宽幅折叠式单组仿形立杆搂膜机的设计研究

摘要

地膜覆盖技术促进了农作物增产，且以其增温保墒功效使得农作物的适作区向北推移，有效利用土地资源，提高了水份的利用率，对我国旱地农业发展具有重大的、积极的作用。然而该技术的推广也带来了白色污染问题。为了将残地膜及时回收，残膜回收机的研发便由此展开。针对目前新疆残膜回收机的搂膜效果差、人工卸膜劳动强度大、生产效率不高等问题，本文设计了一种宽幅折叠式单组仿形立杆搂膜机,基于残膜破损情况统计分析与残膜拉伸试验分析，进行了单组仿形搂膜机构、自动卸膜机构、宽幅折叠机架理论设计研究，通过田间试验验证，残膜回收机能够满足田间作业要求。主要研究内容如下：
　　本文对棉田种植模式调研及棉田残膜破损情况统计分析；以残膜破损情况、拉伸速度作为试验影响因素，以最大载荷、断裂延伸率作为试验指标，通过残膜拉伸试验及数据统计分析，确定残膜破损情况、拉伸速度与最大载荷、断裂延伸率之间的关系。
　　根据拾膜部件未能有效对复杂的棉地进行高效仿形，导致残膜回收率不佳的问题，本文设计了一种单组仿形搂膜机构，实现起伏程度不同的棉地同时进行单组仿形搂膜，并利用搭建的土槽台架试验装置，以弹齿数量、试验车速度、弹齿直径为影响因素，搂膜率为评价指标，进行了二次旋转正交组合试验。通过Design-Expert8.0.6数据分析软件，建立了各影响因素与指标的数学回归模型，分析了显著因素与评价指标之间的关系，优化试验参数，确定最优参数组合弹齿数量、弹齿直径、试验车速度。
　　设计了一种自助力自动卸膜机构，可将附着于搂膜弹齿上的残膜及时卸落且实现了连续性卸膜工作，并应用ADAMS软件对卸膜机构进行运动分析，以卸膜拉杆长度与卸膜摆杆长度为设计变量，卸膜杆齿速度变化率、搂膜弹齿速度变化率及卸膜杆齿加速度变化率为优化目标，进行了基于曲面响应的二次正交中心组合试验设计，通过数理统计软件对设计变量与优化目标的关系进行了分析，优化结构尺寸参数，确定自动卸膜机构的最优结构与工作参数组合。
　　提出了一种提高残膜回收生产率且便于道路运输的超宽幅折叠式残膜回收机机架，并利用SolidWorks软件建立宽幅折叠式机架三维参数化模型，并将模型导入ANSYS Workbench中进行静态特性分析，获得其在作业情况下的等效应力及等效位移云图，根据有限元分析结果可知宽幅折叠式机架满足强度和刚度的设计要求，其次，基于AWE环境下的Design Explorer模块，采用DOE方法，以宽幅折叠式机架中的各个梁横截面尺寸作为设计变量，以应力和位移为限制条件，质量作为优化指标对机架进行多目标设计优化。优化后机架质量减少了10％，满足力学性能要求。
　　制作了宽幅折叠式单组仿形立杆搂膜机的物理样机，通过整机田间试验与评定，结果表明残膜回收机能够满足残膜回收作业要求。

目录

第一章 绪论

1.1 研究目的及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容与目标

1.4 研究方法与技术路线

1.5 本章小结

第二章 残膜回收机作业条件测定与残膜拉伸试验分析

2.1 棉田作业条件测定分析

2.2 残膜拉伸试验分析

2.3 本章小结

第三章 单组仿形搂膜机构的设计与试验

3.1 搂膜装置的结构与工作原理

3.2 仿形搂膜机构受力分析与相关尺寸参数设计

3.3 试验台架参数设计

3.4 台架试验条件与方法

3.5 试验结果与分析

3.6 本章小结

第四章 自动卸膜机构的设计与优化

4.1 自动卸膜机构的结构与工作原理

4.2 自动卸膜机构卸膜运动模型建立与运动分析

4.3 卸膜机构运动仿真分析

4.4 试验研究

4.5 本章小结

第五章 宽幅折叠式机架的设计与优化

5.1 残膜回收机的结构与工作原理

5.2 宽幅折叠式机架结构尺寸参数确定与载荷计算

5.3 宽幅折叠式机架的有限元分析

5.4 宽幅折叠式机架优化设计及验证

5.5 本章小结

第六章 立杆搂膜机性能试验研究

6.1 立杆搂膜机田间试验

6.2 性能评价指标

6.3 样机性能评定

6.4 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

致谢

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