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卷辊式耕层残膜回收机起膜装置的设计与试验研究

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中国农业大学学报 2024年第11期29卷 196-208页

作者：刘小鹏史增录姚洁婷张学军鄢金山张朝书刘蕾新疆农业大学机电工程学院乌鲁木齐830052 新疆智能农业装备重点实验室乌鲁木齐830052 新疆阿克苏天地机械制造有限责任公司新疆阿克苏843000

针对新疆棉田耕层残膜与土壤及根茬混合粘结,造成耕层残膜回收拾净率低的问题,提出一种旋耕起抛膜土混合物,弹齿顺向旋转捡膜,逆向旋转卸膜的耕层残膜回收方法。对起膜装置关键作业部件进行设计与参数计算;开展起膜装置起抛性能试验,分... 详细信息

针对新疆棉田耕层残膜与土壤及根茬混合粘结,造成耕层残膜回收拾净率低的问题,提出一种旋耕起抛膜土混合物,弹齿顺向旋转捡膜,逆向旋转卸膜的耕层残膜回收方法。对起膜装置关键作业部件进行设计与参数计算;开展起膜装置起抛性能试验,分析起膜装置对不同土层深度残膜的起抛性能;以机具前进速度和刀轴转速为试验因素,残膜起膜率与破碎度为评价指标,进行2因素3水平正交试验,运用Design-Expert 13.0软件对试验结果进行分析获得起膜装置的最佳工作参数组合,并进行田间验证试验。结果表明:基于滑切原理,起膜刀正切刃的磨刃角为25°,折弯角为73°,折弯半径为30 mm,侧切刃刀刃终点滑切角为58°;起膜装置对不同土层深度的残膜起抛高度不同,且能可靠地将其抛起到捡膜高度,对土层0~150 mm深度残膜的起膜率为92.3%;当机具前进速度为4.5 km/h、刀轴转速为213.75 r/min时,残膜起膜率为90.21%,残膜破碎度为6.03 mg/块,与理论优化值误差分别不超过1个百分点和1 mg/块。起膜装置对土层0~150 mm深度的残膜起膜效果明显,且破碎度在可进行机械化捡拾作业的范围内,满足作业要求。

关键词：耕层残膜起膜装置残膜回收机性能试验

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旋耕刀齿式棉田耕层残膜回收机设计与试验

中国农业大学学报 2023年第10期28卷 173-183页

作者：胡灿杜鏊王旭峰邢剑飞郭文松王龙塔里木大学机械电气化工程学院新疆阿拉尔843300 中国农业大学工学院北京100083 新疆维吾尔自治区普通高等学校现代农业工程重点实验室新疆阿拉尔843300

为减少棉田多年覆膜种植方式下耕层土壤中的残膜存量,修复土壤结构,提出一种旋耕刀齿起膜、膜土抛送分离输送的耕层残膜回收方法,设计了旋耕刀齿起膜装置、输送筛分装置等关键部件;以膜土抛送过程不同落点建立分离模型,分析膜土分离运... 详细信息

为减少棉田多年覆膜种植方式下耕层土壤中的残膜存量,修复土壤结构,提出一种旋耕刀齿起膜、膜土抛送分离输送的耕层残膜回收方法,设计了旋耕刀齿起膜装置、输送筛分装置等关键部件;以膜土抛送过程不同落点建立分离模型,分析膜土分离运动过程。计算分析结果表明:当旋耕刀齿起膜装置抛送土块质点速度初始值为2.0 m/s,输送筛网倾角初始值为35°时,土块回落后掉入至田间的位移为1.24 m,即土块通过旋耕起膜抛送至输送筛网后,反向回落至输送带下端,碎土块经筛网过滤掉落至田间;而残膜抛送距离更短且密度较小,输送筛网可直接将残膜传送至回收箱内,从而实现膜土抛送分离。田间试验结果表明:样机作业速度增大,残膜回收率降低,含杂率则升高。当作业速度为5 km/h时,回收率为80.06%,作业效率0.725 hm2/h,含杂率25.47%,此时具有较好的残膜回收效果。全耕层残膜量由作业前的268.29 kg/hm^(2)降低至作业后的16.49 kg/hm^(2),每个样点的平均残膜片数由作业前的370片减少至作业后的90片。机具在0~200 mm耕层土壤中残膜回收效果明显,可用于新疆棉田耕层残膜回收。

关键词：耕层残膜回收试验残膜回收机棉田

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1QZ-3900型耕层残膜收获机的研制

农机化研究 2011年第7期33卷 93-96页

作者：马少辉张学军塔里木大学机械电气化工程学院新疆阿拉尔843300 新疆农业大学机械交通学院乌鲁木齐830052

为了解决耕层内多年来残留的地膜,研制成功了一种适用于新疆沙质土壤区耕层残膜收获作业的1QZ-3900型耕层残膜收获机。该机具利用了振动筛、刮板和尾筛组合工作原理,设计了一种土壤残膜混合物分离装置;振动筛在刮板的配合下,能够有效将... 详细信息

为了解决耕层内多年来残留的地膜,研制成功了一种适用于新疆沙质土壤区耕层残膜收获作业的1QZ-3900型耕层残膜收获机。该机具利用了振动筛、刮板和尾筛组合工作原理,设计了一种土壤残膜混合物分离装置;振动筛在刮板的配合下,能够有效将混合物抛起并向后输运,同时耕层细碎土壤从筛孔落下;在刮板作用下,残膜、残茬和大块土坷垃,被输送至尾筛,经再一次筛分;残膜、残茬被输送至集杂箱,完成对耕层残膜残茬的清理。经检测,残膜回收率达89.1%,清理过的农田,地表土壤细碎松软,达到设计及后续播种要求,并已通过鉴定。

关键词：耕层残膜分离装置性能试验残膜

梳齿式耕层残膜回收及整地联合作业机的优化设计

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梳齿式耕层残膜回收及整地联合作业机的优化设计

作者：邢剑飞塔里木大学

学位级别：硕士

新疆是我国的棉花种植大省,覆膜技术为棉花增产的同时,由于棉田中地膜回收不及时、不彻底造成了大量地膜残留,对棉田环境造成了严重污染,历年累积耕层残膜为主要残留。为了解决耕层残膜的回收及整地机具二次进地造成的成本浪费问题,本... 详细信息

新疆是我国的棉花种植大省,覆膜技术为棉花增产的同时,由于棉田中地膜回收不及时、不彻底造成了大量地膜残留,对棉田环境造成了严重污染,历年累积耕层残膜为主要残留。为了解决耕层残膜的回收及整地机具二次进地造成的成本浪费问题,本文分析了目前新疆耕层残膜回收机的现状和存在主要问题,在二代梳齿式耕层残膜回收机的研究基础上,运用有限元分析、优化、试验优化等技术手段,针对机具限深稳定性差、输送装置膜土分离差、集膜箱土块多且作业后土壤不平整等问题,研究优化起膜辊、碎土装置这两个核心部件,改进限深轮、增加整地装置,并辅以田间试验,运用单因素和多因素试,验检机具性能,优化设计了一款残膜回收及整地联合作业机械,实现了残膜回收作业和整地作业有效结合。本文主要研究以下几个内容。(1)通过调查研究,对棉田残膜含量进行测定,得出棉田耕层残膜的残留量及分布特征,对新旧地膜分别进行力学性能试验分析,研究耕层残膜的撕裂特性;得出耕层残膜(00cm)中,00cm残膜残留量占整体的71%,在耕层残膜中,面积在00cm大小的残膜数量较多,占比为67%左右。且耕层残膜的力学性能均低于新膜,因此随着掩埋时间变长,耕层残膜的力学性能会逐渐下降。(2)根据残膜分布特征,对机具的整体进行优化设计,主要包括起膜装置、膜-土分离及输送装置、碎土装置、整地装置、集膜箱及传动系统等关键部件的理论设计及参数选择。(3)利用ADAMS软件对梳齿起膜装置运动轨迹进行分析,机具作业速度为4km/h,起膜装置旋转速度为140r/min时,其运动轨迹稳定,起膜效果最佳。通过有限元分析,对梳齿起膜刀进行预应力模态分析可知:使梳齿变形的固有频率为172.46Hz,但起膜装置转为140r/min,产生的频率远小于固有频率,作业时不会发生变形。对梳齿起膜刀结构静力学分析可知:梳齿的总变形为0.058416mm,所受最大应力为28.043MPa,最大应变为1.7265×10mm,最小安全系数为8.9148,梳齿起膜刀不存在因结构强度低而失效的情况,设计合理。(4)对机具进行田间试验,选取起膜装置转速,机具作业速度和机具工作深度为主要因素,利用单因素试验确定了平整度小于5cm符合整地标准,利用Design-expert 8.0.6设计多因素试验得到;起膜装置转速为140r/min,机具作业速度为4.2km/h,机具工作深度为155mm为机具最优作业参数,残膜回收率在75.61%,残膜含杂率在7.3%,平整度小于5cm,工作指标均优于二代样机,优化合理。

关键词：耕层残膜残膜回收运动轨迹分析有限元田间试验

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梳齿式耕层残膜回收机的设计与试验研究

梳齿式耕层残膜回收机的设计与试验研究

作者：甄健民塔里木大学

学位级别：硕士

地膜覆盖栽培技术推广应用四十年以来,对缺水干旱区的农作物品质和产量的提升起到关键作用。但是随着覆膜年限的增长和覆膜面积的扩大,残留在土壤耕层的残膜污染加剧。耕层残膜的机械化回收能降低劳动强度,提高工作效率。现有耕层残膜... 详细信息

地膜覆盖栽培技术推广应用四十年以来,对缺水干旱区的农作物品质和产量的提升起到关键作用。但是随着覆膜年限的增长和覆膜面积的扩大,残留在土壤耕层的残膜污染加剧。耕层残膜的机械化回收能降低劳动强度,提高工作效率。现有耕层残膜回收机多根据经验设计。本论文主要针对耕层残膜的力学性能及几何特性,设计一款梳齿式耕层残膜回收机。首先阐述耕层残膜回收的研究目的及意义。了解国内外残膜回收的经典机型,着重介绍耕层残膜回收机械研究现状和存在的问题。通过对棉田耕层残膜的力学试验,得出耕层残膜的基本力学特性,选择最佳收膜时间。总结现有残膜回收机具的优缺点,通过理论分析和前期试验,设计整机。运用现代设计技术、虚拟样机构建三维模型,确定整机设计雏形。对整机结构及部件进行理论设计与试验,试制样机。通过残膜回收机棉田作业试验,得出机具作业最优组合。(1)通过三种不同型号地膜选取不同时间对其进行力学拉伸试验。加强筋型地膜的力学性能优于耐候膜和普通地膜,但随着覆膜时间越长,其力学性能都在下降,残膜回收应是越早越好。耕层残膜和新地膜比较,横向和纵向抗拉强度平均降低了23.14%,最小断裂伸长率减小了28.74%。(2)梳齿式耕层残膜回收机由起膜装置、脱膜装置、输送装置、集膜装置、机架、镇压装置等组成。起膜梳齿长度200mm、安装角度90°、螺旋角度7.2°。(3)行走轮液压装置的设计保证了机具作业时的起膜深度。传动系统的设计为整机动力输送提供保障。(4)进行田间试验,通过单因素和正交试验得出机具转速为150r/min、作业速度6km/h、工作深度100mm时为最优作业组合。残膜回收率为73.83%和残膜回收效率0.07076hm/h。

关键词：残膜回收机耕层残膜梳齿式田间试验

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旋耕钉齿式耕层残膜回收机的设计与试验研究

旋耕钉齿式耕层残膜回收机的设计与试验研究

作者：张攀峰塔里木大学

学位级别：硕士

覆膜播种技术的推广和普及,使得棉花生产效益大幅提高,棉花成为新疆的主要经济作物。由于覆膜播种使用了大量的地膜,棉花秋收后未能及时回收,致使地膜大量残留在棉田土壤中,导致严重的残膜污染。为了对棉田耕层残膜进行有效回收,本文在... 详细信息

覆膜播种技术的推广和普及,使得棉花生产效益大幅提高,棉花成为新疆的主要经济作物。由于覆膜播种使用了大量的地膜,棉花秋收后未能及时回收,致使地膜大量残留在棉田土壤中,导致严重的残膜污染。为了对棉田耕层残膜进行有效回收,本文在对新疆棉田残膜污染现状和土壤条件进行调研和分析下,设计了一款旋耕钉齿式耕层残膜回收机。该机具主要用于棉田秋收犁地后,对耕层碎片化残膜进行回收。本文首先阐述了课题研究的目的和意义,然后分别介绍了国内外残膜回收机的研究现状和存在的问题,并重点了解国内外对棉田耕层残膜及回收机具的研究。对棉田耕层残膜污染现状进行调查、几何特性和力学特性进行分析研究,得出棉田残膜的基本物理特征。结合现有残膜回收机的优缺点,对旋耕钉齿式耕层残膜回收机进行整体设计,运用数字化设计、虚拟样机技术对机具进行三维设计,得到机具的三维模型。对关键工作部件起膜装置进行有限元分析,得到起膜装置的受力变形云图,并进行优化改进。通过田间试验,得到该机具的最优作业组合。本文的主要研究内容有:(1)棉田土壤条件是影响机具的重要因素,通过调查得出棉田中土壤性质、水分、坚实度等数据。通过对耕层中地膜的几何特征研究,得出残膜面积主要在1cm6cm为主。通过对加强型地膜和普通地膜在随着不同的耕层和时间变化下其最大断裂拉力和断裂伸长率。(2)由对残膜的基本物理特征研究,设计出旋耕钉齿式耕层残膜回收机。该机具主要有起膜装置、脱膜装置、输送装置、传动系统、机架、集膜箱等组成。(3)由于该机具的关键工作部件为钉齿式起膜装置,因此对钉齿进行有限元分析,得出钉齿的总变形为4.6231mm,最大等效应变为0.055mm,最大等效应力为1087.5MPa。通过对该钉齿进行优化设计,最大等效应变为0.0035mm,最大等效应力为685.32MPa。钉齿力学性能得到了很好的优化,更好的满足设计要求。(4)对机具进行田间试验,样机进行田间的单因素试验,得出了不同钉齿角度、旋转速度、前进速度以及工作深度因素下,该机具的残膜回收率和残膜回收效率。通过对旋转速度、前进速度以及工作深度下的正交试验确定出该机具的最优作业组合为拖拉机的前进速度是6km/h、钉齿辊筒旋转速度为90r/min和钉齿工作深度为50mm时为残膜回收效率的最优水平组合,此时残膜回收率最高为74.204%和残膜回收效率最高为0.07393hm/h。

关键词：残膜回收耕层残膜旋耕钉齿田间试验

梳齿起膜气力脱膜式耕层残膜回收机的优化设计

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梳齿起膜气力脱膜式耕层残膜回收机的优化设计

作者：刘恩帅塔里木大学

学位级别：硕士

新疆是我国主要的产棉区,覆膜技术的普及极大的提高了棉花产量,但长期以来忽略对棉田耕层残膜进行回收,导致土壤含有大量的地膜残留,对棉田环境造成了严重污染。当前的大多耕层残膜回收机回收的残膜含有大量杂质,为了解决耕层残膜回收... 详细信息

新疆是我国主要的产棉区,覆膜技术的普及极大的提高了棉花产量,但长期以来忽略对棉田耕层残膜进行回收,导致土壤含有大量的地膜残留,对棉田环境造成了严重污染。当前的大多耕层残膜回收机回收的残膜含有大量杂质,为了解决耕层残膜回收及膜杂分离问题,本文在本课题组前期设计的气力脱膜式耕层残膜回收机的基础上,针对机具吸膜口吸力不均匀、残膜含杂率高、残膜回收率低等问题,对重力沉降室、吸膜装置和集膜箱进行优化设计,通过田间试验,运用单因素和多因素试验,验证机具性能,优化设计了一种梳齿起膜气力脱膜式耕层残膜回收机。(1)通过对新疆南疆地区棉田进行了调研,针对南疆地区广泛采用的宽窄行密植种植模式(66+10)cm,选取田间样本,对样本中的残膜、棉秆、小石块的悬浮速度进行测定,试验得出:残膜悬浮速度的范围为0.8～1.5m/s,棉秆悬浮速度的范围为5.9～10.2m/s,小石块悬浮速度的范围为8.9～12.8m/s。(2)根据南疆棉田种植模式和残膜、棉秆、小石块的悬浮速度,对机具的整体进行优化设计,主要包括重力沉降室、离心风机、集膜箱等关键部件的理论设计及参数选择。(3)通过Fluent仿真软件模拟分析不同入口风速的条件下重力沉降室内部速度、压力分布,对速度、压力分布云图分析,得到3种风度对膜杂分离和残膜输送效果的影响规律。模拟试验结果表明:吸膜口风速为15m/s时,膜杂在重力沉降室内的运动过程分离和残膜输送的综合效果最好。(4)对机具进行田间试验,选取吸膜口风速、起膜辊转速和机具作业速度为主要因素,通过二次回归中心组合设计试验获得了吸膜口风速、起膜装置转速和机具作业速度主要参数对残膜回收率和含杂率影响的数学模型,并结合数学模型进行了响应曲面分析。试验结果表明:吸膜口风速为15m/s,起膜装置转速为140r/min,机具作业速度为4km/h,最优参数组合的平均残膜回收率在66.8%,平均残膜含杂率在6.49%,对比前期研制的气吸式耕层残膜回收机的残膜回收率提高11.76%,含杂率减少1.81%。

关键词：耕层残膜悬浮速度田间试验优化设计

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链耙式棉田耕层残膜回收机设计

农业工程 2019年第10期9卷 100-104页

作者：于福锋李平张凤奎张宏兰海鹏廖结安塔里木大学机械电气化工程学院新疆阿拉尔843300 新疆维吾尔自治区普通高等学校现代农业工程重点实验室新疆阿拉尔843300

地膜铺盖技术在棉田大面积推广实施过程中,虽提高棉花产量与农民经济效益,但棉花收获后棉田中的残膜不及时回收降解,将造成土壤环境污染、棉花减产等状况,这已成为危害棉花种植地最严重问题之一,为解决新疆南疆地区秋收后棉田残膜残留问... 详细信息

地膜铺盖技术在棉田大面积推广实施过程中,虽提高棉花产量与农民经济效益,但棉花收获后棉田中的残膜不及时回收降解,将造成土壤环境污染、棉花减产等状况,这已成为危害棉花种植地最严重问题之一,为解决新疆南疆地区秋收后棉田残膜残留问题,设计一种翻土装置与捡膜装置相结合的耕层链耙式残膜回收机,该机主要由翻土装置、松土板和捡膜装置等部件组成。翻土装置将地表0~100 mm土壤翻出,翻出的土壤由松土板撞击松碎,捡膜装置中捡膜齿和刮膜齿将土壤中的残膜回收至集膜箱,最终完成残膜回收过程,该机各部件结构设计合理,符合农业机械设计原理。

关键词：残膜回收耕层残膜农业机械结构设计

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钉齿式残膜捡拾机构运动仿真分析及性能试验

农业工程学报 2019年第4期35卷 64-71页

作者：史增录唐学鹏甄军鄢金山张学军靳伟新疆农业大学机电工程学院乌鲁木齐830052 新疆农业大学交通与物流工程学院乌鲁木齐830052

由于钉齿式残膜捡拾机构是被动式的动力驱动,且钉齿的运动受滚筒等多个动参考系的影响,造成钉齿运动过程的理论计算难度大、分析依据不足等问题。通过开展钉齿式残膜捡拾机构工作原理和动力学的分析,应用ADAMS完成运动学分析,获得钉齿... 详细信息

由于钉齿式残膜捡拾机构是被动式的动力驱动,且钉齿的运动受滚筒等多个动参考系的影响,造成钉齿运动过程的理论计算难度大、分析依据不足等问题。通过开展钉齿式残膜捡拾机构工作原理和动力学的分析,应用ADAMS完成运动学分析,获得钉齿相对地面的运动轨迹、齿尖的位移、速度变化曲线,完成样机的试制和田间试验。通过分析,钉齿式残膜捡拾机以5 km/h的速度作业时,滚筒转速为50.04 r/min,大于滚筒的临界转速44.61 r/min,且钉齿相对地面的轨迹为余摆线;钉齿入土时合速度的方向与垂直方向夹角为18.1°,出土时合速度的方向和垂直方向基本重合,有利于钉齿的扎入土壤及顺利挑膜,满足设计要求;相邻钉齿齿尖上的标记点MARKER_76和MARKER_77在入土、出土时捡拾区长分别为51.44和50.08 mm,同水平位置相邻余摆线间的距离为59.4 mm,大于最大捡拾区长51.44 mm。田间试验表明,钉齿式残膜捡拾机构的拾净率达71.7%,缠膜率为1.52%,满足耕层残膜捡拾作业的性能要求。该研究可为优化作业参数、研发相关装备提供参考。

关键词：机械化计算机仿真优化钉齿耕层残膜动力学