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。     

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。     

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。     

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。     

链筛式耕层残膜回收机设计与工作参数优化试验

针对新疆地区农田大面积使用地膜,耕层残膜碎片化严重、残膜分离困难,耕层残膜回收问题亟待解决的现状,该文设计研发了链筛式耕层残膜回收机。链筛式残膜回收机由挖掘铲、清障机构、传动机构、偏心轮、连杆机构、链齿机构、脱膜辊、振动机构、机架和膜箱组成。根据设计计算和试验确定机结构参数,其中偏心轮偏心距为40 mm,用ADAMS对该机振动机构进行运动仿真并分析其运动特性,确定运动特征值K(ω2×LOA/g)范围为2.66≤K≤4.02。借助Box-Benhn Ken的中心组合设计方法分析回收机工作参数对回收率的影响效应并作试验设计,选取前进速度、入土深度和输送链驱动轮转速为影响因子进行三因素三水平一次回归正交试验,17组试验的平均回收率为83.34%。在DESIGN EXPERT中使用响应曲面法分析各因素对回收率影响效应并对回归模型的参数进行优化,优化后最优参数值组合为前进速度1.317 m/s、入土深度117.066 mm、输送链驱动轮转速65.106 r/min,当振动机构振幅79.1 mm、偏心轮转速255 r/min时,最优参数组合的田间试验结果为85.07%,振动机构参数设定满足要求,工作性能满足耕层残膜回收的要求。该机适用于新疆地区以及北方多数干旱、半干旱和半湿润农业区的耕层残膜回收,将链齿机构同振动机构分级结合实现耕层残膜回收,链筛型回收方式为耕层残膜回收机的研发提供了新思路。     

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。     

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。     

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.     

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。     

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。     

夹指链式残膜回收机脱膜装置设计与试验

针对现有残膜回收机脱膜困难的问题,该研究设计了一种夹指链式残膜回收机脱膜装置,主要由刮板总成、曲柄摇杆机构和膜杂分离机构等组成,可一次性完成脱膜、膜杂分离和输膜作业。为增加夹指随夹指链转过上收膜轮的过程中与刮板接触的次数,将刮板总成中的刮板设为双层,并通过作业过程分析对其结构参数进行设计;使用ADAMS软件对刮板末端运动轨迹进行仿真分析,并根据仿真结果对曲柄摇杆机构的杆件长度及安装角进行设计;通过对残膜受力情况的分析,确定了曲柄摇杆机构的安装位置;通过运动学分析获得了夹指不被漏刮时上收膜轮角速度与曲柄角速度比的最大值;为实现输膜与膜杂分离,设计了往复摆动式膜杂分离机构,并通过作业机理分析及性能试验对相关部件的结构参数进行设计。田间试验结果表明,当机具作业速度为4.5 km/h、刮板宽度为100 mm、曲柄回转中心与上收膜轮中心间的水平安装距离为290 mm、竖直安装距离为200 mm、上收膜轮角速度与曲柄角速度比为0.5、输膜筛相邻棒条间的安装距离为50 mm时,残膜回收率为93.12%,脱膜率为98.2%,含杂率为16.08%,能够满足残膜回收机田间作业要求。研究成果可为相关装置的设计提供参考。     

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.     

手持式风送授粉机工作参数优化与试验

针对果树授粉作业普遍存在授粉量大、授粉作业不均匀等现象,采用Box-Benhnken的中心组合试验设计理论对风送式授粉作业工作参数作优化研究。以手持式风送授粉机为研究对象,以喷管直径、收缩管直径、电机电压等工作参数为影响因素,以花粉授粉量、喷管出口固相质量浓度、花粉覆盖率为目标函数,建立两者之间的多元数学回归模型,探索各因素之间的影响规律及最佳水平组合。利用Design-Expert 8.0.6软件的回归分析法和响应面分析法对模型进行优化分析,得到风送式授粉机最优工作参数。性能试验结果表明:喷粉量、固相质量浓度影响因素显著顺序依次为喷管直径、电机电压、收缩管直径;覆盖率影响因素显著顺序依次为电机电压、收缩管直径、喷管直径;最优参数组合为喷管直径为5 mm、收缩管直径为7.5 mm、电机电压为8.0 V,对应的花粉喷粉量、固相质量浓度、覆盖率分别为1.70 g/min、17.28 g/m3、77.71%,且各性能指标与理论优化值相对误差均小于6%。田间试验结果表明:猕猴桃花朵柱头的覆盖率为67.11%,与性能试验结果相比相对误差小于16%。研究结果可为进一步完善风送授粉机的结构设计和作业参数优化提供参考。     

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。