垂直雙排鏈?zhǔn)綒埬せ厥諜C(jī)輸膜卸膜裝置設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

史增錄,張學(xué)軍,程金鵬,周鑫城,張朝書(shū)

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院,新疆 烏魯木齊 830052;2.新疆智能農(nóng)業(yè)裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,新疆 烏魯木齊 830052;3.阿拉爾市天典農(nóng)機(jī)制造有限責(zé)任公司,新疆 阿拉爾 843013)

地膜覆蓋技術(shù)因其具有增溫、保墑、預(yù)防蟲(chóng)害、抑制雜草生長(zhǎng)等益處在新疆等干旱及半干旱地區(qū)的農(nóng)作物種植生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用[1-3]。地膜使用過(guò)程中由于日照風(fēng)化作用導(dǎo)致力學(xué)性能下降,且與作物根茬、土壤混雜在一起回收困難,大量地膜被殘留在農(nóng)田土壤中降低了土壤品質(zhì),已造成嚴(yán)重的農(nóng)田生態(tài)污染問(wèn)題[4-5]。據(jù)統(tǒng)計(jì),新疆地區(qū)地膜總覆蓋面積達(dá)340.5萬(wàn)hm2,年地膜投入量超20萬(wàn)t,是我國(guó)殘膜污染的典型地區(qū),促進(jìn)殘膜機(jī)械化回收、提高殘膜回收利用率是有效治理農(nóng)田殘膜污染進(jìn)而實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效手段[6-7]。

近年來(lái),國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)殘膜回收機(jī)械進(jìn)行了大量研究,但由于國(guó)內(nèi)外所使用的地膜力學(xué)特性差異較大,導(dǎo)致國(guó)外的殘膜回收機(jī)械在我國(guó)不具備有效適用性。因此,研究適用于本土化地況的殘膜回收機(jī)械是解決我國(guó)殘膜污染問(wèn)題的關(guān)鍵[8-9]。目前我國(guó)的殘膜回收機(jī)械主要有彈齒式、釘齒式、梳齒式、夾持式、鏈齒式、伸縮桿齒式等[10-12],雖然農(nóng)田殘膜回收技術(shù)已經(jīng)初見(jiàn)成效,但目前所回收的殘膜仍然存在含雜率高、機(jī)收殘膜回收再利用難度大等問(wèn)題[13-14],尚未形成殘膜回收再利用的產(chǎn)業(yè)鏈,制約了農(nóng)田殘膜污染的有效治理。

為改善上述現(xiàn)狀,重點(diǎn)解決秋收后棉田地表殘膜回收時(shí)的含雜率高等問(wèn)題,設(shè)計(jì)了一種垂直雙排鏈?zhǔn)綒埬せ厥諜C(jī),通過(guò)垂直輸送鏈及卸膜鏈的合理化布局充分延長(zhǎng)膜土分離時(shí)間,在完成起膜、輸膜、卸膜、集膜過(guò)程的同時(shí)可實(shí)現(xiàn)殘膜-土壤-秸稈的有效分離,在保證殘膜拾凈率的同時(shí)有效降低含雜率,以提高機(jī)收殘膜的再利用率,為農(nóng)田殘膜污染的有效治理提供技術(shù)與裝備。

1 結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)及主要參數(shù)

如圖1所示,垂直雙排鏈?zhǔn)綒埬せ厥諜C(jī)主要由起膜拋送裝置、限深輥、減速箱、雜質(zhì)輸送帶、機(jī)架、垂直輸送鏈、卸膜鏈、行走輪、集膜箱等組成,主要用于秋后棉花收獲及秸稈粉碎還田后的殘膜回收作業(yè),其主要工作參數(shù)如表1所示。

表1 主要工作參數(shù)Table 1 Main working parameters

1.限深輥;2.減速箱;3.起膜拋送裝置;4.雜質(zhì)輸送帶;5.機(jī)架;6.垂直輸送鏈;7.卸膜鏈;8.行走輪;9.限深輪;10.集膜箱1.Depth limiting roller;2.Reducer box;3.Film starting device;4.Impurity conveyor belt;5.Frame;6.Vertical conveying chain;7.Film unloading chain;8.Walking wheel;9.Depth limiting wheel;10.Film collection box圖1 整機(jī)結(jié)構(gòu)Fig.1 Whole machine structure

1.2 工作原理

工作時(shí),起膜拋送裝置將膜雜混合物拋起,在起膜拋送裝置的拋送作用下完成初步雜質(zhì)分離和輸送[15],隨后膜雜混合物被垂直輸送鏈上由釘齒帶動(dòng)依次完成垂直與水平輸送過(guò)程,在此過(guò)程中完成二次膜雜分離,秸稈、土壤等雜質(zhì)在垂直輸送階段靠自身重力掉落至橫向輸雜裝置上被排至機(jī)具一側(cè),被水平輸送的殘膜運(yùn)送至卸膜區(qū),在卸膜板主動(dòng)捋膜及刮膜板逆向卸膜的共同作用下完成卸膜過(guò)程,被卸下的殘膜繼續(xù)隨卸膜鏈輸送至末端后在重力作用下掉落至集膜箱,如此循環(huán)完成殘膜連續(xù)回收作業(yè)。

垂直輸送鏈與卸膜鏈相互配合工作,形成雙排鏈回收機(jī)構(gòu),其結(jié)構(gòu)如圖2所示,在鏈條轉(zhuǎn)向作用及卸膜導(dǎo)向板的共同作用下,位于卸膜區(qū)的釘齒在脫膜導(dǎo)向板的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)與卸膜板之間形成一定夾角,釘齒相對(duì)卸膜板縮回進(jìn)行主動(dòng)卸膜,經(jīng)過(guò)卸膜區(qū)的殘膜在卸膜板自卸膜及刮膜板刮膜的共同作用下完成二次卸膜過(guò)程,有效提高卸膜率,降低含雜率,防止輸膜過(guò)程中殘膜脫落造成二次污染。

1.導(dǎo)向輥;2.鏈條;3.鏈輪;4.卸膜板;5.卸膜導(dǎo)向板;6.刮膜板;7.釘齒1.Guide roller;2.Chain;3.Sprocket;4.Film unloading plate;5.Unloading guide plate;6.Film scraper;7.Spike teeth圖2 垂直雙排鏈機(jī)構(gòu)Fig.2 Double-row chain mechanism

2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

2.1 輸送裝置的排布方式

2.1.1 釘齒及卸膜板排布 垂直雙排鏈?zhǔn)綒埬せ厥諜C(jī)主要適用于秋后棉花收后及秸稈粉碎還田后地表殘膜回收作業(yè),因此釘齒密度和數(shù)量是影響運(yùn)輸過(guò)程中殘膜及雜質(zhì)運(yùn)輸效率的重要因素,釘齒排布過(guò)于稀疏會(huì)導(dǎo)致殘膜漏輸,排布過(guò)密則會(huì)導(dǎo)致運(yùn)輸過(guò)程中的秸桿、土壤等雜質(zhì)不易掉落而使含雜率升高。結(jié)合大塊殘膜規(guī)格及整機(jī)尺寸的綜合考慮,將釘齒設(shè)定為長(zhǎng)度65 mm、粗端直徑10 mm、細(xì)端直徑6 mm的圓錐臺(tái),相鄰釘齒之間間距為220 mm,每排設(shè)定釘齒與卸膜板數(shù)量為5;為提高主動(dòng)卸膜效果,設(shè)定卸膜板為橡膠材質(zhì),其厚度為5 mm、寬度為80 mm、長(zhǎng)度為220 mm,同時(shí)為避免從上一級(jí)釘齒中脫落的雜質(zhì)掉落至下一級(jí)釘齒上被繼續(xù)運(yùn)輸,設(shè)定相鄰釘齒排之間的排列方式為交錯(cuò)排列,其排布方式如圖3所示。

1.釘齒;2.卸膜板;3.鏈條;4.釘齒桿;5.導(dǎo)向輥1.Spike teeth;2.Film scraper;3.Chains;4.Spike tooth lever;5.Guide roller圖3 釘齒排布圖Fig.3 Nail teeth layout diagram

2.1.2 輸送鏈轉(zhuǎn)運(yùn)角 輸送鏈的轉(zhuǎn)運(yùn)角度排布方式如圖4所示,圖中CA段為升運(yùn)段、AB段為平運(yùn)段、BC段為卸膜段,由前期預(yù)實(shí)驗(yàn)已知當(dāng)卸膜段BC傾角為55°時(shí)卸膜效果最佳,因此設(shè)定AB與BC之間夾角α2=55°,則輸送鏈的分布可分為三種情況：在圖4a中,α1>π/2,升運(yùn)段后傾,此時(shí)從上一級(jí)釘齒中脫落的雜質(zhì)易掉落與下一級(jí)釘齒中,逐級(jí)積累易造成雜質(zhì)堆積,造成含雜率升高;在圖4b中,α1=π/2,升運(yùn)段豎直,此時(shí)位于升運(yùn)段的釘齒逐級(jí)有效工作,由于釘齒的交錯(cuò)排布,在保證殘膜合理輸送的同時(shí)能有效避免殘膜中雜質(zhì)的堆積;在圖4c中,α1<π/2,升運(yùn)段前傾,此時(shí)有利于雜質(zhì)脫落,降低含雜率,但易導(dǎo)致拾取的殘膜隨雜質(zhì)同時(shí)脫落,降低撿拾率,致使機(jī)具作業(yè)性能降低。綜上分析,選擇將升運(yùn)段設(shè)定為豎直排布能有效保證殘膜回收機(jī)的作業(yè)性能,因此初步設(shè)定α1=90°,誤差為5°[16]。

圖4 輸送鏈轉(zhuǎn)運(yùn)角Fig.4 Conveyor chain transfer angle

2.2 輸膜過(guò)程的力學(xué)分析

輸膜過(guò)程中膜雜混合物組成及分布如圖5a所示,其受力分析如圖5b所示。

1.卸膜板;2.釘齒;3.殘膜;4.秸稈;5.土壤1.Unloading film plate;2.Nail teeth;3.Residual film;4.Straw 5.Soil圖5 輸膜過(guò)程力學(xué)分析Fig.5 Mechanical analysis of membrane delivery process

作業(yè)過(guò)程中,膜雜混合物依次經(jīng)過(guò)起膜拋送裝置、垂直輸送鏈裝置的起膜拋送、分離輸送等過(guò)程,由于此時(shí)為膜雜拋送后的狀態(tài),因此忽略土壤粘結(jié)力影響,殘膜在輸送鏈上的受力主要為重力、釘齒摩擦力及支持力。為防止輸送轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中殘膜滑落的同時(shí)避免殘膜斷裂[17],應(yīng)滿足：

Gsinα≤f

(1)

f=F·μ

(2)

F=Gcosα+Fa

(3)

式中,G為膜雜混合物總重量(N);α為此刻輸膜鏈釘齒法向與垂直方向的夾角(°);μ為釘齒與殘膜混合物間的摩擦因數(shù);f為殘膜混合物所受釘齒的摩擦力(N);F為釘齒對(duì)膜雜混合物的支持力(N);Fa為殘膜自身張弛力(N)。

聯(lián)立式(1)、(2)、(3)可得：

(4)

式中,膜雜混合物重量G、摩擦因數(shù)μ、釘齒法向與垂直方向夾角α為定值,因此殘膜張馳力Fa可增大釘齒與殘膜間的摩擦力,可有效避免殘膜相對(duì)釘齒滑落。殘膜在不發(fā)生塑性變形斷裂的前提下,張馳力Fa的大小與其形變量有關(guān)[17],而釘齒的轉(zhuǎn)動(dòng)速度是影響殘膜形變量的主要因素,轉(zhuǎn)動(dòng)速度越高,殘膜發(fā)生彈性變形的程度越大,當(dāng)釘齒的結(jié)構(gòu)參數(shù)一定的前提下,其轉(zhuǎn)動(dòng)速度受輸膜鏈轉(zhuǎn)速影響,因此對(duì)輸膜鏈轉(zhuǎn)速進(jìn)行合理控制可有效提升殘膜的輸送、分離能力,滿足殘膜的可靠輸送與分離要求。

2.3 輸膜過(guò)程的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

膜雜混合物經(jīng)起膜拋送裝置拋至輸膜鏈釘齒的過(guò)程可視為平拋運(yùn)動(dòng),在此過(guò)程中,拋起的殘膜混合物已經(jīng)進(jìn)行了初步分離,對(duì)輸膜過(guò)程進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析如圖6所示。

圖6 輸膜過(guò)程運(yùn)動(dòng)學(xué)分析Fig.6 Kinematic analysis of membrane delivery process

圖6中起膜拋送裝置對(duì)殘膜混合物的作用可視為平拋運(yùn)動(dòng),忽略空氣阻力影響,此過(guò)程滿足

v=ω1R1

(5)

ω1=2πn1

(6)

(7)

L1x=vt

(8)

式中,v為混合物水平初速度(m·s-1);ω1為起膜拋送裝置旋轉(zhuǎn)角速度(rad·s-1);R1為起膜拋送裝置回轉(zhuǎn)半徑(m);n1為起膜拋送裝置轉(zhuǎn)速(r·min-1);L1y為膜雜混合物垂直方向位移(m);L1x為膜雜混合物水平方向位移(m);t為混合物運(yùn)動(dòng)時(shí)間(s)。

由于該機(jī)主要應(yīng)用于秋后地表大膜的回收,此時(shí)的殘膜完整性高,接觸面積大,力學(xué)性能好,容易被撿拾和運(yùn)輸,在一次起膜拋送過(guò)程中,只需有一組輸膜鏈釘齒經(jīng)過(guò)殘膜混合物拋送落點(diǎn)區(qū)域,即可有效完成殘膜的回收。因此,在起膜拋送裝置的拋送過(guò)程中進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析如下：

L′≤v′t′

(9)

v′=ω2R2

(10)

ω2=2πn′

(11)

式中,L′為相鄰輸膜鏈釘齒組間距,取220 mm;v′為釘齒轉(zhuǎn)運(yùn)線速度(m·s-1);t′為拋送過(guò)程總時(shí)間(s);ω2為輸送鏈主動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)角速度(rad·s-1);R′為轉(zhuǎn)運(yùn)輸送半徑(m);n′為輸送鏈主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速(r·min-1)。

經(jīng)計(jì)算可知,輸送鏈主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速n′≥81.68 r·min-1,但當(dāng)轉(zhuǎn)速過(guò)快時(shí)會(huì)導(dǎo)致鏈傳動(dòng)振動(dòng)加劇,使殘膜在輸送過(guò)程中掉落,導(dǎo)致輸膜率降低,影響撿拾率,為防止輸膜過(guò)程殘膜掉落的同時(shí)提高機(jī)具效率,設(shè)定輸送鏈主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速為82～90 r·min-1。

2.4 卸膜過(guò)程的分析

垂直雙排鏈?zhǔn)綒埬せ厥諜C(jī)的卸膜過(guò)程由卸膜板的主動(dòng)捋膜及卸膜鏈的逆向卸膜共同作用完成,如圖7所示,其中卸膜導(dǎo)向板采用與鏈條非平行方式排布,當(dāng)輸膜鏈將殘膜輸送至卸膜區(qū)時(shí),導(dǎo)向輥受卸膜導(dǎo)向板安裝方位的影響,相對(duì)卸膜板運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生逆向轉(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)帶動(dòng)一組釘齒繞釘齒桿逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),由于卸膜板與輸膜鏈為固定連接,卸膜板在卸膜過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律不發(fā)生改變,因此實(shí)現(xiàn)釘齒與卸膜板之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng),即釘齒向內(nèi)縮回形成主動(dòng)卸膜動(dòng)作。與此同時(shí),位于卸膜鏈上的刮膜板在卸膜區(qū)與釘齒做逆向平行運(yùn)動(dòng),將完成主動(dòng)卸膜動(dòng)作后處于脫落臨界位置的殘膜反向刮刷并向后運(yùn)輸,完成被動(dòng)卸膜過(guò)程。被動(dòng)卸膜過(guò)程進(jìn)行受力分析如圖8所示。

1.卸膜板;2.導(dǎo)向輥;3.卸膜導(dǎo)向板;4.刮膜板1.Unloading film plate;2.Guide roller;3.Unloading film guide plate;4.Film scraper圖7 組合式卸膜裝置Fig.7 Combined film unloading device

圖8 卸膜過(guò)程受力分析Fig.8 Force analysis in the process of unloading film

卸膜時(shí)殘膜主要受釘齒拉力、卸膜板吸附力、重力及刮膜板支持力影響,為使殘膜能夠有效被刮膜板刮卸,則其所受力應(yīng)滿足：

F1≥Gcosβ+F2

(12)

式中,G為殘膜重力(N);F1為刮膜板對(duì)殘膜支持力(N);F2為殘膜所受釘齒拉力、卸膜板吸附力等綜合作用力(N);β為卸膜鏈傾斜角(°)。

為實(shí)現(xiàn)卸膜板與刮膜板的共同卸膜,在卸膜鏈轉(zhuǎn)軸處卸膜板與刮膜板開(kāi)始接觸,此時(shí)可視F1為卸膜板于卸膜鏈旋轉(zhuǎn)軸處離心力,據(jù)文獻(xiàn)[18],刮膜過(guò)程中F2≈3G,為確保刮膜效果,設(shè)F2=4G,則式(12)可轉(zhuǎn)化為：

F1=mω2r

(13)

G=mg

(14)

F1≥mgcosβ+4mg

(15)

(16)

ω=2πn

(17)

式中,ω為卸膜鏈旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)角速度(rad·s-1);n為卸膜鏈旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速(r·min-1);r為卸膜的回轉(zhuǎn)半徑(mm),可視為卸膜鏈旋轉(zhuǎn)軸半徑與刮膜板高度之和。

由式(13)～(17)可知,卸膜鏈轉(zhuǎn)速與刮膜板高度對(duì)于刮膜過(guò)程受力情況有著重要影響,結(jié)合機(jī)具尺寸設(shè)定刮膜板高度為100 mm,同時(shí)結(jié)合預(yù)實(shí)驗(yàn)設(shè)定卸膜鏈轉(zhuǎn)速125～135 r·min-1。

3 田間試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)方案

垂直雙排鏈?zhǔn)綒埬せ厥諜C(jī)的輸送裝置工作性能受多個(gè)因素影響,為驗(yàn)證各因素對(duì)殘膜回收效率的影響關(guān)系,試制了一臺(tái)垂直雙排鏈?zhǔn)綒埬せ厥諜C(jī)物理樣機(jī),在阿克蘇市6團(tuán)雙城鎮(zhèn)進(jìn)行田間試驗(yàn),試驗(yàn)田為粘性土壤,采用一膜四行的棉花種植模式,0～10 cm深度含水率為15%～18%,殘膜厚度為0.01 mm,試驗(yàn)情況如圖9所示。以輸送鏈轉(zhuǎn)速X1、卸膜鏈轉(zhuǎn)速X2、輸送鏈轉(zhuǎn)運(yùn)角度X3為試驗(yàn)因素,以殘膜拾凈率Y1、含雜率Y2為指標(biāo)進(jìn)行Box-Behnken試驗(yàn),試驗(yàn)因素水平編碼如表2所示。

圖9 田間試驗(yàn)Fig.9 Field trials

表2 試驗(yàn)因素及水平Table 2 Test factors and levels

依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 25412-2021《殘地膜回收機(jī)》及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T1227-2019《殘地膜回收機(jī)作業(yè)質(zhì)量》,測(cè)定長(zhǎng)度為100 m,每組數(shù)據(jù)進(jìn)行三次試驗(yàn),對(duì)試驗(yàn)樣品進(jìn)行清洗、晾曬及稱重等環(huán)節(jié),并對(duì)殘膜拾凈率及含雜率進(jìn)行計(jì)算。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

利用Design-Expert軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。由表3可知,垂直雙排鏈?zhǔn)綒埬せ厥諜C(jī)作業(yè)的殘膜拾凈率均值為80.26%,含雜率均值為44.8%。對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行多元回歸擬合分析,得出輸送鏈轉(zhuǎn)速、卸膜鏈轉(zhuǎn)速、輸送鏈轉(zhuǎn)運(yùn)角與拾凈率及含雜率的回歸模型,對(duì)模型進(jìn)行方差分析,結(jié)果如表4所示。

表3 試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Test results

表4 方差分析Table 4 Variance analysis

由表4可知,拾凈率Y1的回歸模型極顯著,其中X1、X2、X3、X1X3、X12對(duì)Y1的影響極顯著,X2X3、X12對(duì)Y1的影響顯著;含雜率Y2的回歸模型極顯著,其中X1、X3、X12、X12、X32對(duì)Y2的影響極顯著,X2、X1X3對(duì)Y2的影響顯著,去除不顯著項(xiàng),得到輸送鏈轉(zhuǎn)速X1、卸膜鏈轉(zhuǎn)速X2、輸送鏈轉(zhuǎn)運(yùn)角度X3對(duì)殘膜拾凈率Y1、含雜率Y2的回歸方程為：

(18)

(19)

3.3 響應(yīng)曲面分析

為直觀分析各因素的交互作用對(duì)于各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響,通過(guò)Design-Expert軟件繪制輸送鏈轉(zhuǎn)速、卸膜鏈轉(zhuǎn)速、輸送鏈轉(zhuǎn)運(yùn)角對(duì)拾凈率及含雜率的響應(yīng)曲面,如圖10所示。

圖10 各因素交互作用對(duì)殘膜回收性能的響應(yīng)曲面Fig.10 Response surface of the interaction of various factors on the performance of residual film recovery

由圖10a可以看出,當(dāng)輸膜鏈轉(zhuǎn)運(yùn)角一定時(shí),隨著輸送鏈轉(zhuǎn)速的增加,殘膜拾凈率先增大后減小,具有顯著的變化趨勢(shì);而隨著輸送鏈轉(zhuǎn)運(yùn)角的增加,殘膜拾凈率緩慢降低。由圖10b可以看出,當(dāng)輸送鏈轉(zhuǎn)運(yùn)角一定時(shí),隨著卸膜鏈轉(zhuǎn)速增加,殘膜拾凈率先增加后減小,變化幅度顯著;而隨著輸送鏈轉(zhuǎn)運(yùn)角的增加,殘膜拾凈率逐漸減小,變化趨勢(shì)緩慢。由圖10c可以看出,當(dāng)輸送鏈轉(zhuǎn)速一定時(shí),隨著輸送鏈轉(zhuǎn)運(yùn)角的增加,含雜率先減小后增加,變化趨勢(shì)顯著;而隨著輸送鏈轉(zhuǎn)運(yùn)角增加,含雜率先減小后增加,變化趨勢(shì)緩慢。

為得到影響垂直雙排鏈?zhǔn)綒埬せ厥諜C(jī)回收性能的最佳參數(shù)組合,以提高拾凈率、降低含雜率為目標(biāo),對(duì)殘膜回收的輸送鏈轉(zhuǎn)速、卸膜鏈轉(zhuǎn)速及輸送鏈轉(zhuǎn)運(yùn)角進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化分析,得到優(yōu)化模型為：

(20)

通過(guò)分析計(jì)算,得到最佳參數(shù)組合為：輸送鏈轉(zhuǎn)速86.08 r·min-1、卸膜鏈轉(zhuǎn)速128.97 r·min-1、輸送鏈轉(zhuǎn)運(yùn)角91.92°,此時(shí)殘膜拾凈率為86.3%,含雜率為36.57%。

3.4 驗(yàn)證試驗(yàn)

為驗(yàn)證優(yōu)化結(jié)果,將最佳參數(shù)組合圓整為輸送鏈轉(zhuǎn)速86 r·min-1、卸膜鏈轉(zhuǎn)速129 r·min-1、輸送鏈轉(zhuǎn)運(yùn)角92°進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果如表5所示,在較優(yōu)參數(shù)組合下的殘膜拾凈率為86.7%,含雜率為35.9%,滿足國(guó)家行業(yè)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

表5 驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果Table 5 Validation test results

4 結(jié) 論

1)設(shè)計(jì)了一種垂直雙排鏈?zhǔn)綒埬せ厥諜C(jī),并對(duì)其輸送裝置進(jìn)行重點(diǎn)研究,介紹了其工作原理,對(duì)輸送裝置關(guān)鍵部件建立力學(xué)模型,對(duì)輸膜和卸膜過(guò)程進(jìn)行力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)分析,得到了影響殘膜回收性能的主要因素。

2)以輸送鏈轉(zhuǎn)速、卸膜鏈轉(zhuǎn)速、輸送鏈轉(zhuǎn)運(yùn)角為試驗(yàn)因素,以殘膜拾凈率及含雜率為試驗(yàn)指標(biāo)進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn),并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化,得到影響殘膜回收性能的最佳工作參數(shù)為輸送鏈轉(zhuǎn)速86.08 r·min-1、卸膜鏈轉(zhuǎn)速128.97 r·min-1、輸送鏈轉(zhuǎn)運(yùn)角91.92°,最優(yōu)參數(shù)組合下殘膜拾凈率為86.3%,含雜率為36.57%。

3)在最優(yōu)組合下進(jìn)行田間驗(yàn)證試驗(yàn),得到垂直雙排鏈?zhǔn)綒埬せ厥諜C(jī)在較優(yōu)參數(shù)組合下殘膜拾凈率為86.7%,含雜率為35.9%,優(yōu)化模型得到的結(jié)果和驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果一致,作業(yè)性能指標(biāo)滿足GB/T 25412-2021《殘地膜回收機(jī)》的技術(shù)要求。