APP下载

圆盘式切膜起茬部件的设计与试验

2016-12-14张丽王学农刘旋峰张佳喜蒋永新张海春

新疆农业科学 2016年10期
关键词:圆盘立柱部件

张丽,王学农,刘旋峰,张佳喜,蒋永新,张海春

(新疆农业科学院农业机械化研究所/农业部林果棉与设施农业装备技术科学观测实验站,乌鲁木齐 830047)



圆盘式切膜起茬部件的设计与试验

张丽,王学农,刘旋峰,张佳喜,蒋永新,张海春

(新疆农业科学院农业机械化研究所/农业部林果棉与设施农业装备技术科学观测实验站,乌鲁木齐 830047)

【目的】研究解决玉米生长过程中呈伞型的气生根与次生根将地膜紧密包裹问题,最大限度地起出地膜和根茬,达到资源的高效利用。【方法】采用三因素三水平Box-Behnken试验设计方法,运用圆盘式切膜起茬机理,于2015年8月在新疆塔城市喀拉哈巴克乡先锋村进行玉米起茬试验,研究入土深度、前进速度和立柱间距三个主导因素对玉米根茬起茬率的影响。【结果】建立了切膜起茬部件入土深度、前进速度、立柱间距和起茬率之间的数学模型,并进行17组起茬率组合试验,得出17组相应的起茬率。最大起茬率为93.9%,工作参数是:入土深度为150 mm、前进速度为3 km/h、立柱间距为100 mm;最小起茬率为63.5%,工作参数是:入土深度为100 mm、前进速度为2 km/h、立柱间距为63.5 mm。【结论】研究了圆盘式切膜起茬的原理,分析了影响起茬性能的关键因素,并通过试验验证得到优化参数组合入土深度为151 mm、前进速度为4 km/h、立柱间距为100 mm,最优起茬率为93.1%,为圆盘式切膜起茬机的研发提供一定的理论基础。

圆盘式切膜;起茬部件;设计;起茬率

0 引 言

【研究意义】据资料统计,2015年国内玉米种植面积为3 694×104hm2[1],新疆是全国地膜种植规模最大、数量最多、地膜铺种最广的地区,残膜污染问题也显得尤为突出[2]。同时,玉米根茬纤维素含量丰富、产量高,作为原材料可用于创造生物材料和开发生物质能源,其产生的废渣等用作肥料还田,节约成本的同时可以提高肥力,实现资源的高效利用[3]。【前人研究进展】权龙哲[4]采用TRIZ创新理论研究了玉米根茬收获系统的基本组成、功能模式以及关键技术,采用试验设计优化参数确定理想的参数组合模式,以提升系统整体性能;叶绍波[5]研究了玉米根茬收获机集挖掘、捡拾、脱土、输送、收集和堆放的收获工艺,同时用软件搭建整机虚拟样机进行机构的运动仿真,结果表明起茬机运转良好;李进[6]研制的玉米清膜起茬机作业深度为60~100 mm,对于新疆玉米扎根较深,100 mm以下的作业性能有待验证。目前地膜回收机械又可分为三类:一是苗期地表地膜回收。薛文瑾[7]研制QSM-2型苗期残膜回收机,采用松土铲将垄两侧的压膜土疏松,通过不同机构将地膜卷起,靠卷膜轮的滚动将膜绕在卷膜轮上;二是播前地膜回收:简易式搂膜机将地膜进行搂集后堆放,结构简单但是膜杆杂草等纠缠在一起不易分离。三是耕前地膜回收:陈发和王学农[8-9]研制了4JSM-1800型棉秸秆粉碎残膜回收联合作业机,该机将棉秸秆粉碎后抛送至后方,通过伸缩挑膜齿将地膜挑起,由脱膜辊将地膜送入膜箱;王吉奎等[10]设计了一种新型秸秆粉碎与残膜回收联合作业机具SMS-1500型秸秆粉碎与残膜回收机。以上几种残膜回收均针对棉花地残膜回收,对于玉米这一大根茬作物则无法使用,目前文霞[11]的IMC-70型玉米残膜回收起茬机,一次作业可完成起膜、起茬、输送、分离和集堆等工序,缺点是近乎将玉米地铲起全部筛了一遍,无法分离再二次利用。美国的Roberson和Sawyer发明了一种结构简单实用的地膜回收机,采用旋转的卷膜辊将地膜从地表卷起,这种地膜回收机重点是匹配好机具前进速度和卷膜辊旋转速度[12];以色列A.V.I农机公司研制了地膜回收机和R.L.Parish相似,都是采用了液压马达来驱动卷膜辊回收地膜[13-14];俄罗斯和英国的地膜回收机大多悬挂在拖拉机后方,采用缠绕式工作原理,起膜铲将地膜铲浮于地表,地膜缠绕在卷膜辊上,成捆堆放以备使用[15-17]。国外采用地膜覆盖技术用于农业生产,前提是必须保证地膜的强度,也就是在地膜回收的时候保证地膜有一定的强度以利于回收,回收方式大多采用较为简单的缠绕式,机具成本低,回收的地膜也便于循环使用。【本研究切入点】王方艳[18]对甜菜收获机械的关键装置进行了理论分析及试验研究,确定了玉米起茬方案。然而以上都是将根茬起出,与地膜分离的技术研究较少。在圆盘作用下,研究入土深度、前进速度和立柱间距的主导因素对起出玉米根茬的影响。【拟解决的关键问题】研究切膜起茬部件,解决大根茬对玉米地膜回收困难的问题,对葵花,烟叶等大根茬农作物也可以回收。

1 材料与方法

1.1 材 料

选取塔城市喀拉哈巴克乡先锋村的玉米地进行试验,根据《农业机械试验条件测定方法的一般规定》(GB/T5262-2008)和《土壤水分测定法》(NY/T52-1987),对收获期的玉米进行田间种植状况调查,用TJSD-750型土壤紧实度测定仪测试土壤状况。土壤硬度为1.81 Mpa,土壤含水率为10.1%。玉米平均行距为400 mm,株距为200 mm,玉米留茬高度在120 mm左右,玉米根茬主要分布在200 mm近地面的土层内。试验动力采用东方红554型拖拉机一台(带有后悬挂点强压,为圆盘入土增加了便利条件),额定功率40.44 kW,选取低Ⅰ档至低Ⅲ档,额定前进作业速度为2.45~4.04 km/h。

多次测试取平均值,得出留茬高度h1为100 mm,气生根入土深度h2为60 mm,次生根入土深度h3为150 mm,根系宽度D为230 mm。起茬部件的入土深度如果大于平均玉米根茬次生根h3的深度,也就是说起茬部件的入土深度大于平均根深150 mm就可起出整个玉米根茬。为保证起出玉米根茬的完整性,同时最大范围的降低功耗,确定起茬部件的入土深度在100~200 mm。图1

注:1.主茎;2.气生根;3.地膜;4.土壤;5.次生根;h1.留茬高度,mm;h2.气生根入土深度,mm;h3.次生根入土深度,mm;D.根系宽度,mm

Note:1.Main stem; 2.Aerial root; 3.Plastic film; 4.Soil; 5. Secondary root; h1. stubble height,mm; h2. height of aerial root,mm; h3. height of secondary root,mm; D. width of stem,mm

图1 玉米根茬在土壤中分布示意
Fig.1 Schematic diagram of maize root distribution in field

1.2 方 法

1.2.1 整机设计

玉米根茬较大且与地表地膜缠绕在一起,造成地膜回收难度较大,为使地膜得到最大限度地回收,则要求起出较多的根茬。玉米起茬及地膜回收机的结构示意图,包括:悬挂架、齿轮箱、行走轮油缸、行走拐臂、链条输送刮板、传动链轮、链条输送、脱膜轮机架、膜箱、偏心调节轴滚筒、挑膜齿、行走轮、边膜铲、切膜起茬部件、拨轮马达及膜箱油缸组成。悬挂架在机架的正前端,圆盘通过立柱由固结器固定在机架前下部圆盘横梁上,圆盘后上端安装有拨轮,拨轮后下侧安装有输送带,输送带由链条、输送刮板和链条输送轴组成,在机架中间安装有行走拐臂,行走拐臂上端连接行走轮油缸,下端连接行走轮,边膜铲安装于机架两侧偏心调节轴滚筒前端,偏心调节轴滚筒位于行走拐臂内侧机架中下端,偏心调节轴滚筒后上端有脱膜板,残膜和根茬的膜箱位于机架后端。

拖拉机通过悬挂架与玉米起茬与地膜回收机相连,动力由拖拉机的后输出轴通过传动轴传递给玉米起茬与地膜回收机的传动齿轮箱,拖拉机可通过上述传动系统带动玉米起茬与地膜回收机工作,拖拉机与玉米起茬与地膜回收机组成作业机组。作业时,机组在地面行进,行走油缸回缩,整个机架下降,圆盘将地膜切割并且入土将根茬起出,由拨轮将根茬拨入输送带,由输送带将根茬送入膜箱的后半箱。同时边膜铲入土铲起边膜,由偏心调节轴滚筒将残膜挑起,转到上方时,脱膜板将残膜脱下,并送入膜箱的前半箱。图2,图3

注:1.悬挂架;2.齿轮箱;3.行走轮油缸;4.行走拐臂;5.链条输送刮板;6.链条输送;7.传动链轮;8.脱膜轮;9.机架;10.膜箱;11.偏心调节轴滚筒;12.挑膜齿;13.行走轮;14.边膜铲;15.拨轮马达;16.拨轮;17.切膜起茬部件

Note: 1.Suspension frame; 2. Gear case; 3. Walking wheel cylinder; 4. Turning and walking arm; 5. The chain transmission scraper; 6.Chain conveyor; 7.Drive sprocket; 8.Wheel taking off the membrane; 9.Frame; 10.Film tank; 11.Eccentric adjusting shaft roller; 12.Spring-finger; 13.Walking wheel; 14.Side film shovel; 15.Motor of dial wheel; 16.Dial wheel; 17.Cutting film and stubbing Components

图2 玉米起茬与地膜回收机结构示意

Fig.2 Structure diagram of corn stubble and plastic film recycling machine

1.2.2 切膜起茬部件设计

玉米地膜回收与农业中普遍使用的起茬设备不同,尽量不破坏地表以上的地膜,最大限度保证其完整以便回收,因此采用圆盘式结构,圆盘尺寸较大,有利于将根茬起出,圆盘边缘锋利,有利于将根茬周围的地膜切开,保障地表地膜不被撕扯损坏。圆盘式切膜起茬部件通常由两个圆盘组成,其中一个或两个是动力驱动称为主动式,否则为被动式。在入土深度、前进速度以及土壤湿度和坚实度相同的情况下,主动式圆盘碎土能力比被动式强[19]。主动式圆盘起茬不仅能消除被动式在工作中产生滑移的现象,在很大程度上减少起茬中黏土和堵塞,缺点是需要加装传动装置,在现有的机器上两个圆盘都为驱动的主动式圆盘使用较少,该部件则采用被动式。图3

注:1.圆盘;2.横梁;3.固结器;4.立柱

Note: 1.Disc cutter; 2.Beam; 3.Consolidation apparatus; 4.Vertical frame

图3 切膜起茬部件结构
Fig.3 Structure diagram of cutting film and stubbing Component

由切膜起茬部件的结构可知,在入土深度h和角度一定的条件下,切膜起茬部件的圆盘直径D越大,切膜起茬部件的通过性越好。从公式1中看出圆盘的直径D大小是和入土深度h成正比。

(1)

式中:D:圆盘直径,mm;h:入土深度,mm;β:圆盘在水平轴线的张角,(°);K:经验系数,K一般取4~6[20]。

根据前期测试,玉米根茬深度平均为150 mm左右,当圆盘入土深度≥100 mm,选取经验系数K=6。β是圆盘在水平平面的张角,α是圆盘在垂直平面上的倾斜角,β及α是圆盘进行切膜起茬的重要工作参数,决定着起茬部件对土壤的作用。在切膜起茬部件中,圆盘尺寸角度一定的条件下,随着入土深度的增加,土壤质点接触的圆盘四周越来越陡,土垡上升困难,阻力增加。单纯通过减少圆盘曲率半径或增加圆盘直径D的方式可以减少土壤的上升阻力,提高碎土和翻土的效果,但会影响β且造成圆盘直径D过大。调节β可以提高切膜起茬部件的入土性能。同时,α对圆盘的切土、碎土、翻土和入土深度具有重要的影响。增大α可以增强圆盘的碎土和推土能力。为提髙入土深度的范围,釆用合适的倾角和偏角尤为重要,提高切膜起茬部件的适应性和作业要求。图4

圆盘在水平面的张角β及偏角α的最佳值为2β≈30°~35°,2α≈25°~30°[21],这里引述的角度值只有在单行机上可以随意采用。但是在双行和多行机上,每一副起茬圆盘的总尺寸都必须小于行距,因此,角2α和2β的值就必须要低于公认的最佳值,同时针对玉米地膜回收中,考虑起茬的同时,要切膜,尽量靠近根茬进行起茬切膜,这就要求入土线张口处的开度尽可能的小,因此设计中采用2α=20°,2β=12°。图4,图5

通常起茬圆盘直径D为460~700 mm。由于起茬装置的特殊结构,工作时被起茬圆盘切下的含有块根的土垡一般会贴附着圆盘表面运动。因此,为了进一步得到较优的圆盘尺寸,可釆用起茬圆盘的参数几何关系公式(1),得到起茬圆盘的直径D,D值取550 mm。

注:1.2α为圆盘的垂直平面张角,°。 2.2β为圆盘水平平面张角,°

Note:1.2α is opening angle of double disc in vertical axis,° 2. 2β is opening angle of double disc in horizontal axis,°

图4 圆盘设计

Fig.4 Design diagram of double disc cutter

图5 双圆盘结构
Fig.5 Structure chart of double disc

图6 圆盘起茬工作状态示意
Fig.6 Structure diagram of disc cutter working state

另外,圆盘的转速影响着玉米根茬抛送的距离和下落的速度,切膜起茬部件工作的状态为,当转速过高时,会产生根茬抛送过远现象而不易回收玉米根茬;转速过低时,抛送玉米根茬不及时,会出现两圆盘内土壤和根茬堵塞,影响工作效果。圆盘的转速由式(2)确定。图6

(2)

式中,v为拖拉机前进的线速度,km/h;D为圆盘的直径,mm。

在工作中,为了挖出较多的根系,可以通过安装固定圆盘的立柱进行调节间距,以达到良好的起茬效果。前期测量数据得出根系宽度D为230 mm,立柱间距也直接影响了切膜起茬部件挖取根茬的完整性。

2 结果与分析

2.1 起茬率

沿起茬部件前进方向选取长度100 m,宽度为一个作业幅宽的面积作为检测的取样单元,分别测得试验指标相应的数据,并考查起茬部件的运转情况和工作性能,选取起茬率为评判指标。起茬率为选定的玉米地面积内起出的根茬与该面积内的总根茬的株数之比。

(3)

式中:Cqc:选定区域内起出的根茬株数;

Cqc:选定区域内总根茬的株数;

C:选定区域内起茬率。

2.2 试验测试

为了验证圆盘切膜起茬的工作原理,对切膜起茬部件进行田间试验,试验对入土深度、前进速度及立柱间距三因素进行试验设计,并对数据分析,为圆盘切膜起茬部件明确最佳的工作参数。以固定角度2α=20°,2β=12°情况下,通过前期单因素试验研究、玉米种植农艺和根茬的收获条件,确定了部件前进速度的取值范围在2.45~4.04 km/h,为使作业时试验调整方便将速度的取值范围调整为2~4 km/h,起茬部件可以做到圆盘深度和圆盘立柱间距的调整,立柱间距为80~120 mm,以保证足够的入土深度。选择Box-Behnken试验设计原理进行三因素三水平的组合试验,列出试验因素与水平[22]。表1

列出Box-Behnken的17组试验的工作参数及试验结果起茬率的值。表2

表1 试验因素
Table 1 Test factors and levels

水平level入土深度X1Depth(h)mm前进速度X2ForwardVelocity(V)km/h立柱间距X3Intervalbetweenverticalframes(L)mm12002802150310031004120

表2 试验设计及结果
Table 2 Test design and results

试验序号TestNO因素水平factorsandlevels入土深度(h)mmDepthX1前进速度(V)km/hForwardVelocityX2立柱间距(L)mmIntervalbetweenverticalframesX3起茬率StubbingrateY(%)1100210076.22100312070.43100210063.54150310093.05150412082.06150310093.97150310093.18150310090.19200312084.01015048086.41120038081.412200210085.21315028070.214150212078.115150310087.316200410080.51710038068.7

通过试验得到起茬率这一试验结果后,应用响应面分析法,进行试验分析。首先,转换编码值,将编码转换为真实值;其次建立数据拟合,确定拟合模型;最后方差分析,判定定模型是否合理,即显著性判定;当建立的模型合理时,查看结果。利用Design-Expert 8.0.6软件通过等高线图和三维响应面图分析起膜起茬机构的最佳作业因素。

表3 回归方程方差
Table 3 The regression equation anova table

方差来源Source平方和SumofSquares自由度df均方MeanSquareF值FValue显著水平Pp-valueProb>FModel1303.089144.7920.870.0003X1341.911341.9149.290.0002X298.70198.7014.230.0070X37.6117.611.100.3299X1X275.69175.6910.910.0131X1X30.2010.200.0290.8692X2X337.82137.825.450.0522X12347.911347.9150.150.0002X22153.611153.6122.140.0022X32165.261165.2623.820.0018残差Residual48.5676.94失拟LackofFit18.3936.130.810.5497误差PureError30.1747.54总和CorTotal1351.6416

2.2.1 起茬率Y回归模型的建立与显著性检验

通过试验及试验结果进行多元回归拟合,得到切膜起茬部件的入土深度、前进速度及立柱间距对部件起茬率Y影响的回归模型如式(4),回归方程的显著性检验。表3

Y=91.48+6.54X1+3.51X2+0.97X3

(4)

式中:Y为切膜起茬部件的起茬率的编码值,%;X1为入土深度的编码值;X2为前进速度的编码值;X3为立柱间距的编码值。

研究表明,这个模型的拟合度是极其显著的(P<0.01),其中入土深度(X1)、前进速度(X2)以及入土深度的二次项(X12)、前进速度的二次项(X22)的P值均<0.01,表明上述因素对起茬率的影响极其显著;而入土深度和前进速度交互项(X1X2)的P值0.05

0.01,对起茬率的影响显著;入土深度和立柱间距的交互项(X1X3)和前进速度与立柱间距的交互项(X2X3)的P值均>0.05,对起茬率的影响略小不显著。根据模型各因素回归系数的大小,可得到各因素的影响主次顺序为:X1、X2、X3,即入土深度、前进速度、立柱间距。表3

根据式(4)作出入土深度和前进速度X1和X2以及入土深度和立柱间距X1和X3之间关系的响应面图。图7,图8

研究表明,当切膜起茬部件的入土深度固定在某一水平,前进速度由2 km/h向4 km/h逐渐增加时,部件起茬率呈现出先增大后减小的变化趋势。此现象出现的主要原因是在起茬过程中,当前进速度较小时,不能将根茬及时起出,使得起茬区域产生土壤堆积数量增加,起茬率降低;当部件的入土深度为150~155 mm、前进速度2~4 km/h时,部件起茬率效果最佳。由等高线密度可以得出,入土深度对起茬率的影响大于部件前进速度的影响,二者的交互作用对部件起茬率影响显著。入土深度对起茬率的影响较大,由等高线密度可以看出,入土深度与立轴间距的交互作用对部件的起茬率的影响并不显著。 图6,图7

图7 入土深度和前进速度对起茬率交互影响的三维曲面图和等高线
Fig.7 Surface and contour plots of cutting depth and speed on distribution of stubbing rate

图8 入土深度和立柱间距对起茬率交互影响的三维曲面图和等高线
Fig.8 Surface and contour plots of depth and interval between vertical frames on distribution of stubbing rate

2.3 工作参数优化与试验验证

借助响应面优化模型(4),以起茬率为标准,确保部件在工作时根茬无遗漏(Y=0%),应用Design-Expert 8.060软件中Optimization-Numerical模块对回归方程的模型进行此标准下的优化求解,得到部件起茬最优工作参数为:入土深度为151 mm、前进速度为4 km/h、立柱间距为100 mm。

为了验证模型(4)的可靠性,应用切膜起茬部件按照以上所述的最优工作参数组合进行4次田间性能试验,试验材料与方法与2.1和2.2一样。部件4次试验的起茬率均值为93.1%,优化结果较为理想。较优化前各作业性能指标有所改善,表明在优化工作参数条件下能够提高起茬率,因此建立的回归模型是可靠的。

3 讨 论

新疆地膜种植规模大、数量多、地膜铺种广所面临的残膜污染问题[23],参考国内外现状,提出适应新疆玉米地膜回收中根茬起出的部件,并根据试验得出切膜起茬部件的最优工作参数。近年来,针对棉花、玉米等作物田间残膜的回收研制了许多类型的机具进行作业,成效显著[24-25]。然而,农田地膜使用量随着应用面积的增加而不断增大,玉米收获之后大面积的地膜残留在农田中,严重污染了农田的土壤和环境,还制约了后期玉米根茬粉碎还田与耕整地作业,最终影响了来年秋覆膜、春覆膜的工作[26]。目前,对于新疆玉米100 mm以下扎根起茬的应用较少,由于玉米起茬又不同于棉花等其它作物,难度较大,最佳起茬因素是研究的切入点。研究结果表明,在圆盘水平面的张角β及偏角α固定的情况下,通过数学模型拟合优化得出影响起茬因素按重要性依次为入土深度、前进速度、立柱间距。

4 结 论

通过对圆盘式切膜起茬部件的主导因素对起茬率的影响展开田间试验,对圆盘式切膜起茬部件进行理论计算与试验论证,并应用Design-Expert 8.060软件优化得出影响切膜起茬率的各因素的影响主次顺序为入土深度、前进速度、立柱间距,通过三维响应面看出当部件的入土深度为150~155 mm、前进速度2~4 km/h时,部件起茬率效果呈现最佳状态,最终得出最佳工作参数组合为:入土深度为151 mm、前进速度为4 km/h、立柱间距为100 mm,起茬率为93.1%。

References)

[1]2015年中国主产区玉米产量田间调查报告[EB/OL].2015-10-04.http://mt.sohu.com/20151004/n422582271.shtml.

China corn field product investigation report in 2015 [EB/OL].2015-10-04.http://mt.sohu.com/20151004/n422582271.shtml.(in Chinese)

[2]李斌,王吉奎,蒋蓓.新疆棉区残膜污染及其治理技术[J].农机化研究,2012,5(5):228-232.

LI Bin, WANG Ji-kui, JIANG Bei. (2012). The used Plastic Film Pollution and Treatment Technology in Xinjiang Cotton Area [J].AgriculturalMechanizationResearch, 5(5):228-232. (in Chinese)

[3]黄雷. 中国开发林木生物质能源与其产业发展研究[D].北京: 北京林业大学,2008.

HUANG Lei. (2008).TheResearchonForestryBio-energyUtilizationanditsIndustryDevelopmentinChina[D]. Beijing: Beijing Forestry University. (in Chinese)

[4]权龙哲. 玉米根茬收获模式及采收机理[D]. 长春: 吉林大学博士论文 , 2012.

QUAN Long-zhe. (2012).Cornstubbleharvestmodeandmechanisms[D]. PhD Dissertation. Jilin University, Changchun. (in Chinese)

[5]叶绍波.玉米根茬收获机的有限元分析及优化[D].长春: 吉林大学硕士论文, 2015.

YE Shao-bo. (2015).TheFiniteElementAnalysisandOptimizationofStubbleHarvester.[D].Master Dissertation. Jilin University, Changchun. (in Chinese)

[6]李进.玉米清膜起茬机技术参数的优化[J] . 农业技术与装备,2014,3(6):4-6.

LI Jin. (2014).The technical parameter of optimization on Corn membrane of stubble machine [J] .AgriculturalTechnologyandEquipment,3(6):4-6. (in Chinese)

[7]薛文瑾,王春耀,朱振中,等. 卷膜式棉花苗期残膜回收机的设计[J].农业机械学报,2005,36(3):148-149,147.

Xue Wen-jin,Wang Chun-yao,ZHU Zhen-zhong, et al. (2005). Design of rolling-film residue collector for cotton seeding[J].TransactionsoftheChineseSocietyforAgriculturalMachinery, 36(3):148-149,147. (In Chinese)

[8]娄秀华,张东兴,耿瑞阳,等.残膜回收机起膜器的设计与试验研究[J].农业工程学报,2002,18(6) :88-90.

LOU Xiu-hua, ZHANG Dong-xing, GEN Rui-yang, et al. (2002). Research and Design on Loosening Shovel of Polythene Film Collector [J].TransactionsoftheCSAE, 18(6):88-90. (in Chinese)

[9]张佳喜,陈发,王学农. 一种新型可自动卸膜滚刀式秸秆粉碎残膜回收联合作业机的研制[J]. 中国农机化,2012,239(1) :123-125.

ZHANG Jia-xi, CHEN Fa, WANG Xue-nong. (2012). Study on a new type of hob plastic film residue recovery machine with self-motion unloading plastic film [J].ChineseAgriculturalMechanization, 239(1):123-125. (in Chinese)

[10]王吉奎,付威,王卫兵. SMS-1500型秸秆粉碎与残膜回收机的设计[J]. 农业工程学报,2011,27(7):168-172.

WANG Ji-kui, FU Wei,WANG Wei-bing, et al.(2011). Design of SMS-1500 type straw chopping and plastic film residue collecting machine[J].TransactionsoftheCSAE, 27(7):168-172.(in Chinese)

[11]文霞. 玉米残膜回收起茬机的应用与推广[J]. 农业机械,2009,(12):70.

WEN Xia. (2009). The application and promotion of Corn residue membrane recycling machine [J].AgriculturalMachinery,(12):70. (in Chinese)

[12]Zhang, J. Z., ·Tumarebi, H., & Wang, Z. H. (2012). Study on consumption characteristics of cotton under drip irrigation with film in north xinjiang.ProcediaEngineering, (28):413-418.

[13]Picuno, P., Sica, C., Laviano, R., Dimitrijevi, A., & Scarascia-Mugnozza, G. (2012). Experimental tests and technical characteristics of regenerated films from agricultural plastics.PolymerDegradation&Stability, 97(9):1,654-1,661.

[14]He, J. Q., Jiang, L., Yuan, X. F., & Xie, J. (2011). Field effect of environmental degradation of photo-biodegradable polyethylene mulching films.InternationalSymposiumonWaterResourceandEnvironmentalProtection(Vol.3, pp.1,916-1,920). IEEE.

[15]Wang, R., Zhang, Y., Huang, Y., Wei, F., Bai, X., & Liu, E. (2011). Mechanization of deep tillage and mulching to improve soil water content and spring maize yield. International Conference on Electronic and Mechanical Engineering and Information Technology, Emeit 2011, Harbin,Heilongjiang,China, 12-14August(Vol.4, pp.2,098-2,101).

[16]Kyrikou, I., Briassoulis, D., Hiskakis, M., & Babou, E. (2011). Analysis of photo-chemical degradation behaviour of polyethylene mulching film with pro-oxidants.PolymerDegradation&Stability, 96(12):2,237-2,252.

[17]Briassoulis, D. (2006). Mechanical behaviour of biodegradable agricultural films under real field conditions.PolymerDegradation&Stability, 91(6):1,256-1,272.

[18]王方艳. 圆盘挖掘式甜菜联合收获机关键部件设计及试验研究[D]. 北京:中国农业大学博士论文,2014.

WANG Fang-yan. (2014).DesignandExperimentofKeyMechanismsforSugarBeetCombinewithDisc-digType[D]. PhD Dissertation. China Agricultural University, Beijing. (in Chinese with English abstract).

[19]中国农业机械化科学研究院. 农业机械设计手册[K]. 北京:中国农业科学技术出版社,2007:1 104-1 105.

Chinese Academy of Agriculturall Mechanization Sciences. (2007).Agriculturalmachinerydesignmanual[K]. Beijing: China Agricultural Science & Technology Press :1,104-1,105. (in Chinese)

[20]黄仁楚.营林机械理论与计算[M].北京:中国林业出版社,1996.

HUANG Ren-chu. (1996).YinlinMechanicaltheoryandcalculation[M]. Beijing: China Forestry Publishing House. (in Chinese)

[21]王方艳,张东兴.圆盘挖掘式甜菜联合收获机设计与试验 [J]. 农业工程学报,2013,29(13):7-14.

WANG Fang-yan, ZHANG Dong-xing. (2013). Design and experiment of disc-dig sugar beet combine [J].TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering, 29(13):7-14. (in Chinese)

[22]袁雪,祁力钧,王虎,等. 温室摇摆式变量弥雾机喷雾参数响应面法优化[J].农业机械学报,2012,43(4):45-50.

YUAN Xue, QI Li-jun, WANG Hu, et al. (2012).Spraying parameters optimization of swing, automatic variables and greenhouse mist sprayer with response surface method [J].TransactionsoftheChineseSocietyforAgriculturalMachinery, 43(4):45-50. (in Chinese).

[23]毕继业,王秀芬,朱道林. 地膜覆盖对农作物产量的影响[J].农业工程学报,2008,24(11):172-175.

BI Ji-ye, WANG Xiu-fen, ZHU Dao-lin. (2008). Effect of plastic-film mulch on crop yield [J].TransactionsoftheCSAE, 24 (11):172-175.(in Chinese)

[24]杨丽,张东兴,侯书林,等. 玉米苗期地膜回收机结构参数分析与试验[J]. 农业机械学报,2010, 41(12):29-34.

YANG Li, ZHANG Dong-xing, HOU Shu-lin, et al. (2010). Analysis of structural parameters and experiment of plastic film collector for corn fields during seedling period [J].TransactionsoftheChineseSocietyforAgriculturalMachinery, 41(12):29-34. (in Chinese)

[25]张佳喜,王学农,张丽,等. 农田地膜拉伸性能变化对缠绕式回收的影响[J]. 农业工程学报,2015,31(20):41-47.

ZHANG Jia-xi, WANG Xue-nong, ZHANG Li, et al. (2015). Effects of mechanical tensile properties of plastic film on plastic recycling method [J].TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering, 31(20):41-47. (in Chinese)

[26]王志超,李仙岳,史海滨,等. 农膜残留对土壤水动力参数及土壤结构的影响[J]. 农业机械学报,2015,46(5):101-106,140.

WANG Zhi-chao, LI Xian-yue, SHI Hai-bin, et al. (2015).Effects of Residual Plastic Film on Soil Hydrodynamic Parameters and Soil Structure [J].TransactionsoftheChineseSocietyforAgriculturalMachinery, 46(5):101-106,140. (in Chinese)

Fund project:Supported by National Natural Science Fund program of China"The Mechanism of Disk Plastic Film Cutting and Stubble Collecting"(51565060);Science and Technology Plan program of Xinjiang Uygur Autonomous Region "Research on Mechanized Plastic Film Recycling Equipment for Silage Maize Fields";Natural Science Fund program of Xinjiang Uygur Autonomous Region "Research on the Mechanism of Maize Stubble and Plastic Film Separation".

Design and Test on Corn Stubbing and Mulch Retriever with Disc Cutter

ZHANG Li, WANG Xue-nong, LIU Xuan-feng, ZHANG Jia-xi,JIANG Yong-xin, ZHANG Hai-chun

(AgriculturalMechanizationResearchInstitute,XingjiangAcademyofAgriculturalSciences/ScientificObservingandExperimentalStationforForestFruit,CottonandFacilityAgriculturalEquipment,MinistryofAgriculture,Urumqi830047,China)

【Objective】 To collect plastic film and stubble as much as possible,and address the difficult recycling of the plastic film due to the maize stubble roots in aerial and secondary umbels wrapped with plastic in the growing process,so as to realize the utmost efficient utilization of resources.【Method】Field tests of stubbing corn roots were carried out in Pioneer village, Karahabake town,Tache city, Xinjiang Province in August 2015.The leading factors of disc cutter collecting maize roots were studied at different depth into soil, forward velocity and intervals between vertical frames to testify the affection of stubbing rate.【Results】Based on three factors three levels Box-Behnken experimental design method, the mathematical model of the depth into soil,forward velocity,interval between vertical frames and the stubbing rate of maize roots was established successfully, and 17 groups of combined stubbing tests were carried out and the stubbing rate were gained.The maximum stubbing rate was 93.9% and the depth into soil was 150 mm, forward velocity was 3 km/h and the interval between vertical frames was 100 mm.While the minimum stubbing rate was 63.5% and the depth into soil was 100 mm, forward velocity was 2 km/h and the interval between vertical frames was 100 mm. 【Conclusion】The mechanism and the key factors of disc cutter collecting stubble was studied and the optimum factor combination was gained from the filed test and the depth into soil was 151 mm, forward velocity was 4 km/h and the interval between vertical frames was 100 mm and the stubbing rate was 93.1%. What was said above, the theoretical basis support was provided for the following design development of corn stubbing and mulch retriever with disc cutter,which has great application value.

Cutting film with disc-type;Stubble retriever component;Design;The stubbing rate

10.6048/j.issn.1001-4330.2016.10.013

2016-04-05

国家自然科学基金项目“圆盘式切膜起茬机理及机构的研究”(51565060);新疆维吾尔自治区高技术研究发展项目“青贮玉米地机械化残膜回收装备研究”(201511104);新疆维吾尔自治区自然科学基金项目“玉米根茬与地膜分离的机理研究”(2014211B029)

张丽(1982-),女,新疆乌鲁木齐人,助理研究员,硕士,研究方向为地膜回收与循环利用,(E-mail)53631301@qq.com

王学农(1964-),男,陕西汉中人,研究员,硕士生导师,研究方向为农业机械,(E-mail)xjwxn@xaas.ac.cn

S223.5

A

1001-4330(2016)10-1867-10

猜你喜欢

圆盘立柱部件
八旬老者 文化养生——记85岁北大老学长陈立柱
精整线圆盘剪和碎断剪组合机构设计
圆盘锯刀头的一种改进工艺
五台山掠影
组合铝合金立柱在超大跨度玻璃幕墙中的应用
基于Siemens NX和Sinumerik的铣头部件再制造
部件拆分与对外汉字部件教学
奇怪的大圆盘
汉画像石墓出土仿木结构石立柱初步研究——兼谈白杨店画像石墓出土立柱位置
基于Profibus-DP的圆盘浇铸控制系统的应用