鏟篩式殘膜回收機(jī)輸膜機(jī)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化與試驗(yàn)

張海春 龔冠豪 郭紅娟 蔣永新 劉旋峰 牛長河

（新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，烏魯木齊 830091）

近年來，我國不斷調(diào)整農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，大面積推廣地膜覆蓋種植技術(shù)，旨在從根本上增加糧食產(chǎn)量，提升種植戶的收入。從大量種植試驗(yàn)可以看出，該項(xiàng)技術(shù)具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。然而，實(shí)際使用期間也出現(xiàn)了較多問題，地膜在使用之后會出現(xiàn)破碎以及埋深問題，導(dǎo)致其無法進(jìn)行回收利用，長此以往就影響了農(nóng)作物的根系生長，減低出苗率和產(chǎn)量。因此，市場上逐漸出現(xiàn)了不少殘膜回收機(jī)，它們能夠有效處理以上問題。本文主要針對鏟篩式殘膜回收機(jī)的實(shí)際應(yīng)用展開討論。

1 鏟篩式殘膜回收機(jī)

1.1 工作原理

該項(xiàng)殘膜回收機(jī)的組成部件主要為連桿機(jī)構(gòu)、集膜框、振動篩、飛輪以及動裝置等。鏟篩式殘膜回收機(jī)的工作原理主要是借助于拖拉機(jī)三點(diǎn)懸掛裝置將鏟篩式殘膜回收機(jī)懸掛在后部，之后通過動力輸出軸帶動萬向節(jié)降低傳遞到收獲機(jī)當(dāng)中，再利用變速箱輸出軸通過傳遞裝置促使連桿機(jī)構(gòu)和飛輪產(chǎn)生運(yùn)動，之后將分離后的殘膜利用振動篩傳輸?shù)郊た騼?nèi)，這樣就完成了整個殘膜回收工作。

1.2 輸膜機(jī)構(gòu)以及影響因素

圖1是輸膜機(jī)構(gòu)的實(shí)體圖，主要包括連桿機(jī)構(gòu)、飛輪、機(jī)架和振動篩。含土率和纏膜率是對輸煤機(jī)構(gòu)評價(jià)的重要指標(biāo)。

圖1 輸膜機(jī)構(gòu)簡圖

在具體試驗(yàn)期間，人們需要全面分析各項(xiàng)影響因素，并且根據(jù)影響因素建立最佳參數(shù)組合，從根本上提升輸膜機(jī)構(gòu)的輸膜性能。在設(shè)計(jì)和優(yōu)化輸膜機(jī)構(gòu)期間，人們需要注意以下事項(xiàng)。

（1）借助于試驗(yàn)對振動篩面進(jìn)行對比，確定最適宜的結(jié)構(gòu)形式。

（2）合理選擇篩片間距與篩孔尺寸等。如果篩片間距與篩孔尺寸過大，可以降低含土率，但是相應(yīng)提升了篩片間距與篩孔之間掉落殘膜的概率，并且導(dǎo)致篩片與孔間之間纏掛殘膜；如果篩片間距與篩孔尺寸過小，將會降低土膜分離效果，并且產(chǎn)生難以分離以及擁堵等情況。

（3）合理設(shè)計(jì)振動頻率和振動篩子。如果振動篩存在較小的振動頻率，將會導(dǎo)致篩面無法拋棄膜土，進(jìn)一步降低膜土分離率；如果振動篩存在較大的振動頻率，將會加大機(jī)具振動，降低工作的安全性和可靠性。

（4）合理選擇振幅。如果振幅較小，將會延長殘膜通過篩面的時間，提升殘膜纏繞率；如果振幅較大，將會縮短殘膜通過篩面的時間，無法徹底分離膜土。

2 殘膜回收機(jī)輸膜機(jī)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

按照中心組合設(shè)計(jì)理論，將含土率和纏膜率作為響應(yīng)值，對振動篩振幅、頻率以及鋸齒篩齒片間距進(jìn)行試驗(yàn)研究。在實(shí)際試驗(yàn)期間，調(diào)節(jié)振幅時需要借助于曲柄在飛輪的不同連接位置實(shí)現(xiàn)。在對振動頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)時需要利用傳動鏈的更換措施實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)方案主要是采用三水平三因素二次回歸正交試驗(yàn)，全面優(yōu)化含土率以及纏膜率等影響因素。在試驗(yàn)期間，如果將振動頻率控制在2.3Hz以下，將會降低膜土分離效果；如果將振幅控制在40mm以下，將會減低輸膜性能；如果將齒片間距控制在8mm以下，也會降低膜土分離效果；如果將振幅設(shè)定在81mm以上時，將會降低膜土分離效果；將齒片間距設(shè)定在20mm以上會出現(xiàn)嚴(yán)重殘膜情況。所以，振動頻率需要控制在2.3～4.3Hz，振幅控制在40～80mm，齒片間距控制在8～20mm。

2.2 分析和處理數(shù)據(jù)

在具體試驗(yàn)中，人們需要使用專業(yè)軟件分析含土率和纏膜率，主要是借助二次多項(xiàng)式回歸分析方式，然后需要分析回歸方程，明確最佳工作參數(shù)。最后，通過相應(yīng)面分析法研究和分析各個因素之間的交互規(guī)律和相關(guān)性，優(yōu)化參數(shù)組合。

2.3 結(jié)果與分析

2.3.1 試驗(yàn)結(jié)果

按照試驗(yàn)原理設(shè)計(jì)三水平三因素對試驗(yàn)進(jìn)行分析，此試驗(yàn)方案主要包括五個零點(diǎn)估計(jì)誤差和十二個分析因子。2.3.2 分析各因素對性能影響效應(yīng)

貢獻(xiàn)率K值的大小能夠全面展現(xiàn)出各個因素對模型Y的影響范圍，如果其影響程度越大，計(jì)算公式如式（1）所示。各個因素對纏膜率貢獻(xiàn)率排列方式如下：振動頻率＞齒片間距＞振動幅度。各個因素針對含土率貢獻(xiàn)率排列方式如下：齒片間距＞振動頻率＞振動幅度。分析結(jié)果如表1所示。

表1 各因素貢獻(xiàn)率分析

式中，KXj為各因素貢獻(xiàn)率；δ為回歸項(xiàng)對F值的考核值；F為各回歸項(xiàng)F值。

2.3.3 分析交互因素對性能的影響規(guī)律

此次試驗(yàn)主要應(yīng)用專業(yè)軟件進(jìn)行響應(yīng)面的繪制，并且按照響應(yīng)面對齒片間距、振幅以及振動頻率對響應(yīng)值影響程度進(jìn)行考察。

（1）分析交互因素對纏膜率的影響規(guī)律。圖2為交互因素影響響應(yīng)值的曲線圖，當(dāng)齒片間距的位置處于中心水平位置（40mm）時，提升振幅和振動頻率能夠顯著減少纏膜率，如果其位置在中心水平（3.3Hz）時，將振幅進(jìn)行增大處理，降低齒片間距，這樣就能夠相應(yīng)降低纏膜率。

圖2 各交互因素對纏膜率的影響曲線

按照纏膜率響應(yīng)圖可以看出，其影響范圍的趨勢主要如下：提升振動頻率以及振幅，減小齒片間距，將會降低纏膜率。導(dǎo)致該種現(xiàn)象的主要原因在于當(dāng)增加振動頻率時，篩面拋起殘膜的能力就會相應(yīng)加強(qiáng)；當(dāng)增加振動篩振幅時，殘膜通過篩面的時間將會降低；減小齒片間距，能夠降低篩面自纏繞率。

（2）分析交互因素對含土率的影響規(guī)律。圖3為各項(xiàng)交互因素對含土率的影響曲線圖，當(dāng)齒片間距的位置處于中心水平（14mm）時，振幅和振動頻率對含土率的影響最小。增大振動頻率以及減小振幅，能夠降低含土率。當(dāng)振幅位置處于中心水平（60mm）時，增加齒片間距與振動頻率能夠相應(yīng)使含土率降低。當(dāng)振動頻率處于中心水平（3.3Hz）時，降低振幅以及增加齒片間距能夠使含土率降低。

圖3 振動篩振動頻率和振幅對含土率的影響曲線

3 結(jié)語

此次研究分析主要圍繞鏟篩式殘膜回收機(jī)的輸膜機(jī)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化與試驗(yàn)，首先對鏟篩式殘膜回收機(jī)的工作原理以及輸膜機(jī)構(gòu)和影響因素進(jìn)行基礎(chǔ)分析，然后闡述殘膜回收機(jī)輸膜機(jī)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)，從試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法、分析和處理數(shù)據(jù)以及結(jié)果與分析等角度進(jìn)行闡述，全方位分析了鏟篩式殘膜回收機(jī)的各項(xiàng)性能。結(jié)果表明，提升振動頻率以及振幅，減小齒片間距，將會降低纏膜率；增大振動頻率以及減小振幅，能夠降低含土率，降低振幅以及增加齒片間距能夠使含土率降低。以上研究結(jié)果能夠幫助設(shè)計(jì)人員優(yōu)化和改進(jìn)殘膜回收機(jī)的各項(xiàng)性能，提升工作效率。

[1]徐弘博，游兆延，周新星，等.鏟篩式殘膜回收機(jī)輸膜機(jī)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2017，33（1）：17-24.

[2]游兆延，胡志超，吳惠昌，等.1MCDS-100A型鏟篩式殘膜回收機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2017，33（9）：10-18.

[3]王科杰，陳學(xué)庚，顏利民，等.殘膜回收機(jī)單組仿形摟膜機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2017，33（8）：12-20.

[4]胡志超，游兆延，徐弘博，等.3種殘膜回收機(jī)的作業(yè)性能對比試驗(yàn)研究[J].農(nóng)機(jī)化研究，2017，39（3）：197-202.

[5]張攀峰，王旭峰，劉超吉，等.旋耕釘齒式耕層殘膜回收機(jī)起膜部件動力學(xué)分析[J].農(nóng)機(jī)化研究，2018，40（4）：14-18.