比分析4种机型残膜回收效率及优缺点。     

国内外地膜应用及回收装备的发展现状

介绍了国内外地膜的应用情况、解决地膜危害问题的办法及地膜回收装备的发展状况,重点对搂集型、捡拾型和筛土型残膜回收装备进行了对比研究,提出了降解膜发展所遇到的困难和问题,指出了捡拾型残膜回收机是机械化解决残膜回收的发展方向,最后对治理残膜污染提出几点建议。     

揭膜式残膜回收机的设计研究

针对目前新疆地区白色污染和二次污染严重、现有的残膜回收机拾净率低及残膜无法回收利用等问题,从改变地膜厚度入手,设计出了一种新型的揭膜式残膜回收机。该机型采用对辊挤压原理,将传统的搂膜扎膜等收集残膜的方式转变为揭膜卷膜,从而保证了机器工作过程中的稳定性和收膜过程的连续性。同时,对其关键装置进行了参数设计和运动学分析,并进行了田间试验。结果表明:该机型残膜拾净率高达96.8%,对土壤环境的保护有显著效果。     

栅条式清杂装置机理分析与优化试验

残膜清杂是残膜回收的重要环节,现有机型的清杂装置存在清杂效果差及工作不可靠的缺点。为此,结合夹指链式残膜回收装置的改进设计与试验,提出了一种基于倾斜栅条的清杂装置。通过对该装置清杂机理进行分析,采用Box-Behnken响应面试验设计方法建立起清杂率与栅条间距b、栅条角度α、栅条长度L间的二次回归模型。通过分析模型响应曲面,寻得最优方案,确立了栅条式清杂装置的结构与尺寸。田间试验表明:当栅条间距为75mm、栅条角度为51°、栅条长度为870mm时,清杂率达85.35%。由此证明了优化方案的可行性,可为相关残膜清杂装置的研究提供理论依据。     

旱地全膜双垄沟残膜捡拾机的设计

针对我国西北旱地全膜双垄沟残膜捡拾机仿形能力差、拾净率低的问题,设计了一种旱地全膜双垄沟滚筒式残膜捡拾机。同时,阐述了整机结构及工作原理,并通过机构分析和计算确定了关键部件工作参数,旨在为残膜回收提供一种新的机具。     

推送式旋齿起膜机构设计与试验

针对现有残膜回收机起膜机构易堵塞、脱膜难等问题,设计一种推送式旋齿起膜机构,该机构可同时完成起膜及辅助上膜工作。设计平行四杆结构、旋齿结构、排列方式及间距;构建旋齿运动轨迹方程,分析相邻旋齿轨迹,检验不漏膜条件,确定影响起膜性能的主要因素;分析旋齿与输送装置作用下膜土混合物的受力情况,确定影响残膜捡拾性能的主要因素为机具作业速度、旋齿起膜机构转速、挂膜输送带与旋齿起膜机构水平距离、竖直距离,根据工作条件确定因素取值范围。设计四因素五水平试验,探究机具作业速度、旋齿起膜机构转速、挂膜输送带与旋齿起膜机构水平距离、竖直距离对残膜捡拾率的影响规律。开展田间试验,利用Design-Expert软件对试验结果进行参数优化分析,并以最优参数组合,进行田间试验验证。试验结果表明,当机具作业速度为1.43 m/s、旋齿起膜机构转速为60.5 r/min、挂膜输送带与旋齿起膜机构水平距离为308.24 mm、竖直距离为91.22 mm时,预测残膜捡拾率为91.8%,实际残膜捡拾率为91.2%,满足残膜回收机具作业要求。     

钉齿式马铃薯残膜复合收获机的设计和试验研究

为解决垄作马铃薯收获和残膜回收问题,研制出一种用于马铃薯收获和残膜回收的复合收获机,由挖掘铲、运送装置和收膜装置组成,并对关键装置进行了参数设计和分析。挖掘铲采用振动装置,有效的解决了壅土现象的发生和对马铃薯的挖掘效率;机具采用钉齿挑膜原理,利用残膜自身的重力集膜箱中,不需要专门的卸膜装置,方便快捷。田间试验表明:复合收获机的残膜捡拾率为90. 3%,伤薯率为4. 72%,满足马铃薯收获机和残地膜回收机的技术要求。     

链齿式残膜回收机捡拾机构参数优化及试验

针对链齿式残膜回收机捡拾效率不高、工作性能一般等问题,设计了一台链齿式残膜回收机。首先,介绍了工作原理和结构设计;然后,运用Design-Expert8. 060软件,采用Box-Behnken试验方法,以捡拾转速、入土深度、捡拾齿周向间距、捡拾齿轴向间距为影响因素,以捡拾率为响应值,进行了四因素四水平的响应面试验及回归方差分析,分析各因素对链齿式残膜回收机捡拾装置的捡拾率的影响程度,并对各个因素进行优化。试验结果表明:影响捡拾率程度的大小依次为捡拾转速>捡拾齿轴向间距> C捡拾齿周向间距>入土深度;当捡拾转速91. 41r/min、入土深度143. 48mm、捡拾齿周向间距91. 49mm、捡拾齿轴向间距32. 31mm时,残膜的捡拾率达到91. 02%,相对误差较小。     

气动翻转梳齿式菊花采摘装置设计与试验

针对菊花人工采摘效率低、尚未实现机械化等问题,设计了一种气动翻转梳齿式菊花采摘装置。该采摘装置主要由采摘部件、清齿部件、气动抛送机构、丝杠升降机构、行走装置和收集装置等组成,利用梳齿的梳刷作用将花朵采摘下来,借助清齿部件和气动抛送机构完成收集工作,采摘部件的工作高度通过丝杠升降机构进行调节。根据菊花的生长特性和采摘要求,确定了采摘部件中偏置曲柄滑块机构和采摘梳齿的结构参数和运动参数。搭建了采摘样机,以曲柄转速、梳齿间距、机器行驶速度为试验因素,以采摘率、损伤率和含杂率为试验指标,进行了三元二次回归组合试验,建立了因素与指标间数学模型并确定了最优的参数组合,试验表明：在曲柄转速为47.94r/min、梳齿间距为8mm、机器行驶速度为0.17m/s的因素水平组合下,采摘效果最佳。此时,采摘率为92%,损伤率为1.83%,含杂率为10%。该气动翻转梳齿式菊花采摘装置运行稳定,通过性良好,满足菊花采摘的农艺要求。     

残膜回收灭茬联合作业机的设计与试验

开发和设计了一种伸缩杆式残膜回收灭茬联合作业机。在对国内外各种残膜回收机优化组合的基础上,进行了残膜回收机的总体设计及主要部件的结构设计,着重进行了残膜回收灭茬联合作业机的传动系统与拾膜部件机构的设计。试验和理论计算表明:各项工作部件的设计和使用都是正确的,理论、试验均满足残膜回收作业要求。     

国内残膜回收机脱膜装置的研究现状

介绍了残膜在农业生产中危害及机械化回收残膜的优势,论述了我国残膜回收机的分类和特点,并指出脱膜装置作为残膜回收机核心部件的重要性。针对国内残膜回收机的研究现状,介绍几种不同结构形式的脱膜装置,并对其在实际作业中所存在的问题进行了分析,总结优缺点,为以后残膜回收机脱膜装置的机构参数优化提供参考。     

玉米全膜双垄沟残膜回收机改进设计与试验

针对现有玉米全膜双垄沟残膜回收机作业过程中存在起膜齿仿形效果差、易拥堵,以及卷膜辊集膜、卸膜性能不理想等问题,对该机具的仿形弹齿部分和卷膜装置部分进行了改进设计。整个仿形弹齿由多个单铰接起膜齿和凸轮轴组成,每个单铰接起膜齿在凸轮轴的作用下可以实现单独仿形,且能完成相邻两起膜齿在空间上的间歇运动,以解决起膜装置局部仿形能力差、壅土及相互搂膜干涉问题;卷膜装置由主、从动滚筒及变径卷膜辊组成,其中,改进设计的变径卷膜辊依靠手动拉杆和内置弹簧实现外轮廓直径可变,优化后的活动叶片通过内外齿的啮合使其在打开与闭合状态下都能保证其外轮廓为“封闭”的圆柱体,从动滚筒外围加装了人字形输送齿,使得卷膜装置整体在工作时运转更加平稳,变径卷膜辊与主、从动滚筒可以始终保持接触,避免了因摩擦力突变引起的变径卷膜辊在主、从动滚筒上方停滞不转动的现象。通过分析偏心拨齿滚筒的搂集、抛送和脱落过程,确定了偏心拨齿滚筒的最小转速为164.92r/min。结合正交试验,以地膜回收率、缠膜率和含土率为评价指标,应用综合评分法得出作业机工作时各显著性参数对其各指标的综合性能影响主次顺序为：机具前进速度、反向刮膜板转速、偏心拨齿滚筒转速、凸轮轴转速。田间试验表明,在机具作业3.km/h、输送辊转速140.4r/min、凸轮轴转速130.6r/min、偏心拨齿滚筒转速为183.6r/min、反向刮膜板轴转速为120.8r/min时,残膜回收率为90.26%,缠膜率为1.94%,含土率为25.41%,满足全膜双垄沟残膜回收技术要求,为残膜回收机具的设计提供了参考依据。     

自走式马铃薯捡拾装袋机设计与试验

针对马铃薯分段收获中,人工捡拾劳动强度大、效率低、成本高的问题,设计了一种自走式马铃薯捡拾装袋机。该自走式马铃薯捡拾装袋机能一次性完成马铃薯捡拾、薯土分离、除秧和装袋的工作。阐述了自走式马铃薯捡拾装袋机整体结构,并对捡拾装置、升运链装置、三级输送链装置、分拣台以及卸料装置等关键部件进行详细设计;运用DEM-MBD耦合的方法对马铃薯在两级输送链交接处的运动过程及受力情况进行分析;运用Box-Behnken试验方法,以漏薯率和伤薯率为评价指标,以整机前进速度、捡拾装置输送链线速度、升运链线速度、三级输送链线速度为试验因素,对该机工作参数进行四因素三水平试验,使用Design-Expert软件建立二次多项式回归模型。对回归模型进行优化后,绘制响应面,并得出该机最优工作参数。田间试验表明：当前进速度为0.70m/s、捡拾装置输送链线速度为1.10m/s、升运链线速度为1.20m/s、三级输送链线速度为1.30m/s时,漏薯率为2.82%,伤薯率为3.61%,满足马铃薯捡拾收获作业要求。     

钉齿滚筒式残膜回收机关键部件的设计与研究

地膜覆盖技术的广泛推广与应用极大地促进了我国农业现代化的发展,但残留在土地中的地膜在自然条件下极难降解,给农业可持续发展带来巨大危害。为此,针对目前残膜回收机回收率难以达标的问题,设计了一种钉齿式残膜回收机,介绍了残膜回收机的总体结构参数及工作原理,重点对钉齿滚筒进行运动学分析,推导得出钉齿滚筒的运动学方程及不漏捡残膜所满足的参数条件。同时,运用ADAMS对钉齿滚筒的钉齿运动轨迹仿真,得出了滚筒转速、机具行进速度及钉齿周向相邻角度对残膜回收机工作效果的影响。     

玉米全膜双垄沟残膜回收机优化设计与试验

针对现有玉米全膜双垄沟残膜回收机作业中存在起膜单体仿形能力差、易堵塞、根茬易被挑起及卸膜难等问题对机具的起膜装置、卷膜装置及卷膜装置的传动方案进行优化设计。起膜装置由8个仿形起膜单体、滑块、导轨及调压弹簧组成起膜单体能够随地形上下仿形,解决了根茬被挑起、堵塞及冲击振动问题。卷膜装置由主从动锥型卷膜辊、辅助卷膜齿和联动卸膜转臂组成。其中,卷膜辊应用了摩擦传动恒线速度机理,保证卷膜松紧程度均匀;辅助卷膜齿采用快速插接机构插接在主从动锥型动卷膜辊上,实现残膜高效缠绕;主从动卷膜辊设计为锥型结构便于脱膜;联动卸膜转臂能够保证主从动锥型卷膜辊近似直线分开使卸膜较为便捷。通过分析偏心伸缩弹齿的运动,确定了弹齿周向分布4个。以残膜回收率、缠膜率和含杂率为评价指标,采用正交试验得出样机最优工作参数为:前进速度3 km/h、偏心伸缩弹齿挑膜滚筒转速60 r/min、卷膜辊转速90 r/min。以最优工作参数进行了田间试验验证,结果表明,作业机残膜回收率为89.46%,缠膜率为1.93%,含杂率为25.53%,满足全膜双垄沟残膜回收技术要求。