棉花残膜回收机的设计说明书

. . . . 本科生设计说明书题 目棉地搂耙式残膜回收机重要构件的改进优化系 别 机械设计制造与其自动化 班 级 机制106班 姓 名 强 学 号 103731627 答辩时间 2014 年 5 月 农业大学机械交通学院目 录 1 绪论11.1 棉地残膜污染的现状11.2 国外分残膜回收机种类21.3 国外地膜回收机具存在的问题22 田间地膜的分布特点32.1 残膜总量与植棉时间的关系32.2 残膜的横纵向分布特点43 整机的设计容与方法53.1 整机设计容53.2 设计改进方法74 四杆驱动的设计74.1 近似直线、曲线相间运动的四杆机构分析84.2搂膜连杆机构的工作原理和结构84.3机构的优化模型104.4 COSMOS Motion机构运动轨迹模拟114.5 四杆驱动试验结果与分析124.6 四杆机构杆位置分配算例与方案选择134.7四杆驱动部分结论155 残膜回收机起输膜分析155.1 起输膜存在的问题与研究方法155.2 收膜机构的工作原理155.3 残膜回收机起膜过程分析165.3.1 起膜部件165.3.2 起膜部件的仿行运动分析175.3.3 起膜运动分析185.3.4 改进收膜钉齿215.4 起输膜部分小结236 结论24参考文献25致27 棉地搂耙式残膜回收机驱动部分的设计 强 指导教师：史建新摘要：搂耙式残膜回收机在能完成预期性能的基础上,主要对残膜回收驱动机构进行了深入设计研究。采用的驱动机构是主要为四杆驱动，用它来实现类似直线和曲线相间的运动轨迹曲线，可满足一些特定的使用要求。在残膜回收过程中要求搂耙具有各种间歇运动功能，且运动的类似轨迹与其地轮驱动速度相匹配。实现残膜回收功能。设计中主要采用了AutoCAD绘制工程图，用Solid Works绘制三维效果图，用COSMOS Motion机构运动轨迹模拟仿真四杆驱动运动轨迹，应用 MATLAB 软件模拟起膜齿质点 M在挑膜瞬间的运动轨迹，来寻找最佳入土角。最后得出能够实现预想功能的残膜回收机。关键词：残膜回收机 四杆驱动 轨迹 Cotton round part of the design driven harrow type residual film recovery machineAuthors:Zhao Qiang Teacher:shi jianxin Abstract：Basic rake type residual film recovery machine to complete the expected performance in energy, mainly to the remnant membrane recycling drive mechanism in-depth design study. The driving mechanism is used mainly for four rod drive, use it to achieve a similar trajectory curve lines and curves and white, can meet the specific requirements of the use of. In the residual film recovery process requires the rake with various intermittent motion function,and the motion track and wheel driven similar speed matching. The residual film recovery function. The autoCAD is used in the design of engineering drawing, using Solid Works to display 3D effect graph, with the trajectory of COSMOS Motion simulation of four bar motion trajectory, the MATLAB software was used to simulate membrane tooth particle trajectories in M film picking moment, to find the best angle into the soil. The residual film recovery machine can realize the expected function.Key words:Residual film recovery machine Four rod drive Trajectory27 / 301 绪论随着农村农业产业结构调整力度的加大,为了提高棉花产量、增加农民收入,追求经济效益,地膜覆盖种植技术得到大面积推广。因此附带而来的残膜回收问题也越发引起人们的关注，并研究出了各式各样的机器来完成残膜的回收工作。1.1 棉地残膜污染的现状 地膜种棉在推广已有近 20 年的历史，据调查种棉 3-5 年的土地，平均废膜的残留量在 ，810 年的土地,平均废膜残留，土地减产达 7；种植 13 年以上的土地，平均废膜残留量 ，减产达 17%。统计变化趋势如下图 1-1 所示。 图 1-1 地膜残留量与棉花减产百分比 因此,为加快农业机械化工作思路转变的步伐,强化农业生态环境保护意识,整治田间白色污染,使残膜能够有效的回收己成为我们当前急待解决的问题。我国地膜覆盖技术推广面积很大,全国约在333.33万以上,由于连年使用地膜又不能与时回收构成了严重的白色污染。另外由于我国使用的大多数都是无机地膜,埋在土壤里不能很快分解,致使耕地质量下降,土壤通透性变差严重影响农作物根系的发育和对水分养分的吸收,而且给后续的整地工作带来了很大的影响。提高机具作业效果的重要条件就是要求田间种植农艺技术必须规,通过几年的调研和田间试验情况看,经济作物和菜地田间种植不规状况尤为突出,这就给机械化残膜回收带来很大的困难,也给残膜回收机的推广增加了难度。另外,残膜回收机研制的技术难度很大,机具的成本高与与收膜有关的一些问题仍有待于进一步解决。因此,采用机械化回收残膜技术具有重大的经济效益和社会效益。1.2 国外分残膜回收机种类 按照回收原理来分,现有国外残膜回收机主要有机械式与气吸式两大类,其中机械式最为普遍,主要有斜齿、弹齿、伸缩扒齿与圆弧形弹齿等型式。卷膜筒式地膜回收机,如:研制的MSM一3型苗期残膜回收机和东北农业大学研制的MS一2型玉米苗期收膜机等。苗期残膜回收机在玉米、棉花等作物中耕作业时揭膜问收。此时,由于地膜使用时间短,破损不严重,有利于收膜,残膜收起后,同时进行中耕作业。两种机具残膜回收率均在85%以上,单机生产率在0.32,伤苗率在l%以下,配套动力为18.38kw小四轮拖拉机。这2种机型均是利用轮上带齿的卷膜辊将起膜铲铲起的残膜挑起收集。其收膜工作部件不需动力驱动,结构简单、使用调整方便、工作可靠、伤苗率低。该类地膜回收机的不足是必须依靠地膜强度才能将地膜从地表卷起收膜。工作多在地头需要人工将地膜卷上卷膜辊和人工卸膜,因此收膜效率较低。偏心弹齿式地膜回收机,如1SM一II型,该机存在碎膜现象较为严重,膜与杂质混收,卸膜需停机等缺点。弹齿式地膜回收机,如3JM一100型,该机与小四轮拖拉机配套,该类地膜回收机的特点是依靠固定在皮带上的弹齿捡膜,但弹齿式地膜回收机制造困难。需要解决的技术难题集中在将地膜与弹齿分离问题上。气吸式残膜回收机,如4MQ一1.5型,该机回收率较高一巨不伤苗,但需要用四轮拖拉机输出动力带动风机与一些关键部件成本较高,农民无法接受,不符合中国国情。1.3 国外地膜回收机具存在的问题 残膜回收机械存在的主要问题:(1)目前地膜回收机械的研究存在的主要问题集中体现在收膜时依靠地膜强度,将地膜从地表卷起收膜,适用于地膜还有较大强度条件下,才能实现收膜;(2)残膜对工作部件有较强的吸附能力,易缠挂工作部件,从而使机器无常工作:(3)在作物生长期间回收残膜,虽比较容易回一收,回收率较高,但地膜利用效果会降低;(4)起膜铲入土深度调节不方便,不能实现无级限深调节;(5)卷膜辊的线速度与机具的前进速度不同步,残膜被卷起时卷膜辊外径逐渐增大,而角速度不变所以线速度增大,使残膜很容易拉断,卸膜次数多,收膜效率较低;(6)秋后地表的秸秆、土壤与杂草较多,残膜中混有较多杂物,收膜时无法将其有效与残膜分离,造成了残膜与杂质混收的现象;(7)薄膜理在土壤里过深,在起膜的过程中不能完全起出,起膜率达不到预定的要求。综上所述,治理残膜污染、保护农田生态环境将是地膜覆盖种植技术持续发展的关键所在。因此,研制一种性能可靠、效率高的回收机具,使残膜能够有效的回收已成为我们当前急待解决的问题。2 田间地膜的分布特点2.1 残膜总量与植棉时间的关系 地膜分布情况调查地点选在128团的棉田，对铺膜时间为 10、20 年的两类田地分别随机的选取 5 个采样点，将长宽深分别为 1m1m30cm 的土方作为研究对象。对所选样方进行处理，经过除杂、清洗、烘干等程序处理，根据其残膜面积大小，按照04，425，大于 25对残膜进行分类，使用精度为 0.0001g 的电子天平进行承重，测定结果见表 2-1。表 2-1 残膜的田间分布 图 2-1 残膜的柱状分布图 从数据表2-1与柱状分布图2-1可以明显看出该地区单位面积的残膜含量，10 年连作平均值约 25，20 年连作约 31。从单位面积的残膜增量上分析，前 10 年单位面积的残膜累积量约为 6，近 10 年累积量为 25，从增长速度上看近 10 年为前 10 年的 4.2 倍。从残膜面积的大小上分析，面积25的残膜多为当年地膜，存留在表层，这部分约占总残膜量的 23%左右，4的残膜由于长年耕作风化破碎所形成，此部分约占总量的 27%，处于 425的残膜含量是田间地膜的主要存在形态，这部分地膜约占到 50%左右。地膜不同的存在形态直接影响机具作业收膜机构的结构和形状，因此具有重要意义。 2.2 残膜的横纵向分布特点 棉花的种植模式如图2-2所示分别有（30+60+30+60）、（20+40+20+60）、（10+66+10+66+10+60)cm 三种种植模式，根据生产建设兵团对于机械化采棉的要求，棉花种植农艺配置应符合采棉机的机构尺寸，因此第三种配置方式是目前推广中的方式。不同的种植模式将影响到残膜回收作业机具的横向布置，根据上述要求，综合考虑机具作业效率，本文所研究的残膜回收机横向作业宽度设定为1.5m。图 2-2 棉花的三种种植模式 随着每年耕地整地作业，表层地膜逐渐被掩埋，从而使中层，底层残膜量逐渐增多。根据上述分析，从数量上表层残膜量最大，从回收难度上分析，表层残膜，尤其是当年所用残膜风化程度小，面积较大，有相对较强的韧性，便于进行机械化回收作业，因此对耕作表层 10cm 的残膜进行有效回收是机械化残膜回收的关键。 3 整机的设计容与方法3.1 整机设计容目前国外残膜回收机一个共同的特点是回收当年使用过的地膜,而对往年遗留在田间的碎膜则不予考虑,造成农田中残膜量逐年增多,危害越来越严重。因此,研究一种搂耙式地膜回收机,克服己有地膜回收机的缺点和不足,着重解决遗留碎膜和卷膜式造成的残膜缠绕难以卸膜问题。同时对起膜机构、集膜机构进行改进,使新型残膜回收机的残膜回收率达到新的水平,提高残膜回收的工作效率,从而更好的有效控制“白色污染”,促进农业可持续发展。为此加工设计一种新型残膜回收机搂耙式残膜回收机。其整体结构如图3-1所示：1、 变速器 2、地轮驱动部装 3、四杆驱动机构 4、V型多位连接架5、 T型连接件 6、托膜板 7、搂耙 8、起膜铲 9、限位支座 10、集杆器 11、牵引架 图31 残膜回收整机Solidworks图工作原理如图3-1所示,机具作业时起膜抚摸齿把地里的残膜起出,一部分残膜被搂耙搂到托膜板上,一部分残膜被搂耙搂到集膜箱里，这样反复搂膜完成膜的收集。在输送的过程中经过托膜板上将膜土进行有效的分离,最后经过搂耙把杂质较为纯净的残膜落入集膜箱,在地头等指定地点卸膜。在参考国外现有残膜回收机械优点的基础上,把起膜、集膜、收膜机构作为重点研究对象。针对现有机型的起膜、集膜、卸膜效果不理想的现状,课题设计的新型残膜回收机对起膜与集膜机构作如下改进:借鉴早期的残膜回收机的一些成熟技术,将起膜部分改为起膜铲来集膜,起膜扶膜铲在机具前方对称放置,起膜铲后方带有搂耙以便使被铲起的残膜顺利的输送到托膜板上,从而提高起膜回收率。改变原来的起膜铲只能在铲臂上钻孔调节深度,不能自动实现无级调深的问题。如图所示调深时只需调节限深螺母即可,不需要把机具抬起拆卸起膜铲的方法进行调深。此次设计的残膜收获机是针对秋后棉杆还没有收获我们先把膜搂掉的思路，因为我们把残膜收获掉，后面的工作就直接可以把秸秆打碎还田，这样从经济性和产品设计的合理性看，都符合最佳设计。解决之前许多收膜机一贯用的卷膜辊在卷膜过程中残膜缠绕问题,我们打破常规， 采用了搂耙式齿形收膜机构实现方便集膜和卸膜。3.2 设计改进方法(1)先确定整体结构,即确定机器的外形与整体尺寸,再针对局部零件进行攻关与改进。(2)通过调研,借鉴其它机械产品(包括土豆挖掘机等)与各型地膜回收机的优点,将合理先进技术应用到即将研制的搂耙式残膜回收机上。 (3)集膜箱设计方法确定集膜箱的形状、容积;确定集膜箱的位置，考虑整机的重心。(4)起膜集膜铲设计方法如图中所示起膜集膜齿用螺栓固定在机器横梁上,以便于拆装，并进行膜齿入土深度的无级调解：分析起膜集膜齿的受力情况,确定起膜齿的材质;确定起膜集膜齿的入土角度a;确定起膜集膜齿的扶膜齿间距a,以便将铲起的残膜顺利的输送到托膜板上;确定齿与齿之间的距离b。4 四杆驱动的设计搂膜四杆机构是残膜回收机的主要工作装置,它既可以作为残膜输送装置将前置装置已收集到的残膜输送到集膜箱,也可以用作残膜收集装置直接从农田中(已耕地)捡拾残膜。本着以搂膜齿的理想运动轨迹为最优目标,建立连杆机构优化设计的数学模型,因其技术指标与参数具有“模糊性”,所以运用模糊优化原理和方法对机构进行模糊优化设计,以得到更加符合工作实际的最优设计结果，从而进一步提高机构的综合性能。4.1 近似直线、曲线相间运动的四杆机构分析 参考资料，得知Hoeken型机构能够符合所需的轨迹效果，提供的是摇杆机构，这是一个直线度与近于匀速度的最佳组合，机构可以由一个电动机驱动来完成机构运动。它的几何配置、尺寸和连杆轨迹如4-1图所示。由于CP线的角度是给定的，并且，因此只有两个构件比需要确定其几何条件，如。如果曲柄为驱动构件，角速度是常数，沿着杆件轨迹的直线部分的线速度将非常接近匀速，通过的曲柄角度为。通过把曲柄角度与整周角的比值作为构件比的函数，经优化来实现所需的轨迹。图4-1 Hoeken 型四杆机构示意图4.2搂膜连杆机构的工作原理和结构 如图4-2所示,该机构由横向排列的弹齿和四连杆机构组成。工作时,连杆机构带动搂耙齿往复循环运动,可连续输送和搂集残膜。 图4-2搂膜连杆机构简图搂耙齿固定在连杆上,横向排列间距取2030mm。搂耙齿有足够的弹性,可以适应复杂的工作台面(如分离筛筛面或耕地表面)。工作时在不断变化的阻力作用下产生弹性振动,可以有效地避免残膜缠绕和粘附在搂耙齿上。该四连杆机构为曲柄摇杆机构,可实现预期的复杂运动轨迹。弹齿E点的轨迹是封闭的曲线,其运动方程为： （4-1）为了使残膜输送有较高的效率并且回程中不回带残膜,搂耙齿E点的理想运动轨迹应该是:工作行程弧线近似为直线,并且|MN|的距离最大。在回程中为了避免回带残膜,E点的轨迹在y轴方向应满足: （4-2）其中 h= (1. 52. 0)t式中弹齿E点的轨迹中E点和H点纵坐标差值；、E点和H点纵坐标值； t被输送残膜的平均厚度。 但是,值越大消耗的无用功也越大,机构的结构尺寸亦增大,所以在满足不回带残膜的条件下应该取小值。4.3机构的优化模型 以实现E点的理想运动轨迹为最优化目标建立目标函数 (4-3)为简化计算和数学模型,式(3)中的第1项是E点在x轴方向最大值和最小值之差的平方倒数,相当于|MN|的距离最大;第2项是E点在曲柄转至与y轴重合位置时纵坐标之差的平方,相当于E点在y轴方向最大值和最小值差值最小。如图4-3所示,xE取得最大和最小值分别是曲柄和连杆共线时极限位置,当时有 (4-4)其中 当时有 （4-5）其中当 时 （4-6）其中：在中当时 （4-7）其中 在中由此可见，。 图4-3 机构极限位置分析4.4 COSMOS Motion机构运动轨迹模拟 Solid Works 是参数化三维实体造型软件,COSMOSMotion是该软件的一个全功能运动仿真插件,它可以对复杂机构进行完整的运动学和动力学仿真,得到系统中各个零部件的运动情况,包括能量、动量、位移、速度、加速度、作用力与反作用力等结果，并能以动画、图表与曲线等形式输出；还可将零部件在复杂运动情况下的载荷情况直接输出到主流有限元软件中，从而进行正确的强度和结构分析。图4-4 四杆驱动COSMOS Motion运动轨迹模拟图 用COSMOS Motion进行机构运动仿真过程简单,手段快捷。COSMOS Motion的机构仿真一般步骤如图4-4所示。在Solid Works装配模块下直接进入COSMOS Motion仿真环境。仿真前要对仿真运动参数进行设置，如力的单位、时间单位、重力加速度以与与动画有关的帧时间、帧时间间隔等。在这里，设置力的单位为力的单位为N,时间单位为s，仿真画面时间间隔为0.02s，帧数为100，可根据仿真精度要求适当调节时间，来完成仿真模拟。4.5 四杆驱动试验结果与分析 搂膜连杆机构安装在残膜回收机后部,将分离筛筛面上残膜搂入集膜箱。由前置的工作装置将残膜收集输送到筛面上,残膜搂净率是被搂入集膜箱的残膜量与筛面上残膜总量的比率。在不同曲柄转速下,残膜搂净率如图4-5所示。 图4-5曲柄转速与残膜搂净率关系图曲线 试验结果表明,当曲柄转速在120175 r/m in围增加时,残膜搂净率明显提高。当曲柄转速继续增加时,曲线趋于平缓,残膜搂净率逐渐达到极限。4.6 四杆机构杆位置分配算例与方案选择 综合四个四杆直线导向机构,其条件列于表4-1中(“,”表示没有数据)。用所编制的可视化软件综合表4-1中给定条件的机构,其综合仿真图见图4-6。表4-1 算例数据表 图4-6 算例综合结果仿真图 在残膜回收机中的四杆直线导向机构,其可描述为:设计一个四杆机构,使其连杆平面上某一点的运动轨迹中至少有一段是直线段，来完成搂耙楼残膜的轨迹。另一段时弧线段，来完成搂耙抬起来卸膜的过程。四杆直线导向机构按其连杆曲线中直线段的多少分为单直线导向机构、双直线导向机构与多直线导向机构。此次设计打破了以往求四杆机构处于特殊位置时作直线运动的解、总结经验公式等求取四杆机构的尺寸的传统方法,采用COSMOS Motion运动轨迹模拟点附近的轨迹曲线来逼近直线的方法,综合出满意的四杆直线导向机构如4-7图两套方案，最终选择a方案。 （a）方案 （b）方案 图4-7四杆机构两套方案比较图 4.7四杆驱动部分结论 (1)该机构在输送残膜时,残膜搂净率可达到84%以上,与其他装置相比有较高的残膜回收率。所以在满足残膜回收机总的残膜回收率条件下,可以适当降低曲柄转速以减少磨损和机械振动。 (2)运用模糊优化设计原理,可以设计更加符合工作实际的最优化设计结果,使机构更加紧凑,减小了质量以与连杆机构运动的惯性力和机械振动。 (3)合理选取和设计搂膜弹齿的材料与结构,以保证弹齿有良好的弹性。模糊优化设计连杆机构,实现了预期运动轨迹,弹齿的工作行程、作用位置和角度都较好地满足了工作要求,有效地避免了残膜的缠绕。5 残膜回收机起输膜分析5.1 起输膜存在的问题与研究方法 起膜齿对松软土质地膜捡拾能力较好，如果土质较硬，地膜紧贴地面，起膜齿仅从地表划过难以入土，这不仅影响残膜收净率，出现漏收现象，而且所收地膜破损严重。针对试验过程中出现的上述问题，本章对新样机增设起膜部件。通过建立起、输膜作业过程的动力学模型，应用 MATLAB 软件生成机具关键点的运动轨迹，通过分析轨迹与收膜作业间的相互关系，确定了机具相关关键作业参数。5.2 收膜机构的工作原理 残膜回收机新样机的收膜机构有两部分组成，分别为起膜集膜机构和搂膜机构。起膜集膜机构主要由起膜齿、限位装置、托膜板组成（图 5-1），搂膜机构由搂膜耙、横向连接杆、V型多位连接架等组成（图5-2），工作时机具由拖拉机牵引前进，起膜齿入土将地膜铲起并提升到一定高度，输送到托膜板上，进过搂膜机构轨迹运动，完成挑膜和输膜，最终残膜被带进回收箱，搂膜机构运行速度与机具起膜速度相匹配，从而确保残膜回收作业的连续性。 1.起膜齿 2.限位装置 3.T型托板 4.托膜板 5、集膜箱图 5-1 起膜集膜机构与受力分析图 1、搂膜耙 2、螺栓M8X30 3、横向连接杆 4、T型连接件 5、U型卡 6、V型多位连接架 图5-2 搂膜机构图5.3 残膜回收机起膜过程分析5.3.1 起膜部件 起膜部件的主要参数包括起膜角 ，起膜齿长 L以与排布方式等（图 5-3）。起膜部件主要由可调的起膜杆齿组组成，根据铺膜植棉特点，膜宽围呈现中间略高的地形状况，此外由于地膜两边覆土相对紧实，为达到较好起膜效果，采取齿间宽度平均为b=9mm排布方式。起膜部件两边安装有调整装置，可实现 45围起膜角的调整，单位最小调整量为5。1、起膜齿 2、限位装置 3、螺母M8 4、螺母M6 5、T型托板 6、螺栓M8X60 图 5-3 起膜齿机构图 5.3.2 起膜部件的仿行运动分析机具田间作业，为保证作业效果应具有良好的仿行性和安全通过性。如图5-1，做受力分析得： （5-1） (5-2) (5-3) (5-4)上述式（5-1）、（5-2）中、支持力，G重力，F牵引力，总的牵引阻力，起膜角，搂耙齿与水平夹角，、机架结构尺寸，、分别为对应作用力关于0点的力矩。作业时，假设机具匀速直线运动，起膜齿与地面接触仿行收膜，当地面升高时 减小减小，增大搂耙齿保持平衡；当地面降低时， 角增大 增大，相应减小。当搂耙齿受到激增阻力，即 瞬时增大，此时 保持不变，增大，搂耙齿绕0点逆时针转动，从而使机具顺利通过障碍。5.3.3 起膜运动分析 起膜是将贴于地表的地膜在起膜齿作用下成片铲起的过程，起膜齿的入土能力，以与地膜与土壤的分离程度都直接影响后续作业。这与起膜角 ，机具前进速度 ，搂耙齿速 以与钉齿间距a密切相关。 图 5-4 起膜齿受力分析 图5-4为起膜齿入土后受力分析图，其中f是起膜齿刃口土壤剪切阻力，是作用在起膜齿上的法向载荷，为表面摩擦力，是金属与土壤间的表面摩擦系数，F是水平牵引力，是起膜角，是支持力。起膜齿沿前进方向的平衡方程为： （5-5） 秋后地膜紧贴地表，或与土壤混于一起，土壤含水量若适中，则收膜时膜土分离容易，地膜便于成片收起；如果含水量较少，则膜土板结为一体不易分离（图 5-5），这就需要起膜齿具有良好的入土和碎土性能，既可将地膜铲离地面便于链齿耙捡拾，又可与土壤分离，降低地膜含杂率。图5-5 起膜齿起膜性能分析 此处将地膜与土垡作为一个整体分析，其中 为土垡断裂面上的法向力，为土壤摩擦系数，为剪切面倾角，为使土垡运动加速的力。 （5-6） （5-7）结合式子（5-5）、（5-6）、（5-7）化简得： （5-8）土垡运动加速力 Fa的确定，土垡和地膜在起膜齿的作用下沿图5-4 所示剪切面的方向加速运动，根据牛顿第二定律得： （5-9）m 表示被加速土垡与地膜的质量，v 表示土垡的最终速度，t 表示土垡与地膜的加速时间。根据起膜齿起膜宽度 B=d9（d 为起膜齿直径），起膜齿入土深度 h 以与机具的水平运动速度 ，可以确定在t时间起膜齿作用土垡的体积为： （5-10）设土壤容重为c，重力加速度为g ，则： （5-11）根据图 5-5 中、的相互关系得： （5-12） （5-12）由式子（5-12）、（5-13）得： （5-14） （5-15）当 t =0时， ；所以 （5-16）将（5-11）（5-12）（5-14）（5-16）式代入（5-9）得 （5-17）将（5-17）式代入（5-8）式得： （5-18）上式中 f=k9d（k 为单位刃口的阻力）、土壤容重 c、重力加速度 g、G与土壤摩擦角都为已知量。将（5-18）式代入（5-4）式，结合式子（5-14）、（5-15）、（5-17）分析得，当起膜角 减小时 N1增大，起膜齿入土能力增强，起膜效果好；v1减小，Fa减小，前进阻力减小，机具消耗功率降低；增大，膜土分离效率提高。结合机具本身结构将的取值设定于20到 35之间，取起膜齿长 =700mm，d=20mm。改变定位销孔位置与起膜齿长度能够调整值。 起膜部件作业效果可由地膜在单位时间被提升的高度来反映，越大说明起膜与膜土分离效果越好。 （5-19） -相邻排钉齿间距（图 5-5），-钉齿长，R-链齿耙回转链轮半径，-链齿耙角速度。当确定，提高 ，增大，减小都可以提高 。但 过大，前进阻力增大，入土性能减弱，地膜受到的拉扯作用力增大，地膜易撕裂；过大，过小都会影响地膜输送效率，产生拥堵。因此机具各作业参数应适度选取。 5.3.4 改进收膜钉齿 试验过程中发现，平头直齿入土与碎土能力较差，地膜输送时出现落膜现象，为提高链齿耙钉齿的拾膜和输送能力，课题组将样机的平头直齿改为尖头弧形齿（图 5-6）。 图 5-6 两种搂膜齿对比 视残膜 M 为质量 m 的质点，搂膜齿作用于质点 M 上，建立坐标，M 受到重力G、摩擦力 f 以与支持力 N（图 5-7）,其运动微分方程为： 图 5-7 起膜齿挑膜性能分析 （5-24）对t一次积分得： (5-25)挑膜起始条件为：t=0时，残膜 M 的初速度 =0, =0，解式（5-25）得： （5-26）对 t 二次积分得： （5-27）当 t=0 时，残膜 M 的初始位置为 =0，Yy=-2/3，其中 Nx，Ny为 N 在 X、Y方向上的分量，N=mg+ma,f=(mg+ma)（a 是质点 M 的加速度）， 是金属和地膜间摩擦系数，为起膜齿长度，是起膜角。代入初始条件求得挑膜时质点 M的运动轨迹： （5-28） 图 5-7 所示挑膜过程中，地膜与链齿耙钉齿接触瞬间的相对速度为 2.855.36 m/s，由于地膜质量很轻，设定其接触时间为 0.1s，因此可得a28.5,53.6 ()。取 a=30，=0.4，=0.7m，g=10，=45，为链齿耙钉齿与水平面的夹角，从图5-8可以看出，当=时，链齿耙钉齿为直齿,当（,）时，钉齿为弧形齿。取 =，应用 MATLAB 软件模拟质点 M在挑膜瞬间的运动轨迹（图5-8）：图 5-8 不同角时的挑膜运动轨迹 模拟轨迹的独立图和综合比较图可以看出，当=时，残膜质点 M 相对于拾膜齿向右下运动，此时说明，在挑膜瞬间，直杆钉齿不具备挑膜能力；当=时，质点向左下方运动，挑膜效果有所改善，但依然不能按照链齿耙挑膜运动的左上方行进；当=时，从轨迹可以看出质点按照链齿耙预定的运动轨迹运动，挑膜效果非常好。从实际的田间实验效果看，由于地膜本身成带状，质轻，会产生很强的吸附和挂连作用，因此直齿也可以实现一定的挑膜作用，结合上述分析与田间试验效果，可取=作为链齿耙钉齿弯曲的设计角度。 5.4 起输膜部分小结 通过对新型残膜回收机结构的改进以与对起、输膜作业过程的分析，可以得出： （1）起膜齿与地面接触作业，具有良好的仿行性，遇到激增阻力时，能够保证机具安全通过。 （2）起膜齿使起膜效果显著提高，将a设定在之间，可降低前进阻力，增强膜土分离效果，减少拥堵。 （3）改进后，搂齿耙钉齿与地面接触良好,避免了干涉的发生;钉齿结构角时具有良好的挑膜和输膜能力。 （4）提高机具作业速度可提高膜土分离能力改善地膜输送性能，速度过快则收膜率降低，地膜破损严重，因此机具作业速度设定为 1.5m/s 可以达到较好的收膜效果。 6 结论 从整机看,搂耙式残膜回收机在试验中依然存在很多需要改进的方面，如： 第一，对于地况良好的田地，作业可靠性较高，当田间石块较多，地表过硬时，就会出现起膜困难，石块堆积，起膜齿打弯等问题；第二，搂膜阶段，地膜输送是关键环节，在此阶段一方面要保证残膜的输送，同时随着搂膜齿的抬起，经带孔的托膜板实现杂物与地膜的分离，因此增设并合理利用四杆驱动装置，促进杂物的分离；第三，脱膜阶段，搂耙高速搂膜会产生很强的气流，地膜会在气流的作用下到处乱飞，当然，该气流对于脱膜作业是否有益尚无论证，因此对该气流的流动状态进行分析，适当的增加整流罩，使其发挥有利于脱膜作业的一面，这对于残膜回收机的改进有着重要意义；第四，在功能实现的前提下，对机具各机构进行优化，使其可靠性更高，优化生产工艺，降低加工成本，同时一种新机具的产生还需要大量生产实践的论证。 第五，残膜回收机搂膜连杆机构由搂耙齿和四连杆机构组成,搂耙齿固定在连杆上输送和收集残膜。分析搂耙齿的运动并以搂耙齿的运动轨迹最优为目标,在已知机架和搂膜耙的结构尺寸的基础上,设计计算出连杆和摇杆的最佳尺寸以与各杆之间的位置关系。第六，最后，残膜回收作业在我国难度较大的一个关键原因是田间所使用的地膜太薄，根据2002 年制定的、现行国家聚乙烯吹塑农用地面覆盖薄膜标准（GB137352002），地膜厚度最低标准为 0.008mm，加之标准中允许的偏差值，厚度在 0.005mm 甚至 0.004mm 的地膜也能合格流通。提高地膜厚度是改善收膜作业难度的关键因素，2012 年 12 月国家出台了地膜新标准，将其厚度提高到 0.01mm，这使残膜回收看到了新的希望。因此解决“白色污染”是迫在眉睫的工作，从搂耙式残膜回收作业本身讲，适合于秋后棉花秸秆未回收之前先把残膜回收，后续棉农就直接可以把廉价的秸秆粉碎还田，不会受到残膜的干扰，符合现代机具设计经济性和实用性的理论，但用四杆驱动装置实现残膜回收的这种搂耙式残膜回收机技术很多方面还不成熟，还待研究改进。 参考文献1发,史建新,海军,等.固定凸轮残膜捡拾机构的优化设计J.农业机械学报, 2005, 36(12): 43-46.2恒,作模.机械原理M .第5版.:高等教育,1996.3梁海顺,胡巧娥,王贯超,等.四连杆打纬机构的Fuzzy优化设计J.机械设计与研究, 2005, 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