鏟篩式殘膜回收機輸膜機構參數(shù)優(yōu)化與試驗

張海春 龔冠豪 郭紅娟 蔣永新 劉旋峰 牛長河

（新疆農(nóng)業(yè)科學院 農(nóng)業(yè)機械化研究所，烏魯木齊 830091）

近年來，我國不斷調(diào)整農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結構，大面積推廣地膜覆蓋種植技術，旨在從根本上增加糧食產(chǎn)量，提升種植戶的收入。從大量種植試驗可以看出，該項技術具有較高的經(jīng)濟效益。然而，實際使用期間也出現(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，導致其無法進行回收利用，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，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的實際應用展開討論。

1 鏟篩式殘膜回收機

1.1 工作原理

該項殘膜回收機的組成部件主要為連桿機構、集膜框、振動篩、飛輪以及動裝置等。鏟篩式殘膜回收機的工作原理主要是借助于拖拉機三點懸掛裝置將鏟篩式殘膜回收機懸掛在后部，之后通過動力輸出軸帶動萬向節(jié)降低傳遞到收獲機當中，再利用變速箱輸出軸通過傳遞裝置促使連桿機構和飛輪產(chǎn)生運動，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 輸膜機構以及影響因素

圖1是輸膜機構的實體圖，主要包括連桿機構、飛輪、機架和振動篩。含土率和纏膜率是對輸煤機構評價的重要指標。

圖1 輸膜機構簡圖

在具體試驗期間，人們需要全面分析各項影響因素，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構的輸膜性能。在設計和優(yōu)化輸膜機構期間，人們需要注意以下事項。

（1）借助于試驗對振動篩面進行對比，確定最適宜的結構形式。

（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，但是相應提升了篩片間距與篩孔之間掉落殘膜的概率，并且導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）合理設計振動頻率和振動篩子。如果振動篩存在較小的振動頻率，將會導致篩面無法拋棄膜土，進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 殘膜回收機輸膜機構參數(shù)優(yōu)化試驗

2.1 試驗設計與方法

按照中心組合設計理論，將含土率和纏膜率作為響應值，對振動篩振幅、頻率以及鋸齒篩齒片間距進行試驗研究。在實際試驗期間，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現(xiàn)。在對振動頻率進行調(diào)節(jié)時需要利用傳動鏈的更換措施實現(xiàn)。設計方案主要是采用三水平三因素二次回歸正交試驗，全面優(yōu)化含土率以及纏膜率等影響因素。在試驗期間，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；如果將振幅設定在81mm以上時，將會降低膜土分離效果；將齒片間距設定在20mm以上會出現(xiàn)嚴重殘膜情況。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，通過相應面分析法研究和分析各個因素之間的交互規(guī)律和相關性，優(yōu)化參數(shù)組合。

2.3 結果與分析

2.3.1 試驗結果

按照試驗原理設計三水平三因素對試驗進行分析，此試驗方案主要包括五個零點估計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

貢獻率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，計算公式如式（1）所示。各個因素對纏膜率貢獻率排列方式如下：振動頻率＞齒片間距＞振動幅度。各個因素針對含土率貢獻率排列方式如下：齒片間距＞振動頻率＞振動幅度。分析結果如表1所示。

表1 各因素貢獻率分析

式中，KXj為各因素貢獻率；δ為回歸項對F值的考核值；F為各回歸項F值。

2.3.3 分析交互因素對性能的影響規(guī)律

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

（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值的曲線圖，當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，將振幅進行增大處理，降低齒片間距，這樣就能夠相應降低纏膜率。

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。導致該種現(xiàn)象的主要原因在于當增加振動頻率時，篩面拋起殘膜的能力就會相應加強；當增加振動篩振幅時，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為各項交互因素對含土率的影響曲線圖，當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使含土率降低。當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 結語

此次研究分析主要圍繞鏟篩式殘膜回收機的輸膜機構參數(shù)優(yōu)化與試驗，首先對鏟篩式殘膜回收機的工作原理以及輸膜機構和影響因素進行基礎分析，然后闡述殘膜回收機輸膜機構參數(shù)優(yōu)化試驗，從試驗設計與方法、分析和處理數(shù)據(jù)以及結果與分析等角度進行闡述，全方位分析了鏟篩式殘膜回收機的各項性能。結果表明，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。以上研究結果能夠幫助設計人員優(yōu)化和改進殘膜回收機的各項性能，提升工作效率。

[1]徐弘博，游兆延，周新星，等.鏟篩式殘膜回收機輸膜機構參數(shù)優(yōu)化與試驗[J].農(nóng)業(yè)工程學報，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的設計與試驗[J].農(nóng)業(yè)工程學報，2017，33（9）：10-18.

[3]王科杰，陳學庚，顏利民，等.殘膜回收機單組仿形摟膜機構的設計與試驗[J].農(nóng)業(yè)工程學報，2017，33（8）：12-20.

[4]胡志超，游兆延，徐弘博，等.3種殘膜回收機的作業(yè)性能對比試驗研究[J].農(nóng)機化研究，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起膜部件動力學分析[J].農(nóng)機化研究，2018，40（4）：14-18.