齒鏈復(fù)合式殘膜回收機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

謝建華，唐 煒，曹肆林,2，韓英杰，張 毅，楊豫新，李開(kāi)杰

齒鏈復(fù)合式殘膜回收機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

謝建華1，唐 煒1，曹肆林1,2，韓英杰1，張 毅1，楊豫新1，李開(kāi)杰1

（1. 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，烏魯木齊 830052；2.新疆農(nóng)墾科學(xué)院機(jī)械裝備研究所，石河子 832000）

針對(duì)擺桿驅(qū)動(dòng)式殘膜回收機(jī)拾膜機(jī)構(gòu)漏撿、卸膜機(jī)構(gòu)回帶地膜等問(wèn)題，該文設(shè)計(jì)了一種齒鏈復(fù)合式殘膜回收機(jī)。為了提高殘膜回收率，該機(jī)具采用齒鏈?zhǔn)绞澳C(jī)構(gòu)和桿齒式拾膜機(jī)構(gòu)配合拾膜，并采用固定刮板式卸膜機(jī)構(gòu)卸膜。為確保機(jī)具的可靠性，通過(guò)對(duì)拾膜、卸膜機(jī)構(gòu)工作機(jī)理和動(dòng)力學(xué)分析，獲得拾膜機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)軌跡和方程，確定了實(shí)現(xiàn)殘膜撿拾、輸送和脫卸的條件。以機(jī)具行進(jìn)速度、拾膜齒入土深度、齒鏈?zhǔn)绞澳C(jī)構(gòu)與桿齒式拾膜機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速比（速比）為試驗(yàn)因素，拾膜率和纏膜率為響應(yīng)值，進(jìn)行了三因素三水平響應(yīng)面試驗(yàn)，得到各因素的響應(yīng)面模型，分析了各因素對(duì)作業(yè)效果的影響，并對(duì)各因素進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明，試驗(yàn)因素對(duì)拾膜率的影響大小順序?yàn)椋核俦?機(jī)具行進(jìn)速度>拾膜齒入土深度；對(duì)纏膜率的影響大小順序?yàn)椋簷C(jī)具行進(jìn)速度>拾膜齒入土深度>速比。以優(yōu)化后的結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，結(jié)果表明，當(dāng)機(jī)具行進(jìn)速度0.9 m/s，拾膜齒入土深度42 mm，速比0.6時(shí)作業(yè)效果最佳，拾膜率87.2%，纏膜率1.6%，拾膜率與理論優(yōu)化值相差1.3%，纏膜率與理論優(yōu)化值相差6.3%，誤差較小，優(yōu)化模型可靠，研究結(jié)果可為齒鏈復(fù)合式殘膜回收機(jī)最佳工作參數(shù)的選擇提供參考。

農(nóng)業(yè)機(jī)械；設(shè)計(jì)；試驗(yàn)；殘膜回收；桿齒；齒鏈；參數(shù)優(yōu)化

0 引 言

由于地膜覆蓋技術(shù)具有保墑、增溫、抑制雜草生長(zhǎng)等作用，自引入中國(guó)以來(lái)便得到大面積推廣使用[1-4]，但這也造成了大量的地膜殘留[5-7]。國(guó)外通常使用抗拉強(qiáng)度較大的厚地膜，回收后的地膜也便于二次利用，因此回收機(jī)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單[8-9]。國(guó)內(nèi)使用的大多為在自然環(huán)境中難以降解的聚乙烯農(nóng)膜，回收困難[10-15]。國(guó)內(nèi)許多學(xué)者也針對(duì)此問(wèn)題研發(fā)了各式殘膜回收機(jī)具[16-21]。張琴等[22]設(shè)計(jì)了一種通過(guò)起膜鏟鏟起膜土混合物，并通過(guò)錐形挑卷膜機(jī)構(gòu)完成殘膜收集的殘膜回收機(jī)，但殘膜纏繞在起膜齒和卷膜輥上，需要人工卸膜。穆道歡等[23]設(shè)計(jì)了一種通過(guò)彈性力完成殘膜脫卸的殘膜回收機(jī)，該機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但依賴撿拾機(jī)構(gòu)的彈性力卸膜，殘膜脫卸不徹底。閆盼盼等[24]設(shè)計(jì)了一種彈齒鏈耙式殘膜回收機(jī)，但拾膜齒與地面接觸不充分，容易造成漏撿，影響最終殘膜回收率。

課題組前期通過(guò)擺桿驅(qū)動(dòng)式殘膜回收機(jī)的臺(tái)架試驗(yàn)，確定了拾膜、卸膜機(jī)構(gòu)的最佳結(jié)構(gòu)和工作參數(shù)[25-27]。采用臺(tái)架試驗(yàn)得到的相關(guān)參數(shù)加工整機(jī)，并于2018年7月在新疆兵團(tuán)石河子市的試驗(yàn)地進(jìn)行田間試驗(yàn)，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：雖然擺桿驅(qū)動(dòng)式殘膜回收機(jī)在臺(tái)架試驗(yàn)時(shí)具有較好的試驗(yàn)效果，但對(duì)于實(shí)際田間環(huán)境的適應(yīng)性較差，在工作過(guò)程中容易漏撿，長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)會(huì)導(dǎo)致卸膜齒彎曲變形，且存在一定程度的回帶地膜情況。針對(duì)這些問(wèn)題，并結(jié)合實(shí)際田間作業(yè)情況，在擺桿驅(qū)動(dòng)式殘膜回收機(jī)的基礎(chǔ)之上，改進(jìn)設(shè)計(jì)了齒鏈復(fù)合式殘膜回收機(jī)，增加二次拾膜機(jī)構(gòu)，并將卸膜桿齒卸膜改為柔性橡膠刮板刮膜。本文基于對(duì)拾膜、卸膜機(jī)構(gòu)工作機(jī)理和動(dòng)力學(xué)分析，確定了實(shí)現(xiàn)殘膜撿拾、輸送和脫卸的條件；運(yùn)用Design-Expert軟件，采用三因素三水平響應(yīng)面試驗(yàn)分析了各因素對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影響，利用二次回歸模型優(yōu)化得到機(jī)具的最佳工作參數(shù)，并進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

1 整機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 整機(jī)結(jié)構(gòu)

齒鏈復(fù)合式殘膜回收機(jī)的工作部件主要包括桿齒式拾膜機(jī)構(gòu)、齒鏈?zhǔn)绞澳C(jī)構(gòu)和刮板式卸膜機(jī)構(gòu)3大部分。主要是由機(jī)架、集膜箱、桿齒式拾膜機(jī)構(gòu)、地輪、齒輪換向機(jī)構(gòu)、鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、齒鏈?zhǔn)绞澳C(jī)構(gòu)、限深輪和刮板式卸膜機(jī)構(gòu)組成，整機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.機(jī)架 2.集膜箱 3.桿齒式拾膜機(jī)構(gòu) 4.地輪 5.齒輪換向機(jī)構(gòu) 6.鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 7.齒鏈?zhǔn)绞澳C(jī)構(gòu) 8.刮板式卸膜機(jī)構(gòu) 9.限深輪

1.2 工作原理

機(jī)具工作時(shí)，由拖拉機(jī)牽引，帶動(dòng)地輪轉(zhuǎn)動(dòng)，由地輪通過(guò)鏈傳動(dòng)帶動(dòng)齒輪換向機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)，再傳遞給桿齒式拾膜機(jī)構(gòu)，桿齒式拾膜機(jī)構(gòu)通過(guò)鏈傳動(dòng)帶動(dòng)齒鏈?zhǔn)绞澳C(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)。機(jī)具前進(jìn)時(shí)，先由齒鏈?zhǔn)绞澳C(jī)構(gòu)對(duì)地面的殘膜進(jìn)行一次拾膜，殘膜經(jīng)刮板式卸膜機(jī)構(gòu)被卸進(jìn)集膜箱；地面經(jīng)齒鏈?zhǔn)绞澳C(jī)構(gòu)撿拾后，還會(huì)存在一部分的地膜殘留，再經(jīng)桿齒式拾膜機(jī)構(gòu)進(jìn)行二次拾膜，撿拾起來(lái)的殘膜經(jīng)齒鏈?zhǔn)绞澳C(jī)構(gòu)上的彈齒刮捋、輸送，最后經(jīng)刮板式卸膜機(jī)構(gòu)卸進(jìn)集膜箱。機(jī)具在工作時(shí)共完成2次拾膜及多次卸膜。

1.3 主要技術(shù)參數(shù)

齒鏈復(fù)合式殘膜回收機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 齒鏈復(fù)合式殘膜回收機(jī)主要參數(shù)

2 主要部件設(shè)計(jì)

2.1 拾膜機(jī)構(gòu)

2.1.1 齒鏈?zhǔn)绞澳C(jī)構(gòu)

齒鏈?zhǔn)绞澳C(jī)構(gòu)作為機(jī)具的關(guān)鍵部件，其作業(yè)效果及可靠性直接影響到殘膜回收機(jī)的工作性能。如圖2a所示，齒鏈?zhǔn)绞澳C(jī)構(gòu)主要由固定板、彈齒、彈齒軸和傳動(dòng)鏈組成。如圖2b所示，根據(jù)新疆地區(qū)一膜四行機(jī)采棉種植模式（660 mm+100 mm），在每一根彈齒軸上均勻分布7組彈齒，相鄰彈齒中心距167 mm，共設(shè)置10根彈齒軸，相鄰彈齒軸間距144 mm。彈齒軸通過(guò)帶座軸承和固定板與機(jī)架連接，與機(jī)架成45°傾角，由鏈條帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。

1.機(jī)架 2.固定板 3.彈齒 4.彈齒軸 5.傳動(dòng)鏈 6.作物植株

2.1.2 桿齒式拾膜機(jī)構(gòu)

桿齒式拾膜機(jī)構(gòu)如圖3所示，主要由拾膜齒、滾子、曲柄、拾膜齒軸、主軸、滑道和固定外殼組成。為了使每一組桿齒式拾膜機(jī)構(gòu)的彈齒與齒鏈?zhǔn)绞澳C(jī)構(gòu)的彈齒相匹配，實(shí)現(xiàn)殘膜的刮捋，同樣在每根拾膜齒軸上等距排列7組拾膜齒，共設(shè)置4根拾膜齒軸。機(jī)具前進(jìn)時(shí)，地輪通過(guò)鏈傳動(dòng)傳遞動(dòng)力給桿齒式拾膜機(jī)構(gòu)，在滑道的作用下，拾膜齒完成入土、挑膜、升運(yùn)。

1.拾膜齒 2.滾子 3.曲柄 4.拾膜齒軸 5.主軸 6.滑道 7.固定外殼

齒鏈?zhǔn)绞澳C(jī)構(gòu)和桿齒式拾膜機(jī)構(gòu)采用間隔和結(jié)構(gòu)相同的彈齒，如圖4所示。彈齒材料為55SiMnVB，彈齒直徑為5 mm，彈齒齒間間距為72 mm，齒鏈?zhǔn)绞澳C(jī)構(gòu)的彈齒軸心距齒尖距離為150 mm，桿齒式拾膜機(jī)構(gòu)的彈齒軸心距齒尖距離為230 mm。

注：L1為彈齒齒間距離，mm；L2為彈齒軸心距齒尖距離，mm；d為彈齒直徑，mm。

2.2 卸膜機(jī)構(gòu)

刮板式卸膜機(jī)構(gòu)如圖5所示，主要包括機(jī)架前橫梁、支撐架和橡膠刮板。為了避免拾膜彈齒與卸膜機(jī)構(gòu)碰撞，從而引起卸膜機(jī)構(gòu)產(chǎn)生永久變形，影響后續(xù)繼續(xù)卸膜，卸膜板采用柔性橡膠刮板，刮板上設(shè)置寬度為8 mm的條形槽，兩兩與拾膜齒對(duì)應(yīng)，刮板通過(guò)支撐架焊接在機(jī)架上。如圖5b所示，被拾起的殘膜通過(guò)卸膜導(dǎo)板輸送，一部分在自身重力作用下掉進(jìn)集膜箱，一部分被拾膜齒輸送至卸膜板處，被卸膜板卸下，落入集膜箱，最終完成殘膜的收集。

1.機(jī)架前橫梁 2.支撐架 3.橡膠刮板 4.齒鏈?zhǔn)绞澳C(jī)構(gòu) 5.輸膜板 6.殘膜 7.集膜箱

2.3 主要部件動(dòng)力學(xué)分析

2.3.1 齒鏈?zhǔn)绞澳C(jī)構(gòu)撿拾過(guò)程分析

齒鏈?zhǔn)绞澳C(jī)構(gòu)作為殘膜回收機(jī)主要拾膜機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)回收大部分殘膜，桿齒式拾膜機(jī)構(gòu)作為輔助拾膜機(jī)構(gòu)，主要撿拾齒鏈?zhǔn)绞澳C(jī)構(gòu)未撿拾干凈的殘膜。機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速對(duì)于拾膜效果有重要的影響，轉(zhuǎn)速過(guò)快容易將地膜撕碎，難以撿拾，還會(huì)造成振動(dòng)，影響機(jī)構(gòu)工作的穩(wěn)定性；而轉(zhuǎn)速過(guò)慢，彈齒挑起的殘膜在升運(yùn)過(guò)程中容易脫落。因此，需對(duì)拾膜機(jī)構(gòu)撿拾過(guò)程進(jìn)行分析，確定拾膜機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速范圍，保證機(jī)具正常作業(yè)。

則拾膜齒齒尖的運(yùn)動(dòng)方程為

將式（1）對(duì)時(shí)間求導(dǎo)可得拾膜齒的速度方程為

定義拾膜齒齒尖線速度1與機(jī)具行進(jìn)速比的比值為

圖6 拾膜齒運(yùn)動(dòng)分析

Fig.6 Motion analysis of film pickup tooth

為了避免拾膜齒轉(zhuǎn)速過(guò)快而影響拾膜效果，只有當(dāng)<1時(shí)，拾膜齒才能發(fā)揮較好的拾膜效果。當(dāng)拾膜齒挑起殘膜向上輸送的過(guò)程中，被挑起殘膜的受力如圖7所示。

彈齒在入土挑起殘膜后，殘膜的受力平衡條件為

要保證殘膜在升運(yùn)過(guò)程中不脫落，彈齒給予殘膜的摩擦力應(yīng)不小于殘膜所受的離心力，即

式中為被挑起殘膜的瞬時(shí)加速度，m/s2；為被挑起殘膜中心的瞬時(shí)半徑，m。

根據(jù)課題組前期田間試驗(yàn)，結(jié)合現(xiàn)有結(jié)構(gòu)參數(shù)，將機(jī)具行進(jìn)速度設(shè)定為0.9～1.5 m/s，結(jié)合鏈輪半徑=70 mm，拾膜齒長(zhǎng)度=150 mm，初步確定拾膜齒轉(zhuǎn)速為37～66 r/min。

注：G為殘膜重力，N；FN為彈齒對(duì)殘膜的支持力，Ν；Ff為殘膜和彈齒間的摩擦力，Ν；Fg為殘膜所受的慣性力，Ν；α為拾膜齒與垂直方向的夾角，(°)；γ為慣性力與支持力間的夾角，(°)。

2.3.2 刮板式卸膜機(jī)構(gòu)卸膜過(guò)程分析

卸膜過(guò)程殘膜的受力如圖8所示，忽略殘膜與彈齒和刮板間的靜電吸附力[28]，殘膜和卸膜刮板相對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受力平衡條件為

殘膜被刮板式卸膜板卸進(jìn)集膜箱的條件為

在卸膜過(guò)程中，當(dāng)彈齒經(jīng)過(guò)卸膜刮板時(shí)，應(yīng)盡量避免彈齒將殘膜拉扯斷裂及撕裂，因此，彈齒對(duì)地膜的作用力應(yīng)小于地膜的抗拉強(qiáng)度，即

由式（8）和式（9）可知，彈齒瞬時(shí)角速度的取值范圍為

式中為彈齒上輸送的經(jīng)過(guò)卸膜板的殘膜截面面積，mm2；[]為殘膜的許用拉應(yīng)力，Pa。

注：為卸膜刮板對(duì)殘膜的作用力，Ν；1為彈齒與的夾角，(°)；1為彈齒與的夾角，(°)。

Note:is the force of film unloading scraper on residual film, Ν;1is the angle between the spring tooth and the, (°);1is the angle between the spring tooth and the, (°).

圖8 卸膜過(guò)程中殘膜受力分析

Fig.8 Force analysis of residue film during unloading process

3 田間試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)條件

為驗(yàn)證齒鏈復(fù)合式殘膜回收機(jī)的作業(yè)效果、獲取最優(yōu)作業(yè)參數(shù)，于2019年6月底在石河子市145團(tuán)進(jìn)行田間試驗(yàn)。該試驗(yàn)地為留茬未耕地，地膜厚度為0.01 mm，與地表土壤粘結(jié)。試驗(yàn)地為較平坦的壤土，平均土壤緊實(shí)度為4 700 kPa，平均土壤含水率為18.9%。試驗(yàn)選用約翰迪爾404拖拉機(jī)提供動(dòng)力，天馬FA1004型電子天平為殘膜稱質(zhì)量，托普云土壤緊實(shí)度儀測(cè)量土壤狀況。

3.2 試驗(yàn)因素的確定及控制方法

根據(jù)前期擺桿驅(qū)動(dòng)式殘膜回收機(jī)的臺(tái)架試驗(yàn)，結(jié)合齒鏈復(fù)合式殘膜回收機(jī)的結(jié)構(gòu)布置及工作原理，選取以下3個(gè)參數(shù)作為試驗(yàn)因素：機(jī)具行進(jìn)速度（以下簡(jiǎn)稱速度）1，拾膜齒入土深度（齒鏈?zhǔn)绞澳C(jī)構(gòu)上拾膜齒的入土深度，以下簡(jiǎn)稱深度）2，齒鏈?zhǔn)绞澳C(jī)構(gòu)與桿齒式拾膜機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速比（以下簡(jiǎn)稱速比）3。

1）機(jī)具行進(jìn)速度

拖拉機(jī)帶動(dòng)機(jī)具前進(jìn)時(shí)，根據(jù)配套約翰迪爾404拖拉機(jī)的行駛速度，由駕駛?cè)藛T通過(guò)轉(zhuǎn)換拖拉機(jī)檔位和手動(dòng)控制油門(mén)來(lái)調(diào)整機(jī)具行進(jìn)速度，根據(jù)前期臺(tái)架試驗(yàn)得到機(jī)具最佳作業(yè)速度為1.2 m/s，考慮到實(shí)際田間情況有別于試驗(yàn)臺(tái)，因此設(shè)置上下0.3 m/s的浮動(dòng)范圍，速度分別為0.9、1.2、1.5 m/s。

2）拾膜齒入土深度

拾膜齒入土深度的調(diào)節(jié)通過(guò)改變機(jī)具前端限深輪的高度來(lái)實(shí)現(xiàn)，拾膜齒入土越深，發(fā)生塑性變形的可能性越大，入土太淺則會(huì)造成殘膜撿拾不凈，綜合前期臺(tái)架試驗(yàn)得到的最優(yōu)入土深度為65 mm和田間實(shí)際地膜殘留情況，按等距取30、60和90 mm三擋拾膜齒入土深度可調(diào)。

3）齒鏈?zhǔn)绞澳C(jī)構(gòu)與桿齒式拾膜機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速比

齒鏈?zhǔn)绞澳C(jī)構(gòu)的拾膜齒對(duì)于桿齒式拾膜機(jī)構(gòu)的拾膜齒具備刮捋功能，故兩拾膜機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速比對(duì)于機(jī)具的工作效果有著重要影響。由于動(dòng)力是經(jīng)鏈傳動(dòng)由桿齒式拾膜機(jī)構(gòu)傳遞給齒鏈?zhǔn)绞澳C(jī)構(gòu)，通過(guò)改變傳動(dòng)比可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速比的調(diào)節(jié)，通過(guò)前期試驗(yàn)并結(jié)合現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，速比設(shè)定為1.0、1.5、2.0。

試驗(yàn)因素水平見(jiàn)表2。

表2 試驗(yàn)因素和水平

3.3 試驗(yàn)指標(biāo)

式中1為被收集到集膜箱的殘膜質(zhì)量，g；2為纏繞在機(jī)具上的殘膜質(zhì)量，g；3為每30 m地膜鋪設(shè)前凈質(zhì)量，g。

3.4 試驗(yàn)方案及結(jié)果

試驗(yàn)采用三因素三水平響應(yīng)面分析試驗(yàn)，共進(jìn)行17組試驗(yàn)，每組試驗(yàn)重復(fù)3次取平均值，每次試驗(yàn)機(jī)具有效行程大于30 m，由人工收取集膜箱里和纏繞在機(jī)具上的殘膜并裝袋，做好標(biāo)記。經(jīng)清洗、晾曬后秤其質(zhì)量，根據(jù)式（12）～（13）計(jì)算拾膜率和纏膜率，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 試驗(yàn)方案及結(jié)果

4 結(jié)果與分析

4.1 回歸模型的建立與檢驗(yàn)

利用Design-Expert軟件對(duì)試驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，得到拾膜率、纏膜率的回歸模型，方差分析結(jié)果見(jiàn)表4。拾膜率1的回歸模型<0.01，說(shuō)明該模型極顯著，其中1、32對(duì)拾膜率1影響極顯著，3、13對(duì)拾膜率1影響顯著。纏膜率2的回歸模型<0.01，說(shuō)明該模型極顯著，其中1、13、32對(duì)纏膜率2影響極顯著，1223對(duì)纏膜率2影響顯著。

注：<0.05(顯著*)；<0.01(極顯著**)。

Note:<0.05(significant,*);<0.01(highly significant, **).

根據(jù)表4可知，所選3個(gè)因素之間的交互作用對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)具有一定影響，因此采用多元回歸擬合的方式對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行處理[29]，剔除不顯著因素后，得到速度、深度和速比對(duì)拾膜率1、纏膜率2影響的回歸方程為

4.2 各因素對(duì)性能影響分析

各因素對(duì)模型的影響程度通過(guò)貢獻(xiàn)率值的大小來(lái)體現(xiàn)，值越大，各因素對(duì)模型的影響越大[30-31]，計(jì)算方法見(jiàn)式（16）、式（17）。表5為各因素貢獻(xiàn)率，由表5可知，各因素對(duì)拾膜率貢獻(xiàn)率大小順序?yàn)椋核俦龋緳C(jī)具行進(jìn)速度＞拾膜齒入土深度；各因素對(duì)纏膜率貢獻(xiàn)率大小順序?yàn)椋簷C(jī)具行進(jìn)速度＞拾膜齒入土深度＞速比。

表5 各影響因素貢獻(xiàn)率

從模型方差分析可知，拾膜齒入土深度對(duì)拾膜率影響不顯著，這是由于田間殘膜含量隨著土層深度的加深而逐漸減少，大部分殘膜集中在肉眼可見(jiàn)的表層，因此，當(dāng)拾膜齒入土深度達(dá)到一定程度后，其入土深度的變化很難再影響到拾膜率；而單一拾膜齒入土深度和速比兩個(gè)因素對(duì)纏膜率影響均不顯著，這是因?yàn)辇X鏈復(fù)合式殘膜回收機(jī)采用固定刮板式卸膜機(jī)構(gòu)，卸膜刮板通過(guò)對(duì)拾膜彈齒的刮捋進(jìn)行卸膜，單一拾膜齒入土深度和速比的改變不會(huì)影響到卸膜方式，故不會(huì)對(duì)纏膜率造成顯著影響，但Design-Expert軟件分析發(fā)現(xiàn)，速比與機(jī)具行進(jìn)速度的交互作用會(huì)對(duì)纏膜率造成顯著影響，因此，需要深入探究交互因素對(duì)各性能指標(biāo)的影響。

4.3 交互因素對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)影響分析

為了直觀了解各交互因素對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影響，運(yùn)用Design-Expert軟件作出各交互因素對(duì)拾膜率、纏膜率影響的響應(yīng)面分析圖，如圖9所示。

圖9a為拾膜齒入土深度位于中心水平（60 mm）時(shí)，機(jī)具行進(jìn)速度與速比對(duì)拾膜率交互作用的響應(yīng)面圖。由圖9a可知，當(dāng)拾膜齒入土深度在中心水平，機(jī)具行進(jìn)速度固定在低水平（0.9 m/s）時(shí)，齒鏈?zhǔn)绞澳C(jī)構(gòu)與桿齒式拾膜機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速比由1.0增加到1.5，拾膜率先增加，但當(dāng)速比繼續(xù)加大時(shí)，拾膜率逐漸降低。這是由于當(dāng)拾膜機(jī)構(gòu)的速比增加到一定程度后，殘膜更容易被撕裂，被撕裂的小碎膜掉落在地里，難以被再次撿拾，從而影響拾膜率。

圖9b為速比位于中心水平（1.5）時(shí)，拾膜齒入土深度和機(jī)具行進(jìn)速度對(duì)纏膜率交互作用的響應(yīng)曲面圖。由圖9b可知，當(dāng)速比在中心水平、拾膜齒入土深度在低水平（30 mm）時(shí)，纏膜率隨機(jī)具行進(jìn)速度的增加而加大。這主要是由于當(dāng)機(jī)具行進(jìn)速度過(guò)快后，拾膜機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)也加快，造成單位時(shí)間內(nèi)拾起的殘膜數(shù)量增多，影響刮板式卸膜機(jī)構(gòu)的卸膜效率，最終使得殘留在拾膜機(jī)構(gòu)上的殘膜數(shù)量增多，纏膜率增大。

圖9 各因素交互作用對(duì)拾膜率和纏膜率的影響

圖9c為拾膜齒入土深度位于中心水平（60 mm）時(shí)，速比和機(jī)具行進(jìn)速度對(duì)纏膜率交互作用的響應(yīng)面圖。由圖9c可知，當(dāng)拾膜齒入土深度在水平、機(jī)具行進(jìn)速度在低水平（0.9）時(shí)，速比由1.0增加到1.6，纏膜率逐漸降低，但當(dāng)速比繼續(xù)增加時(shí)，纏膜率開(kāi)始增加。這是由于齒鏈?zhǔn)绞澳C(jī)構(gòu)包含10組拾膜齒，桿齒式拾膜機(jī)構(gòu)包含4組拾膜齒，當(dāng)速比較低時(shí)，每一組桿齒式拾膜齒所匹配到的齒鏈?zhǔn)绞澳X較少，不能充分地將桿齒式拾膜機(jī)構(gòu)撿拾的地膜刮捋下來(lái)，從而造成纏膜率較高。但當(dāng)速比過(guò)高時(shí)，同時(shí)會(huì)伴隨拾膜機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速的提高，造成單位時(shí)間內(nèi)撿拾的殘膜增多，影響卸膜，纏膜率增大。圖9d中也得出相同結(jié)論，并可大致確定速比在1.6時(shí)，纏膜率較低。

4.4 參數(shù)優(yōu)化與驗(yàn)證試驗(yàn)

拾膜率和纏膜率是衡量齒鏈復(fù)合式殘膜回收機(jī)作業(yè)效果的重要指標(biāo)。因此，優(yōu)化試驗(yàn)參數(shù)時(shí)，以拾膜率和纏膜率同等權(quán)重為優(yōu)化條件，以提高拾膜率、降低纏膜率為優(yōu)化目標(biāo)，借助Design-Expert軟件進(jìn)行尋優(yōu)。得到最優(yōu)的試驗(yàn)參數(shù)為：機(jī)具行進(jìn)速度0.9 m/s，拾膜齒入土深度42 mm，齒鏈?zhǔn)绞澳C(jī)構(gòu)與桿齒式拾膜機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速比1.6，此時(shí)拾膜率為88.3%，纏膜率為1.7%。

為驗(yàn)證優(yōu)化后的試驗(yàn)效果，以優(yōu)化參數(shù)，即機(jī)具行進(jìn)速度0.9 m/s，拾膜齒入土深度42 mm，齒鏈?zhǔn)绞澳C(jī)構(gòu)與桿齒式拾膜機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速比1.6，于2019年7月在石河子市145團(tuán)進(jìn)行田間驗(yàn)證試驗(yàn)，試驗(yàn)重復(fù)3次，依據(jù)式（12）～（13）計(jì)算拾膜率和纏膜率并取平均值，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 理論優(yōu)化與田間試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

如表6可知，拾膜率與理論優(yōu)化值相差1.3%，纏膜率與理論優(yōu)化值相差6.3%，田間試驗(yàn)結(jié)果與理論優(yōu)化值相差較小，優(yōu)化模型可靠。當(dāng)殘膜回收機(jī)以行進(jìn)速度0.9 m/s、拾膜齒入土深度42 mm，齒鏈?zhǔn)绞澳C(jī)構(gòu)與桿齒式拾膜機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速比1.6作業(yè)時(shí)，拾膜率為87.2%，纏膜率為1.6%。

5 結(jié) 論

1）針對(duì)擺桿驅(qū)動(dòng)式殘膜回收機(jī)存在拾膜機(jī)構(gòu)漏撿，卸膜機(jī)構(gòu)回帶地膜等問(wèn)題，設(shè)計(jì)了齒鏈復(fù)合式殘膜回收機(jī)。對(duì)齒鏈復(fù)合式殘膜回收機(jī)拾膜卸膜機(jī)理進(jìn)行分析，確定了齒鏈?zhǔn)绞澳C(jī)構(gòu)、桿齒式拾膜機(jī)構(gòu)和刮板式卸膜機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)。

2）運(yùn)用Design-Expert軟件進(jìn)行了三因素三水平響應(yīng)面分析試驗(yàn)，確定了各因素對(duì)拾膜率的影響大小順序?yàn)椋核俦?機(jī)具行進(jìn)速度>拾膜齒入土深度；對(duì)纏膜率的影響大小順序?yàn)椋簷C(jī)具行進(jìn)速度>拾膜齒入土深度>速比。

3）運(yùn)用Design-Expert軟件的優(yōu)化模塊，以拾膜率和纏膜率為優(yōu)化目標(biāo)，確定最優(yōu)工作參數(shù)為：機(jī)具行進(jìn)速度0.9 m/s，拾膜齒入土深度42 mm，齒鏈?zhǔn)绞澳C(jī)構(gòu)與桿齒式拾膜機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速比1.6，田間驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果表明，以優(yōu)化參數(shù)作業(yè)時(shí)，拾膜率為87.2%，纏膜率為1.6%，優(yōu)化結(jié)果可靠。

[1]謝建華，段威林，張鳳賢，等. 桿齒式卸膜機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及高速攝像試驗(yàn)[J]. 機(jī)械設(shè)計(jì)，2019，36(5)：60－64.

Xie Jianhua, Duan Weilin, Zhang Fengxian, et al. Design and high-speed photography test of pole-tooth film-unloading mechanism[J]. Journal of Machine Design, 2019, 36(5): 60－64.(in Chinese with English abstract)

[2]畢繼業(yè)，王秀芬，朱道林. 地膜覆蓋對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)量的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2008，24(11)：172－175.

Bi Jiye, Wang Xiufen, Zhu Daolin. Effect of plastic-film mulch on crop yield[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2008, 24(11): 172－175. (in Chinese with English abstract)

[3]戴飛，郭笑歡，趙武云，等. 帆布帶式馬鈴薯挖掘-殘膜回收聯(lián)合作業(yè)機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2018，49(3)：104－113.

Dai Fei, Guo Xiaohuan, Zhao Wuyun, et al. Design and experiment of canvas belt combined operation machine for potato digging and plastic film collecting[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2018, 49(3): 104－113. (in Chinese with English abstract)

[4]王旭峰，胡燦，魯兵，等. 拋膜鏈齒輸送式殘膜回收機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2018，49(3)：122－129.

Wang Xufeng, Hu Can, Lu Bing, et al. Design and experiment of sprocket conveying residual film recycling machine of casting film[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2018, 49(3): 122－129. (in Chinese with English abstract)

[5]嚴(yán)昌榮，劉恩科，舒帆，等. 我國(guó)地膜覆蓋和殘留污染特點(diǎn)與防控技術(shù)[J]. 農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學(xué)報(bào)，2014，31(2)：95－102.

Yan Changrong, Liu Enke, Shu Fan, et al. Review of agricultural plastic mulching and its residual pollution and prevention measures in China[J]. Journal of Agricultural Resources and Environment, 2014, 31(2): 95－102. (in Chinese with English abstract)

[6]趙巖，陳學(xué)庚，溫浩軍，等. 農(nóng)田殘膜污染治理技術(shù)研究現(xiàn)狀與展望[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2017，48(6)：1－14.

Zhao Yan, Chen Xuegeng, Wen Haojun, et al. Research status and prospect of control technology for residual plastic film pollution in farmland[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2017, 48(6): 1－14. (in Chinese with English abstract)

[7]白云龍，李曉龍，張勝，等. 內(nèi)蒙古地膜殘留污染現(xiàn)狀及殘膜回收利用對(duì)策研究[J]. 中國(guó)土壤與肥料，2015(6)：139－145.

Bai Yunlong, Li Xiaolong, Zhang Sheng, et al. Study on the current situation of plastic film residue pollution and the countermeasures for the recovery and utilization of residual film in Inner Mongolia[J]. Soil and Fertilizer Sciences in China, 2015(6): 139－145. (in Chinese with English abstract)

[8]謝建華，侯書(shū)林，付宇，等. 殘膜回收機(jī)彈齒式拾膜機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析與試驗(yàn)[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2013，44(S1)：94－99.

Xie Jianhua, Hou Shulin, Fu Yu, et al. Motion analysis and experiment on spring-tooth mulching plastic film collector[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2013, 44(S1): 94－99. (in Chinese with English abstract)

[9]劉旋峰，石鑫，郭兆峰，等. 滾筒式殘膜回收機(jī)的性能試驗(yàn)研究[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2017，33(16)：26－31.

Liu Xuanfeng, Shi Xin, Guo Zhaofeng, et al. Performance test on roller type residual film recycling machine[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(16): 26－31. (in Chinese with English abstract)

[10]靳偉，張學(xué)軍，鄢金山，等. 曲軸式棉田地表殘膜回收機(jī)撿膜特性分析及工作參數(shù)優(yōu)化[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2018，34(16)：10－18.

Jin Wei, Zhang Xuejun, Yan Jinshan, et al. Characteristic analysis and working parameter optimization of crankshaft type cotton field surface residual film collecting machine[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(16): 10－18. (in Chinese with English abstract)

[11]謝建華，孫超偉，楊業(yè)龍，等. 殘膜回收機(jī)拾膜卸膜機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析及實(shí)驗(yàn)[J]. 農(nóng)機(jī)化研究，2017，39(5)：63－67，83.

Xie Jianhua, Sun Chaowei, Yang Yelong, et al. Motion simulation and orthogonal experiment on pole-teeth plastic film residue collector[J]. Journal of Agricultural Mechanization Research, 2017, 39(5): 63－67, 83. (in Chinese with English abstract)

[12]段威林，謝建華，張學(xué)軍，等. 桿齒式殘膜回收機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J]. 農(nóng)機(jī)化研究，2019，41(2)：140－144.

Duan Weilin, Xie Jianhua, Zhang Xuejun, et al. Design and test of pole-tooth type residual plastic film collector[J]. Journal of Agricultural Mechanization Research, 2019, 41(2): 140－144. (in Chinese with English abstract)

[13]張佳喜，楊程，郭俊先，等. 滾刀式青貯玉米起茬及殘膜回收聯(lián)合作業(yè)機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2018，34(6)：25－34.

Zhang Jiaxi, Yang Cheng, Guo Junxian, et al. Design and experiment of hob-type joint operation machine for silage corn root stubble plucking and residual plastic film collecting[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(6): 25－34. (in Chinese with English abstract)

[14]謝建華，曹曉冉，鞏懷仁，等. 圓盤(pán)碎土起膜裝置仿真分析與試驗(yàn)[J]. 中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)，2016，37(8)：5－8.

Xie Jianhua, Cao Xiaoran, Gong Huairen, et al. Simulation analysis and experiment of disc crushing soil and curl-up film device[J]. Journal of Chinese Agricultural Mechanization, 2016, 37(8): 5－8. (in Chinese with English abstract)

[15]Xie Jianhua, Tang Wei, Zhang Xuejun, et al. Mechanical properties tests and analysis of plastic mulching film residue[J]. International Agricultural Engineering Journal, 2018, 27(4), 130－135.

[16]謝建華，楊業(yè)龍，張學(xué)軍，等. 圓盤(pán)扎輥式殘膜回收機(jī)碎土性能分析及試驗(yàn)[J]. 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2017(8)：224－227.

Xie Jianhua, Yang Yelong, Zhang Xuejun, et al. Analysis and experiment for breaking soil performance of the disc roller type residual film recycling machine[J]. Machinery Design & Manufacture, 2017(8): 224－227. (in Chinese with English abstract)

[17]謝建華，陳學(xué)庚，孫超偉. 桿齒式殘膜回收機(jī)卸膜過(guò)程分析及高速攝像試驗(yàn)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2017，33(10)：17－24.

Xie Jianhua, Chen Xuegeng, Sun Chaowei. Unloading film process analysis and high-speed photography experiment of pole-tooth residual plastic film collector[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(10): 17－24. (in Chinese with English abstract)

[18]謝建華，張鳳賢，段威林. 圓盤(pán)碎土過(guò)程分析及試驗(yàn)[J]. 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2018(7)：218－221.

Xie Jianhua, Zhang Fengxian, Duan Weilin. Analysis and experiment of the disc crushing soil process[J]. Machinery Design & Manufacture, 2018(7): 218－221.(in Chinese with English abstract)

[19]王吉奎，付威，王衛(wèi)兵，等. SMS-1500 型秸稈粉碎與殘膜回收機(jī)的設(shè)計(jì)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2011，27(7)：168－172.

Wang Jikui, Fu Wei, Wang Weibing, et al. Design of SMS-1500 type straw chopping and plastic film residue collecting machine[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2011, 27(7): 168－172. (in Chinese with English abstract)

[20]郭文松，簡(jiǎn)建明，散鋆龍，等. 4CML-1000 型鏈耙式地膜回收機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)優(yōu)化[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2018，49(2)：66－73.

Guo Wensong, Jian Jianming, San Yunlong, et al. Design and experimental optimization of 4CML-1000 type chain rake film recycling machine[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2018, 49(2): 66－73. (in Chinese with English abstract)

[21]王科杰，胡斌，羅昕，等. 殘膜回收機(jī)單組仿形摟膜機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2017，33(8)：12－20.

Wang Kejie, Hu Bin, Luo Xin, et al. Design and experiment of monomer profiling raking-film mechanism of residue plastic film collector[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(8): 12－20. (in Chinese with English abstract)

[22]張琴，李亞麗，王保愛(ài)，等. 殘膜撿拾機(jī)起膜鏟的設(shè)計(jì)與仿真[J]. 中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)，2016，37(7)：33－37.

Zhang Qin, Li Yali, Wang Baoai, et al. Design and simulation on loosening shovel of residual plastic film pickup machine[J]. Journal of Chinese Agricultural Mechanization, 2016, 37(7): 33－37. (in Chinese with English abstract)

[23]穆道歡，楊宛章. 殘膜回收機(jī)彈齒式撿拾機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研究[J]. 農(nóng)機(jī)化研究，2015，37(11)：91－94.

Mu Daohuan, Yang Wanzhang. Design and experimental research on spring-tooth picking mechanism of residual film collector[J]. Journal of Agricultural Mechanization Research, 2015, 37(11): 91－94. (in Chinese with English abstract)

[24]閆盼盼，曹肆林，羅昕，等. 彈齒鏈耙式播前殘膜回收機(jī)的設(shè)計(jì)研究[J]. 農(nóng)機(jī)化研究，2016，38(6)：137－142.

Yan Panpan, Cao Silin, Luo Xin, et al. Research on the spring-tooth-chain-rake incomplete plastic film recycling machine[J]. Journal of Agricultural Mechanization Research, 2016, 38(6): 137－142. (in Chinese with English abstract)

[25]劉鴻智. 桿齒式拾膜機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研究[D]. 烏魯木齊：新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)，2015.

Liu Hongzhi. Design and Experiment Study of Pole Teeth Collecting Plastic Film Machine[D]. Urumqi: Xinjiang Agricultural University, 2015. (in Chinese with English abstract)

[26]孫超偉. 桿齒式殘膜回收機(jī)的設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研究[D]. 烏魯木齊：新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)，2016.

Sun Chaowei. Design and Experiment Study of Pole-tooth Mulching Plastic Film Collector[D]. Urumqi: Xinjiang Agricultural University, 2016. (in Chinese with English abstract)

[27]謝建華，唐煒，張學(xué)軍，等. 擺桿驅(qū)動(dòng)式殘膜回收機(jī)的設(shè)計(jì)與參數(shù)優(yōu)化[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2019，35(4)：56－63.

Xie Jianhua, Tang Wei, Zhang Xuejun, et al. Design and parameter optimization of swing rod driven residual plastic film collector[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(4): 56－63. (in Chinese with English abstract)

[28]孫岳，簡(jiǎn)建明，田玉泰，等. 殘膜回收機(jī)旋轉(zhuǎn)式起膜裝置起膜機(jī)理分析與試驗(yàn)[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2018，49(S1)：304－310.

Sun Yue, Jian Jianming, Tian Yutai, et al. Analysis and experiment of filming mechanism of rotary film-lifting device of residual film recycling machine[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2018, 49(S1): 304－310. (in Chinese with English abstract)

[29]張學(xué)軍，劉家強(qiáng)，史增錄，等. 殘膜回收機(jī)逆向膜土分離裝置的設(shè)計(jì)與參數(shù)優(yōu)化[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2019，35(4)：46－55.

Zhang Xuejun, Liu Jiaqiang, Shi Zenglu, et al. Design and parameter optimization of reverse membrane and soilseparation device for residual film recovery machine[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(4): 46－55. (in Chinese with English abstract)

[30]嚴(yán)偉，胡志超，吳努，等. 鏟篩式殘膜回收機(jī)輸膜機(jī)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化與試驗(yàn)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2017，33(1)：17－24.

Yan Wei, Hu Zhichao, Wu Nu, et al. Parameter optimization and experiment of film transmission mechanism of spade screen recovery machine[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(1): 17－24. (in Chinese with English abstract)

[31]謝建華，張鳳賢，陳學(xué)庚，等. 弧形齒滾扎式殘膜回收機(jī)的設(shè)計(jì)及參數(shù)優(yōu)化[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2019，35(11)：26－37.

Xie Jianhua, Zhang Fengxian, Chen Xuegeng, et al. Design and parameter optimization of arc tooth and rolling bundle type plastic film residue collector[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(11): 26－37. (in Chinese with English abstract)

Design and experiment of tooth chain compound residual film recovery machine

Xie Jianhua1, Tang Wei1, Cao Silin1,2, Han Yingjie1, Zhang Yi1, Yang Yuxin1, Li Kaijie1

(1.,,830052,; 2832000)

In order to solve the problems such as the missed picking up of the film pickup mechanism of the swing rod driven residual film recovery machine and the returning of the film unloading mechanism with the mulch film, and optimize the structure of the machine, the tooth chain compound residual film recovery machine was designed. Tooth chain film pickup mechanism and rod-tooth film pickup mechanism were adopted in the tooth chain compound residual film recovery machine which cooperate with each other to improve the film pickup rate, the fixing scraper type film unloading mechanism was used to solve the problem of return in the process of residual film unloading. Through the analysis of working principle and dynamics of film pickup and unloading mechanism, the movement track and equation of film pickup mechanism were obtained, and the conditions of picking, conveying and unloading of residual film were determined. In order to determine the optimum structure and working parameters of the tooth chain compound residual film recovery machine and optimize the structure of the machine, the three-factor and three-level response tests of this machine were carried out. Three factors were taken as test factors: the machine advancing velocity, the depth of pickup tooth into soil, the speed ratio of the tooth chain film pickup mechanism to the rod-tooth film pickup mechanism (speed ratio), and the film pickup rate and the film wrapping rate were taken as test indexes. The quadratic regression models of each factor on film pickup rate and film wrapping rate were established by using Design-Expert data analysis software. The significance of each factor on film pickup rate and film wrapping rate was analyzed. The results showed that the significant effects of the experimental factors on the film pickup rate were that speed ratio > the machine advancing velocity > the depth of pickup tooth into soil, and the significant effects on the film wrapping rate were: that the machine advancing velocity > the depth of pickup tooth into soil > speed ratio. The optimum working parameters were determined as follows: the moving speed of the machine was 0.9 m/s, the depth of pickup tooth into soil was 42 mm, and the speed ratio was 0.6. According to the optimized test parameters, the field verification tests were carried out. The results showed that the film pickup rate was 87.2% and the film wrapping rate was 1.6%. The experimental results had little difference with the theoretical optimum values, and the optimization model was reliable. The research results could provide reference for the selection of the optimum working parameters of tooth chain compound residual film recovery machine.

agricultural machinery; design; experiment; residual film recovery; rod tooth; tooth chain; parameter optimization

謝建華，唐 煒，曹肆林，韓英杰，張 毅，楊豫新，李開(kāi)杰. 齒鏈復(fù)合式殘膜回收機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2020，36(1)：11－19.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.01.002 http://www.tcsae.org

Xie Jianhua, Tang Wei, Cao Silin, Han Yingjie, Zhang Yi, Yang Yuxin, Li Kaijie. Design and experiment of tooth chain compound residual film recovery machine[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(1): 11－19. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.01.002 http://www.tcsae.org

2019-08-27

2019-11-14

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51965058）；新疆自治區(qū)區(qū)域協(xié)同創(chuàng)新項(xiàng)目（2019E0202）；中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)-新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)聯(lián)合基金項(xiàng)目（2017TC009）

謝建華，副教授，博士，主要從事農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)與研究。Email：xjh199032@163.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2020.01.002

S223.5

A

1002-6819(2020)-01-0011-09