弹齿式收膜机集膜装置的设计与试验研究

摘要

地膜覆盖栽培技术是增加农作物产量的有效途径，随着地膜使用的逐年增加，残余地膜造成的“白色污染”也日益严重。由于人工拾膜效率低下，机械拾膜仍然是残膜处理的主要途径。本课题主要进针对弹齿式收膜机的集膜输送装置进行了试验研究，并设计了新的拨齿式集膜机构，旨在提高集膜机构的集膜率，增大拨齿推膜距离，以增加集膜箱的储膜量，减少卸膜次数，延长工作时间，为进一步研究打下基础。文章主要从以下几个方面进行了研究：
　　 （1）首先，根据弹齿式收膜机弹齿收膜轨迹建立了与之配合的集膜轨迹曲线。在拨齿机构的设计过程中采用matlab的数学建模设计技术，先建立起所需连杆机构的数学模型，再计算出拨齿机构机齿的轨迹方程，最后通过集膜拨齿轨迹上的任意5点坐标逆推计算出拨齿连杆机构各杆的长度。
　　 （2）通过Pro-E的实体造型和运动学仿真功能对拨齿集膜机构进行优化，为进一步的提高机器的收膜效率和弹齿式收膜机的理论设计研究打下理论基础。
　　 （3）实验使用春膜和秋膜两个不同阶段的地膜分别进行，以便后期进行对比研究。分别使用两种机构对影响拾膜率和集膜率的5个参数进行单因素试验。分析了各因素改变情况下，拾膜率和集膜率产生变化的原因后，从中选出3个对收膜机工作参数影响较大的因素，进行多因素试验，最终选定的3个因素是：机器行进速度、弹齿的挑膜线速度与机器行进速度的比值、弹齿与托膜铲入土深度。
　　 （4）多因素试验采用二次正交旋转组合设计方法，按照设计方案进行试验。试验后用Design-Expert软件对数据进行分析处理，建立了拾膜率和集膜率的回归数学模型，并且分别进行了优化处理、F检验、应用验证等分析。
　　 （5）通过软件对收膜机使用不同集膜机构时可能的最佳工况进行了分析研究。结论是：拨齿机构当机器行进速度为0.92m/s、弹齿的挑膜线速度与机器行进的速度比i为1.55、弹齿与托膜铲的入土深度h为130.7mm时，弹齿式收膜机使用拨齿机构的性能达到最优值，其中秋膜拾膜率达到92.58％，秋膜集膜率为89.41％,由于春膜较秋膜破损更为严重，其强度要低于秋膜，所以春膜拾膜率为90.58％，春膜集膜率为81.35％，以上数据可以满足收膜机的行业标准正常工作需求；推板机构当机器行进速度为0.82m/s、弹齿的挑膜线速度与机器行进的速度比i为1.52、弹齿与托膜铲的入土深度h为120.15mm时，弹齿式收膜机使用推板机构的性能达到最优值，其中秋膜拾膜率达到91.37％，秋膜集膜率为94.9％,春膜拾膜率为89.18％，春膜集膜率为92.50％，以上数据可以满足收膜机的行业标准的正常工作要求。在两种机构的最佳工作条件下，拨齿机构的拾膜率和集膜率均不及原有推板机构，但两者相距不大，并且当保证机器的收膜率时，使用拨齿机构机器的行进速度可以高于推板机构。
　　 （6）新型拨齿集膜机构的实验验证，基本满足初始设计目的，试验结构有力地说明，通过matlab和Pro-E两种工具软件的使用，进行数字化设计，简化了设计步骤，减少了工作量，尤其是使用Pro-E进行实体造型和运动学仿真，虚拟装配运行的样机，可有效的降低设计成本降低了设计成本，为更进一步的设计打下了基础。