煙田苗期殘膜回收機主要結構設計研究

胡本清， 朱代根， 楊永發

(西南林業大學機械與交通學院，云南昆明 650224)

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煙田苗期殘膜回收機主要結構設計研究

胡本清， 朱代根*， 楊永發

(西南林業大學機械與交通學院，云南昆明 650224)

摘要根據煙田苗期的農藝要求和種植模式，在現有的煙田苗期殘膜回收機的基礎上，對其進行改進，設計出適合云南本地煙草種植模式的煙田苗期殘膜回收機。介紹了殘膜回收機的主體結構，并完成萬向節傳動機構的UG建模，對模型進行運動仿真得到速度傳遞的關系；設計能使機器在行走過程中實現仿形限深目的的機構以及在完成卷膜作業后能夠方便卸膜的卸膜機構。

關鍵詞殘膜回收機；結構設計；仿形限深；卸膜機構

21世紀以來，我國農業發展已進入對農業和農村經濟結構進行戰略性調整的階段，大力發展農業機械化及其自動化，對推進我國農業現代化的進程有著重要的意義[1]。

苗期揭膜是在農作物澆頭水之前揭去地膜，在工作過程中，常常伴隨著噴藥、除草等其他作業。在幼苗生長時期的農膜，由于其覆蓋時間不長，損壞和撕扯的現象不多，揭起地膜就不是很困難。

目前的苗期揭膜機的代表機型有：①山東農業大學研發設計的煙田苗期地膜回收機，樣機田間試驗結果為地膜回收率≥95%，生產率0.15～0.24 hm2/h。該煙田苗期殘膜回收機既適合煙草壟作種植模式，也可應用于平作種植模式作物(如棉花)苗期地膜回收，一機多用，具有很好的社會效益和經濟效益[2]。②中國農業大學工學院設計出的一種玉米苗期地膜回收機，當玉米苗株高度不大于30 mm時，地膜收盡率達到92.1%，傷苗率不大于7.2%，能實現一膜兩行苗期玉米地的地膜回收[3]。

中國農業大學針對現有的各類型苗期地膜回收機在推廣使用過程中存在的問題，如在地頭需要人工協助卷膜，且在工作中經常出現起膜、收膜不同步，須停車重新卷膜，收膜效率較低等，設計出一種新型苗期整膜回收機，將起膜、卷膜機構作為研究重點[4]。

已有的煙田苗期殘膜回收機采用單十字萬向節進行動力傳動，很難實現等速傳遞，在完成卷膜作業后沒有自動卸膜裝置，通常是將殘膜割破，在苗期40～45 d進行收膜，殘膜大部分都未破損，不能對殘膜進行再利用，造成資源浪費。經過相關理論研究，筆者在之前煙田苗期殘膜回收機基礎上研制出一款新型煙田苗期殘膜回收機，并對機器的各個主要部件進行了詳細的設計。

1整體機構與工作原理

1.1種植模式煙草種植主要采用的是壟式種植，壟距1 100～1 200 mm，壟高300～350 mm，壟的上邊寬度350～450 mm，壟的下邊寬800～900 mm，前后兩株煙苗的株距500～700 mm，設計的煙田苗期地膜回收在兩壟之間前進，卷膜滾筒分布在煙田苗期地膜回收的兩側可以同時對兩側的殘膜進行回收，收膜時間為煙草種植40～45 d。煙草的種植模式如圖1所示。

圖1　煙草種植模式示意Fig.1　Sketch of tobacco planting model

1.2總體結構設計煙田苗期殘膜回收機主要由萬向節傳動機構、卷膜卸膜機構、仿形限深機構3個部分組成，整機結構如圖2所示。

當動力經過傳動系統最終傳遞到卷膜機構傳動軸時，由于卷膜機構傳動軸與卷膜機構不在同一軸線上，所以需要一個機構將動力平穩地傳遞給卷膜機構，而十字軸萬向節因其結構簡單、強度高、耐久性好、傳動效率高、生產成本低、維修方便而被廣泛應用。所以，該研究設計采用十字萬向節進行傳遞動力。

整個卷膜機構與壟溝斜面成平行方式布置在煙田苗期地膜回收機兩側，機具開始工作時，動力從耕作管理機輸出傳遞到卷膜機構上，帶動卷膜機構轉動作業，挑膜彈齒轉動前進的同時扎膜、挑膜，隨著挑膜彈齒的轉動，地膜被卷到卷膜棍上，完成收膜作業。卷膜機構在完成地膜回收后，可以方便地拆卸下來，其中有4根鋼管是通過螺栓連接在圓盤上，其中一邊是通過螺紋桿與螺紋配合安裝在卷膜圓盤上，在卸膜過程中旋轉螺桿使螺桿向外轉動，使卷膜機構從圓周狀態變換到方形狀態，就可以很方便完整地將地膜拆卸下來，這些完整的地膜可以實現再利用，大量節約成本。

仿形限深機構主要由限深地輪、地輪軸、套筒、限深輪調節桿、支架和限深彈簧等組成。限深輪調節桿和套筒焊接在一起，套在地輪軸上來調節限深地輪的運動，達到限深的目的。

注：1.機架；2.護苗板；3.萬向節傳動；4.地輪；5.仿形彈簧；6.卷膜卸膜機構。Note: 1. Frame; 2. Seedling board; 3. Universal-joint driving; 4. Land wheel; 5. Copying spring; 6. Unloading film structure. 圖2　地膜回收機結構簡圖Fig.2　Structure scheme of plastic film collector

1.3工作原理煙田苗期地膜回收機的傳動系統設計是將耕作管理機的動力轉化為符合煙田苗期地膜回收工作需要的中間裝置。地膜回收機工作時，動力由耕作管理機驅動輪傳動到動力輸出軸，通過傳動系統最后經雙十字萬向節實現等速傳動傳遞到卷膜機構上，完成煙田苗期地膜回收機的挑膜、卷膜作業。

2主要工作部件設計

2.1萬向節傳動煙田苗期殘膜回收機采用十字萬向節進行傳遞動力，由于動力輸入軸與輸出軸之間存在夾角，單十字萬向節很難實現等速傳遞，需要采用雙十字萬向節來實現等速傳遞。

如圖3所示是運用UG三維制圖軟件建立的雙十字萬向節模型，動力從輸入軸J001輸入，通過十字節傳遞到中間傳動軸J002，再通過十字節傳遞到輸出軸J003，最后傳遞到卷膜卸膜機構上。在建立J001旋轉副時需要定義驅動，旋轉速度恒定初速度定義為360 °/s,完成所有運動副的定義后建立一個結算方案，運行結算方案得到結果見圖4，動力輸入軸J001速度如圖4a所示，中間傳動軸的速度如圖4b所示，動力輸出軸的速度如圖4c所示。

圖3　雙十字萬向節模型Fig.3　Double cross universal joints

圖4　萬向節仿真結果Fig.4　Universal joint simulation results

2.2仿形限深機構圖5是運用UG三維制圖軟件建立的仿形限深機構在坑洼地面行走的簡化模型。仿形限深機構是地輪通過連接桿固定在機架上，限深輪調節桿通過螺釘固定在機架的上面部分，在地膜回收機工作的過程中，隨著耕作管理機的前進，限深地輪隨地表起伏不平而上下移動，機架會壓縮彈簧，由于彈簧的彈力作用，限深地輪始終保持適宜的接地壓力，保證有穩定的鏟入土深度，達到仿形限深的目的。限深地輪可選用鑄鐵或者鋼板焊接而成，配制在機架后側，煙田苗期地膜回收機開始工作時，隨著耕作管理機的前進而前進，通常重量輕、直徑小的地輪用于鎮壓表層土壤，要壓緊整個耕作層需用質量和直徑大的限深地輪。仿形限深機構地輪行走的仿真結果如圖6所示，從結果可以看出，殘膜回收機地輪緊緊貼在土地表面從而達到仿形限深的效果。

圖5　仿形限深機構Fig.5　Shape-imitate and depth-controlling structure

圖6　仿形限深機構仿真結果Fig.6　Simulation result of shape-imitate and depth-controlling structure

2.3卷膜卸膜機構卷膜卸膜機構是地膜回收的最主要工作部件，主要完成挑膜、卷膜作業，在卷膜完成后還要能方便地將地膜拆卸下來，收集以實現殘膜的二次利用。所以卷膜機構設計的好壞直接影響到收膜的質量以及煙田苗期地膜回收機的實用程度。目前卷膜機構的形式主要有集膜箱、卷膜棍2種形式，苗期地膜回收的集膜部件多采用卷膜棍形式。在現有卷膜機構的基礎上，收集資料對機構進行理論分析，根據得出的結論設計出能夠有效起膜、收膜，并且能在收膜結束后完整地將膜卸下來的卷膜卸膜機構。圖7所示是卷膜卸膜機構結構簡圖。

卷膜機構隨著機器前進利用彈齒將殘膜卸挑起，卷在滾筒上完成卷膜作業，卷膜機構在完成地膜回收后，可以方便地拆卸下來，其中有4根鋼管是通過螺栓連接在圓盤上，其中一邊是通過螺紋桿與螺紋配合安裝在卷膜圓盤上，在卸膜過程中旋轉螺桿使螺桿向外轉動，使卷膜機構從圓周狀態變換到方形狀態，就可以很方便完整地將地膜拆卸下來，這些完整的地膜可以實現再利用，可節約大量成本并提高勞動效率。

注：1.卷膜連接；2.挑膜彈齒；3.固定卷膜機構；4.活動卷膜機構。Note: 1. Roll film connection; 2. Elastic claw; 3. Fixed volume film mechanism; 4. Roll film structure. 圖7　卸膜機構示意Fig.7　Unloading film organization chart

3結論

該研究分析了煙田苗期殘膜回收機的主要結構以及主要部件，可為煙田苗期殘膜回收機的制造提供理論依據。運用UG三維制圖軟件建立萬向節三維模型，通過運動仿真得到速度傳遞關系。運用UG三維制圖軟件建立仿形限深機構的三維模型圖，對煙田苗期殘膜回收機行走在坑洼地面進行仿真，得到地輪的仿真路線。設計方便可靠的卸膜機構，在完成殘膜回收后可以方便地將殘膜卸下來，大大提高了勞動效率、降低成本，同時避免殘膜污染情況的發生。

參考文獻

[1] 孫書祥,曲建東,陳俊生.彈齒輪式收膜機性能簡介[J].現代化農業,2001(7):35.

[2] 崔方方.煙田苗期地膜回收機的研制[D].泰安：山東農業大學，2010.

[3] 楊麗,張東興,侯書林,等.玉米苗期地膜回收機結構參數分析與試驗[J].農業機械學報,2010,41(12):29-34.

[4] 張秋芳.苗期收膜機關鍵部件的研究[D].北京：中國農業大學，2007.

Design of the Main Structure of Plastic Film Collector for Toabcco at Seedling Stage

HU Ben-qing, ZHU Dai-gen*, YANG Yong-fa

(School of Mechanical and Transport Engineering, Southwest Forestry University, Kunming, Yunnan 650224)

AbstractAccording to the agronomic requirements and planting pattern of tobacco at seeding stage, on the basis of improvement of current plastic film collector, a plastic film collector which is suitable for Yunnan local tobacco planting pattern was designed; the main structure of the plastic film collector was introduced; and the universal joint transmission of UG modeling was completed, the speed transfer relationship was observed by motion simulation; systems that can shape-imitate and depth-controlling structure in the walking process were designed, as well as structure machine of unloading film.

Key wordsPlastic film collector; Structure design; Shape-imitate and depth-controlling; Structure machine of unloading film

基金項目云南省教育廳科學研究基金項目(2012C096)；云南省森林災害預警與控制重點實驗室開放基金資助項目(ZF14SB06)。

作者簡介胡本清(1988- )，男，安徽蚌埠人，碩士研究生，研究方向：農業機械化。*通訊作者，副教授，碩士生導師，從事農業與林業機械化研究。

收稿日期2016-03-02

中圖分類號S 223.5

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2016)10-251-03