气吸式耕层残膜回收机关键部件设计

作     者：洪斌 

作者单位：宁夏大学 

学位级别：硕士

导师姓名：丁文捷

授予年度：2023年

学科分类：0828[工学-农业工程] 08[工学] 

主      题：残膜回收 耕层 升运链 离心风机 流体仿真 

摘      要：由于地膜覆盖技术具有突出的节水、保温、增产的作用已得到广泛应用,覆膜种植技术的推广应用对促进宁夏地区的农户脱贫致富,确保地区粮食安全和农业的发展做出了积极作用。但是遗留在耕地里的残膜随时间增长越来越多,严重破坏了生态环境,给农作物生长带来很大影响。针对沙壤地地表及地表以下20cm耕层的残膜由于遗留时间长、碎小化而造成难以回收的问题,进行耕层残膜回收机关键部件的设计,通过对离心风机和吸膜仓内部流场模拟仿真,完成样机制作并进行田间试验;主要研究工作和结论如下:(1)对地表及地表以下20cm耕层内残膜尺度分布进行统计,确定耕层残膜的分布与残留土壤时间等有关;搭建试验平台对残膜、秸秆和小土块进行悬浮速度测量试验;测量得出:残膜面积对悬浮速度影响较小,残膜悬浮速度范围为0.7m/s～1.2m/s;秸秆质量对悬浮速度影响较大二者成线性相关,秸秆悬浮速度为5m/s～15m/s;土块质量与其悬浮速度成线性关系,11g以下小土块悬浮速度为9m/s～17m/s。对土壤湿度与残膜粘结脱附力进行试验测量,通过竖直粘黏脱附力测量可知土壤湿度与残膜粘结之间有关系;通过风机模拟脱附力测量搭建相应试验台进行测量,可知随土壤湿度增加同一深度残膜所需要将残膜从土壤表面剥离的吸风风速成正比关系;埋藏时间对残膜与土壤粘结相关性很小;低于30%湿度的土壤无法与残膜粘黏。(2)依据耕层残膜回收关键步骤确定整机设计方案,对关键部件进行设计计算和参数优化。(3)通过流体仿真软件ANSYS FLUENT对离心风机及吸膜仓内部流场进行仿真模拟,改变风机叶轮叶片分别为4片和6片情况下进行仿真,确定最佳风机叶片数量为6片;在风机叶片6片情况下,对风机转速分别为600r/min、800r/min和1 000r/min时进行模拟仿真;对吸膜仓高度40cm和20cm进行仿真模拟;最终确定当离心风机叶轮叶片数量为6片,叶轮转速为1000 r/min,吸膜仓高度为20cm时离心风机对残膜收集效果较好。(4)对气吸式耕层残膜回收机进行样机制作,通过田间试验表明:锯齿挖掘铲及第一级升运链能够对20cm 土层和残膜有效铲起,此阶段对残膜回收率平均达到96.07%;对辊挤压装置、第二级升运链及吸膜装置对残膜回收率平均达到66.54%;整机对地表及地表以下20cm内残膜平均回收率为63.89%,满足作业需求。