3375 伸縮扒指式小型殘膜回收機的設(shè)計

3375 伸縮扒指式小型殘膜回收機的設(shè)計,伸縮,扒指式,小型,回收,設(shè)計 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計- 1 -1 課題的提出及意義地膜覆蓋技術(shù)是我國北方廣泛推廣使用的一項農(nóng)業(yè)技術(shù)。地膜覆蓋技術(shù)對農(nóng)業(yè)推廣的作用可以概括為以下幾點:①提高地溫，使幼苗免受凍害；可提前播種，延長作物生長期，提高作物品質(zhì)與產(chǎn)量。②滅除雜草，使作物少受雜草的侵害。③防止水分蒸發(fā)，提高作物的抗旱能力。④保持土壤結(jié)構(gòu)，使翻耕得到的土壤結(jié)構(gòu)免受自然力的破壞。生產(chǎn)實踐證明，地膜覆蓋具有顯著的增產(chǎn)效果。一般可使玉米等作物增產(chǎn)%15%至 20%，每公頃增收 1500 元左右。由于地膜覆蓋技術(shù)具有顯著的經(jīng)濟效益，因而受到廣大農(nóng)民的認可，近幾年在我國的推廣面積增長迅速，截至 2003 年，已達約 500 多萬公頃。墾區(qū)的棉花種植中，已全部實現(xiàn)地膜覆蓋植棉。同時，應(yīng)用地膜覆蓋技術(shù)的作物范圍也不斷擴展，由以前的玉米、棉花等中耕作物發(fā)展到小麥、花生等密植作物?？梢哉f，地膜覆蓋技術(shù)為我國農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、農(nóng)村脫困，農(nóng)民增收發(fā)揮了重要作用。然而，在地膜覆蓋技術(shù)應(yīng)用地區(qū)，隨著鋪膜年限的增加，地膜覆蓋技術(shù)的負面影響日趨明顯。由于技術(shù)上的原因，使用過的地膜難以回收，大部分殘膜被翻入土壤，逐年累積，造成地膜覆蓋區(qū)出現(xiàn)不同程度的“ 白色污染” 。嚴重威脅著我國農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。究其原因，主要因為累計在耕層中的殘膜形成阻隔層，將改變土壤的物理結(jié)構(gòu)，阻礙土壤的水、肥、氣、熱循環(huán)，進而影響作物正常的生長、發(fā)育。并且我國農(nóng)用地膜主要以難以降解的聚氯乙烯塑料薄膜為主，自然降解要 200 年左右。因而，殘膜對作物的影響是長期的。而且聚氯乙烯的毒害作用還會影響種子的發(fā)芽率，實驗資料顯示，經(jīng)多年地膜覆蓋的地塊由于廢膜的影響使的種子發(fā)芽率降至約 80%。由于以上原因，最終將導(dǎo)致作物減產(chǎn)。一般連續(xù) 3 到 5 年地膜得不到有效回收，將導(dǎo)致玉米減產(chǎn) 10%，棉花減產(chǎn) 10%-15%。連續(xù)覆蓋年數(shù)越多，土壤耕層地膜殘留量也將會隨之而增大，作物減產(chǎn)幅度也越大。同時殘膜造成的“白色污染”也嚴重威脅著人畜的健康，并對田間的機械化作業(yè)質(zhì)量也有許多不利影響。綜上所述，殘膜若長期得不到有效回收，將會造成我國農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的惡化。而且，我國地膜覆蓋面積如此之大，使得形勢變得更為嚴峻，迫使我們不得不盡快尋找解決辦法。就我國國情而言，研制一系列穩(wěn)定、可靠、性能優(yōu)良的地膜回收機是目前最有效、最經(jīng)濟的方法。2 國內(nèi)外殘膜回收機現(xiàn)狀研究2.1 國外殘膜回收機現(xiàn)狀在國外，地膜回收問題也，直是困擾地膜覆蓋技術(shù)發(fā)展的一大難題。但地膜覆蓋種植技術(shù)應(yīng)用遠沒有我國深入廣泛，而且國外一般采用綜合治理技術(shù)，殘膜危害遠沒有我國嚴重。國外所采用的技術(shù)主要包括：1、采用較厚、抗拉強度較大的塑料薄膜。國外采用的塑膜厚度一般在 0.02-0.05mm 之間，有利于機械收膜，且回收的地膜可以重復(fù)使用，可減少總的地膜用量，減小污染。2、采用可降解、無毒害薄膜。如光解薄膜、生物降解薄膜及植物纖維膜。3、推廣機械化回收地膜。歐美、日本等發(fā)達國家從 50 年代開始對地膜覆蓋技術(shù)進行研究和推廣，其中日本在此方面的研究、推廣成果最為顯著，雨歐美國家在覆蓋技術(shù)和覆蓋材料方面作了大量工作。在地膜回收機械研制方面，由于國外實際應(yīng)用的地膜厚度較大，回收時地膜還有較大的強度。因而國外的地膜回收機結(jié)構(gòu)比較簡單，一般主要由起膜鏟和卷膜輥組成，殘膜成卷回收以便后處理或繼續(xù)使用。1972 年 Parry 開發(fā)了一種地膜回收機，該地膜回收機在工作時將地表面的覆蓋物卷在卷膜輥上。1993 年 Sawyer 開發(fā)了一種地膜回收機，該機包含可使卷膜輥線速度與回收機工作速度相匹配塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計- 2 -的裝置。1995 年 Lavo 開發(fā)了一種利用刷子將地膜上的土壤刷去的地膜回收機。1995-1997 年，Brooks 開發(fā)了一種地膜回收機，其工作原理是利用機械振動來實現(xiàn)膜土分離，并將地膜撕成小片后處理成塑料球，以便回收。1998 年，R.L.Parish 設(shè)計了一個裝置，該裝置能通過控制液壓馬達的流量來控制液壓馬達的轉(zhuǎn)速，以使地膜回收機卷膜輥線速度與回收機速度相匹配。殘膜回收是世界各國都面臨的一個棘手問題。英國和前蘇聯(lián)采用懸掛式收膜機，工作時松土鏟將壓膜土耕松，然后將薄膜收卷到羊皮網(wǎng)或金屬網(wǎng)上。收下的膜清洗干凈卷好備用。日本對殘膜的回收處理相對好一些，主要原因一是日本覆蓋地膜的土壤主要是火山灰土，土壤疏松易揭膜。二是地膜較厚，強度大，覆蓋期相對較短，回收時可保持較大片塊。歐美等國家為解決殘膜造成的危害，一方面推廣使用高強度、耐老化地膜?另一方面積極開發(fā)研制新型地膜，如可降解地膜等，殘膜經(jīng)一定時期可自動分解，形成無害物質(zhì)混入土壤中，但因其價格偏高或存在其他問題，目前還沒能推廣應(yīng)用于大田作物，僅在經(jīng)濟價值較高的蔬菜等作物中應(yīng)用。以色列、法國等國家已研制和推廣可控光降解地膜，但此方法對于埋人土層內(nèi)的殘膜難以光降解，目前尚未得到普遍應(yīng)用 [2]。2.2 國內(nèi)殘膜回收機研究的現(xiàn)狀按殘膜回收時間，國內(nèi)殘膜回收機分為苗期殘膜回收機和收獲后殘膜回收機等類型。2.2.1 苗期殘膜回收機苗期揭膜是在澆頭水前揭去地膜，此時揭膜容易，且有利于中耕除草、施肥和灌，適用于灌溉條件較好的地區(qū)。但在頭水前揭膜應(yīng)注意兩個問題。一是揭膜后必須及時灌水，否則由于水分蒸發(fā)量大，易造成干旱，影響作物正常生長甚至導(dǎo)致作物枯萎。二是揭膜時必須配合人工除草或噴灑除草劑抑制雜草生長苗期殘膜回收機的代表機械有以下幾種。①4TSM-4 型懸掛式收膜機。該機是頭水前揭膜機的代表機型。其結(jié)構(gòu)簡單，使用調(diào)整方便，工作可靠，殘膜回收率較高 [6]。②MSM-3 型苗期殘膜回收機。該機具是由農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)機化所研制。它與小型或中型輪式拖拉機配套使用，采用卷膜輥主動收集廢膜，裝卸靈活，使用可靠。③CSM-130B 型齒鏈式懸掛收膜機。它由生產(chǎn)建設(shè)兵團農(nóng)機推廣站和 134 團研制。該機與中型拖拉機配套使用，苗期作業(yè)時可同步將地膜揭起并打成卷。它采用的無心圓捆卷膜新穎實用。④MS-2 型玉米苗期收膜機。它由東北農(nóng)業(yè)大學(xué)研制研制。該機型殘膜回收率在 85%以上，單機生產(chǎn)率在 0.3hm2/h，傷苗率在 1%以下，配套動力為 18.38kw 小四輪拖拉機。 [5]2.2.2 收獲后殘膜回收機在干旱地區(qū)或采用膜下滴灌地區(qū)不宜苗期揭膜，需要在作物收獲后回收殘膜。由于機械或人為作用，秋后地膜破損比較嚴重，地膜上有 1～5cm 的土層，造成膜下土壤板結(jié)，易造成撿拾機構(gòu)的損壞，同時棉稈阻礙殘膜的撿拾，這些都加大了收貨后機械回收殘膜的難度。目前已見于文獻的有、甘肅、陜西、山西、內(nèi)蒙古及中國農(nóng)業(yè)大學(xué)和東北農(nóng)業(yè)大學(xué)等有關(guān)單位研制的收獲后殘膜回收機。其收膜工藝都是膜邊松土、起膜鏟將地表殘膜推起、挑膜齒挑起殘膜，最后，脫(卸)膜機構(gòu)將被挑起的殘膜卸下并送入集膜部件。其中挑膜、脫膜和集膜部件是影響收膜效果的核心機構(gòu)。目前國內(nèi)收膜機收膜部件的結(jié)構(gòu)形式主要有以下幾種：1)伸縮桿齒式撿拾滾筒(圖 1)該種收膜機構(gòu)工作可靠，殘膜收凈率高，但該機構(gòu)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價偏高。如甘肅省農(nóng)機推廣站研制的 1FMJ-850 型殘膜回收機 [7]，殘膜收凈率 90%，生產(chǎn)率在0.3hm2/h，配套動力為 13.2kw 小四輪拖拉機。由理論計算 [8]，滾筒的最低轉(zhuǎn)速不得小于71.5r/min，并經(jīng)試驗驗證，以 120r/min 為宜。塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計- 3 -1.伸縮齒 2.滾筒 3.偏心滾筒 4.拾起的殘膜 5.土壤圖 1 伸縮桿齒撿拾機構(gòu)示意圖2)彈齒式拾膜部件(圖 2)由地輪帶動收膜彈齒工作，結(jié)構(gòu)簡單，殘膜收凈率高。機構(gòu)中需要一個控制收膜彈齒工作位置的曲線軌跡滑道便于脫膜，因而給制造帶來一定的困難，同時，該種收膜部件也無法實現(xiàn)殘膜與雜草的分離。如東北農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的 QS-2 型秋后殘膜回收機，殘膜收凈率90%，生產(chǎn)率在 0.3hm2/h，配套動力為 13.2kw 小四輪拖拉機。根據(jù)理論計算與試驗驗證 [9]，在考慮殘膜拉伸率及地輪下陷和滑移的情況下，挑膜彈齒與行走地輪間的最佳速比應(yīng)為 1.64 左右為宜。該速比剛好將挑起的殘膜拉緊，不易被推起的土壤壓住，且收起的殘膜較干凈。1.彈齒輪 2.滑道 3.彈齒 4.殘膜 5.土壤圖 2 彈齒式拾膜部件示意圖3)鏟式起茬收膜部件(圖 3)其在起茬的同時將殘膜一起鏟起經(jīng)輸送帶送入鼠籠式旋轉(zhuǎn)滾筒進行土茬分離，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，收凈率高，但其對土壤的性能有一定的要求，且收起的殘膜與作物的根茬混合在一起，會給殘膜的再生利用帶來困難。如內(nèi)蒙古商都牧機廠研制的 1MC-70 型地膜回收起茬機 [10]，殘膜與根茬收凈率 90%，生產(chǎn)率在 0.2～0.3hm2/h ，配套動力為 11.03kw 小四輪拖塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計- 4 -拉機，起茬起膜深度 8～10cm，機組作業(yè)速度 3～4km/h。1.土壤 2.起膜鏟 3.殘膜 4.輸送帶 5.滾筒圖 3 鏟式起膜部件示意圖4)輪齒式收膜部件(圖 4)該種收膜機構(gòu)采用苗期收膜機的收膜部件，靠收膜輪與地面的摩擦力轉(zhuǎn)動收膜，結(jié)構(gòu)簡單，收起的殘膜比較干凈，便于殘膜的再生利用，特別適宜撿拾玉米、高粱等有硬根茬地的秋后殘膜回收，對于破損不嚴重的殘膜收凈率比較高，具有很大的應(yīng)用前景，對于厚度在 0.008mm 以上的標準地膜，該機構(gòu)是一種比較理想的殘膜回收機構(gòu)。如東北農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的小型殘膜回收機，采用該收膜部件，在地膜破損不嚴重的情況下，殘膜收凈率 90%左右，生產(chǎn)率在0.2～0.3hm2/h，配套動力為 11.03kw 小四輪拖拉機。1.輪 2.拾膜齒 3.殘膜 4.土壤圖 4 輪齒式收膜部件示意圖5)齒鏈式收膜部件(圖 5)其結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，加工制造方便，既可用于苗期收膜，也可用于秋后收膜，該結(jié)構(gòu)的最大特點是由于其整個結(jié)構(gòu)可以向縱向設(shè)置，可以前置，有利于整地復(fù)式作業(yè) [11]。如 2011 年由石河子大學(xué)機械電氣工程學(xué)院王吉奎副教授設(shè)計的 SMS－1500 型秸稈粉碎與殘膜回收機。就是新型后置鏈齒殘膜回收機。該機作業(yè)效率高能耗小在作業(yè)速度為 5～5.5km/h 時殘膜回收率大于 90％。后置鏈齒耙式殘膜回收裝置可將殘膜自下而上成片揭起殘膜破碎小收起的殘膜含雜少大容積殘膜箱可減少卸膜次數(shù)提高作業(yè)效率回收后的殘膜便于集中堆放 [12]。塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計- 5 -1.齒鏈彈齒 2.控制滑道 3.殘膜 4.膜箱及托膜齒 5.土壤圖 5 齒鏈彈齒式收膜部件示意圖由于技術(shù)及國情的原因，可降解地膜短時期內(nèi)還難以在農(nóng)業(yè)中大面積推廣，而今后相當長一段時間內(nèi)，農(nóng)業(yè)上仍然使用著大量的塑料地膜，根據(jù)我國目前的科技水平和經(jīng)濟條件，采用機械化清除殘膜是比較現(xiàn)實的，同時考慮到提高機具的使用效率，降低作業(yè)成本，減少機具的下地次數(shù)，應(yīng)大力研制發(fā)展耕整地與收膜聯(lián)合作業(yè)的機具。另一方面殘膜回收機的推廣使用還有賴于殘膜的再生利用。由于回收殘膜在短期內(nèi)沒有直接的經(jīng)濟效益，所以殘膜回收機械難以被人們接受。因此，發(fā)展殘膜回收機械除了要和常規(guī)作業(yè)結(jié)合起來發(fā)展殘膜回收聯(lián)合作業(yè)機，研制生產(chǎn)性能可靠、結(jié)構(gòu)簡單的機具之外，應(yīng)狠抓殘膜的再生利用，用農(nóng)民銷售殘膜得到的效益來推動殘膜回收機具的使用和發(fā)展。只有這樣，才能帶動殘膜回收機械的發(fā)展，形成地膜使用、殘膜回收和殘膜再生中利用的良性循環(huán)?？傊?，研制發(fā)展殘膜回收機既具有明顯的經(jīng)濟效益，又具有巨大的社會效益。3 設(shè)計方案的選擇綜合國內(nèi)殘膜回收機的現(xiàn)況發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的用于作物收獲后進行地膜回收的機械中，以伸縮扒桿式為主要代表通過在墾區(qū)部分地區(qū)的實際使用，證明其結(jié)構(gòu)合理，性能比較穩(wěn)定。但其在實踐中暴露出以下問題急需決。起膜鏟阻力較大，影響回收機動力性能及收膜效率。因此本課題將通過實驗計算找出最佳鏟形設(shè)計方案，以圖減小牽引阻力。伸縮扒指式殘膜回收機撿拾比較干凈。但是，由于邊摸被壓在土壤下面，起膜鏟鏟起的時候，由于棉花秸稈的影響，扒指不能有效的勾起邊膜。仍然達不到殘膜回收最大化的要求。所以我們考慮將邊膜與中膜分別回收。要想將邊膜與中膜分別回收，則用刀片將邊膜與中膜切開，如圖 6 所示（箭頭位置為刀片位置） 。中膜由伸縮扒指機構(gòu)回收，邊膜則用扎膜滾扎回收。塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計- 6 -圖 64 起膜鏟性能改進研究4.1 起膜鏟在收膜機中的作用地膜在土壤中的存在狀態(tài)由圖 7 所示，地膜兩邊有土壤壓邊，根茬穿過地膜，根茬周圍亦有一定量的土壤壓膜，以使地膜中保持密閉狀態(tài)。在地膜回收機收膜過程中，起膜鏟的作用是：其一要將地膜兩邊的壓膜土耕松，并盡可能地將地膜與土壤分離；其二起膜鏟將根茬切斷，以方便撿膜器收膜。實踐證明，現(xiàn)有起膜鏟基本能完成松土起膜的作用，因此，本課題將從分析起膜鏟在工作過程中所受阻力的角度來進行改進研究。而起膜鏟所受阻力主要來自兩方面的影響——土壤和根茬，作物根茬對起膜鏟的阻力影響比較復(fù)雜，受作物種類，根茬腐爛程度等的影響，測試難度較大，目前研究條件尚不成熟，因此課題不對其進行研究，課題主要研究土壤阻力對起膜鏟設(shè)計的影響。圖 74.2 起膜鏟實驗設(shè)計實驗的目的是為了建立起膜鏟幾何參數(shù)與其所受土壤阻力之間的函數(shù)關(guān)系，以指導(dǎo)起膜鏟的設(shè)計。要得到起膜鏟幾何參數(shù)與其所受土壤阻力之間的函數(shù)關(guān)系，可以在實驗數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上作回歸分析。本實驗采用“一次回歸正交實驗設(shè)計方法”來安排實驗，這樣可以主動地把實驗安排、數(shù)據(jù)處理和回歸方程精度統(tǒng)一起來加以考慮，也就是可以根據(jù)實驗?zāi)康暮蛿?shù)據(jù)分析來選擇實驗點，不僅減小了實驗次數(shù)，而且使數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析具有較好的性質(zhì)，以方便數(shù)據(jù)處理。 “一次回歸正交實驗設(shè)計方法”是應(yīng)用廣泛的正交實驗設(shè)計方法的發(fā)展，為專門以回歸分析為目的實驗提供了有力工具。實驗因素的確定因素的選取及其變化范圍。實驗因索的選擇遵循如下兩個原則：1.只選取影響起膜鏟受力的主要幾何參數(shù)。2.力圖將實驗次數(shù)降低到最少。根據(jù)一次回歸實驗設(shè)計方法，實驗設(shè)計如下：影響起膜鏟受力的因素可以分為兩類，起膜鏟的幾何參數(shù)和起膜鏟的工作參數(shù)。起膜鏟幾何形狀參數(shù)有：刃角 δ、切土角 α、翼張角 β、刃長 L，如圖 8 所示。其中隙角 e 變化范圍很小，因此不作為實驗因素研究。塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計- 7 -圖 8 起膜鏟幾何參數(shù)切土角 α 是鏟刃上表面與水平基面的夾角，其變化將影響起膜鏟的碎土能力，并使土壤產(chǎn)生側(cè)移，一般切土角 α 越大阻力越大，而起膜鏟要使膜土分離必須要有一定大小的切土角 α，切士角 α 對阻力的影響規(guī)律對課題具有一定的意義，因此將切土角 α 設(shè)定為實驗因素，翼張角且影響起膜鏟的滑切性能，也是影響起膜鏟阻力的主要因數(shù)之一，因而實驗將翼張角 β 作為實驗因素。刃長 L 對起膜鏟阻力影響是顯然的，但鑒于在其他因素不變的條件下，刃長 L 對阻力的影響是線性的，因而實驗不將刃長，設(shè)計為實驗因素。在實驗中為了消除速度變化對實驗結(jié)果的影響，將起膜鏟工作速度 v 作為一個實驗因素。綜上分析，實驗設(shè)定三個因素：切土角 α、翼張 β、工作速度 v。根據(jù)組合回實驗設(shè)計的要求，應(yīng)分別給出三因素的變化范圍，根據(jù)實際情況并為了便于實驗制備，設(shè)定各因素的變化范圍為：切土角 α（z 1） 15°-60°。翼張角 β（z 2） 30-90°工作速度 v（z 3） 0.8m/s-1.6m/s因此由實驗數(shù)據(jù)可計算得各因素的變化區(qū)間為：切土角 α（△ 1）：45° 翼張角 β（△ 2） 工作速度 v（△ 3）：0.8m/s5 殘膜回收機齒的載荷分析5.1 整體分析在對殘膜回收機進行零件強度和剛度計算時，首先要確定作用在零件上載荷的大小，只有如此才能更合理地確定零件的結(jié)構(gòu)與尺寸；另外，載荷也是對殘膜回收機機械系統(tǒng)進行動力計算的重要依據(jù)，選擇動力機的類型和容量都要考慮載荷的大小和特性；為了更進一步提高機械的可靠性，在設(shè)計階段必須合理確定其載荷狀態(tài)特性。因此，確定作用在殘膜回收機撿膜桿齒上的載荷是設(shè)計殘膜回收機的一項基本工作。確定殘膜回收機撿膜桿齒上的載荷有很大的困難，設(shè)計人員一般根據(jù)自塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計- 8 -己的設(shè)計經(jīng)驗來假設(shè)一個最大值，以此作為設(shè)計依據(jù)。這一做法是不規(guī)范的，有時與實際情況也相距甚遠，所設(shè)計的機器粗大而笨重。本文通過對作用在殘膜回收機撿膜桿齒上的載荷種類、變化規(guī)律等的深入分析，并結(jié)合計算機模擬方法來分析撿膜桿齒上的載荷，以求在一定程度上確定作用在殘膜回收機撿膜桿齒上的載荷。5.2 殘膜回收機撿膜桿齒上的載荷作用在撿膜桿齒上的載荷：一是周期載荷，撿膜滾筒回轉(zhuǎn) 1 周，由桿齒周期性地入土、出土?xí)r土壤阻力所產(chǎn)生的載荷，以及撿膜桿齒挑膜出土所產(chǎn)生的載荷；二是沖擊載荷，即撿膜桿齒入土及出土后遇到棉根、棉稈阻力所產(chǎn)生的載荷；三是隨機載荷，即土壤內(nèi)或表面的石塊所產(chǎn)生的載荷。殘膜收機在一個工作周期中所受載荷情況如圖 9 所示。B1 、B2 為撿膜桿齒端點的入土和出土點，右邊和左邊的 β/2 分別為入土角和出土角，γ 為挑膜角。圖 8 殘膜回收機撿膜齒工作情況示意圖撿膜桿齒上的周期載荷1 土壤載荷確定作用在農(nóng)業(yè)機械上的載荷復(fù)雜程度很高。不同的地塊有不同的地形、土壤、田間持水量，同一地塊因季節(jié)不同田間土壤的溫、濕度以及硬度也不同。盡管如此，鑒于土壤耕作機械載荷的重要性，農(nóng)業(yè)科技人員做過很多相關(guān)的研究，這些研究成果主要集中在鏵式犁工作載荷的解析表達式的建立方面，另有少量的經(jīng)驗公式。對比分析這些研究結(jié)果，本文根據(jù)撿膜桿齒的工作特點，引用文獻[1]給出的公式，結(jié)合試驗實測數(shù)據(jù)，得到撿膜桿齒入土運動過程中土壤載荷計算式為式中 k1-k7為試驗回歸系數(shù)，k1=1.15，k 2=1.12，k 3=1.12，k 4=0.055，k 5=0.78，k 6=0.065，k 7=0.64；b——撿膜齒直徑；l——齒長度；Z——撿膜齒入土深度；α——切削角塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計- 9 -CI——土壤的圓錐指數(shù)；γ——土壤容重；β——剪切速率因子；g——重力加速度；v——撿膜齒運動速度。與一般耕作機械不同，撿膜桿齒上的周期載荷不但來自于土壤中，還來自于土表以上。2 撿膜桿齒上的沖擊載荷在殘膜回收機撿膜桿齒出、入土撿膜過程中，會不斷遇到棉稈及其根系，因其作用時間短而強度高，本文將其視為沖擊載荷。棉稈及其根系對撿膜桿齒產(chǎn)生的沖擊主要表現(xiàn)形式：一是撿膜桿齒將棉稈拔起；二是撿膜桿齒將棉稈及其根系折彎并滑過；三是撿膜桿齒將棉稈及其根系折斷破壞。3 撿膜桿齒上的隨機載荷最大隨機載荷的推算農(nóng)業(yè)機械（特別是農(nóng)田作業(yè)機械）的作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，載荷的種類多，載荷大小變化大，有很多不確定因素。桿齒碰石塊是殘膜回收機撿膜作業(yè)中常發(fā)生的事，載荷大小與作用時間都有隨機的特點。棉田中的石塊大小差異很大，產(chǎn)生的沖擊力也不同。經(jīng)試驗測定，作用在撿膜桿齒上的沖擊載荷一般在 20～50000N，甚至更大，易將撿膜桿齒折斷。小石塊對撿膜桿齒只產(chǎn)生沖擊作用，而大石塊對撿膜桿齒的影響較大。在殘膜回收機撿膜桿齒所受載荷中，最大載荷極少出現(xiàn)，但它會引起零部件較大的塑性變形，對疲勞強度有較大影響。在實際產(chǎn)生中，常發(fā)生撿膜桿齒彎曲變形。撿膜桿齒一旦彎曲變形，會對殘膜回收機產(chǎn)生直接影響，大的變形會使殘膜回收滾筒卡死，甚至損壞其他工作部件。由于設(shè)備條件的限制，現(xiàn)場實測的結(jié)構(gòu)工作載荷的樣本記錄有限，很可能漏測不常出現(xiàn)的最大載荷，而最大載荷的出現(xiàn)又具有隨機性，故最大載荷的確定需要借助于統(tǒng)計推斷來實現(xiàn)。一般認為，10 6 次循環(huán)能包括那些在惡劣工況下發(fā)生的極值載荷，現(xiàn)行最大載荷的確定方法都是依據(jù) Conover 等人提出的概率準則，即以概率 106 所對應(yīng)的載荷為最大載荷。設(shè)被試對象有 K 種典型工況，第 i 種工況作業(yè)時間為 Ti ，平均幅值變化率 (頻率權(quán))為 Fi，在這種工況下，每次載荷循環(huán)載荷幅值大于等于 SA 的概率為 Pi(SA)，在合成累積頻次擴展到 106 次時，i 工況下載荷循環(huán)總頻次為 Ki× 106。第 i 工況經(jīng) Ki×106 次循環(huán)，其幅值大于等于 SA 的次數(shù)為式中 Noi——最小幅值；Nai——特性參數(shù)；bi——形狀參數(shù)。在合成累積頻次擴展到 106次時，所有 k 中工況發(fā)生的幅值大于等于 SA 的總次數(shù)為塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計- 10 -2.3.2 撿膜桿齒遇石塊沖擊產(chǎn)生的變形根據(jù)相對運動原理，在此假設(shè)石塊是運動的，具有速度 v ，沿水平方向撞擊彈性體撿膜桿齒，根據(jù)能量守恒定律，在沖擊過程中，沖擊能量(Em)轉(zhuǎn)化為彈性體的變形能（ U ） ，桿齒碰到石塊彎曲時的力學(xué)模型為式中 E——材料的彈性模量；I——慣性矩，I、d——齒長度及直徑；km——石塊的計算質(zhì)量， m 為石塊的質(zhì)量，k 是石塊在土壤中運動的阻力系數(shù)。由上式可知，桿齒上所受沖擊載荷的大小主要取決于桿齒的運動速度及所遇石塊的計算質(zhì)量。鑒于此種情況時有發(fā)生，建議設(shè)計者在選用撿膜桿齒時采用脆性材料。當高速運動的撿膜桿齒遇大石塊時，撿膜桿齒折斷，以保殘膜回收機主要部件不損壞，不中斷殘膜回收作業(yè)。6 特殊部件的安裝說明6.1 桿齒在曲軸上的安裝因為桿齒要在曲軸上轉(zhuǎn)動，不能用常規(guī)的安裝方法。所以需要單獨設(shè)計出一個連接件用于連接曲軸與桿齒，分兩部分，用螺栓連接。連接件如圖 9 所示。圖 9 曲軸與桿齒連接件6.2 刀盤的安裝應(yīng)為刀盤要安裝在軸上，并在軸上轉(zhuǎn)動。但是軸向需要固定，軸的內(nèi)側(cè)通過刀盤的設(shè)計出軸肩突起來固定，外側(cè)的使用軸上安裝的螺栓。如圖 10 所示。圖 10 刀盤的固定塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計- 11 -7 軸的校核計算7.1 軸 1 的校核計算7.1.1 彎矩受力計算軸上的扭矩=609421 mN?nPT6105.9??作用在齒輪上的圓周力 Ft zTdFnt 258cos/2??作用在齒輪上的徑向力 Fr Ntntr 314cs0as???作用在齒輪上的軸向力 Fa Fta58??7.1.2 計算作用于軸上的支反力，彎矩求垂直面的支承反力 NLdv902a-r1????求水平面的支承反力 FtH3121繪垂直面的彎矩圖 )(982512mNLFavMV????繪水平面的彎矩圖 )(361Ha??合成彎矩 )(35072'a' mNMHv????本章從撿膜器的運動學(xué)分析出發(fā)，對撿膜器從性能角度和撿膜齒強度提出了撿膜器最優(yōu)化設(shè)計模型，其中有一些數(shù)據(jù)的取值與整個機器的設(shè)計都有很大關(guān)系，因此每次更改殘膜回收機的設(shè)計時都必須重新進行最優(yōu)化設(shè)計，同時優(yōu)化設(shè)計時有些數(shù)據(jù)的取值采用經(jīng)驗值，因此在獲得更好的經(jīng)驗值是也要重新進行最優(yōu)化設(shè)計。在最優(yōu)化設(shè)計中，選定的最優(yōu)化約束條件未必完善，可以根據(jù)收膜塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計- 12 -試驗的問題提出特殊約束，從其他角度優(yōu)化撿膜裝置的設(shè)計。7.1.3 校核軸的強度由軸的扭距、彎距圖可知，存在危險截面，因此在該處計算應(yīng)力 224()ca?????（因扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力不是對稱循環(huán)應(yīng)力，故引入折合系數(shù) α）取 0.3?抗彎截面系數(shù) 53312.105.2?????????dW?截面上的彎曲應(yīng)力 a6.9MP??截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 38.24WT?軸的彎扭強度條件為 1[]ca???查表 15-1 得MPa1[]60??所以 ??122 5.3)8.4(6.9???????MPaca符合彎扭強度條件。7.2 軸 2 的校核計算（1）1 軸上的圓周力，徑向力，軸向力 NFdTtrtat 103an275621r121???求垂直面的支承反力塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計- 13 -NFLdvrVar87132221????求水平面的支承反力 tH6321繪垂直面的彎矩圖 )(15298'2mNLFMVav???繪水平面的彎矩圖 )(81Ha??合成彎矩 )(2302'' mNMaHva ????校核軸的強度由軸的扭距、彎距圖可知，齒輪軸的輪齒處存在危險截面，因此在該處計算應(yīng)力 224()ca?????（因扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力不是對稱循環(huán)應(yīng)力，故引入折合系數(shù) α）取 0.3?抗彎截面系數(shù) 6331.9105.2???????dW?截面上的彎曲應(yīng)力 MPa??截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 WT54.02?軸的彎扭強度條件為 1[]ca???查表 15-1 得 MPa1[]60??塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計- 14 -所以 ??122)54.03(1????????MPaca符合彎扭強度條件。8 裝配質(zhì)量（1）整機零部件完整，無缺件，安裝方便；（2）運動件操作靈活，無有卡死、磕碰現(xiàn)象；（3）非運動件無明顯偏移、翹曲等現(xiàn)象；（4）緊固件緊固可靠；（5）滾筒、扒指、鏈輪安裝牢固、可靠。（6）扒指/曲軸的安裝必須潤滑塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計- 15 -.9 總結(jié)課題在對收膜模式進行理論研究和動力學(xué)分析的基礎(chǔ)上對現(xiàn)有伸縮扒指式殘膜回收機提出了改進方案，并按照任務(wù)書上的要求將邊摸和中膜分別回收。工作量很大，但是在做此設(shè)計，讓我熟練掌握了 cad 制圖，并重溫了大學(xué)四年來所學(xué)的一些知識。塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計- 16 -10 致謝本次設(shè)計能順利完成，首先要感謝馬少輝老師的悉心指導(dǎo)，從選題到設(shè)計的完成的整個過程中，遇到了很多問題，馬少輝老師都能及時給予細心及準確的指導(dǎo)，在設(shè)計思路出現(xiàn)混淆或錯誤時，用淺顯易懂的知識深度剖析，使我的設(shè)計思路清晰明朗，以免在設(shè)計過程中迷失方向，出現(xiàn)大的偏差。在整個設(shè)計過程中，老師都能一如既往的表現(xiàn)出高度負責(zé)的工作態(tài)度和精益求精的工作作風(fēng)，這些都是我所應(yīng)該學(xué)習(xí)的。在此，對馬少輝老師表示誠摯的感謝！感謝母校為我提供了學(xué)習(xí)機會，使我的知識水平和認知能力得以提高，同時為我們提供了良好的學(xué)習(xí)條件，在設(shè)計過程中難免會遇到課程中沒有學(xué)習(xí)到的知識點，這時，到塔里木大學(xué)圖書館便能找到想要的資料。感謝老師四年來對我的精心栽培，感謝學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)和老師們給予的幫助與關(guān)懷，感謝與我共同學(xué)習(xí)和生活了多年的同學(xué)們對我的關(guān)心與支持！大學(xué)四年已接近尾聲，大學(xué)生活中的每一個細節(jié)都使我終生難忘，以“艱苦奮斗、自強不息”這八個字我將銘記于心，在以后的人生道路中將躬身踐行。最后，祝愿母校日益昌盛，祝愿老師們、同學(xué)們身體健康、事事順利！塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計1711 參考文獻[1]王頻.殘膜污染治理的對策和措施[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，1998 ，(3):185～188.[2]王志青.淺談殘膜回收機發(fā)展現(xiàn)狀及存在的問題.農(nóng)業(yè)機械， 2008， （5）:41～43.[3]楊希晨，劉炳，龔軍.殘膜回收機的研究現(xiàn)狀及存在問題 .農(nóng)機化，2006， （5）[4]建中.殘膜回收機集錦[J].山西農(nóng)機， 2000，(1):14[5]劉晨，薛文瑾.MSM-3 型苗期殘膜回收機[J].農(nóng)機化，1999，(4):13.[6]倪國慶，謝陳平.4MSM-3 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（4）：1～2.伸縮扒指式小型殘膜回收機的設(shè)計1、 本課題的來源及研究的目的和意義自 20 世紀 70 年代起,我國開始將地膜覆蓋技術(shù)應(yīng)用于棉花生產(chǎn)。地膜覆蓋栽培具有增溫、保水、保肥、改善土壤理化性質(zhì)，提高土壤肥力，抑制雜草生長，減輕病害的作用，在連續(xù)降雨的情況下還有降低濕度的功能，從而促進植株生長發(fā)育，提早開花結(jié)果，增加產(chǎn)量、減少勞動力成本等作用。該技術(shù)不僅可以大幅度提高冷浸爛泥田、高崗?fù)焯锖腿彼锏乃井a(chǎn)量，而且對解決我國水資源比較缺乏的問題具有重要的作用。地膜水稻技術(shù)平均畝增產(chǎn) 100 千克以上，畝節(jié)水 100～400 方，在我國南北方都有發(fā)展前景。目前，該技術(shù)體系主要包括水稻覆膜插秧濕潤栽培技術(shù)和水稻覆膜穴播濕種技術(shù)。水稻覆膜插秧濕潤栽培技術(shù)適宜在南方的高寒田、冷浸田、旱崗田和缺水田推廣應(yīng)用，水稻覆膜穴播濕種技術(shù)適宜在北方降水量較少，水資源和熱資源較貧乏的干旱或半干旱地區(qū)應(yīng)用。地膜覆蓋技術(shù)有如此優(yōu)點，使地膜棉花發(fā)展十分迅猛。但由于多年連續(xù)使用地膜，農(nóng)民對地膜回收不注重，或者回收率不高，地膜殘留于土壤較多。據(jù)對多年使用地膜的棉田調(diào)查, 殘膜對棉田的污染和危害逐年加重 , 導(dǎo)致土壤容重增加, 影響棉花種子發(fā)芽出苗, 產(chǎn)量降低。所以，要注重對農(nóng)業(yè)殘膜的回收。目前，殘膜的回收有人工撿拾和機械回收兩種方式。手工撿拾殘膜勞動強度大，費工費時且回收率低，撿拾不干凈，時間長了帶來殘膜的積累，對土地嚴重的污染，嚴重影響弄作物的生長。季節(jié)回收殘膜，可以克服人工撿拾的不足，是殘膜回收的有效方法。因此，研究各種經(jīng)濟使用的殘膜回收機對于減少土地污染以及保持農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。2、 本課題所涉及的問題在國內(nèi)（外）研究現(xiàn)狀及分析據(jù)文獻，我國農(nóng)業(yè)殘膜回收機主要有兩大類：一是苗期殘膜回收機。在玉米、棉花等農(nóng)作物中耕作業(yè)時揭膜回收。此時，由于地膜使用時間短，破損不是很嚴重，有利于殘膜回收，同時進行中耕作業(yè)。代表機型有：研制的MSM-3 苗期殘膜回收機和東北農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的 MS-2 玉米苗期殘膜回收機等。兩種機具殘膜回收率都在 85%以上，單機生產(chǎn)率在 0.3km2/h，傷苗率在 1%以下，配套動力為 18.38kw 的小四輪拖拉機。這兩種機型均是運用輪上的帶齒的卷膜輪將起膜鏟鏟起的殘膜挑起來收集。其收膜工作部件不需要動力驅(qū)動，結(jié)構(gòu)簡單，使用和調(diào)整方便，工作可靠，傷苗率低，收凈率和生產(chǎn)效率比較高。二是收獲后殘膜回收機。作物收獲后，耕、整地或者作物收獲前，將地里殘膜收起，或者整地的同時將殘膜收起。目前已經(jīng)見于文獻的有、甘肅、陜西、山西、內(nèi)蒙古以及中國農(nóng)業(yè)大學(xué)和東北農(nóng)業(yè)大學(xué)等有關(guān)單位研制的收獲后殘膜回收機。其收膜工藝都是磨邊松土、起膜鏟將地表殘膜收起、挑膜齒挑起殘膜，最后，卸膜機構(gòu)將被挑起的殘膜卸下并送入集膜部件。其中，挑膜、脫膜和集膜部件是影響收膜效果的核心機構(gòu)。目前國內(nèi)收膜機收膜部件的主要機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式主要有以下幾種：（1）伸縮桿齒式撿拾滾筒。該種收膜機構(gòu)工作可靠，殘膜收凈率高，但是該機構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價偏高。如甘肅省農(nóng)機推廣站研制的 1FMJ-850 型殘膜回收機。殘膜收凈率 90%、工作效率 0.3km2/h、配套動力在 13.2kw 的小四輪拖拉機。由理論計算，滾筒的最低轉(zhuǎn)速必須75r/min，并經(jīng)實驗驗證，以 120r/min 最適宜。 （2）彈齒式拾膜部件。由地輪帶動收膜彈齒工作，結(jié)構(gòu)簡單，殘膜收凈率高。機構(gòu)中需要一個控制收膜彈齒工作位置的曲線軌跡滑道便于脫膜，因而給制造帶來一定的困難，同時，該種收膜部件也無法實現(xiàn)殘膜與雜草的分離。如東北農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的 QS-2 型秋后殘膜回收機，殘膜收凈率 90%，生產(chǎn)率在 0.3km2/h，配套動力為 13.2kw 的小四輪拖拉機。根據(jù)理論計算與試驗驗證，在考慮殘膜拉伸率及地輪下陷和滑移的情況下， 挑膜彈齒與行走地輪間的最佳速比應(yīng)為 1.64 左右為宜，該速比剛好將挑起的殘膜拉緊，不易被推起的土壤壓住，且收起的殘膜較干凈。 （3）鏟式起茬收膜部件。其在起茬的同時將殘膜一起鏟起經(jīng)輸送帶送入鼠籠式旋轉(zhuǎn)滾筒進行土茬分離，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，收凈率高，但其對土壤的性能有一定的要求，且收起的殘膜與作物的根茬混合在一起，會給殘膜的再生利用帶來困難。如內(nèi)蒙古商都牧機廠研制的 1MC-70 型地膜回收起茬機，殘膜與根茬收凈率 90%，生產(chǎn)率在 0.2~0.3km2/h，配套動力為 11.03kw 小四輪拖拉機，起茬起膜深度8~10cm，機組作業(yè)速度 3~4km/h。 （4）輪齒式收膜部件。該種收膜機構(gòu)采用苗期收膜機的收膜部件，靠收膜輪與地面的摩擦力轉(zhuǎn)動收膜，結(jié)構(gòu)簡單，收起的殘膜比較干凈，便于殘膜的再生利用，特別適宜撿拾玉米、高粱等有硬根茬地的秋后殘膜回收，對于破損不嚴重的殘膜收凈率比較高，具有很大的應(yīng)用前景，對于厚度在 0.008mm 以上的標準地膜，該機構(gòu)是一種比較理想的殘膜回收機構(gòu)。如東北農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的小型殘膜回收機，采用該收膜部件，在地膜破損不嚴重的情況下，殘膜收凈率 90%左右，生產(chǎn)率在 0.2~0.3km2/h，配套動力為 11.03kw小四輪拖拉機。 （5）齒鏈式收膜部件。其結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，加工制造方便，既可用于苗期收膜，也可用于秋后收膜，該結(jié)構(gòu)的最大特點是由于其整個結(jié)構(gòu)可以向縱向設(shè)置，可以前置，有利于整地復(fù)式作業(yè)。目前國內(nèi)收膜機的脫膜部件主要有刮板輪、推膜板、輸送帶和脫膜桿等。從現(xiàn)有機型的脫膜效果看，對于采用伸縮桿齒式撿拾滾筒收膜部件的收膜機，應(yīng)用輸送帶脫膜比較理想；對于采用輪齒式收膜部件和齒鏈式收膜部件的收膜機應(yīng)用刮板輪和脫膜桿脫膜或采用輸送帶脫膜比較理想；對于采用彈齒式拾膜機構(gòu)的收膜機，應(yīng)用推膜板脫膜比較理想。集膜部件主要有集膜箱和卷膜輪。從集膜效果看對于破損較輕連續(xù)性好的殘膜應(yīng)用卷膜輪集膜的效果較好；反之，集膜箱較好。3、 對課題所涉及的任務(wù)要求及實現(xiàn)預(yù)期目標的可行性分析成功設(shè)計出伸縮扒指式小型殘膜回收機要求（1） 該機械與 15~20 馬力的拖拉機配套。（2） 適用于作物收獲后的殘膜回收作業(yè)。（3） 要求該機械將邊膜、中膜分別回收。（4） 工作可靠，回收效率高。（5） 完成整機設(shè)計圖紙，并撰寫設(shè)計說明書?？尚行苑治觯簹埬せ厥諜C的收膜工藝應(yīng)為，邊膜松土-入土起膜-拾膜-卸膜-集膜。經(jīng)過合理的設(shè)計和機構(gòu)配置，殘膜回收率可以達到技術(shù)要求。4、 本課題需要重點研究的、關(guān)鍵的問題及解決的思路(1)機架。用于工作部件的安裝固定,其材料為農(nóng)業(yè)機械專用矩形管。(2)傳動機構(gòu)。由地輪、地輪軸、鏈傳動、齒輪傳動、軸承等部件組成。Comment [A1]: 先要說明你完成設(shè)計需要那些條件，再說明你如何解決Comment [A2]: 這不是方法(3)起膜機構(gòu)。采用帶齒翼形鏟或三角弓形齒狀鏟結(jié)構(gòu),有良好的入土性能及較小的工作阻力,完成玉米根茬的切斷和地膜與土壤的分離。(4)撿膜機構(gòu)。采用伸縮扒指式撿膜器,將地表及地膜以下的殘膜撿拾起。(5)集膜機構(gòu)。采用曲柄擺桿機構(gòu),有合理的行程及上抬高度,消除殘膜滾筒與撥桿的纏繞及返回帶膜現(xiàn)象,并將殘膜集中到膜箱中。因為要將邊膜跟中膜分別回收，起膜機構(gòu)跟撿膜機構(gòu)應(yīng)是設(shè)計的重點研究對象。要想將邊膜跟中膜分別回收，就應(yīng)在邊膜位置設(shè)備前端增加起膜鏟，以便于將邊膜翻出。撿膜機構(gòu)則分側(cè)重點的撿拾：中膜方位主要側(cè)重于地表殘膜，邊膜方位的撿拾則側(cè)重于地下或跟泥土混合的殘膜。5、 完成本課題所必須的工作條件及解決的辦法（1）了解殘膜回收機行業(yè)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀：上網(wǎng)和圖書館查閱相關(guān)資料文獻。（2）確定設(shè)計方案：參考資料，進行設(shè)計，問詢老師、同學(xué)。（3）了解伸縮扒指機構(gòu)，上網(wǎng)和圖書館查閱，到學(xué)校工廠進行實際測量（4）畫裝配圖：利用運用 AutoCAD軟件制圖（5）計算校核：參考資料書中的計算方法和公式等進行計算校核6、 完成本課題的方案及進度計劃完成本課題的方案：1．下達畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書，2011-12-012．查閱相關(guān)文獻，并完成畢業(yè)設(shè)計開題報告，2011-12-203．查閱相關(guān)資料并實地考察，進行測量，比較，確定設(shè)計方案。進行畢業(yè)設(shè)計中期檢查并填寫記錄表，2012-04-184．對各部分機構(gòu)設(shè)計、計算，完成設(shè)計及圖紙，并撰寫設(shè)計說明書。下達審閱意見修改意見單，進行設(shè)計修改，2012-05-115．完成畢業(yè)設(shè)計定稿，2012-05-256．畢業(yè)設(shè)計答辯，2012-05-267、 主要參考文獻[1] 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