謝建華，唐 煒，曹肆林,2，韓英杰，張 毅，楊豫新，李開杰

齒鏈復合式殘膜回收機設計與試驗

謝建華1，唐 煒1，曹肆林1,2，韓英杰1，張 毅1，楊豫新1，李開杰1

（1. 新疆農(nóng)業(yè)大學機電工程學院，烏魯木齊 830052；2.新疆農(nóng)墾科學院機械裝備研究所，石河子 832000）

針對擺桿驅(qū)動式殘膜回收機拾膜機構(gòu)漏撿、卸膜機構(gòu)回帶地膜等問題，該文設計了一種齒鏈復合式殘膜回收機。為了提高殘膜回收率，該機具采用齒鏈式拾膜機構(gòu)和桿齒式拾膜機構(gòu)配合拾膜，并采用固定刮板式卸膜機構(gòu)卸膜。為確保機具的可靠性，通過對拾膜、卸膜機構(gòu)工作機理和動力學分析，獲得拾膜機構(gòu)運動軌跡和方程，確定了實現(xiàn)殘膜撿拾、輸送和脫卸的條件。以機具行進速度、拾膜齒入土深度、齒鏈式拾膜機構(gòu)與桿齒式拾膜機構(gòu)轉(zhuǎn)速比（速比）為試驗因素，拾膜率和纏膜率為響應值，進行了三因素三水平響應面試驗，得到各因素的響應面模型，分析了各因素對作業(yè)效果的影響，并對各因素進行優(yōu)化。結(jié)果表明，試驗因素對拾膜率的影響大小順序為：速比>機具行進速度>拾膜齒入土深度；對纏膜率的影響大小順序為：機具行進速度>拾膜齒入土深度>速比。以優(yōu)化后的結(jié)果進行驗證試驗，結(jié)果表明，當機具行進速度0.9 m/s，拾膜齒入土深度42 mm，速比0.6時作業(yè)效果最佳，拾膜率87.2%，纏膜率1.6%，拾膜率與理論優(yōu)化值相差1.3%，纏膜率與理論優(yōu)化值相差6.3%，誤差較小，優(yōu)化模型可靠，研究結(jié)果可為齒鏈復合式殘膜回收機最佳工作參數(shù)的選擇提供參考。

農(nóng)業(yè)機械；設計；試驗；殘膜回收；桿齒；齒鏈；參數(shù)優(yōu)化

0 引 言

由于地膜覆蓋技術(shù)具有保墑、增溫、抑制雜草生長等作用，自引入中國以來便得到大面積推廣使用[1-4]，但這也造成了大量的地膜殘留[5-7]。國外通常使用抗拉強度較大的厚地膜，回收后的地膜也便于二次利用，因此回收機構(gòu)相對簡單[8-9]。國內(nèi)使用的大多為在自然環(huán)境中難以降解的聚乙烯農(nóng)膜，回收困難[10-15]。國內(nèi)許多學者也針對此問題研發(fā)了各式殘膜回收機具[16-21]。張琴等[22]設計了一種通過起膜鏟鏟起膜土混合物，并通過錐形挑卷膜機構(gòu)完成殘膜收集的殘膜回收機，但殘膜纏繞在起膜齒和卷膜輥上，需要人工卸膜。穆道歡等[23]設計了一種通過彈性力完成殘膜脫卸的殘膜回收機，該機結(jié)構(gòu)簡單，但依賴撿拾機構(gòu)的彈性力卸膜，殘膜脫卸不徹底。閆盼盼等[24]設計了一種彈齒鏈耙式殘膜回收機，但拾膜齒與地面接觸不充分，容易造成漏撿，影響最終殘膜回收率。

課題組前期通過擺桿驅(qū)動式殘膜回收機的臺架試驗，確定了拾膜、卸膜機構(gòu)的最佳結(jié)構(gòu)和工作參數(shù)[25-27]。采用臺架試驗得到的相關(guān)參數(shù)加工整機，并于2018年7月在新疆兵團石河子市的試驗地進行田間試驗，試驗發(fā)現(xiàn)：雖然擺桿驅(qū)動式殘膜回收機在臺架試驗時具有較好的試驗效果，但對于實際田間環(huán)境的適應性較差，在工作過程中容易漏撿，長時間作業(yè)會導致卸膜齒彎曲變形，且存在一定程度的回帶地膜情況。針對這些問題，并結(jié)合實際田間作業(yè)情況，在擺桿驅(qū)動式殘膜回收機的基礎之上，改進設計了齒鏈復合式殘膜回收機，增加二次拾膜機構(gòu)，并將卸膜桿齒卸膜改為柔性橡膠刮板刮膜。本文基于對拾膜、卸膜機構(gòu)工作機理和動力學分析，確定了實現(xiàn)殘膜撿拾、輸送和脫卸的條件；運用Design-Expert軟件，采用三因素三水平響應面試驗分析了各因素對試驗指標的影響，利用二次回歸模型優(yōu)化得到機具的最佳工作參數(shù)，并進行試驗驗證。

1 整機結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 整機結(jié)構(gòu)

齒鏈復合式殘膜回收機的工作部件主要包括桿齒式拾膜機構(gòu)、齒鏈式拾膜機構(gòu)和刮板式卸膜機構(gòu)3大部分。主要是由機架、集膜箱、桿齒式拾膜機構(gòu)、地輪、齒輪換向機構(gòu)、鏈傳動機構(gòu)、齒鏈式拾膜機構(gòu)、限深輪和刮板式卸膜機構(gòu)組成，整機結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.機架 2.集膜箱 3.桿齒式拾膜機構(gòu) 4.地輪 5.齒輪換向機構(gòu) 6.鏈傳動機構(gòu) 7.齒鏈式拾膜機構(gòu) 8.刮板式卸膜機構(gòu) 9.限深輪

1.2 工作原理

機具工作時，由拖拉機牽引，帶動地輪轉(zhuǎn)動，由地輪通過鏈傳動帶動齒輪換向機構(gòu)轉(zhuǎn)動，再傳遞給桿齒式拾膜機構(gòu)，桿齒式拾膜機構(gòu)通過鏈傳動帶動齒鏈式拾膜機構(gòu)轉(zhuǎn)動。機具前進時，先由齒鏈式拾膜機構(gòu)對地面的殘膜進行一次拾膜，殘膜經(jīng)刮板式卸膜機構(gòu)被卸進集膜箱；地面經(jīng)齒鏈式拾膜機構(gòu)撿拾后，還會存在一部分的地膜殘留，再經(jīng)桿齒式拾膜機構(gòu)進行二次拾膜，撿拾起來的殘膜經(jīng)齒鏈式拾膜機構(gòu)上的彈齒刮捋、輸送，最后經(jīng)刮板式卸膜機構(gòu)卸進集膜箱。機具在工作時共完成2次拾膜及多次卸膜。

1.3 主要技術(shù)參數(shù)

齒鏈復合式殘膜回收機的主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 齒鏈復合式殘膜回收機主要參數(shù)

2 主要部件設計

2.1 拾膜機構(gòu)

2.1.1 齒鏈式拾膜機構(gòu)

齒鏈式拾膜機構(gòu)作為機具的關(guān)鍵部件，其作業(yè)效果及可靠性直接影響到殘膜回收機的工作性能。如圖2a所示，齒鏈式拾膜機構(gòu)主要由固定板、彈齒、彈齒軸和傳動鏈組成。如圖2b所示，根據(jù)新疆地區(qū)一膜四行機采棉種植模式（660 mm+100 mm），在每一根彈齒軸上均勻分布7組彈齒，相鄰彈齒中心距167 mm，共設置10根彈齒軸，相鄰彈齒軸間距144 mm。彈齒軸通過帶座軸承和固定板與機架連接，與機架成45°傾角，由鏈條帶動旋轉(zhuǎn)。

1.機架 2.固定板 3.彈齒 4.彈齒軸 5.傳動鏈 6.作物植株

2.1.2 桿齒式拾膜機構(gòu)

桿齒式拾膜機構(gòu)如圖3所示，主要由拾膜齒、滾子、曲柄、拾膜齒軸、主軸、滑道和固定外殼組成。為了使每一組桿齒式拾膜機構(gòu)的彈齒與齒鏈式拾膜機構(gòu)的彈齒相匹配，實現(xiàn)殘膜的刮捋，同樣在每根拾膜齒軸上等距排列7組拾膜齒，共設置4根拾膜齒軸。機具前進時，地輪通過鏈傳動傳遞動力給桿齒式拾膜機構(gòu)，在滑道的作用下，拾膜齒完成入土、挑膜、升運。

1.拾膜齒 2.滾子 3.曲柄 4.拾膜齒軸 5.主軸 6.滑道 7.固定外殼

齒鏈式拾膜機構(gòu)和桿齒式拾膜機構(gòu)采用間隔和結(jié)構(gòu)相同的彈齒，如圖4所示。彈齒材料為55SiMnVB，彈齒直徑為5 mm，彈齒齒間間距為72 mm，齒鏈式拾膜機構(gòu)的彈齒軸心距齒尖距離為150 mm，桿齒式拾膜機構(gòu)的彈齒軸心距齒尖距離為230 mm。

注：L1為彈齒齒間距離，mm；L2為彈齒軸心距齒尖距離，mm；d為彈齒直徑，mm。

2.2 卸膜機構(gòu)

刮板式卸膜機構(gòu)如圖5所示，主要包括機架前橫梁、支撐架和橡膠刮板。為了避免拾膜彈齒與卸膜機構(gòu)碰撞，從而引起卸膜機構(gòu)產(chǎn)生永久變形，影響后續(xù)繼續(xù)卸膜，卸膜板采用柔性橡膠刮板，刮板上設置寬度為8 mm的條形槽，兩兩與拾膜齒對應，刮板通過支撐架焊接在機架上。如圖5b所示，被拾起的殘膜通過卸膜導板輸送，一部分在自身重力作用下掉進集膜箱，一部分被拾膜齒輸送至卸膜板處，被卸膜板卸下，落入集膜箱，最終完成殘膜的收集。

1.機架前橫梁 2.支撐架 3.橡膠刮板 4.齒鏈式拾膜機構(gòu) 5.輸膜板 6.殘膜 7.集膜箱

2.3 主要部件動力學分析

2.3.1 齒鏈式拾膜機構(gòu)撿拾過程分析

齒鏈式拾膜機構(gòu)作為殘膜回收機主要拾膜機構(gòu)，負責回收大部分殘膜，桿齒式拾膜機構(gòu)作為輔助拾膜機構(gòu)，主要撿拾齒鏈式拾膜機構(gòu)未撿拾干凈的殘膜。機構(gòu)轉(zhuǎn)速對于拾膜效果有重要的影響，轉(zhuǎn)速過快容易將地膜撕碎，難以撿拾，還會造成振動，影響機構(gòu)工作的穩(wěn)定性；而轉(zhuǎn)速過慢，彈齒挑起的殘膜在升運過程中容易脫落。因此，需對拾膜機構(gòu)撿拾過程進行分析，確定拾膜機構(gòu)轉(zhuǎn)速范圍，保證機具正常作業(yè)。

則拾膜齒齒尖的運動方程為

將式（1）對時間求導可得拾膜齒的速度方程為

定義拾膜齒齒尖線速度1與機具行進速比的比值為

圖6 拾膜齒運動分析

Fig.6 Motion analysis of film pickup tooth

為了避免拾膜齒轉(zhuǎn)速過快而影響拾膜效果，只有當<1時，拾膜齒才能發(fā)揮較好的拾膜效果。當拾膜齒挑起殘膜向上輸送的過程中，被挑起殘膜的受力如圖7所示。

彈齒在入土挑起殘膜后，殘膜的受力平衡條件為

要保證殘膜在升運過程中不脫落，彈齒給予殘膜的摩擦力應不小于殘膜所受的離心力，即

式中為被挑起殘膜的瞬時加速度，m/s2；為被挑起殘膜中心的瞬時半徑，m。

根據(jù)課題組前期田間試驗，結(jié)合現(xiàn)有結(jié)構(gòu)參數(shù)，將機具行進速度設定為0.9～1.5 m/s，結(jié)合鏈輪半徑=70 mm，拾膜齒長度=150 mm，初步確定拾膜齒轉(zhuǎn)速為37～66 r/min。

注：G為殘膜重力，N；FN為彈齒對殘膜的支持力，Ν；Ff為殘膜和彈齒間的摩擦力，Ν；Fg為殘膜所受的慣性力，Ν；α為拾膜齒與垂直方向的夾角，(°)；γ為慣性力與支持力間的夾角，(°)。

2.3.2 刮板式卸膜機構(gòu)卸膜過程分析

卸膜過程殘膜的受力如圖8所示，忽略殘膜與彈齒和刮板間的靜電吸附力[28]，殘膜和卸膜刮板相對運動過程中受力平衡條件為

殘膜被刮板式卸膜板卸進集膜箱的條件為

在卸膜過程中，當彈齒經(jīng)過卸膜刮板時，應盡量避免彈齒將殘膜拉扯斷裂及撕裂，因此，彈齒對地膜的作用力應小于地膜的抗拉強度，即

由式（8）和式（9）可知，彈齒瞬時角速度的取值范圍為

式中為彈齒上輸送的經(jīng)過卸膜板的殘膜截面面積，mm2；[]為殘膜的許用拉應力，Pa。

注：為卸膜刮板對殘膜的作用力，Ν；1為彈齒與的夾角，(°)；1為彈齒與的夾角，(°)。

Note:is the force of film unloading scraper on residual film, Ν;1is the angle between the spring tooth and the, (°);1is the angle between the spring tooth and the, (°).

圖8 卸膜過程中殘膜受力分析

Fig.8 Force analysis of residue film during unloading process

3 田間試驗

3.1 試驗條件

為驗證齒鏈復合式殘膜回收機的作業(yè)效果、獲取最優(yōu)作業(yè)參數(shù)，于2019年6月底在石河子市145團進行田間試驗。該試驗地為留茬未耕地，地膜厚度為0.01 mm，與地表土壤粘結(jié)。試驗地為較平坦的壤土，平均土壤緊實度為4 700 kPa，平均土壤含水率為18.9%。試驗選用約翰迪爾404拖拉機提供動力，天馬FA1004型電子天平為殘膜稱質(zhì)量，托普云土壤緊實度儀測量土壤狀況。

3.2 試驗因素的確定及控制方法

根據(jù)前期擺桿驅(qū)動式殘膜回收機的臺架試驗，結(jié)合齒鏈復合式殘膜回收機的結(jié)構(gòu)布置及工作原理，選取以下3個參數(shù)作為試驗因素：機具行進速度（以下簡稱速度）1，拾膜齒入土深度（齒鏈式拾膜機構(gòu)上拾膜齒的入土深度，以下簡稱深度）2，齒鏈式拾膜機構(gòu)與桿齒式拾膜機構(gòu)轉(zhuǎn)速比（以下簡稱速比）3。

1）機具行進速度

拖拉機帶動機具前進時，根據(jù)配套約翰迪爾404拖拉機的行駛速度，由駕駛?cè)藛T通過轉(zhuǎn)換拖拉機檔位和手動控制油門來調(diào)整機具行進速度，根據(jù)前期臺架試驗得到機具最佳作業(yè)速度為1.2 m/s，考慮到實際田間情況有別于試驗臺，因此設置上下0.3 m/s的浮動范圍，速度分別為0.9、1.2、1.5 m/s。

2）拾膜齒入土深度

拾膜齒入土深度的調(diào)節(jié)通過改變機具前端限深輪的高度來實現(xiàn)，拾膜齒入土越深，發(fā)生塑性變形的可能性越大，入土太淺則會造成殘膜撿拾不凈，綜合前期臺架試驗得到的最優(yōu)入土深度為65 mm和田間實際地膜殘留情況，按等距取30、60和90 mm三擋拾膜齒入土深度可調(diào)。

3）齒鏈式拾膜機構(gòu)與桿齒式拾膜機構(gòu)轉(zhuǎn)速比

齒鏈式拾膜機構(gòu)的拾膜齒對于桿齒式拾膜機構(gòu)的拾膜齒具備刮捋功能，故兩拾膜機構(gòu)的轉(zhuǎn)速比對于機具的工作效果有著重要影響。由于動力是經(jīng)鏈傳動由桿齒式拾膜機構(gòu)傳遞給齒鏈式拾膜機構(gòu)，通過改變傳動比可實現(xiàn)轉(zhuǎn)速比的調(diào)節(jié)，通過前期試驗并結(jié)合現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，速比設定為1.0、1.5、2.0。

試驗因素水平見表2。

表2 試驗因素和水平

3.3 試驗指標

式中1為被收集到集膜箱的殘膜質(zhì)量，g；2為纏繞在機具上的殘膜質(zhì)量，g；3為每30 m地膜鋪設前凈質(zhì)量，g。

3.4 試驗方案及結(jié)果

試驗采用三因素三水平響應面分析試驗，共進行17組試驗，每組試驗重復3次取平均值，每次試驗機具有效行程大于30 m，由人工收取集膜箱里和纏繞在機具上的殘膜并裝袋，做好標記。經(jīng)清洗、晾曬后秤其質(zhì)量，根據(jù)式（12）～（13）計算拾膜率和纏膜率，試驗結(jié)果見表3。

表3 試驗方案及結(jié)果

4 結(jié)果與分析

4.1 回歸模型的建立與檢驗

利用Design-Expert軟件對試驗所得的數(shù)據(jù)進行分析處理，得到拾膜率、纏膜率的回歸模型，方差分析結(jié)果見表4。拾膜率1的回歸模型<0.01，說明該模型極顯著，其中1、32對拾膜率1影響極顯著，3、13對拾膜率1影響顯著。纏膜率2的回歸模型<0.01，說明該模型極顯著，其中1、13、32對纏膜率2影響極顯著，1223對纏膜率2影響顯著。

注：<0.05(顯著*)；<0.01(極顯著**)。

Note:<0.05(significant,*);<0.01(highly significant, **).

根據(jù)表4可知，所選3個因素之間的交互作用對試驗指標具有一定影響，因此采用多元回歸擬合的方式對試驗結(jié)果進行處理[29]，剔除不顯著因素后，得到速度、深度和速比對拾膜率1、纏膜率2影響的回歸方程為

4.2 各因素對性能影響分析

各因素對模型的影響程度通過貢獻率值的大小來體現(xiàn)，值越大，各因素對模型的影響越大[30-31]，計算方法見式（16）、式（17）。表5為各因素貢獻率，由表5可知，各因素對拾膜率貢獻率大小順序為：速比＞機具行進速度＞拾膜齒入土深度；各因素對纏膜率貢獻率大小順序為：機具行進速度＞拾膜齒入土深度＞速比。

表5 各影響因素貢獻率

從模型方差分析可知，拾膜齒入土深度對拾膜率影響不顯著，這是由于田間殘膜含量隨著土層深度的加深而逐漸減少，大部分殘膜集中在肉眼可見的表層，因此，當拾膜齒入土深度達到一定程度后，其入土深度的變化很難再影響到拾膜率；而單一拾膜齒入土深度和速比兩個因素對纏膜率影響均不顯著，這是因為齒鏈復合式殘膜回收機采用固定刮板式卸膜機構(gòu)，卸膜刮板通過對拾膜彈齒的刮捋進行卸膜，單一拾膜齒入土深度和速比的改變不會影響到卸膜方式，故不會對纏膜率造成顯著影響，但Design-Expert軟件分析發(fā)現(xiàn)，速比與機具行進速度的交互作用會對纏膜率造成顯著影響，因此，需要深入探究交互因素對各性能指標的影響。

4.3 交互因素對試驗指標影響分析

為了直觀了解各交互因素對試驗指標的影響，運用Design-Expert軟件作出各交互因素對拾膜率、纏膜率影響的響應面分析圖，如圖9所示。

圖9a為拾膜齒入土深度位于中心水平（60 mm）時，機具行進速度與速比對拾膜率交互作用的響應面圖。由圖9a可知，當拾膜齒入土深度在中心水平，機具行進速度固定在低水平（0.9 m/s）時，齒鏈式拾膜機構(gòu)與桿齒式拾膜機構(gòu)轉(zhuǎn)速比由1.0增加到1.5，拾膜率先增加，但當速比繼續(xù)加大時，拾膜率逐漸降低。這是由于當拾膜機構(gòu)的速比增加到一定程度后，殘膜更容易被撕裂，被撕裂的小碎膜掉落在地里，難以被再次撿拾，從而影響拾膜率。

圖9b為速比位于中心水平（1.5）時，拾膜齒入土深度和機具行進速度對纏膜率交互作用的響應曲面圖。由圖9b可知，當速比在中心水平、拾膜齒入土深度在低水平（30 mm）時，纏膜率隨機具行進速度的增加而加大。這主要是由于當機具行進速度過快后，拾膜機構(gòu)的運轉(zhuǎn)也加快，造成單位時間內(nèi)拾起的殘膜數(shù)量增多，影響刮板式卸膜機構(gòu)的卸膜效率，最終使得殘留在拾膜機構(gòu)上的殘膜數(shù)量增多，纏膜率增大。

圖9 各因素交互作用對拾膜率和纏膜率的影響

圖9c為拾膜齒入土深度位于中心水平（60 mm）時，速比和機具行進速度對纏膜率交互作用的響應面圖。由圖9c可知，當拾膜齒入土深度在水平、機具行進速度在低水平（0.9）時，速比由1.0增加到1.6，纏膜率逐漸降低，但當速比繼續(xù)增加時，纏膜率開始增加。這是由于齒鏈式拾膜機構(gòu)包含10組拾膜齒，桿齒式拾膜機構(gòu)包含4組拾膜齒，當速比較低時，每一組桿齒式拾膜齒所匹配到的齒鏈式拾膜齒較少，不能充分地將桿齒式拾膜機構(gòu)撿拾的地膜刮捋下來，從而造成纏膜率較高。但當速比過高時，同時會伴隨拾膜機構(gòu)轉(zhuǎn)速的提高，造成單位時間內(nèi)撿拾的殘膜增多，影響卸膜，纏膜率增大。圖9d中也得出相同結(jié)論，并可大致確定速比在1.6時，纏膜率較低。

4.4 參數(shù)優(yōu)化與驗證試驗

拾膜率和纏膜率是衡量齒鏈復合式殘膜回收機作業(yè)效果的重要指標。因此，優(yōu)化試驗參數(shù)時，以拾膜率和纏膜率同等權(quán)重為優(yōu)化條件，以提高拾膜率、降低纏膜率為優(yōu)化目標，借助Design-Expert軟件進行尋優(yōu)。得到最優(yōu)的試驗參數(shù)為：機具行進速度0.9 m/s，拾膜齒入土深度42 mm，齒鏈式拾膜機構(gòu)與桿齒式拾膜機構(gòu)轉(zhuǎn)速比1.6，此時拾膜率為88.3%，纏膜率為1.7%。

為驗證優(yōu)化后的試驗效果，以優(yōu)化參數(shù)，即機具行進速度0.9 m/s，拾膜齒入土深度42 mm，齒鏈式拾膜機構(gòu)與桿齒式拾膜機構(gòu)轉(zhuǎn)速比1.6，于2019年7月在石河子市145團進行田間驗證試驗，試驗重復3次，依據(jù)式（12）～（13）計算拾膜率和纏膜率并取平均值，試驗結(jié)果見表6。

表6 理論優(yōu)化與田間試驗結(jié)果對比

如表6可知，拾膜率與理論優(yōu)化值相差1.3%，纏膜率與理論優(yōu)化值相差6.3%，田間試驗結(jié)果與理論優(yōu)化值相差較小，優(yōu)化模型可靠。當殘膜回收機以行進速度0.9 m/s、拾膜齒入土深度42 mm，齒鏈式拾膜機構(gòu)與桿齒式拾膜機構(gòu)轉(zhuǎn)速比1.6作業(yè)時，拾膜率為87.2%，纏膜率為1.6%。

5 結(jié) 論

1）針對擺桿驅(qū)動式殘膜回收機存在拾膜機構(gòu)漏撿，卸膜機構(gòu)回帶地膜等問題，設計了齒鏈復合式殘膜回收機。對齒鏈復合式殘膜回收機拾膜卸膜機理進行分析，確定了齒鏈式拾膜機構(gòu)、桿齒式拾膜機構(gòu)和刮板式卸膜機構(gòu)的設計參數(shù)。

2）運用Design-Expert軟件進行了三因素三水平響應面分析試驗，確定了各因素對拾膜率的影響大小順序為：速比>機具行進速度>拾膜齒入土深度；對纏膜率的影響大小順序為：機具行進速度>拾膜齒入土深度>速比。

3）運用Design-Expert軟件的優(yōu)化模塊，以拾膜率和纏膜率為優(yōu)化目標，確定最優(yōu)工作參數(shù)為：機具行進速度0.9 m/s，拾膜齒入土深度42 mm，齒鏈式拾膜機構(gòu)與桿齒式拾膜機構(gòu)轉(zhuǎn)速比1.6，田間驗證試驗結(jié)果表明，以優(yōu)化參數(shù)作業(yè)時，拾膜率為87.2%，纏膜率為1.6%，優(yōu)化結(jié)果可靠。

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Xie Jianhua, Zhang Fengxian, Chen Xuegeng, et al. Design and parameter optimization of arc tooth and rolling bundle type plastic film residue collector[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(11): 26－37. (in Chinese with English abstract)

Design and experiment of tooth chain compound residual film recovery machine

Xie Jianhua1, Tang Wei1, Cao Silin1,2, Han Yingjie1, Zhang Yi1, Yang Yuxin1, Li Kaijie1

(1.,,830052,; 2832000)

In order to solve the problems such as the missed picking up of the film pickup mechanism of the swing rod driven residual film recovery machine and the returning of the film unloading mechanism with the mulch film, and optimize the structure of the machine, the tooth chain compound residual film recovery machine was designed. Tooth chain film pickup mechanism and rod-tooth film pickup mechanism were adopted in the tooth chain compound residual film recovery machine which cooperate with each other to improve the film pickup rate, the fixing scraper type film unloading mechanism was used to solve the problem of return in the process of residual film unloading. Through the analysis of working principle and dynamics of film pickup and unloading mechanism, the movement track and equation of film pickup mechanism were obtained, and the conditions of picking, conveying and unloading of residual film were determined. In order to determine the optimum structure and working parameters of the tooth chain compound residual film recovery machine and optimize the structure of the machine, the three-factor and three-level response tests of this machine were carried out. Three factors were taken as test factors: the machine advancing velocity, the depth of pickup tooth into soil, the speed ratio of the tooth chain film pickup mechanism to the rod-tooth film pickup mechanism (speed ratio), and the film pickup rate and the film wrapping rate were taken as test indexes. The quadratic regression models of each factor on film pickup rate and film wrapping rate were established by using Design-Expert data analysis software. The significance of each factor on film pickup rate and film wrapping rate was analyzed. The results showed that the significant effects of the experimental factors on the film pickup rate were that speed ratio > the machine advancing velocity > the depth of pickup tooth into soil, and the significant effects on the film wrapping rate were: that the machine advancing velocity > the depth of pickup tooth into soil > speed ratio. The optimum working parameters were determined as follows: the moving speed of the machine was 0.9 m/s, the depth of pickup tooth into soil was 42 mm, and the speed ratio was 0.6. According to the optimized test parameters, the field verification tests were carried out. The results showed that the film pickup rate was 87.2% and the film wrapping rate was 1.6%. The experimental results had little difference with the theoretical optimum values, and the optimization model was reliable. The research results could provide reference for the selection of the optimum working parameters of tooth chain compound residual film recovery machine.

agricultural machinery; design; experiment; residual film recovery; rod tooth; tooth chain; parameter optimization

謝建華，唐 煒，曹肆林，韓英杰，張 毅，楊豫新，李開杰. 齒鏈復合式殘膜回收機設計與試驗[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2020，36(1)：11－19.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.01.002 http://www.tcsae.org

Xie Jianhua, Tang Wei, Cao Silin, Han Yingjie, Zhang Yi, Yang Yuxin, Li Kaijie. Design and experiment of tooth chain compound residual film recovery machine[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(1): 11－19. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.01.002 http://www.tcsae.org

2019-08-27

2019-11-14

國家自然科學基金資助項目（51965058）；新疆自治區(qū)區(qū)域協(xié)同創(chuàng)新項目（2019E0202）；中國農(nóng)業(yè)大學-新疆農(nóng)業(yè)大學聯(lián)合基金項目（2017TC009）

謝建華，副教授，博士，主要從事農(nóng)業(yè)機械設計與研究。Email：xjh199032@163.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2020.01.002

S223.5

A

1002-6819(2020)-01-0011-09