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。     

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。     

双滚筒式收后地表残膜回收机设计与试验

针对残膜回收机存在的拾净率低、含杂率高等问题,该研究设计了一种双滚筒式残膜回收机,适用于秋收后地表残膜回收,采用机械拾膜、气力与机械协同脱膜方式完成作业过程。对捡膜和脱膜过程进行动力学分析,确定捡膜装置和脱膜装置的关键结构参数以及工作参数范围,根据滚轮中心运动轨迹设计并优化正反向凸轮轨道,得到凸轮结构参数,获得捡膜装置不漏捡的条件。运用气流特性分析软件模拟脱膜装置内部流场,分析得出气流运动形成的“O”形旋流利于残膜与杂质的分离。以机具前进速度、捡膜滚筒转速和脱膜滚筒转速为试验因素,残膜拾净率及回收混合物含杂率为试验指标,进行单因素试验,得到响应面试验水平的较优区间,并进行响应面试验,得出较优工作参数为机具前进速度6.72 km/h,捡膜滚筒转速56.7 r/min,脱膜滚筒转速569.78 r/min。田间试验结果表明,机具前进速度6.7 km/h、捡膜滚筒转速57 r/min、脱膜滚筒转速570 r/min时,平均残膜拾净率为86.1%,平均回收混合物含杂率为39.2%;相较于已有回收机的残膜拾净率（85.03%）提高了1.07个百分点,各项指标满足收后地表残膜回收要求。     

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.     

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。     

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。     

SMS-1500型秸秆粉碎与残膜回收机的设计

为解决棉花收获后的残膜回收问题,设计了一种用于收获后棉秸秆切碎还田和残膜回收的联合作业机具,介绍整机的结构和工作原理,对主要工作部件做了设计,确定秸秆粉碎和残膜回收装置的结构参数,分析秸秆切碎和残膜回收过程,得出圆盘锯片切碎秸秆的条件。试验结果表明：在作业速度为5～5.5 km/h时,秸秆切碎长度小于20 cm,残膜回收率大于90%,作业后膜、杆分离,残膜自下而上揭起,残膜破损小。该机作业效率高,能耗小,回收的残膜集中堆放,可用于棉花收获后的残膜回收。     

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.     

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。     

随动式秸秆还田与残膜回收联合作业机设计与试验

针对新疆棉田秋后残膜捡拾率低、膜杂分离效果差等问题,设计了一种随动式秸秆还田与残膜回收联合作业机,整机主要由秸秆粉碎装置和残膜捡拾装置组成。根据新疆棉花种植模式与作业要求对整机的关键部件进行了设计,确定了粉碎刀轴、甩刀、链板总成和起膜齿等零部件的结构参数。选取甩刀转速、机器前进速度和起膜齿入土深度为影响因素,秸秆粉碎长度合格率、残膜捡拾率和膜杂分离率为响应指标,进行了三因素五水平正交旋转中心组合试验。通过Design-Expert V8.0.6.1软件进行方差分析,建立了影响因素与评价指标的数学回归模型,分析了显著因素对响应指标的影响,优化试验参数,确定最优参数组合为:甩刀转速1200 r/min,机器前进速度4.5 km/h,起膜齿入土深度100 mm。根据最优参数组合进行田间试验,结果表明:在优化参数组合下,秸秆粉碎长度合格率的均值为89.37%、残膜捡拾率和膜杂分离率的均值分别为90.31%和93.16%,表明该联合作业机满足秸秆粉碎还田与残膜回收的技术要求。该研究成果有利于提高残膜捡拾机作业效果,解决新疆棉田残膜污染问题。     

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。     

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。     

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。     

残膜捡拾压缩车及其作业工艺设计与试验

为解决残膜回收时捡拾率低、机具集膜箱存储量小、机械化作业过程不连续等问题,研制了一种棉田残膜捡拾压缩车,该机主要由清杂机构、捡膜机构、脱膜输送机构、压缩机构等组成,可同时完成残膜杂质分离、残膜捡拾、脱膜输送和压缩作业.通过对样机关键作业部件的设计,确定了清杂辊、捡膜机构和脱膜输送装置的结构及工作参数,并分析了机具作业过程.样机分别在3种残膜分段回收工艺:搂集—捡压、秸秆还田—搂集—捡压、秸秆还田—捡压中进行试验,田间试验表明,机具作业速度在5~7 km/h,清杂辊转速为240 r/min,捡膜机构转速为90 r/min,脱膜辊转速为1000 r/min时,在回收工艺一搂膜距离≤40 m,回收工艺二搂膜距离≤60 m时,膜堆残膜捡拾率大于80%,清杂率大于78%;在回收工艺三中,棉杆残留根茬高度≤80 mm时,未集堆地表残膜捡拾率达到88.21%,机具缠膜率小于2%,机具可一次性捡拾压缩回收8 hm2田间残膜.     

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。