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农田残膜机械回收膜土分离装置设计与试验

中国农业科技导报 2021年第7期23卷 82-92页

作者：胡广发全腊珍邹运梅沈徽匡新鹏黄从辉湖南农业大学机电工程学院湖南省现代农业装备工程技术研究中心长沙410128

在我国南方农田残膜回收作业过程中,因土壤粘性强导致残膜夹带土壤多,残膜极易缠绕在机具上,影响机具正常工作。针对该问题设计了一种膜土分离装置,该装置主要由挑膜弹齿、滚筒和凸轮压板机构组成,可在挑膜过程中去除膜上表层土壤并在... 详细信息

在我国南方农田残膜回收作业过程中,因土壤粘性强导致残膜夹带土壤多,残膜极易缠绕在机具上,影响机具正常工作。针对该问题设计了一种膜土分离装置,该装置主要由挑膜弹齿、滚筒和凸轮压板机构组成,可在挑膜过程中去除膜上表层土壤并在送膜过程中去除膜下土壤,通过试验分析得到影响膜土分离的主要因素为机具前进速度、挑膜转速和滚筒安装倾角。确定以上述三个因素为试验因素,以含土率和缠膜率为响应值,进行三因素三水平响应面试验。利用Desige-Expert软件建立各因素与缠膜率、含土率的回归模型,分析各因素对回收效率的影响,结果表明,各因素对含土率的显著性顺序为:机具前进速度>挑膜转速>滚筒安装倾角;对缠膜率的显著性顺序为:滚筒安装倾角>挑膜转速>机具前进速度;同时,对试验因素进行优化,得到因素的最佳组合为:机具前进速度为1.12 m·s^(-1),挑膜转速为92.00 r·min^(-1),滚筒安装倾角为17.00°,此时的含土率为13.00%,缠膜率为1.70%。通过土槽模拟试验,设置上述最佳工作参数组合,得到含土率为13.45%,缠膜率为1.78%,验证结果与模型优化结果相对误差都小于5%。该膜土分离装置可以解决南方粘性土壤膜土分离困难、残膜率高的问题,为后续膜土分离装置及残膜回收机的设计与优化提供参考。

关键词：粘性土壤缠绕膜土分离试验分析设计参数优化

农田残膜机械回收膜土分离模型的建立与仿真试验

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湖南农业大学学报（自然科学版） 2021年第3期47卷 344-350页

作者：胡广发全腊珍邹运梅沈徽湖南农业大学机电工程学院湖南长沙410128 湖南省现代农业装备工程技术研究中心湖南长沙410128

为明确农田残膜机械回收过程中膜土分离机理,基于土壤接触理论及土壤黏附力学,建立残膜与土壤颗粒的接触模型和残膜与土壤颗粒间黏结合力变化的数学模型。利用EDEM软件,进行0.01、0.02、0.03 mm厚度残膜与黏附土壤剥离剪切仿真试验。拟... 详细信息

为明确农田残膜机械回收过程中膜土分离机理,基于土壤接触理论及土壤黏附力学,建立残膜与土壤颗粒的接触模型和残膜与土壤颗粒间黏结合力变化的数学模型。利用EDEM软件,进行0.01、0.02、0.03 mm厚度残膜与黏附土壤剥离剪切仿真试验。拟合结果表明,0.01、0.02、0.03 mm残膜厚度下,膜土分离剪切力与剥离剪切位移均呈三次方关系,决定系数分别为0.805 9、0.872 2、0.878 4;对台架验证试验结果进行拟合,决定系数分别0.793 2、0.854 8、0.869 0,相对误差最大值为13.77%。

关键词：残膜机械回收膜土分离残膜–土壤接触模型残膜–土壤黏结合力数学模型仿真试验

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双筛体驱振式膜土分离与输送装置设计与试验

中国农机化学报 2018年第11期39卷 4-11页

作者：游兆延吴惠昌陈有庆胡志超檀律科彭宝良张进龙农业农村部南京农业机械化研究所

为减少铲筛式残膜回收机在工作中的振动,设计双筛体驱振式膜土分离与输送装置。采用DH5902动态测试系统对双筛面残膜回收机的振动参数进行满载田间作业测试,实验结果表明振动频率在3～5.5Hz变化时,机架左右方向振动测量值范围为4.2～5.4... 详细信息

为减少铲筛式残膜回收机在工作中的振动,设计双筛体驱振式膜土分离与输送装置。采用DH5902动态测试系统对双筛面残膜回收机的振动参数进行满载田间作业测试,实验结果表明振动频率在3～5.5Hz变化时,机架左右方向振动测量值范围为4.2～5.4m/s2,在设备可承受振动范围内,减振效果明显。为实现有效逐级输膜,确定偏心轮驱动轴转速范围为260～330r/min,通过单因素试验确定筛面形式为锯齿筛,为提高残膜回收率和膜土比,选取机具前进速度、逐膜筛振动频率、逐膜筛振幅、锯齿间距作为试验因素,运用响应曲面法并在Design-Expert软件中分析各因素对残膜回收指标的影响效应,各因素影响残膜回收率的主次顺序为锯齿间距>机具前进速度>逐膜筛振幅>逐膜筛振动频率;各因素影响膜土比强弱次序为锯齿间距>机具前进速度>逐膜筛振动频率>逐膜筛振幅。运用Design-Expert的寻优功能得到最优参数组合为机具前进速度0.735m/s,逐膜筛振幅62mm,逐膜筛振动频率260次/min,锯齿间距12.02mm,机构设计时将获得的参数修正并进行试验验证,最终结果表明残膜回收率为90.26%,膜土比为1.46,较好地满足了残膜回收质量要求。该研究不仅为残膜回收市场提供了一款急需的实用机具,亦为残膜回收机械创新研发或优化提升提供了理论依据和参考借鉴。

关键词：双筛体驱振残膜回收机膜土分离输送

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铲筛式残膜回收机膜土分离技术研究

中国农机化学报 2018年第8期39卷 21-26页

作者：张亚萍胡志超游兆延沈成顾峰玮吴峰刘敏基农业农村部南京农业机械化研究所南京市210014

对基于铲筛式残膜回收机的膜土分离技术展开针对性研究,设计多级膜土分离装置,以期从安装碎土装置、增大筛程、安装导土装置、调整后筛筛面倾角等4个方面增强机具的膜土分离效果。运用上述装置对1MCS 100型残膜回收机进行了结构优化,振... 详细信息

对基于铲筛式残膜回收机的膜土分离技术展开针对性研究,设计多级膜土分离装置,以期从安装碎土装置、增大筛程、安装导土装置、调整后筛筛面倾角等4个方面增强机具的膜土分离效果。运用上述装置对1MCS 100型残膜回收机进行了结构优化,振动筛采用间距为15mm的锯齿筛,最小筛程1 300mm,振幅48mm,振频3.7 Hz。锯齿筛的锯齿条齿宽18mm,齿高5mm,锯齿条厚度1.5mm。碎土辊长920mm、外径170mm、内径150mm。后筛倾角为10°,导土装置与筛面最小间距为30mm。以残膜回收率和膜土比为评价指标,对优化前和优化后的机具进行田间作业对比试验。试验结果显示:优化前机具的残膜回收率平均值和膜土比平均值分别83.87%和0.14,优化后分别为85.72%和0.5。试验表明:优化后机具的残膜回收率略有提高,膜土比显著增大。因此,对残膜回收机进行的结构优化有效,多级膜土分离装置能够显著改善膜土分离效果。不仅对膜土分离研究提供参考,同时也有益于减少农业污染。

关键词：铲筛式残膜回收机膜土分离验证试验

链齿式残膜回收机膜土分离装置的设计及试验研究

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农机化研究 2019年第9期41卷 110-114,141页

作者：刘家强张学军靳伟鄢金山赵攸乐新疆农业大学机电工程学院乌鲁木齐830052

膜土分离装置作为机构工作过程中的重要环节,在残膜回收的过程中膜土分离装置是不可缺少的,其主要完成土和膜的分离并对回收的残膜进行输送。为此,研究设计一种膜土分离装置并介绍了其设计要求与基本结构,通过试验研究确定了该装置的各... 详细信息

膜土分离装置作为机构工作过程中的重要环节,在残膜回收的过程中膜土分离装置是不可缺少的,其主要完成土和膜的分离并对回收的残膜进行输送。为此,研究设计一种膜土分离装置并介绍了其设计要求与基本结构,通过试验研究确定了该装置的各个重要参数,通过正交试验确定参数的不同组合对膜土分离装置性能的影响。试验结果表明:当膜土分离装置的转速为540r/min、膜土分离装置的角度为35°、抛送速度为1.5m/s时,该装置的膜土分离率最佳。该膜土分离装置结构设计简单,制作加工方便,工作稳定性良好。

关键词：残膜回收机膜土分离分离装置设计正交试验

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带式膜土分离装置的设计及试验

带式膜土分离装置的设计及试验

作者：伍磊新疆农业大学

学位级别：硕士

地膜残留在田间并与土壤混合粘结,增大了残膜回收的难度,地膜如果得不到及时回收,会对环境造成污染。为了回收残膜,国内外研究人员设计了多种回收残膜的机具。其中,常用的残膜捡拾机构有弹齿式、伸缩杆齿式、耙齿式和轮齿式,但都存在捡... 详细信息

地膜残留在田间并与土壤混合粘结,增大了残膜回收的难度,地膜如果得不到及时回收,会对环境造成污染。为了回收残膜,国内外研究人员设计了多种回收残膜的机具。其中,常用的残膜捡拾机构有弹齿式、伸缩杆齿式、耙齿式和轮齿式,但都存在捡拾过程中,含杂率高,膜土分离困难的问题。为了提高膜土分离的效率,为残膜的回收再利用奠定基础,本文设计了一种新型带式膜土分离装置,主要研究工作如下:(1)通过查阅文献与实地调研,利用所学习的机械设计、数据分析、有限元仿真等相关知识,设计研发了一种带式膜土分离装置。该装置主要由起膜铲、膜土输送部件、碎土部件以及膜土分离部件等组成。起膜铲铲起膜土混合物,通过膜土输送部件将膜土混合物向后上方运输,碎土部件将膜土混合物中的土壤碾压破碎,再通过膜土分离部件完成土壤与残膜的分离。(2)为了实现土壤与残膜的分离,对地膜的物理特性进行了测定。厚度为0.008mm新地膜的平均断裂力为1.64N,平均伸长率为196.95%;厚度为0.008mm覆膜时间为三个月的地膜的平均断裂力为1.12N,平均伸长率为111.77%;厚度为0.01mm覆膜时间为三个月的地膜的平均断裂力为1.44N,平均伸长率为54.59%。结合测试数据,对带式膜土分离装置中的膜土分离部件进行理论分析,为进行膜土分离部件的设计及台架试验做准备。(3)对所设计的带式膜土分离装置的主要零部件进行仿真分析,确定带式膜土分离装置的主要零部件的结构及关键尺寸。使用ANSYS仿真软件对起膜铲进行力学仿真分析,得出起膜铲所产生的最大变形为0.91mm、最大应变为2.50×10和最大应力为49.24MPa;对挂膜块进行力学仿真分析,对挂膜块施加极限压力,得出挂膜块所产生的最大变形为1.57mm、最大应变为5.24×10和最大应力为97.22MPa。将去土率和留膜率设为评价指标,对膜土分离部件进行响应面试验。将各参数按优化数值取整进行试验,得出挂膜钉间距为90 mm、锥角为35°、速比为0.80时,去土率的值为96.55%;将各参数按优化数值取整进行试验,得出当挂膜钉长度为150mm、横向间距为75mm和纵向间距为56mm时,留膜率的值为96.67%。(4)为了验证所设计的带式膜土分离装置的工作性能,对带式膜土分离装置进行了台架试验。将残膜回收率作为评价指标,对带式膜土分离装置进行响应面试验,试验结果得出各因素影响残膜回收率的顺序为:第一速比(第一输送带的速度与第二输送带的速度的比值)、第一输送带速度和第二速比(第二输送带的速度与第三输送带的速度的比值)的变化。当第一输送带速度为0.83m/s、第一速比为1.18、第二速比为0.81时,残膜回收率为95.56%。

关键词：残膜起膜铲膜土分离去土率留膜率

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滚筒式机收膜杂除土装置设计及试验

吉林大学学报（工学版） 2023年第9期53卷 2718-2731页

作者：周鹏飞陈学庚蒙贺伟梁荣庆张炳成坎杂石河子大学机械电气工程学院新疆石河子832003 农业农村部西北农业装备重点实验室新疆石河子832003

为解决机收膜杂含土率高的问题,设计了一种滚筒式机收膜杂除土装置,对装置内物料进行动力学分析,确定了该装置的基本参数。在此基础上,以滚筛转速、喂料速度、滚筛倾角和叶片螺距为试验因素,以除土率、漏膜率和工作效率为评价指标进行... 详细信息

为解决机收膜杂含土率高的问题,设计了一种滚筒式机收膜杂除土装置,对装置内物料进行动力学分析,确定了该装置的基本参数。在此基础上,以滚筛转速、喂料速度、滚筛倾角和叶片螺距为试验因素,以除土率、漏膜率和工作效率为评价指标进行了四因素五水平的响应面试验,分析了各因素对膜土分离作业性能的影响规律,获得了最佳组合参数如下:滚筛转速为24.90 r/min、喂料速度为11.52 kg/min、滚筛倾角为-2°、叶片螺距为699.99 mm。在该条件下验证试验结果如下:除土率为92.48%、漏膜率为1.90‰、工作效率为7.61 kg/min,试验响应指标预测值与验证试验指标间误差分别为2.15%、5.79%、2.63%,表明所构建模型具有较好的预测可靠性,相关研究可为机收膜杂除土技术提供一定参考和理论支撑。

关键词：农业机械化工程机收膜杂膜土分离滚筒筛响应面试验

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滚筒式机收膜杂除土装置设计与试验

吉林大学学报(工学版) 2022年

作者：周鹏飞陈学庚蒙贺伟梁荣庆张炳成坎杂石河子大学机械电气工程学院农业农村部西北农业装备重点实验室

针对机收膜杂含土率高且初清理及资源化利用困难问题，研究设计了一种滚筒式机收膜杂除土装置，对装置内物料进行动力学分析，确定了该装置基本参数。在此基础上，以滚筛转速、喂料速度、滚筛倾角和叶片螺距为试验因素，以除土率、漏膜... 详细信息

针对机收膜杂含土率高且初清理及资源化利用困难问题，研究设计了一种滚筒式机收膜杂除土装置，对装置内物料进行动力学分析，确定了该装置基本参数。在此基础上，以滚筛转速、喂料速度、滚筛倾角和叶片螺距为试验因素，以除土率、漏膜率和工作效率作为评价指标进行了四因素五水平的响应面试验，分析了各因素对膜土分离作业性能影响规律，获得了最佳组合参数为：滚筛转速24.90r/min、喂料速度11.52kg/min、滚筛倾角-2°、叶片螺距699.99mm，在该条件下验证试验结果为：除土率92.48%、漏膜率1.90‰、工作效率7.61kg/min，试验响应指标预测值与验证试验指标间误差分别为2.15%、5.79%、2.63%，表明所构建模型具有较好的预测可靠性，相关研究可为机收膜杂除土技术提供一定参考与理论支撑。

关键词：农业机械化工程机收膜杂膜土分离滚筒筛响应面试验

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滚筒式棉田机收膜杂除土装置的设计与试验

滚筒式棉田机收膜杂除土装置的设计与试验

作者：周鹏飞石河子大学

学位级别：硕士

作为我国重要的棉花生产基地,受自然环境影响,新疆普遍采用覆膜播种的棉花种植模式。农用地膜的大范围使用产生了大量残留地膜,其造成的污染日趋严重。随着残膜污染治理工作的持续推进,现阶段新疆棉田残膜普遍以机械化回收作业为主,但... 详细信息

作为我国重要的棉花生产基地,受自然环境影响,新疆普遍采用覆膜播种的棉花种植模式。农用地膜的大范围使用产生了大量残留地膜,其造成的污染日趋严重。随着残膜污染治理工作的持续推进,现阶段新疆棉田残膜普遍以机械化回收作业为主,但收回的膜杂物料中含土率高、残膜难以直接进行资源化利用。基于此,本文将棉田机械化收回的膜杂混合物作为研究对象,对机收膜杂物料特性进行了测定,并结合残膜资源化利用工艺需求和技术要求,确定了装置总体方案,对机收膜杂进行运动学、动力学分析,获取了机收膜杂筛分过程中的运动特性,完成了装置的关键部件的设计,搭建试验平台,将除土率、漏膜量及工作效率作为试验指标,分析了各因素对试验指标的影响规律,获取了装置最优参数组合,主要研究内容如下:(1)针对新疆棉田收回残膜的处理现状进行调研,明确了残膜资源化利用技术装备的技术要求,对棉田机收膜杂中各组分质量占比及残膜、土壤、棉秸秆几何尺寸等数据进行测定,获取了机收膜杂中残膜质量占比为17.94±2.21%,作物残余质量占比为24.48±5.26%,土壤质量占比为57.58±5.42%;通过试验分别研究了机收膜杂中残膜、土壤的摩擦力学特性,为装置的设计提供了基本依据。(2)基于机收膜杂除土需求及残膜资源化利用技术要求,确定了由筛分部件、传动系统和机架等部分组成的装置总体方案,通过对机收膜杂在装置内的运动进行理论分析,获取了机收膜杂在滑落、抛落及离心状态下的运动特征,在此基础上建立运动方程,揭示了动摩擦因数、滚筛转速及滚筛半径对机收膜杂运动特性的影响规律。(3)确定了筛分部件的结构参数,其筛筒长度为3600 mm,筛筒直径为1200 mm,筛面孔占比为40.31%;完成了传动系统的设计,并对主、从动传动轴进行设计及刚度校核;根据装配需求进行机架结构设计,采用Solid Works软件进行三维虚拟建模,利用ANSYS workbench 17.0软件进行模态分析,获取了机架的前六阶频率振型图,得出了机架的固有频率和振型特征,分析结果表明该机架结构稳定可靠。(4)以滚筛转速、喂料速度、滚筛倾角和叶片螺距为试验因素,以除土率、漏膜量和工作效率为试验指标,进行四因素五水平二次回归试验,利用Design-Expert V8.0.6软件对结果进行了数据分析,结果表明装置最优参数组合为滚筛转速24.80 r/min、喂料速度11.43 kg/min、滚筛倾角-2°、叶片螺距694.99 mm,在此参数组合下装置除土率为92.48%,漏膜量为3.31 g,工作效率为7.61 kg/min。该研究结果可为残地膜除土装置的设计提供一定参考。

关键词：机收膜杂膜土分离滚筒筛参数设计响应面试验