1MSD-1.1型殘膜回收機(jī)關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)與試驗(yàn)*

王文麗，畢方淇，李志，張立凱，宮玉敏，陳金利

(淄博市農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所,山東淄博,255086)

0 引言

為達(dá)到增產(chǎn)、增收效果,在我國(guó)東北、華北、西北等旱作地區(qū),地膜覆蓋栽培技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計(jì),2021年,我國(guó)地膜使用量1 320 kt,地膜覆蓋面積17 282.2 khm2[1]。隨著使用年限的增加,地膜帶來(lái)的負(fù)面影響越來(lái)越凸顯出來(lái),如自然分解時(shí)間極長(zhǎng),影響土壤的理化性質(zhì),影響農(nóng)作物的生長(zhǎng)發(fā)育和可持續(xù)發(fā)展等[2-6]。

然而,農(nóng)戶的地膜回收意愿雖高,行動(dòng)卻很少[7-9],單純依靠農(nóng)戶撿拾地膜,很難達(dá)到地膜治理要求,地膜機(jī)械化撿拾勢(shì)在必行。經(jīng)過(guò)多年研究,殘膜回收機(jī)撿拾方式已發(fā)展為包括彈齒式、滾筒式、釘齒式、齒鏈?zhǔn)胶秃Y網(wǎng)式等多種方式[10-13]。其中,武靈燕等[14]通過(guò)試驗(yàn)探究了適宜回收的地膜厚度,發(fā)現(xiàn)0.015 mm以上地膜回收特性較好,且厚度越大,地膜縱、橫向斷裂伸長(zhǎng)率保留率較好。然而,現(xiàn)有殘膜回收機(jī)在作業(yè)過(guò)程中,依然存在回收深度較淺、無(wú)法回收耕層內(nèi)殘膜的問(wèn)題[15-18]。國(guó)外對(duì)于殘地膜的研究較少,研究地區(qū)也多針對(duì)中國(guó)區(qū)域,這是因?yàn)閲?guó)外大量采用可降解地膜,但是由于國(guó)內(nèi)可降解地膜推廣較晚,價(jià)格較高,暫時(shí)還沒(méi)有大面積應(yīng)用,而難降解地膜在土壤內(nèi)大量堆積,依然需要采用人工或機(jī)械的方式進(jìn)行回收[19-22]。

針對(duì)深層殘膜回收問(wèn)題,研發(fā)了1MSD-1.1型殘膜回收機(jī)。該機(jī)適用于北方褐土區(qū)域玉米、花生田殘膜回收,回收前需要清除作物殘茬。工作時(shí),通過(guò)調(diào)節(jié)牽引限深輪的高度,使深松鏟進(jìn)入耕層進(jìn)行翻松,滾筒式地膜撿拾機(jī)構(gòu)和殘膜撿拾機(jī)構(gòu)分別對(duì)地膜和殘膜進(jìn)行撿拾,有效回收耕層內(nèi)殘膜。

1 1MSD-1.1型殘膜回收機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 整機(jī)結(jié)構(gòu)

1MSD-1.1型殘膜回收機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)如圖 1 所示,主要包括機(jī)架、牽引限深輪、深松鏟、滾筒式地膜撿拾機(jī)構(gòu)、地膜輸送收集機(jī)構(gòu)、殘膜撿拾機(jī)構(gòu)、殘膜輸送機(jī)構(gòu)、破碎收集機(jī)構(gòu)、收集壓縮倉(cāng)、雜物收集倉(cāng)、行走輪組成。

其中,牽引限深輪用于調(diào)整整機(jī)入土深度,調(diào)整范圍200～250 mm;深松鏟用于翻松土層;滾筒式地膜撿拾機(jī)構(gòu)由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng),轉(zhuǎn)速可調(diào)節(jié),用于撿拾地膜;地膜輸送收集機(jī)構(gòu)用于運(yùn)輸和收集地膜并將其輸送到收集壓縮倉(cāng);收集壓縮倉(cāng)可在工作結(jié)束后,將松散的地膜壓實(shí),便于轉(zhuǎn)運(yùn)和處理;殘膜撿拾機(jī)構(gòu)用于撿拾翻松土層中夾雜有殘膜的大塊土壤;殘膜輸送機(jī)構(gòu)將這些土塊輸送至破碎收集機(jī)構(gòu),破碎土塊,篩落土壤,刮纏殘膜,并將雜物收集至雜物收集倉(cāng);行走輪在拖拉機(jī)的牽引下,支撐殘膜回收機(jī)的重量,保證機(jī)器沿地面運(yùn)行。

1.2 工作原理

1MSD-1.1型殘膜回收機(jī)由拖拉機(jī)牽引至作業(yè)地塊,首先調(diào)節(jié)牽引限深輪高度。作業(yè)時(shí),拖拉機(jī)牽引殘膜回收機(jī)延地膜鋪設(shè)方向前進(jìn),同時(shí),通過(guò)動(dòng)力輸出裝置(Power Take-Off,PTO)將動(dòng)力傳遞到地膜輸送收集機(jī)構(gòu)、殘膜輸送機(jī)構(gòu)和破碎收集機(jī)構(gòu),然后通過(guò)拖拉機(jī)液壓系統(tǒng)帶動(dòng)滾筒式地膜撿拾機(jī)構(gòu)處的液壓馬達(dá),液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)滾筒式地膜撿拾機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng),撿拾殘膜。具體工作分為兩級(jí),分別為地膜撿拾和殘膜撿拾。

地膜撿拾流程為:調(diào)整牽引限深輪,到達(dá)指定深度后,拖拉機(jī)開(kāi)始前進(jìn)并帶動(dòng)相關(guān)機(jī)構(gòu)工作。此時(shí),土壤耕層經(jīng)由深松鏟將土壤翻松,但不改變土層,翻松后凸起的土層將地膜抬起,滾筒式地膜撿拾機(jī)構(gòu)的挑膜齒將地膜挑起,送入地膜輸送機(jī)構(gòu),地膜最終進(jìn)入收集壓縮倉(cāng)。

殘膜撿拾流程為:地膜被撿拾后,耕層土壤中包含殘膜的土塊被撿拾機(jī)構(gòu)鏟起,由于北方土壤屬于褐土,黏性較大,塊狀結(jié)構(gòu)多,這些夾雜有殘膜的土塊進(jìn)入殘膜輸送機(jī)構(gòu),后輸送至破碎收集機(jī)構(gòu),破碎收集機(jī)構(gòu)通過(guò)旋轉(zhuǎn)破碎土塊,刮纏殘膜,殘膜將附著在破碎收集機(jī)構(gòu)上,完成殘膜回收,如果土塊內(nèi)有其他大塊雜質(zhì),將被甩入雜物收集倉(cāng)。

1.3 主要技術(shù)參數(shù)

結(jié)合當(dāng)前市面鋪膜機(jī)地膜鋪設(shè)模式[23-24]、現(xiàn)行地膜標(biāo)準(zhǔn)[25]和殘地膜回收機(jī)標(biāo)準(zhǔn)[26]等,確定殘膜回收機(jī)的主要技術(shù)參數(shù),如表1所示。

表1 1MSD-1.1型殘膜回收機(jī)技術(shù)參數(shù)Tab. 1 Technical parameters of 1MSD-1.1 residual plastic film collector

2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算

2.1 深松鏟設(shè)計(jì)及牽引阻力計(jì)算

深松鏟如圖2所示,該機(jī)構(gòu)工作時(shí),扎入土壤耕層,將深層土壤上下翻松,但不亂土層。

圖2 深松鏟

深松鏟工作時(shí),對(duì)設(shè)備前進(jìn)造成一定牽引阻力。其阻力還沒(méi)有形成具體公式[27],多由試驗(yàn)得出。為此,參照前人研究,取單個(gè)深松鏟在入土深度0.35 m時(shí),阻力值5.66 kN。

參考齊關(guān)宇等建立的關(guān)于入土深度與牽引阻力回歸公式如式(1)所示。

y=59x2-12.28x+1.034 3

(1)

式中:y——牽引阻力,N;

x——入土深度,m。

由式(1)可得,在入土深度為0.25 m時(shí),5個(gè)深松鏟總牽引阻力

Pt=5×5.66×

≈11.8 kN

因此,全部深松鏟工作時(shí)總阻力約為11.8 kN。

2.2 殘膜撿拾機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及牽引阻力計(jì)算

殘膜撿拾機(jī)構(gòu)如圖3所示,該機(jī)構(gòu)工作時(shí),扎入土壤耕層,將深松鏟翻松的土塊鏟起時(shí),翻松的土壤會(huì)反作用于殘膜撿拾機(jī)構(gòu),形成牽引阻力。

圖3 殘膜撿拾機(jī)構(gòu)

殘膜撿拾機(jī)構(gòu)牽引阻力計(jì)算公式如式(2)所示[28]。

Rc=SLρgtan(α+φ)+KS

(2)

(3)

式中:Rc——?dú)埬焓皺C(jī)構(gòu)牽引阻力,N;

S——土壤沉切面積,m2;

L——?dú)埬焓皺C(jī)構(gòu)長(zhǎng)度,0.6 m;

ρ——土壤密度,取1 500 kg/m3;

g——重力加速度,取9.8 m/s2;

α——?dú)埬焓皺C(jī)構(gòu)傾角,取24.6°;

φ——內(nèi)摩擦角,取26°;

K——犁溝土壤比阻,取中等結(jié)實(shí)土最大值,30 kPa;

b——?dú)埬焓皺C(jī)構(gòu)實(shí)際幅寬,0.42 m;

d——入土深度,0.25 m;

β——前失效面傾角,取34°。

經(jīng)計(jì)算

Rc=0.187 5×0.42×1 500×9.8×tan(50.6°)+

30 000×0.187 5

≈7.03 kN

2.3 滾筒式地膜撿拾機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的滾筒式地膜撿拾機(jī)構(gòu)如圖4所示,內(nèi)部為直線往復(fù)結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)主要由滾筒、曲軸、連接鉸鏈、挑膜齒組成。挑膜齒安裝在滾筒內(nèi)的曲軸上,隨滾筒一同轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)至滾筒左上方時(shí),挑膜齒逐漸露出滾筒壁,轉(zhuǎn)至滾筒底部時(shí),挑膜齒達(dá)到最大外露長(zhǎng)度,扎入土壤和地膜,隨著滾筒繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng),挑膜齒將地膜挑起,并逐漸收縮,直至回到左上方時(shí),挑膜齒完全收回,地膜被地膜輸送收集機(jī)構(gòu)刮下并運(yùn)輸。

圖4 滾筒式地膜撿拾機(jī)構(gòu)

其中,滾筒直徑600 mm,挑膜齒共6排,每排5根,直徑16 mm,最大伸出長(zhǎng)度90 mm。

當(dāng)滾筒式地膜撿拾機(jī)構(gòu)工作時(shí),挑膜齒插入土中,會(huì)形成牽引阻力,其計(jì)算公式如式(4)所示。

(4)

式中:F3——挑膜齒牽引阻力,N;

n——挑膜齒個(gè)數(shù),8;

k——耕比阻,60 000 N/m2;

a——耕深,0.09 m;

w——耕幅,0.016 m;

ηt——牽引力利用系數(shù),0.95。

經(jīng)計(jì)算,挑膜齒造成的牽引阻力

2.4 最小牽引力計(jì)算

殘膜回收機(jī)與土壤共有5個(gè)接觸點(diǎn),分別為:牽引限深輪、行走輪、深松鏟、滾筒式地膜撿拾機(jī)構(gòu)和殘膜撿拾機(jī)構(gòu)。以此列出最小牽引力計(jì)算公式

F≥F1+F2+Pt+Rc+F3

(5)

F1=G1f

(6)

F2=G2f

(7)

式中:F——最小牽引力,N;

F1——行走輪與土壤間摩擦力,N;

F2——牽引限深輪與土壤間摩擦力,N;

G1——作用在行走輪上的重力,13 654 N;

G2——作用在牽引限深輪上的重力,12 108 N;

f——摩擦系數(shù),行走輪、牽引限深輪與土壤之間摩擦系數(shù),取0.1。

由于摩擦系數(shù)取值相同,式(6)和式(7)可以合并計(jì)算,因此,F1+F2=(G1+G2)f=(13 654+12 108)×0.1≈2.58 kN。

綜上,F≥11.8+7.03+2.58+0.73=22.14 kN。常規(guī)58.8 kW拖拉機(jī)額定牽引力為22.4 kN,可滿足使用要求。

3 試驗(yàn)與分析

3.1 試驗(yàn)基本條件

2022年6月,在淄博市農(nóng)機(jī)研究所花生試驗(yàn)田進(jìn)行試驗(yàn)。過(guò)往花生種植壟高12 cm、壟距80 cm、壟面寬50 cm,一壟雙行,行距30 cm,穴距15 cm,地膜厚度0.01 mm,寬度1 m。過(guò)往對(duì)地膜處理方式為人工收集,但無(wú)法收集完整,依然有殘余,旋耕翻地時(shí)被翻入耕層內(nèi)。

為進(jìn)行殘膜回收機(jī)試驗(yàn),未種植花生,僅在原試驗(yàn)田位置覆蓋地膜,以測(cè)試試驗(yàn)效果。

3.2 試驗(yàn)方案

根據(jù)地膜回收核心影響因素和作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[26],將殘膜回收機(jī)前進(jìn)速度、入土深度、滾筒式地膜撿拾機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)速度作為試驗(yàn)因素。

滾筒式地膜撿拾機(jī)構(gòu)是地膜撿拾作業(yè)的核心機(jī)構(gòu)。殘膜回收機(jī)運(yùn)行過(guò)程中,挑膜齒插入地膜后,只有當(dāng)?shù)啬そ佑|點(diǎn)線速度與拖拉機(jī)行駛速度保持一致時(shí),才能保證地膜在回收時(shí)不積壓、不破損,完整回收地膜。但實(shí)際操作中,很難保證兩者速度完全一致。為此,當(dāng)滾筒式地膜撿拾機(jī)構(gòu)線速度大于殘膜回收機(jī)前進(jìn)速度時(shí),地膜可穩(wěn)定進(jìn)入回收機(jī)內(nèi)。殘膜回收機(jī)前進(jìn)速度由拖拉機(jī)決定,分別為0.6 m/s、0.9 m/s、1.2 m/s,為保證滾筒轉(zhuǎn)速可匹配殘膜回收機(jī)最大前進(jìn)速度,滾筒線速度應(yīng)大于1.2 m/s,滾筒轉(zhuǎn)速不應(yīng)低于38.2 r/min,最終選擇滾筒轉(zhuǎn)速為45 r/min、50 r/min、55 r/min。依據(jù)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn),入土深度不得低于200 mm,考慮能耗因素,入土深度分別為200 mm、225 mm、250 mm。

將表層拾凈率、深層拾凈率、纏膜率作為目標(biāo)值,進(jìn)行3因素3水平的Box-Behnken試驗(yàn),試驗(yàn)因素水平編碼表,如表2所示。

表2 試驗(yàn)因素水平Tab. 2 Level of test factors

根據(jù)GB/T 25412—2021[26],測(cè)區(qū)長(zhǎng)度應(yīng)不少于100 m,測(cè)點(diǎn)采用五點(diǎn)法,從測(cè)區(qū)四個(gè)地角延對(duì)角線,在四分之一至八分之一對(duì)角線長(zhǎng)度內(nèi)隨機(jī)確定四個(gè)測(cè)點(diǎn)的位置,再加上該對(duì)角線的焦點(diǎn),作為作業(yè)前的5個(gè)測(cè)點(diǎn),然后在作業(yè)前的5個(gè)測(cè)點(diǎn)附近但不重疊的區(qū)域再選取5個(gè)測(cè)點(diǎn),作為作業(yè)后的5個(gè)測(cè)點(diǎn)。測(cè)點(diǎn)長(zhǎng)度5 m,寬度為一個(gè)作業(yè)幅寬。

表層(深層)拾凈率的測(cè)定,分別將測(cè)區(qū)內(nèi)作業(yè)前、后的各5個(gè)測(cè)點(diǎn),按地表及土層深度0～100 mm、土層深度100～200 mm兩個(gè)層面分別取出地膜和殘膜。將各測(cè)點(diǎn)按層取出的地膜和殘膜洗去塵土,晾干后稱其質(zhì)量。按式(8)分別計(jì)算表層拾凈率和深層拾凈率,取平均值。

(8)

式中:C——拾凈率(質(zhì)量分?jǐn)?shù)),%;

W——作業(yè)后的表層或深層地膜和殘膜質(zhì)量,g;

W0——作業(yè)前的表層或深層地膜和殘膜質(zhì)量,g。

纏膜率通過(guò)測(cè)定區(qū)時(shí)機(jī)器上纏繞的地膜收集,洗凈晾干后稱其質(zhì)量,按式(9)計(jì)算地膜和殘膜回收纏膜率,取平均值。

(9)

式中:Cm——纏膜率(質(zhì)量分?jǐn)?shù)),%;

C1——測(cè)區(qū)內(nèi)纏繞在機(jī)器上地膜的平均值,g。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.3.1 試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)分析

根據(jù)Box-Behnken Design試驗(yàn)原理,共包括17組試驗(yàn),試驗(yàn)安排與結(jié)果如表3所示。

表3 試驗(yàn)安排與結(jié)果Tab. 3 Arrangement and results of test

采用Design-Expert擬合表3中的試驗(yàn)數(shù)據(jù),進(jìn)行方差分析,建立各因素與目標(biāo)值之間的二次線性回歸關(guān)系模型,回歸模型的顯著性檢驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 回歸模型顯著性分析Tab. 4 Significant analysis of regression model

根據(jù)表4中P值可發(fā)現(xiàn),殘膜回收機(jī)工作過(guò)程中,表層拾凈率為目標(biāo)值時(shí),X1對(duì)其影響達(dá)到顯著水平,X2、X3、X1X2、X1X3影響極顯著,其他項(xiàng)不顯著。刪除不顯著項(xiàng)后,得到試驗(yàn)因素與表面拾凈率關(guān)系模型為

Y1=82.2-0.651 2X1-1.07X2-0.78X3+1.61X1X2+1.47X1X3

深層拾凈率為目標(biāo)值時(shí),X1X3、X22對(duì)其影響達(dá)到顯著水平,X1、X3影響極顯著,其他項(xiàng)不顯著。刪除不顯著項(xiàng)后,得到試驗(yàn)因素與表面拾凈率關(guān)系模型為

Y2=76.704-2.303 75X1-2.651 25X3-1.59X1X3-1.48X22

纏膜率為目標(biāo)值時(shí),X1、X3、X1X2、X2X3、X12、X22影響極顯著,其他項(xiàng)不顯著。刪除不顯著項(xiàng)后,得到試驗(yàn)因素與表面拾凈率關(guān)系模型為

Y2=9.522+0.642 5X1+0.152 5X2-

0.382 5X3+0.662 5X1X2+0.407 5X2X3+0.53X12+0.445X22

綜上,在殘膜回收機(jī)工作時(shí),影響最顯著的兩個(gè)因素為前進(jìn)速度和滾筒轉(zhuǎn)速,其次為入土深度。結(jié)合表4,對(duì)于該試驗(yàn)因素,當(dāng)入土深度為200 mm時(shí),表層拾凈率反而比250 mm深度時(shí)效果要好。通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)當(dāng)入土深度為200 mm時(shí),翻起的土層與滾筒之間留有一定空隙,使得挑膜齒可良好與地膜接觸;隨著入土深度增加,該空隙會(huì)逐漸減小,當(dāng)入土深度達(dá)到250 mm時(shí),在殘膜回收機(jī)行進(jìn)過(guò)程中,該處易發(fā)生土壤堆積,堆積的土壤有時(shí)會(huì)將地膜翻壓入土中,反而不利于地膜的回收。

入土深度對(duì)深層拾凈率影響不顯著。通過(guò)后續(xù)對(duì)W0(作業(yè)前的表層或深層地膜和殘膜質(zhì)量)的測(cè)定,發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)區(qū)土壤中地膜主要位于0～140 mm的土層內(nèi),這是由于一般中小型旋耕機(jī)的耕深在10～15 cm,大型設(shè)備耕深15～25 cm,以180旋耕機(jī)為例,旱地最大耕深160 mm,即使在旋耕時(shí)將地膜打碎帶入土壤中,地膜最大深度也不易超過(guò)160 mm,因此,過(guò)深的入土深度只會(huì)空耗能源,而無(wú)法達(dá)到更好的撿拾效果。因此,在不同地塊內(nèi)使用殘膜回收機(jī)時(shí),應(yīng)首先對(duì)其土層取樣,確定殘膜主要分布深度,再進(jìn)行殘膜回收作業(yè)。

纏膜率受殘膜回收機(jī)前進(jìn)速度、滾筒式地膜撿拾機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)速度影響較大,據(jù)推測(cè),這是由于不同的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)速度會(huì)產(chǎn)生不同的氣流擾動(dòng),無(wú)論氣流過(guò)小或過(guò)大,都不利于殘膜在各機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng),進(jìn)而發(fā)生纏膜情況。

3.3.2 地膜撿膜過(guò)程分析

滾筒式地膜撿拾機(jī)構(gòu)是地膜撿拾作業(yè)的核心機(jī)構(gòu)。殘膜回收機(jī)運(yùn)行過(guò)程中,挑膜齒插入地膜后,只有當(dāng)?shù)啬そ佑|點(diǎn)線速度與拖拉機(jī)行駛速度保持一致時(shí),才能保證地膜在回收時(shí)不積壓、不破損,完整回收地膜。試驗(yàn)過(guò)程中,選擇的較快滾筒轉(zhuǎn)速,雖然有效挑起地膜,但也造成了地膜的破損,從而導(dǎo)致拾凈率下降,破碎的地膜有時(shí)會(huì)纏繞在其他部件上,進(jìn)而造成纏膜率的提高。

3.3.3 殘膜撿拾過(guò)程分析

破碎收集機(jī)構(gòu)是殘膜撿拾作業(yè)核心機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)通過(guò)旋轉(zhuǎn)破碎殘膜輸送機(jī)構(gòu)運(yùn)輸上來(lái)的夾雜有殘膜的土塊,靠外壁上的橫桿破碎土塊,刮纏殘膜。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),由于橫桿之間間隙較大,這種方法可以有效回收土壤中體積稍大的殘膜,對(duì)于破碎、年份久的殘膜,收集依然較為困難。

4 參數(shù)優(yōu)化驗(yàn)證

根據(jù)之前建立的試驗(yàn)因素與目標(biāo)值關(guān)系模型,采用Design-Expert中的目標(biāo)優(yōu)化法求解最優(yōu)作業(yè)參數(shù),并再次進(jìn)行試驗(yàn)。

其中試驗(yàn)因素約束條件為:前進(jìn)速度0.6～1.2 m/s,入土深度200～250 mm;滾筒轉(zhuǎn)速45～55 r/min;評(píng)價(jià)指標(biāo)表層拾凈率求得最大值;深層拾凈率求得最大值;纏膜率求得最小值。最終優(yōu)化得到3個(gè)試驗(yàn)因素參數(shù)值分別為:前進(jìn)速度0.6 m/s,入土深度229 mm,滾筒轉(zhuǎn)速45 r/min,最佳表層拾凈率85.7%,深層拾凈率80.06%,纏膜率9.98%。

利用求解獲得的最優(yōu)試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行田間驗(yàn)證試驗(yàn),最終得到最佳表層拾凈率84.97%,深層拾凈率79.06%,纏膜率10.32%。

5 結(jié)論

1) 設(shè)計(jì)了一款可用于耕層殘膜回收的殘膜回收機(jī),有效實(shí)現(xiàn)表層拾凈率≥80%,深層拾凈率≥70%。著重對(duì)深松鏟、殘膜撿拾機(jī)構(gòu)、滾筒式地膜撿拾機(jī)構(gòu)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),并計(jì)算了其牽引阻力,得出深松鏟工作阻力為11.8 kN,殘膜撿拾機(jī)構(gòu)工作阻力為7.03 kN,挑膜齒造成的牽引阻力為0.73 kN,最小牽引阻力為22.14 kN,可用58.8 kW拖拉機(jī)牽引作業(yè)。

2) 通過(guò)Box-Behnken試驗(yàn)分析,建立了殘膜回收機(jī)前進(jìn)速度、入土深度、滾筒式地膜撿拾機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)速度與表層拾凈率、深層拾凈率、纏膜率之間的關(guān)系模型,并分析了各試驗(yàn)因素對(duì)目標(biāo)值影響顯著性情況。并認(rèn)為,過(guò)大的入土深度不利于殘膜回收。作業(yè)前,應(yīng)首先對(duì)作業(yè)土層采樣,確定殘膜主要分布深度,再確定作業(yè)深度,進(jìn)行回收作業(yè)。

3) 通過(guò)Design-Expert獲得了預(yù)測(cè)最優(yōu)作業(yè)參數(shù)(前進(jìn)速度0.6 m/s,入土深度229 mm,滾筒轉(zhuǎn)速45 r/min),并進(jìn)行了試驗(yàn),得到表層拾凈率84.97%、深層拾凈率79.06%、纏膜率10.32%的作業(yè)結(jié)果。