田间残余地膜回收机装置设计.doc

1、目 录1.绪 论 .11.1 选题的意义和目的 .11.2 国内外残余地膜回收装置研究现状 .21.3 残余地膜回收装置设计的现状及存在的问题 .22.设计方案的选择 .32.1 机组类型的选择 .32.2 悬挂部位的选择 .32.3.工作方式的选择 .33.机构设计原理及计算 .43.1 滚筒的设计 .43.2 凸轮盘机构 .43.3 伸缩齿的设计 .63.4 刮板与集膜箱的设计 .73.5 弹簧的设计 .73.6 轴的设计 .83.7 滚筒端盖的设计 .93.8 刮板支架的设计 .94 .设计总结 .11致 谢 .12参考文献 .13塔里木大学毕业设计11.绪 论1.1 选题的意义和目的地

2、膜覆盖技术自二十世纪 70 年代引入我国以来，以其保温、保墒、保土、增产等显著特点，给农业生产带来巨大经济效益，称之为农业中的“白色革命”。地膜覆盖栽培技术于二十世纪 80 年代初应用到我国及我区大田农业生产，至今已有近 30 年历史，该技术在我区得到大面积的推广。从最初的棉花、玉米，到番茄、甜菜、瓜类、蔬菜等农作物已经有 20 余种作物在种植栽培上使用地膜， 这说明这一技术有着广泛的适用性。但是地膜覆盖技术在带来显著经济效益的同时，也使土地遭到严重的白色污染，已成为当前维护农业生态环境， 促进农业可持续发展所亟待解决的问题。残膜危害有三：一是土壤播种时，播种机点播器入土时，土壤中的残膜易堵塞

3、鸭嘴，若不能及时发现会造成大段空穴；二是土壤中残存的地膜会形成阻+隔层，阻碍作物对水分和养分的吸收，导致种子不能发芽或扎不下根而死亡；三是大量残膜在土壤中长期留存，会破坏土壤的团粒结构，易板结。通过科普和各地的宣传，大家都已经知道残膜的危害。因此应用一些实用的技术措施清除这些残膜已经到了刻不容缓的地步。目前我们已经引进、研制开发的残膜回收机械化技术，其重点就是解决残膜污染问题。1.2 国内外残余地膜回收装置研究现状1 国外残膜回收机发展现状残膜回收处理是世界各国面临的一个棘手问题。英国和前苏联主要是采用悬挂式收膜机, 工作时松土铲将压膜土耕松, 然后将残膜收卷到羊皮网或金属网上。收下的膜清洗干

4、净卷好备用。日本的土壤主要是火山灰土, 土质疏松, 而且地膜强度大、覆盖期相对短( 1.53 个月) , 清除时可保持较大片块, 利于收膜。以色列是研究残膜回收机起步较早的国家之一, 利用收卷机来回收残膜, 效果较好。以色列所用地膜较厚强度高, 铺膜主要用于帮助种子发芽出苗期的保墒保温, 作物出苗后即开始收膜, 地膜在田间停留时间较短, 有足够的强度保证收卷时不会破碎,易于整膜回收利用。欧美国家为防止残膜污染危害, 一方面推广使用高强度、耐老化地膜, 可以连续使用23 年。采用收卷式回收地膜。另一方面, 积极开发研制新型地膜, 如可降解地膜, 使残膜经一定时期自动分解成无害物质混入土壤。2 国

5、内残膜回收机发展现状国内残膜回收机具按照残膜回收时间分为: 苗期揭膜机械、秋后残膜回收机械、播前残膜回收机械等类型。苗期揭膜是在浇头水前揭去地膜, 此时揭膜容易, 且有利于中耕和施肥。但不适于滴灌的地块。秋后残膜回收机械研制难度较大, 由于机械或人为作用地膜破损比较严重, 地膜上有15 cm 的土层, 膜下土壤板结, 易造成捡拾机构的损坏, 棉秆阻碍残膜的捡拾, 此外北疆棉花收获后到封冻的时间较短, 这些都是秋后机械回收残膜的不利因素。播前残膜回收因开春时气候多变、机力紧张、时间短, 此时回收残膜也具有一定难度。国内目前比较典型的残膜回收机：( 1) 新疆农科院农机化所研制的4JSM- 180

6、0棉杆还田及残膜回收联合作业机。该机由茎秆粉碎机和地膜回收机两部分组成, 能一次完成茎秆粉碎和地膜回收两项作业, 在回收棉田中残留地膜的同时, 可将棉秆粉碎还田, 并均匀地洒落在田间, 残膜被机械回收后堆在田间, 便于运走。但结构复杂, 价格偏高。( 2) 新疆昌吉州农机化技术推广站研制的4MBQX- 1.5( 3.0) 型棉花拔秆清膜旋耕机集棉花拔秆机、残膜清除回收机和旋耕机于一体,该机具棉秆拔净率达95以上, 残膜回收率达85以上, 棉秆堆放距离1215 m, 具有整机结构简单紧凑、工作性能可靠、生产率高、适应性较强等优点, 但收集后的棉杆与膜混合在一起, 难以再利用, 且运输量大, 因此

7、农民将其焚烧, 造成环境污染。( 3) 播前地表残膜回收机。目前应用最多,工作原理是弹齿搂膜, 弹齿入土深度为35 cm, 将残膜搂集成堆, 人工捡拾。该机结构简单, 造价低, 但拾净率低, 只能回收表层和较浅层的薄膜。1.3 残余地膜回收装置设计的现状及存在的问题目前国内残余地膜回收装置主要有两种形式:一是采用搂膜机构将残膜搂集起来；二是采用滚筒上的伸缩齿杆将残余地膜扎起进行收集.耕前收膜其作物的秸秆对残膜回收影响很大;由于机械或人为作用,地膜极易破损,加之老化使地膜强度下降;此外北方地区棉花收获后到封冻的时间较短,这些都是耕前收膜机械作业的不利因素,难度较大。当然,耕前收膜应采用秸秆粉碎还

8、田和残膜回收联合作业方式,使两项作业一次完成,既减少了作业费用又节约了时间。耕前收膜有利于作物生长塔里木大学毕业设计2期的保墒,减少水分蒸发,节约用水。由于耕前收膜时,地膜较碎,难以拣拾,一般其拣拾杆齿不得不排列较密,以提高其拣拾残膜能力;同时,耕前残膜回收机具多为联合作业。因此,此类机具的结构较复杂,重量较大,与其配套的国内目前绝大多数的中型轮式拖拉机,均显动力储备不足。当前的清膜滚筒多显过于复杂笨重,维修、保养、清理极为困难,尤其是清膜杆齿由于是焊接的,一旦有一根杆齿工作时被硬物碰弯,而无法及时维修或者更换被损零件,将会影响其本组部件正常工作,进而导致整个滚筒全部停止工作,整个机组返回工厂

9、。目前,耕前残膜回收机基本采用伸缩杆滚筒式清膜工作部件,其中收膜杆齿为固定直齿进行往复式伸缩捡膜与脱模.残膜回收机关键工作部件缺乏深入理论研究,仅靠每年的农时作业试验验证,研究期较长,缺乏理论研究成果指导。例如,根据耕前残膜的物理特性和田间物料特性,适宜采用伸缩挑膜齿挑膜滚筒来回收耕前残膜。国内现有机具均采用此机构并已开发出不同结构的挑膜滚筒,基本原理是偏心轴直杆式挑膜滚筒,由滚筒壁上固定的球铰带动挑膜杆工作。通过对此机构工作原理和实际使用情况进行研究和分析,认为该机构存在三个主要问题:挑膜杆挑膜时没有主动力,挑膜性能差;直形挑膜杆稍有变形将无法在孔眼中伸缩活动,滚筒将无法继续工作。所以要求杆

10、齿具有较好的刚性, 对土壤适应强，还需解决残膜的回收。所以应设计出适合的伸缩结构并针对残膜的易破、易损性设计出合理的褪膜机构.2.设计方案的选择2.1 机组类型的选择1.牵引式 ：农机具与拖拉机间单点挂接，拖拉机的挂接装置对农机具只起牵引作用，在工作和运输时，农机具重量均由本身的轮子承受。机组稳定性好，对不平地面适应性强。但是地头转弯半径大、机动性能很差，金属消耗量大。2.悬挂式：农机具悬挂在拖拉机悬挂装置上，通过三点悬挂机械连接，靠拖拉机的液压提升机构升降，运输时，机具全部重量有拖拉机承受。工作时，拖拉机承受部分农机具重量和耕作阻力，改善了拖拉机的牵引性能，重量轻、结构紧凑、机动性好、效率高

11、。但对宽幅机具的稳定性和对地表的适应性差。机具重量受拖拉机液压提升能力、操向性和稳定性的限制。3.半悬挂式：半悬挂是悬挂的基础上发展起来的新机型。农机具通过悬挂架与拖拉机的上、下杆铰接，或单独与两个下拉杆铰接。并设有支撑轮及尾轮，在运输时承受农机具的部分重量。半悬挂机具比牵引式结构简单，重量轻，机动性能好：与悬挂式相比，幅宽大，机具纵向稳定性好。考察以上三种牵引方式，不难看出半悬挂式比较容易满足作业要求，但由于其工作原理特殊性，设置尾轮会使整个机构复杂化，影响其成本偏高所以选择悬挂式。2.2 悬挂部位的选择1.前悬挂：农机具配置在拖拉机正前方，拖拉机走在已工作过的地面上，虽然视野好，但是肯定会

12、大大影响深松效果。一般使用于谷物收获机械，有可能使前轮负荷过大，转向费力或轮胎超载。2.后悬挂：农机具配置在拖拉机驱动轮后部。3.轴间悬挂：农机具配置在拖拉机前、后轴之间，便于观察作业情况。但装卸费事，农具和拖拉机成套使用，在通用的农业拖拉机上难以布置，配套性差。4.偏悬挂：农机具配置在拖拉机侧面：视野好，但是横向稳定性差，机组需要承受一个偏转的阻力矩，故不宜佩带较重的机具作业。2.3.工作方式的选择1. 采用弧型摆动式挑膜齿残膜回收滚筒。该滚筒可使摆动式挑膜齿组随其摆杆绕摆动中心摆动,使挑膜齿组按圆弧方向进行伸缩,实现挑膜齿的伸出挑膜和缩回脱膜的功能。与此同时,将传统的扒膜直杆改为具有主动挑

13、膜功能的弧形齿。提高伸缩挑膜齿对残膜的捡拾能力,满足了对土壤地表及表层下5cm 耕作层内残膜的捡拾要求。采用了可更换挑膜齿的残膜清理用挑膜齿组。是提供一种用于摆动式挑膜齿残膜清理滚筒的可更换挑膜齿的挑膜齿组。一旦某个挑膜齿在工作中变形,只需要更换变形的挑膜齿即可。当滚筒工作时遇到石头或者其他硬物造成挑膜齿变形,滚筒无法继续正常工作时。打开滚筒上的维修孔,松开形挑膜齿的锁紧螺母和紧定螺钉,将变形的挑膜齿从挑膜齿横梁上旋下,换上新的挑膜齿,重新拧紧紧定螺钉和锁紧螺母,盖上维修孔即可完成挑膜齿的更换工作。但其工作要求只能是表面或土壤以下5厘米的深度满足不了更深点地层残余地膜的回收。2. 采用搂膜机构

14、回收残膜。悬挂式残膜回收机结构简单,制造成本低,动力由拖拉机直接输出,可以一次完成棉秆粉碎还田和耧起残膜的作业,但在使用过程中发现该机组存在后排耧膜齿入土深度塔里木大学毕业设计3浅,且有漏膜的现象。经过多次的讨论和研究，确定残余地膜回收装置的设计方案为；直齿伸缩挑膜机构、滚筒机构、凸轮盘轨道机构、刮板集膜箱机构、机架等机构组成。总装图如下： 109812345671、机架 2、集膜箱 3、刮板 4、刮板支架 5、伸缩齿杆 6、凸轮盘轨道 7、滚筒 8、连杆 9、防齿入脱机构 10、轴 11、滚筒端盖图 2-1 总装图示意图工作原理及过程：动力源拖拉机连接机架，牵引机具向前工作，依靠牵引动力带动

15、滚筒向前做滚动轴和凸轮盘机构不转动滚筒依靠牵引力和滚筒壁摩擦以及齿杆的纵向力保持滚筒的向前滚动力，伸缩齿扎入土壤中，将土壤中和地表的残余地膜扎起，齿杆通过走凸轮盘机构在滚筒的上方由于弹簧弹力开始相回收缩直至完全缩入滚筒内，齿杆缩入的过程开始脱膜在完全缩入端有刮板将推出的残膜挂挡。顺其向下掉，最后掉入集膜箱内。然后齿杆开始通过凸轮盘开时相外伸出直至完全伸出，通过滚筒的滚动开始继续扎膜。3.机构设计原理及计算3.1 滚筒的设计 滚筒连接轴 由拖拉机牵引向前滚动，并驱动伸缩齿工作，启动需动力牵引机架连接轴驱动，动力消耗少。设计要求工作幅宽：1.5M工作密度：齿间距*齿行距齿间距=滚筒周长/齿数（3-

16、mD3.2091/8*4.3121）.095d材料的选择：考虑滚筒所要承受的承载力所以要选择比一般的材料硬度高些抗拉强度也要高些 ，和经济实用性。材料应选择 HT250.3.2 凸轮盘机构现如今残余地膜回收的装置主要有搂膜机构和齿杆扎膜机构，齿杆扎膜机构工作效果比较好可以回收土壤中的残余地膜拾尽率高等.经查阅资料伸缩齿杆通过滚筒实现扎膜与退膜，齿杆伸缩是通过齿杆走凸轮盘机构和弹簧实现的，其图如下所示塔里木大学毕业设计421图 3-1 偏心轮1：滚筒 2：两圆轨道交界处 盘如图 3-1：其过程为，当齿杆走在 2 凸轮偏心机构最下方时是齿杆伸出 1 滚筒的最长时 。由于是凸轮偏心机构则 齿杆继续走

17、时齿杆已经开始慢慢向回收。而此时杆齿还处于滚筒下方 很容易造成残膜的脱落.而影响捡拾效果。所以我自己认为退膜的过程应在滚筒的上方进行，同时利于残膜的回收应设计同心凸轮盘机构，如下图CBR40 R250A图 3-2 同心轮 A:伸缩齿开始向内收缩处 B:伸缩齿伸出最短处 C:伸缩齿开始伸出最长处 其过程为：当齿杆走在 C 处之时齿杆伸出滚筒处最长，然后开始一直走满圆直至到 A 处，所以这段过程齿杆一直处最长，避免了残余地膜的掉落到 A 处时，齿杆开始走凸轮部分开始向滚筒内伸缩。所涉及的计算如下凸轮盘轨道由两圆形轨道合成（3-mR2501塔里木大学毕业设计52）（3-mR4023）此为中心线型半径

18、 即为齿杆根部运动轨迹半径 R2 轨道半径中心为轨道壁外圆其半径为（3-mR2704）R2 圆心 R1 的距离为（3-5）RD20571（3-m1742026）则 R2 轨道与圆心的距离最近为 170mm因为凸轮盘轨道 R1 与 R2 离圆心最近的距离只差便为齿杆伸出滚筒外最长距离则齿杆伸出滚筒最远距离为（3-R801725017）因为齿杆根部运动轨迹为凸轮盘轨道运动轨迹其轨迹如下其最近处与圆心角度为 30 度。设滚筒圆心为（0，0）则 R2 圆心为X= (3-8)27315Siny= (3-9)027Cos所以 R2 圆心为（ 135，- ）运动方程为(3-10)2222250137040x

19、yy轨迹运功图形如下 圆 轮 处 凸 轮 部 分图 3-3 轨迹运动图凸轮盘轨道材料的选择要优于一般材料，所以选择 Q2353.3 伸缩齿的设计伸缩齿是捡拾残余地膜的部件，靠伸缩尺扎起地膜进行捡拾因为要伸入土壤内，土壤中若含有十块或其他坚固杂物时，会使伸缩齿顶弯.导致无法进行正常工作所以设计材料的强度要高，所以要选择 Q235.伸缩齿杆分主动齿杆，与从动齿杆。滚筒推动齿杆向前滚动齿杆受主动齿杆在凸轮盘上的轨塔里木大学毕业设计6道和弹簧来控制齿杆的伸缩，当主动齿杆走凸轮盘同心圆部分时，此时是满齿，齿杆以最长长度伸出滚筒 .当齿杆在凸轮盘异心盘轨道上时，此时齿杆开始向滚筒内伸缩，这是退膜的过程。由

20、于凸轮盘轨道是由一同心圆与另一异心圆合成所以当齿杆走到异心圆轨道的一半时，此时都是齿杆的收缩过程，在中点时齿杆完全所入滚筒内，此时残膜完全退出褪出当齿杆继续滚筒个继续滚动时齿杆开始向外伸出，再走一半齿杆完全伸出，此时开始走满齿，当吃杆在最下方时齿杆开始扎膜，继续进行扎膜退膜的过程。其图如下所示图 3-4 退膜过程示意图齿杆总长为 m5.247齿杆伸出滚筒外最长为 (3-11)m805.17240. 3.4 刮板与集膜箱的设计残膜回收机械收集残膜的方式有毛刷式、刮板式、疏导齿式等机构。经分析刮板式比较适合此种方式。刮板由刮板支架固定在机架上刮板紧密的与滚筒贴合，当齿杆完全缩入滚筒内时，刮板正处于

21、此滚筒位置使得，齿杆缩入时残膜推掉入刮板上，然后顺着刮板向下调入集膜箱内，达到收集残膜的目的，所以要求刮板表面光滑.为了使滚筒与刮板贴近的贴合且不会碰到滚筒壁 。造成干摩擦所以应设计成楔形的如下所示塔里木大学毕业设计7图 3-5 集膜箱与刮板楔形机构3.5 弹簧的设计弹簧材料选用碳素弹簧钢，含碳量在 0.6%至 0.9%之间，如 65、70、85 等碳素弹簧钢。这类钢廉价易得，热处理后具有较高的强度、适宜的韧性和塑性。根据滚筒半径和凸轮半径可计算出弹簧压缩量最大时弹簧的长度 mL5.127.25041 (3-12)由图上测量可知，弹簧最长时长为m2 (3-13)所以弹簧的最大压缩量为 5.97

22、.5 (3-14)此弹簧材料选用碳素弹簧钢丝 65Mn 材料 B 级，由资料知其许用切应力 MPa45根据伸缩齿的尺寸和套筒大小设定弹簧内经 ，弹簧圈数mD210nKCdF82(3-15)d21265.041dDdF21212448塔里木大学毕业设计8mGdnDFC5.972813(3-16)式中，G 为弹簧材料的切变模量，钢： MPa410*8解得m2. (3-17) 3.6 轴的设计根据所选轴承和键可以算出来和轴承配合的周的直径，根据设计和安装的要求轴的尺寸应为： 轴长:1709.8 , 轴肩的高度为 2mm 图如下所示图 3-6 轴为了防止轴上零件受力时发生沿轴向或周向的相对轴的材料：轴

23、的材料主要是碳刚和合金刚。由于碳刚比合金刚价格便宜，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学热处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，所以本设计采用 45 号刚作为轴的材料。调制处理。轴上零件的定位运动:轴上零件除了有游动或空转的要求者外，都必须进行轴向和周向定位，以保证其准确的工作位置。轴的校核按扭转强度计算，用于只承受转矩的传动轴的精确计算，也可用于既受弯矩又受扭矩的轴的计算。其强度条件为： (3-18)MPandWT362.0159式中： 为轴的扭切应力， ； 为转矩， ； 为抗扭截面系数， ；对圆PamNTW3m截面 ； 为传递的功率， ； 为轴的转速， ； 为轴的直径，332.0

24、16dWTkin/rd； 为许用扭切应力， ；由于轴的选材为 45 号钢，所以查表可知 45 号钢的许用扭切mM应力为 .pa4残膜回收机在工作过程中，需要拖拉机牵引机具克服摩擦力前进。已知拖拉机整机重量为300kg.工作速度为 5km/h.经查资料得机具在土壤中工作的摩擦系数为 1.2，机具的摩擦力为 塔里木大学毕业设计9,滚筒转速Nf3601*2. srn/5.08*6.3所以机具工作的功率(3-19)kWFVP5./轴的直径 (3-20)3362.019nPd= 365.0.= m3所以轴的最小直径不得低于 30 mm.选用最小直径为 36mm 的轴。经校核设计的轴符合要求， ，可以正常工作。根据轴的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图，如图下图所示 3-7 3.7 滚筒端盖的设计滚筒端盖起到支撑滚筒并且连接轴的目的，所以并且能够防止尘土及杂质调入到滚筒内的目的.滚筒端盖设计如下图图 3-7 滚筒端盖3.8 刮板支架的设计由于刮板与滚筒的贴合紧密，所以需要有很好的支架来固定刮板 ，使刮板能保持贴合紧密的配合.由于机架与轴与刮板都属固定连接，所以将刮板支架连接在机架上。其图如