错位皮带夹持式棉秆起拔机设计与试验

作     者：叶尔波拉提·铁木尔 

作者单位：新疆农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张佳喜

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0828[工学-农业工程] 

主      题：棉秆拔取 夹持式 运动过程 机构设计 响应面分析 

摘      要：为降低棉秸秆整株收获时的漏拔率和拔断率,针对新疆机采棉种植模式,本文以棉秆为研究对象开展了夹持式棉秆整株拔取的关键技术研究,对关键部件进行了力学分析及运动学分析,并制作了机具样机,开展了田间试验。论文主要完成的工作有:（1）对棉秆进行相关物理特性对比试验,从试验地区随机选取长势良好,具有代表性的三组棉秆试样。其中,在拉伸破坏载荷实验中,第一组棉秆平均拉伸破坏载荷最大,为3415.25N,第二组棉秆平均拉伸破坏载荷最小,为2078.24N;在抗拉强度试验中,第一组平均抗拉强度最大,为48.63MPa,第二组平均抗拉强度最小,为35.26MPa。而在棉秆含水率测试中,第一组棉秆的含水率最高,为35.7%,第二组棉秆的含水率最低,为23.6%。在棉秆抗弯强度试验中,第二组棉秆的抗弯强度最大,为264.3N,第三组棉秆的抗弯强度最小,为138.8N。根据测试,当土壤含水率为12.6%时,起拔力多在400N以上,棉秆起拔力较大;当土壤含水率为13.8%时,棉秆起拔力多数在300-550N之间,棉秆起拔力较小;而土壤含水率为15.9%时,大多数在500N以下,棉秆抗拉强度与棉花秸秆含水率总体呈正相关。棉秆物理特性研究为棉秆拔取装置的设计提供了重要的参数支撑,为后续设计奠定了坚实基础。（2）为达到棉秆整株拔取的目标,并解决高漏拔率、高拔断率等问题,实现棉秆的循环利用,针对新疆机采棉种植模式,设计了一种夹持式棉秸秆拔秆机。分析了拔秆装置和棉秆的运动情况,并对其进行了速度分析和受力分析,得到一次性完成夹持拔秆工作的最佳角度范围,确定了分禾器与地面的高度不超过300mm,分禾器宽度K取350mm,分禾器尖锐部分的夹角取35°,为后续样机的制作与试验提供基础。（3）本文对错位皮带夹持式棉秆起拔机进行田间试验。通过预试验得知,前进速度、拔秆角度、主动轮转速对性能指标影响较大,因此首先以前进速度、拔秆角度、主动辊转速分别为单因素进行田间试验,其次以前进速度、拔秆角度、主动轮转速为影响因素,漏拔率和拔断率作为评价指标开展三因素三水平二次回归试验。试验结果得出:各因素对棉秆拔断率的影响显著顺序为主动轮转速拔秆角度前进速度;各因素对棉秆漏拔率的影响显著顺序为前进速度主动轮转速拔秆角度。优化后的最优工作参数组合为前进速度2.0 km/h,拔秆角度38.99°,主动轮转速281.24 r/min。通过大田试验得知,当机具前进速度为2.0 km/h、拔秆角度40°、主动轮转速280 r/min时,棉秆的拔断率为8.14%,棉秆漏拔率为8.02%。该错位皮带夹持式棉秆起拔机拔断率低、漏拔率理论值与试验值吻合较好,相对误差小于5%,参数优化模型合理。