铲筛式残膜回收机输膜机构参数优化与试验

张海春 龚冠豪 郭红娟 蒋永新 刘旋峰 牛长河

（新疆农业科学院 农业机械化研究所，乌鲁木齐 830091）

近年来，我国不断调整农业产业结构，大面积推广地膜覆盖种植技术，旨在从根本上增加粮食产量，提升种植户的收入。从大量种植试验可以看出，该项技术具有较高的经济效益。然而，实际使用期间也出现了较多问题，地膜在使用之后会出现破碎以及埋深问题，导致其无法进行回收利用，长此以往就影响了农作物的根系生长，减低出苗率和产量。因此，市场上逐渐出现了不少残膜回收机，它们能够有效处理以上问题。本文主要针对铲筛式残膜回收机的实际应用展开讨论。

1 铲筛式残膜回收机

1.1 工作原理

该项残膜回收机的组成部件主要为连杆机构、集膜框、振动筛、飞轮以及动装置等。铲筛式残膜回收机的工作原理主要是借助于拖拉机三点悬挂装置将铲筛式残膜回收机悬挂在后部，之后通过动力输出轴带动万向节降低传递到收获机当中，再利用变速箱输出轴通过传递装置促使连杆机构和飞轮产生运动，之后将分离后的残膜利用振动筛传输到集膜框内，这样就完成了整个残膜回收工作。

1.2 输膜机构以及影响因素

图1是输膜机构的实体图，主要包括连杆机构、飞轮、机架和振动筛。含土率和缠膜率是对输煤机构评价的重要指标。

图1 输膜机构简图

在具体试验期间，人们需要全面分析各项影响因素，并且根据影响因素建立最佳参数组合，从根本上提升输膜机构的输膜性能。在设计和优化输膜机构期间，人们需要注意以下事项。

（1）借助于试验对振动筛面进行对比，确定最适宜的结构形式。

（2）合理选择筛片间距与筛孔尺寸等。如果筛片间距与筛孔尺寸过大，可以降低含土率，但是相应提升了筛片间距与筛孔之间掉落残膜的概率，并且导致筛片与孔间之间缠挂残膜；如果筛片间距与筛孔尺寸过小，将会降低土膜分离效果，并且产生难以分离以及拥堵等情况。

（3）合理设计振动频率和振动筛子。如果振动筛存在较小的振动频率，将会导致筛面无法抛弃膜土，进一步降低膜土分离率；如果振动筛存在较大的振动频率，将会加大机具振动，降低工作的安全性和可靠性。

（4）合理选择振幅。如果振幅较小，将会延长残膜通过筛面的时间，提升残膜缠绕率；如果振幅较大，将会缩短残膜通过筛面的时间，无法彻底分离膜土。

2 残膜回收机输膜机构参数优化试验

2.1 试验设计与方法

按照中心组合设计理论，将含土率和缠膜率作为响应值，对振动筛振幅、频率以及锯齿筛齿片间距进行试验研究。在实际试验期间，调节振幅时需要借助于曲柄在飞轮的不同连接位置实现。在对振动频率进行调节时需要利用传动链的更换措施实现。设计方案主要是采用三水平三因素二次回归正交试验，全面优化含土率以及缠膜率等影响因素。在试验期间，如果将振动频率控制在2.3Hz以下，将会降低膜土分离效果；如果将振幅控制在40mm以下，将会减低输膜性能；如果将齿片间距控制在8mm以下，也会降低膜土分离效果；如果将振幅设定在81mm以上时，将会降低膜土分离效果；将齿片间距设定在20mm以上会出现严重残膜情况。所以，振动频率需要控制在2.3～4.3Hz，振幅控制在40～80mm，齿片间距控制在8～20mm。

2.2 分析和处理数据

在具体试验中，人们需要使用专业软件分析含土率和缠膜率，主要是借助二次多项式回归分析方式，然后需要分析回归方程，明确最佳工作参数。最后，通过相应面分析法研究和分析各个因素之间的交互规律和相关性，优化参数组合。

2.3 结果与分析

2.3.1 试验结果

按照试验原理设计三水平三因素对试验进行分析，此试验方案主要包括五个零点估计误差和十二个分析因子。2.3.2 分析各因素对性能影响效应

贡献率K值的大小能够全面展现出各个因素对模型Y的影响范围，如果其影响程度越大，计算公式如式（1）所示。各个因素对缠膜率贡献率排列方式如下：振动频率＞齿片间距＞振动幅度。各个因素针对含土率贡献率排列方式如下：齿片间距＞振动频率＞振动幅度。分析结果如表1所示。

表1 各因素贡献率分析

式中，KXj为各因素贡献率；δ为回归项对F值的考核值；F为各回归项F值。

2.3.3 分析交互因素对性能的影响规律

此次试验主要应用专业软件进行响应面的绘制，并且按照响应面对齿片间距、振幅以及振动频率对响应值影响程度进行考察。

（1）分析交互因素对缠膜率的影响规律。图2为交互因素影响响应值的曲线图，当齿片间距的位置处于中心水平位置（40mm）时，提升振幅和振动频率能够显著减少缠膜率，如果其位置在中心水平（3.3Hz）时，将振幅进行增大处理，降低齿片间距，这样就能够相应降低缠膜率。

图2 各交互因素对缠膜率的影响曲线

按照缠膜率响应图可以看出，其影响范围的趋势主要如下：提升振动频率以及振幅，减小齿片间距，将会降低缠膜率。导致该种现象的主要原因在于当增加振动频率时，筛面抛起残膜的能力就会相应加强；当增加振动筛振幅时，残膜通过筛面的时间将会降低；减小齿片间距，能够降低筛面自缠绕率。

（2）分析交互因素对含土率的影响规律。图3为各项交互因素对含土率的影响曲线图，当齿片间距的位置处于中心水平（14mm）时，振幅和振动频率对含土率的影响最小。增大振动频率以及减小振幅，能够降低含土率。当振幅位置处于中心水平（60mm）时，增加齿片间距与振动频率能够相应使含土率降低。当振动频率处于中心水平（3.3Hz）时，降低振幅以及增加齿片间距能够使含土率降低。

图3 振动筛振动频率和振幅对含土率的影响曲线

3 结语

此次研究分析主要围绕铲筛式残膜回收机的输膜机构参数优化与试验，首先对铲筛式残膜回收机的工作原理以及输膜机构和影响因素进行基础分析，然后阐述残膜回收机输膜机构参数优化试验，从试验设计与方法、分析和处理数据以及结果与分析等角度进行阐述，全方位分析了铲筛式残膜回收机的各项性能。结果表明，提升振动频率以及振幅，减小齿片间距，将会降低缠膜率；增大振动频率以及减小振幅，能够降低含土率，降低振幅以及增加齿片间距能够使含土率降低。以上研究结果能够帮助设计人员优化和改进残膜回收机的各项性能，提升工作效率。

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