残膜回收机的输送机构设计与研究

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　　摘要：随着覆膜种植模式的大面积推广，塑料地膜的使用量迅速增加，残留地膜逐年快速增加，污染土壤，污染环境。为了解决这一问题，残膜回收机的研发与应用应运而生。本文着重研究针对东北垄作玉米区“大垄双行”种植模式下残膜回收机的输送机构的设计与研究。
　　关键词：地膜残留;回收;输送;机构;设计与研究
　　中图分类号：S22
　　文献标识码：A
　　DOI：10.19754/j.nyyjs.20200215017
　　收稿日期：2019-10-17
　　作者简介：许光明（1975-），男，本科，副研究员。研究方向：残膜回收;通讯作者曹文龙（1964-），本科，研究员。研究方向：残膜回收。
　　引言
　　我国是当今世界上覆膜面积最大的国家，覆膜技术广泛应用于全国各个地区，仅吉林省已经推广了66万hm2，促进了粮食增产，农民增收，调动农民的生产积极性，在增产增收的同时，地膜回收率普遍很低，造成了严重的环境污染问题。目前，我国棉花、玉米等农作物主产区的平均地膜残留量已高达约200kg/hm2 ，残膜污染治理已进入关键时期。机械化残膜回收技术作为残膜污染治理的重要手段，受到了广泛重视和推广。
　　覆膜技术带来农作物增产的同时也导致了严重的土质恶化和环境破坏。
　　1 残膜回收机的输送结构发展现状
　　我国研究残膜回收机已经有30多年的历史，研究开发了十几种机型，在输送部分主要有以下几种形式：皮带输送式、伸缩杆捡拾输送式、弹齿式输送方式、链式输送方式等。
　　现有的残膜回收机输送方式，存在分离效果不好，输送效率低，设计过于复杂，耗能大，受种植模式、种植地区、作物种类限制等问题，尤其对于东北玉米覆膜地区，在残膜回收过程输送分离非常困难。因此亟需解决这一影响残膜回收机作业效率和效果的突出问题。
　　2 影响输送的主要因素
　　2.1 残膜回收机的工作原理
　　残膜回收机其结构简图如图1，残膜回收机工作原理及工作过程为：残膜回收机利用拖拉机的三点悬挂装置悬挂于拖拉机的后部，由拖拉机后动力输出轴作为动力，经由变速箱输出轴经传动装置带动输送带运转，向分离滚筒输送物料，同时带动分离滚筒转动进行分离作业，分离后的残膜根茬向后输送至集膜筐内，完成收膜。
　　2.2 输送的物料特性
　　在收膜的整个工作过程中，输送过程和分离过程是主要工作环节，而输送环节又决定着分离滚筒的工作效率和效果。所以输送环节很关键，在这个环节，主要考虑2个问题：正常的运输能力;能对物料进行正常初步分离，分离出一部分泥土，减轻物料重量，便于输送。
　　东北地区作为世界三大黑土地分布带之一，土壤肥沃，有机质含量高，土質疏松、最适宜耕作，是世界闻名的黄金玉米带，出产玉米籽粒饱满、品质好、产量高。玉米的根系特别发达，牢牢地固定在土壤里，根茬和土紧紧裹在一起，导致根茬附近的残膜和玉米气生根缠绕在一起，如图2、图3所示。
　　从图2、图3可以看出东北覆膜地的作业环境十分复杂，大量玉米茎叶、根茬、残膜、土混杂在一起，给输送分离带来极大的困难。
　　3 输送机构的结构设计
　　鉴于物料的特性，设计组经过几轮的讨论和设计，最终选择了以下方案;采用杆条式输送带作为输送和预分离部件，由主动轴、输送杆条、张紧轮和被动轴组成，输送杆条由杆条、皮带连接在一起组成。该机构具有较强的输送性能，结构简单，并在倾角达40°左右时也能正常工作。具体结构见图4。
　　杆条式输送带通过依靠固定在主动轴上和从动轴上的驱动轮来带动。输送带由直径为12mm的圆钢，按一定间距固定在宽为60mm的皮带上，为加强对根茬、土块的破碎和预分离作用，在皮带下面安装有张紧轮，使输送带工作面在工作时平稳，不产生打滑、不同步等现象。
　　4 输送机构关键参数的确定
　　4.1 输送量
　　可根据经验公式Q=Bhvγφk（kg/m3）来确定
　　B—杆条宽度
　　h—物料平均高度
　　v—输送带线速度
　　γ—物料的单位容积的质量
　　φ—充满系数
　　k—倾斜系数
　　所以B=1m，h=0.05m，v=1.4m/s，γ=1.4×103，φ=0.85，k=0.4
　　Q=Bhvγφk=1×0.05×1.4×1.4×103×0.85×0.4=33.32（kg/s）
　　4.2 线速度
　　输送带线速度的确定。输送带的线速度是影响运输量和预分离率的主要因素。考虑到输送物料的特性、输送带长度、运动特性（加速度）、整机的尺寸等因素造成的问题，为了保证正常传送，输送带工作时的线速度V应略大于机具的前进速度，机器工作时的速度为V0=1.2m/s，V=λV0（λ的取值为0.9～2.4），文中选定的分离输送器线速度约为V=1.4m/s。经过试验符合要求。
　　4.3 输送带传动系统主要参数
　　4.3.1 传动比
　　拖拉机动力输出轴的工作转速为540r/min转左右时，满足挑膜要求的滚筒转速在70～90r/min左右，故总减速比为：
　　为保证机具的紧凑，本机采用两级传动，第1级转速较高，采用齿轮传动，第2级采用链传动。
　　4.3.2 传动齿轮的计算
　　机具在工作时的冲击载荷较大，故选用齿轮模数4mm，保证齿轮齿廓具有较高的强度。
　　选定小齿轮齿数 z1=17，大齿轮齿数 z2=24，压力角α=20
　　则传动比：i12=n1n2=Z2Z1≈1.41
　　故分度圆直径 d1=17×4=68mm，d2=24×4=96mm
　　4.3.3 链传动的计算
　　选用12A双排滚子链，节距p=19.05mm，排距pt=22.78mm
　　小链轮齿数z3=15，大链轮齿数z4=27
　　传动比：i34=2715=1.8
　　分度圆直径：d3=p/sin180°z3=25.05/sin180°15≈91.63mm
　　d4=p/sin180°z4=25.05/sin180°27≈164.09mm
　　小链轮齿数z5=15，大链轮齿数z6=27
　　I56=2715≈1.8
　　总传动比i14=i12·i34·i56=1.41×1.8×1.8≈5，与理论传动比接近，实际试验效果较好。
　　5 研究结论
　　经过设计、加工、试验，该套输送机构满足东北垄作玉米“大垄双行”种植模式的残膜回收机的输送和预分离的技术要求，生产成本低;以拖拉机为动力，动力来源广泛;结构合理、可靠，调整、维护方便;性价比高，达到了设计要求。
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　　（责任编辑 周康）
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