周鑫城，張學(xué)軍*，史增錄，張朝書，白圣賀，黃爽

（1 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052；2 阿拉爾市天典農(nóng)機制造有限責(zé)任公司，新疆 阿拉爾 843300；3 中國農(nóng)業(yè)機械化科學(xué)研究院土壤植物機器系統(tǒng)技術(shù)國家重點實驗室，北京 100083）

鋪膜種植技術(shù)具有保溫保墑作用，提高農(nóng)作物產(chǎn)量，該技術(shù)被廣泛使用于新疆特色經(jīng)濟作物棉花的種植中[1]。2020年新疆地區(qū)的棉花總產(chǎn)量達到516萬噸，占全國87.32%，新疆種植面積占全國棉花總種植面積的78.9%[2]。我國使用的地膜是聚乙烯烴類有機高分子化合物，在自然條件下極難降解[3]，造成了農(nóng)田土壤的白色污染，嚴重影響了農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境[4]。機械化回收是解決殘膜白色污染的有效手段[5]。現(xiàn)有的殘膜回收機，根據(jù)不同農(nóng)藝作業(yè)時間分有播前、苗期和秋后殘膜回收機[6]。秋后殘膜回收階段，因地膜的力學(xué)性能良好、風(fēng)化程度低大部分為整膜，有利于機械化殘膜回收[7]，因此秋后殘膜回收是農(nóng)田殘膜污染治理的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

現(xiàn)有秋后殘膜回收機械主要有4JSM-2100秸稈還田機殘膜回收聯(lián)合作業(yè)機、齒鏈復(fù)合式殘膜回收機、夾指鏈式殘膜回收機等，其膜雜分離方式分別為撿拾滾筒撿拾后卸膜輥直接卸膜分離[8]、齒鏈撿拾裝置撿拾后刮板式卸膜機構(gòu)進行卸膜分離[9]、夾指鏈式撿拾后由脫膜裝置進行曲柄搖桿擺動式卸膜分離[10]?，F(xiàn)有秋后殘膜回收機，起膜輸送后直接進行撿拾分離工藝，缺少中間流程，即將殘膜、土塊、根茬進行初步預(yù)分離的工藝流程[11]，易造成殘膜、土壤、作物的根茬分離困難，含雜率高等問題[12]。因此，本文設(shè)計一種脫膜板式殘膜回收機的起膜分離輸送裝置，該裝置通過起膜裝置將膜、土、根茬混合物拋送至一二級分離圓盤輥進行初級膜雜分離流程，以降低撿拾裝置分離輸送的難度。該裝置構(gòu)建的預(yù)分離流程，為起膜與撿拾流程提供過渡環(huán)節(jié)，二級分離使得雜質(zhì)被充分分離，減輕后續(xù)膜雜分離壓力，從而有效降低含雜率，解決分離不徹底的問題，有益于殘膜回收后的處理、再利用等工作。

1 脫膜板式殘膜回收機結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 整機結(jié)構(gòu)

脫膜板式殘膜回收機由機架、起膜分離輸送裝置、橫向排雜裝置、脫膜板式鏈耙撿拾裝置、卸膜導(dǎo)板裝置、三角循環(huán)式卸膜裝置、往復(fù)式輸膜箱等組成。整機結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 脫膜板式殘膜回收機結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 工作原理

脫膜板式殘膜回收機可一次實現(xiàn)起膜、膜土輸送、撿拾與分離、脫膜、集膜和卸膜等功能。該機在秋季作物回收、棉秸稈粉碎后作業(yè)。作業(yè)時，采取與棉花種植行對行作業(yè)，由拖拉機牽引機具行進，通過拖拉機的后輸出軸將動力傳遞至后部各級裝置，起膜裝置實現(xiàn)對表層膜土混合物的上翻、拋送，分離輸送裝置將殘膜、土塊、秸稈等混合物進行初級分離，未分離完全的混合物被輸送至脫膜板式鏈耙撿拾裝置，膜、土、秸稈混合物隨脫膜板式鏈耙撿拾裝置實現(xiàn)升運，被分離的土塊、秸稈等雜質(zhì)下落至橫向排雜裝置，排運至已作業(yè)側(cè)，分離后的殘膜繼續(xù)附著在挑膜齒上，經(jīng)升運后，在脫膜板式鏈耙撿拾裝置的托膜板承托作用下水平運送至卸膜導(dǎo)板裝置與三角循環(huán)式卸膜裝置處進行卸膜，卸膜導(dǎo)板裝置將卸膜導(dǎo)輪引導(dǎo)、改變其運動軌跡，實現(xiàn)脫膜板式鏈耙撿拾裝置中鏈耙釘齒的翻轉(zhuǎn)，對應(yīng)的托膜板未翻轉(zhuǎn)，鏈耙釘齒與托膜板產(chǎn)生相對位移，使殘膜向上從釘齒間滑動落下，實現(xiàn)自動卸膜。未被卸膜的剩余部分殘膜，繼續(xù)由三角循環(huán)式卸膜裝置實現(xiàn)二次卸膜。卸下的殘膜隨自重下落被收集至往復(fù)式輸膜箱，待殘膜積聚一定體積后，往復(fù)式排膜桿進行向后排膜工序，完成該機整個殘膜回收作業(yè)流程。

1.3 主要技術(shù)參數(shù)

脫膜板式殘膜回收機的主要參數(shù)見表1。

表1 脫膜板式殘膜回收機主要參數(shù)

2 起膜分離輸送裝置的設(shè)計分析

起膜分離輸送裝置位于脫膜板式殘膜回收機前端，由起膜裝置與超重拋送輥、分離輸送裝置三部分組成。分離輸送裝置包括一、二級分離圓盤輥裝置。該裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖2。

圖2 起膜分離輸送裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2.1 起膜分離輸送裝置的設(shè)計

2.1.1 起膜裝置的設(shè)計

參考文獻[13]，依據(jù)常規(guī)起膜裝置設(shè)計要求，結(jié)合脫膜板式殘膜回收機的工作特點和工況需要，確定起膜裝置的結(jié)構(gòu)。起膜裝置由起膜鏟刀、支撐刀架、筋板和起膜軸組成（圖3）。

工作時，膜、土等混合物在起膜鏟刀旋轉(zhuǎn)切削作用下，目標(biāo)區(qū)域的膜土混合物被逐漸抬升，拋送至后部一級分離輸送裝置，疏松后的膜土混合物便于后端撿拾裝置的撿拾。4塊鏟刀安裝于支撐刀架上，支撐刀架焊接固定于起膜軸，其鏟刀兩端分布有2個避茬口，具有規(guī)避根茬、減輕壅土程度及減阻作用。

圖3 起膜裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2.1.2 超重拋送輥的設(shè)計

起膜裝置作業(yè)過程中，主要鏟起對象為輕質(zhì)膜土混合物，余下部分為膜茬混合物、質(zhì)量較大的含膜土塊等，該部分因為體積大、質(zhì)量重的特點，需要進行二次拋送，以滿足拋向分離輸送裝置的工作要求。

超重拋送輥安裝于起膜裝置上前位置，以提供超重部分混合物的次級動力，完成對該部分殘膜的回收，使得殘膜回收更加充分。超重拋送輥由4片拋送板與轉(zhuǎn)軸組成，圖4為其結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4 超重拋送輥結(jié)構(gòu)示意圖

2.1.3 分離輸送裝置的設(shè)計

結(jié)合新疆棉類作物種植特點以及農(nóng)藝技術(shù)，殘膜回收作業(yè)一般是在棉秸稈粉碎后進行，作業(yè)時被鏟起的根茬較多，造成膜茬纏繞，導(dǎo)致分離部件分離能力下降而影響分離質(zhì)量。

利用分離輸送裝置，對鏟起的棉根茬進行初級分離，以減小分離部件壓力。分離輸送裝置由一、二級分離圓盤輥組成，一、二級分離圓盤輥初步設(shè)定為等間距、等直徑圓盤構(gòu)成。圖5為一、二級分離圓盤輥排布示意圖，根據(jù)作業(yè)棉田為1 250 mm膜寬，為一膜四行種植模式，根據(jù)前期試驗，設(shè)計L1為一級分離圓盤輥設(shè)計幅寬，1 220 mm；L2為二級分離圓盤輥設(shè)計幅寬，1 120 mm；B為分離圓盤間距，100 mm。

圖5 一、二級分離圓盤輥排布示意圖

2.2 分離輸送裝置的分析

2.2.1 分離輸送裝置的運動學(xué)分析

為分析分離輸送裝置工作狀態(tài)時根茬、土塊、殘膜的運動規(guī)律，對起膜裝置拋至一級分離圓盤輥中后部的落點的膜雜分離、輸送過程進行運動學(xué)分析，進而確定合理的工作參數(shù)。以根茬、土塊等雜質(zhì)開始被拋離前的位置為原點建立oxy直角坐標(biāo)系，分離圓盤輥上膜雜的運動軌跡分析如圖6所示。

ω1為起膜裝置轉(zhuǎn)速，rad/s；ω2為超重拋送裝置轉(zhuǎn)速，rad/s；ω3為一級分離圓盤輥轉(zhuǎn)速，rad/s；ω4為二級分離圓盤輥轉(zhuǎn)速，rad/s；v1為機具前進速度，m/s；v0為膜雜混合物被一級分離圓盤輥拋離瞬間初速度，m/s;vx為v0的水平方向分速度，m/s；vy為v0豎直方向分速度，m/s;lx為膜雜混合物水平位移，mm；ly為膜雜混合物豎直位移，mm;α為v0與水平方向的夾角，°。圖6 膜雜在起膜分離輸送裝置運動軌跡

通過對圖7中的膜雜運動軌跡分析，并聯(lián)立式（1）、（2）可得膜土在重力和空氣阻力作用下水平方向和垂直方向分速度變化規(guī)律。其初始條件為：t=0，x0=y0=0，vx=v0cosα，vy=v0sinα，則有：

（1）

（2）

（3）

式（1）至（3）中t為膜雜離開一級分離圓盤輥后運動的時間，s；m為膜雜混合物質(zhì)量，kg；g為重力加速度，m/s2；Cd為空氣阻力系數(shù)；ρ為空氣密度，1.293 kg/m3；A為與氣流運動方向垂直的投影面積，設(shè)定其為固定常數(shù)值，m2。

（4）

（5）

（6）

式（5）、（6）中θ為lx與ly夾角，°。

在一二級分離圓盤輥中心距不變的情況下，一級分離圓盤輥轉(zhuǎn)速在合理區(qū)間時，由于相對位置輥間安裝角θ的不同，一級分離圓盤輥會呈現(xiàn)以下3種拋離效果，設(shè)定θ0為此條件下理論計算輥間安裝角度值。由圖7可知：

當(dāng)θ>θ0時，在上述條件下，膜雜混合物可到達二級分離圓盤輥的前中區(qū)段。膜雜混合物碰撞后，作反向運動，導(dǎo)致膜雜混合物雍堵于一二級分離圓盤輥之間，使得分離輸送裝置輸送效果差。

當(dāng)θ=θ0時，膜雜混合物可到達二級分離圓盤輥頂部中點處，處于輸送條件臨界點。滿足于小部分輕質(zhì)膜雜混合物分離輸送要求，輸膜特性較差。

當(dāng)θ<θ0時，膜雜混合物可到達二級分離圓盤輥中后部，能夠滿足膜雜混合物分離輸送要求，可以保證殘膜輸送質(zhì)量。但θ不能太小，使得拋離后膜雜混合物落點位于二級分離圓盤輥后，影響該處分離質(zhì)量。因此，設(shè)計輥間安裝角度值θ<θ0。

當(dāng)α為60°，v0為2.38 m/s時，帶入（8）～（13）式得，lx為238 mm，ly為198 mm，θ0為39.79°，結(jié)合上述分析與前期試驗情況，設(shè)置輥間安裝角度值θ為28°。

v0為膜雜混合物被一級分離圓盤輥拋離瞬間初速度，m/s;X為膜雜混合物運動軌跡；ω3為一級分離圓盤輥轉(zhuǎn)速，rad/s;ω4為二級分離圓盤輥轉(zhuǎn)速，rad/s；θ0為輥間安裝角度值，°。圖7 輥間安裝角分析

2.2.2 分離輸送裝置動力學(xué)分析

為研究分離輸送裝置上膜雜混合物有效分離、輸送的條件，分析膜雜混合物在分離裝置上的受力情況。為簡化膜雜混合物的受力，分析時認為膜雜混合物均由起膜裝置拋送，且其在分離圓盤上不產(chǎn)生軸向運動[14]。膜雜混合物在一級分離圓盤輥上在拋離前的受力分析如圖8所示。

N為膜雜混合物受到的支持力，N；Fx為膜雜混合物受到的離心力，N;FA為膜雜混合物受到的空氣阻力，N；f為膜雜混合物受到的摩擦力，N;G為膜雜混合物重力，N；ω3為一級分離圓盤輥轉(zhuǎn)速，rad/min;δ為落點位置與豎直方向在圓心處夾角，°。圖8 膜雜混合物受力分析

若使膜雜混合物被一級分離圓盤輥拋離，需滿足拋離條件，其兩者的合力在豎直方向的分力應(yīng)大于重力，即

Fx≥Gsinδ+f+FA，

（7）

G=m1g，

（8）

（9）

（10）

f=μN，

（11）

（12）

式（9）、（11）中r為分離圓盤半徑，m；μ為摩擦系數(shù)。

由此可得：

（13）

式（13）中n1為一級分離圓盤輥轉(zhuǎn)速，r/min。

由式（13）可知：一級分離圓盤輥轉(zhuǎn)速越大，膜雜混合物被拋出的速度越大，膜雜混合物對二級分離圓盤輥的作用力越大，轉(zhuǎn)速過大會使分離圓盤輥撕裂殘膜，增加回收難度；轉(zhuǎn)速過小，膜土不能被拋到二級分離圓盤輥上實現(xiàn)次級分離輸送，不滿足作業(yè)要求。因此，分離輸送裝置的輸膜效果主要與分離圓盤輥的轉(zhuǎn)速相關(guān)。

通過前期樣機試驗證明，設(shè)置分離圓盤半徑r為240 mm，δ取值10°，將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式（13），得到一級分離圓盤輥轉(zhuǎn)速為183.4 r/min。

3 樣機田間試驗

3.1 試驗條件

2020年10月15日在新疆阿拉爾市雙城鎮(zhèn)選擇棉花已收獲、棉秸稈已粉碎的棉田進行殘膜回收試驗，試驗地種植模式為一膜四行，即10 cm+66 cm+10 cm的模式，土壤為黏性土壤，棉稈茬高不高于15 cm，含水率16%～19%（0～10 cm土深），試驗用地膜厚為0.01 mm，耐候期約為180 d。

3.2 試驗儀器與設(shè)備

試驗儀器設(shè)備包括雷沃歐豹M754-D輪式拖拉機、脫膜板式殘膜回收機、3組間距不同的分離圓盤輥、HSTL TRCS02型便攜式土壤水分測定儀（精度±3%）、TJSD-750-II土壤堅實度測定儀、VICTOR6234P型激光轉(zhuǎn)速表（勝利儀器）、WT50002CF電子天平（精度10 mg）、皮尺、計算器、洗凈盆、樣品袋等。

3.3 試驗指標(biāo)的測定

依據(jù)GB/T 25412—2010《殘地膜回收機》、NY/T 1227—2006《殘地膜回收機作業(yè)質(zhì)量》的要求，選取試驗測定長度為100 m，其含水率、土壤硬度等條件基本一致。每組因素組合進行3次試驗，試驗后將往復(fù)式輸膜箱內(nèi)的土壤與根茬稱重，箱內(nèi)殘膜收納至具有組別編號的樣品袋，對其進行清洗、晾曬、稱重等工序流程，纏繞于機械上殘膜同等收集至編號樣品袋，進行同等工序流程[15]。測定殘膜回收率、含雜率兩個指標(biāo)，其計算方法為：利用往復(fù)式輸膜箱內(nèi)殘地膜的質(zhì)量與測區(qū)內(nèi)含有殘膜的總質(zhì)量之比，得到殘膜回收率HS（%）[16]；利用往復(fù)式輸膜箱內(nèi)的土壤、根茬等雜質(zhì)質(zhì)量與往復(fù)式輸膜箱內(nèi)總物質(zhì)的質(zhì)量之比，得到含雜率HZ（%）[18]。

3.4 試驗設(shè)計與方法

為研究脫膜板式殘膜回收機起膜分離輸送裝置的性能，結(jié)合起膜分離裝置的運動學(xué)和動力學(xué)的分析，確定了以分離圓盤轉(zhuǎn)速、分離圓盤間距、機具前進速度3個因素，以殘膜回收率、含雜率為指標(biāo)的起膜分離輸送裝置的性能研究，利用Box-Behnken試驗設(shè)計方法進行了試驗設(shè)計。

試驗過程中各因素調(diào)節(jié)方式為：分離圓盤轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)通過更換傳動鏈輪實現(xiàn)，分離圓盤間距調(diào)節(jié)通過安裝位置間隔大小實現(xiàn)，機具前進速度通過拖拉機換擋調(diào)節(jié)。根據(jù)殘膜回收機具一般作業(yè)實際情況，結(jié)合理論計算，各試驗因素和水平見表2。

表2 試驗因素和水平

3.5 試驗結(jié)果及分析

3.5.1 回歸模型的建立與顯著性分析

依據(jù)Design-Expert軟件中Box-Behnken試驗理念進行試驗設(shè)計，試驗方案及響應(yīng)值結(jié)果見表3。

表3 試驗設(shè)計方案及響應(yīng)值結(jié)果

統(tǒng)計17組測試點試驗前后測得的殘膜質(zhì)量的數(shù)據(jù)，并計算其各點試驗前后的殘膜含量百分比，即是各點的殘膜回收率；同上將測區(qū)17組測試點分別測得的往復(fù)式輸膜箱內(nèi)的土壤、與根茬的質(zhì)量進行統(tǒng)計，通過式（15）計算得到含雜率。按以上方法得到各組殘膜回收率、含雜率平均值分別為81.49%、43.63%。

利用回歸方程方差性質(zhì)進行分析[18]，結(jié)果見表4，由表4中二次項x12、x22、x32和x1x2、x1x3、x2x3的顯著性可知：3個因素與指標(biāo)殘膜撿拾率、含雜率之間存在的關(guān)系與交互作用。通過Design-expert軟件擬合分析，得到參數(shù)優(yōu)化前的殘膜撿拾率HS、含雜率HZ對機具前進速度x1、一級分離圓盤輥轉(zhuǎn)速x2、分離圓盤間距x33個自變量因素的響應(yīng)面回歸模型及其回歸方程如下：

（14）

（15）

由表4分析可知：響應(yīng)值殘膜回收率HS、含雜率HZ對應(yīng)P值均小于0.000 1，表明該模型極其顯著；失擬項對應(yīng)P值均大于0.05，表明該回歸模型具有較高擬合度；該模型決定系數(shù)值分別為R2=0.974 8、R2=0.970 9，說明該模型可以適用于97%以上的評價指標(biāo)，所以該裝置的工作參數(shù)優(yōu)化，可利用該模型進行。

表4 試驗分析結(jié)果

顯著性P值反應(yīng)各因素對于指標(biāo)的影響程度[19]，P<0.01為極顯著，表明因素對于指標(biāo)的影響度極高，P<0.05為顯著，表明因素對于指標(biāo)的影響度高。殘膜回收率模型HS中有5個回歸項為極顯著，分別為x1、x2、x3和x1x3、x12；2個回歸項為顯著，分別為x2x3、x22；模型中有2項為不顯著，分別為x1x2、x32。含雜率模型HZ中有5個回歸項為極顯著，分別為x1、x3、x1x3、x22、x32；3個回歸項為顯著，分別為x2、x1x2、x12；模型中有1項對其為不顯著，為x2x3。將不顯著因素剔除后，得到優(yōu)化后的模型，如式（16）、（17）所示。分析優(yōu)化后的回歸方程，模型中的HS、HZ對應(yīng)P值均小于0.000 1與其對應(yīng)的失擬項P值分別為0.235 0、0.208 5，即回歸模型對應(yīng)失擬項均不顯著，可判定優(yōu)化模型可靠。

（16）

（17）

3個試驗因素對殘膜回收率的顯著性順序為：機具前進速度>一級分離圓盤輥轉(zhuǎn)速>分離圓盤間距；對含雜率的顯著性順序為：分離圓盤間距>機具前進速度>一級分離圓盤輥轉(zhuǎn)速。

3.5.2 交互因素對裝置工作性能影響的分析

3個因素交互作用對試驗指標(biāo)殘膜回收率、含雜率形成的響應(yīng)面3 D圖如圖9所示。

圖9a為分離圓盤間距位于中心水平（75 mm）時，機具前進速度、一級分離圓盤輥轉(zhuǎn)速對殘膜回收率HS交互作用的響應(yīng)面圖，可知：機具前進速度逐漸增加時，殘膜回收率先增后減，具有較顯著的變化幅度。一級分離圓盤輥轉(zhuǎn)速逐漸增加時，殘膜回收率具有先增后減趨勢，其變化趨勢較平緩。表明其對殘膜回收率影響顯著程度較機具前進速度小。

圖9b為一級分離圓盤輥轉(zhuǎn)速位于中心水平（200 r/min）時機具前進速度、分離圓盤間距對殘膜回收率HS交互作用的響應(yīng)面圖，可知：機具前進速度逐漸增加時，殘膜回收率先增后減，具有較顯著的變化幅度。分離圓盤間距逐漸增加時，殘膜回收率逐漸增加，其變化較為平緩，在中心水平下機具前進速度對殘膜回收率影響更顯著。

圖9c為機具前進速度位于中心水平（4 km/h）時，一級分離圓盤輥轉(zhuǎn)速、分離圓盤間距對殘膜回收率HS交互作用的響應(yīng)面圖，可知：一級分離圓盤輥轉(zhuǎn)速逐漸增加時，殘膜回收率先增后減，具有較顯著的變化幅度。分離圓盤間距逐漸增加時，殘膜回收率平緩減小，在中心水平下，一級分離圓盤輥轉(zhuǎn)速對殘膜回收率影響更顯著。

圖9d為分離圓盤間距位于中心水平（75 mm）時機具前進速度、一級分離圓盤輥轉(zhuǎn)速對含雜率HZ交互作用的響應(yīng)面圖，可知：機具前進速度逐漸增加時，含雜率具有先減后增趨勢，變化幅度大。含雜率隨一級分離圓盤輥轉(zhuǎn)速逐漸增加先減后增，變化幅度較小，機具前進速度對含雜率影響更顯著。

圖9e為一級分離圓盤輥轉(zhuǎn)速位于中心水平（200 r/min）時機具前進速度、分離圓盤間距對含雜率HZ交互作用的響應(yīng)面圖，可知：機具前進速度逐漸增加時，含雜率具有先減后增趨勢，變化幅度平緩。含雜率隨分離圓盤間距逐漸增加而先減后增，分離圓盤間距對含雜率影響更顯著。

圖9f為機具前進速度位于中心水平（4 km/h）時一級分離圓盤輥轉(zhuǎn)速、分離圓盤間距對含雜率HZ交互作用的響應(yīng)面圖，可知：一級分離圓盤輥轉(zhuǎn)速逐漸增加時，含雜率先減后增，具有較顯著的變化幅度。分離圓盤間距逐漸增加時，含雜率先減后增，分離圓盤間距對含雜率影響更顯著。

圖9 交互因素對殘膜回收率與含雜率的影響

從圖9a、b、c可知：3個試驗因素對響應(yīng)值HS的響應(yīng)面變化規(guī)律與前述式（18）回歸模型及其方差分析結(jié)果相同，總體的影響趨勢大致為機具前進速度越高、一級分離圓盤輥轉(zhuǎn)速越低、分離圓盤間距越小則殘膜回收率越高。其原因分析如下：機具前進速度大時，單位時間內(nèi)從起膜裝置拋至一二級分離圓盤輥的膜雜混合物更多，雜質(zhì)混合體被一二級分離圓盤輥拋送更連續(xù)，對殘膜形成較為連續(xù)的運動輸送；一級分離圓盤輥轉(zhuǎn)速越低，形成較為穩(wěn)定的拋離運動路徑，受質(zhì)量較輕拋離路徑越大干擾較??；分離圓盤間距越小，同等質(zhì)量下的膜雜混合物與分離圓盤輥接觸的幾率越大，提高輸膜的可靠度，但與此同時過小的分離圓盤間距，也使雜質(zhì)混合體的拋送幾率增大，而導(dǎo)致分離效果不佳。

從圖9d、e、f可知：3個試驗因素對響應(yīng)值HZ的響應(yīng)面變化規(guī)律與前述式（19）回歸模型及其方差分析結(jié)果相同，總體的影響趨勢大致為機具前進速度越低、一級分離圓盤輥轉(zhuǎn)速越高、分離圓盤間距越大則含雜率越低。其主要原因分析如下：機具前進速度越低，單位時間被鏟起拋至一級分離圓盤輥的膜雜混合物的質(zhì)量越小，同一時間可分離輸入量低，有利于分離圓盤輥分離；一級分離圓盤輥轉(zhuǎn)速越高，一部分質(zhì)量較輕雜質(zhì)被擊飛拋至工作區(qū)段外部，減少雜質(zhì)成分百分比；分離圓盤間距越大，同等輸入量下的膜雜混合物與分離圓盤接觸的幾率越小，具有良好的分離作用，但該間距不能過大，而使輸膜效果變差。

3.5.3 參數(shù)優(yōu)化與試驗驗證

為了達到脫膜板式殘膜回收機的最佳工作性能，結(jié)合試驗指標(biāo)工作質(zhì)量要求，殘膜回收率值大為佳、含雜率值小為佳，需對3個試驗因素進行參數(shù)組合優(yōu)化工作。利用Design-Expert軟件對構(gòu)建的2個三元一次回歸方程進行參數(shù)最優(yōu)化求解。殘膜回收率為殘膜回收的關(guān)鍵指標(biāo)，但影響殘膜后續(xù)處理的指標(biāo)為含雜率，若土塊、秸稈等雜質(zhì)含量過大，無法進行后處理，結(jié)合起膜分離輸送裝置性能要求，所以兩指標(biāo)對該機工作性能同等重要，設(shè)置目標(biāo)函數(shù)權(quán)重均為50%，通過分析求解后，得到以下最優(yōu)參數(shù)組合：機具前進速度為4.02 km/h，一級分離圓盤輥轉(zhuǎn)速為185.19 r/min，分離圓盤間距86.22 mm時，殘膜回收率和含雜率2個指標(biāo)的預(yù)測值分別為87.88%、35.72%。

以上參數(shù)組合范圍僅具有推薦價值，實際參數(shù)組合需通過試驗進行對其的驗證，以確保準確度，驗證最優(yōu)參數(shù)組合可靠性。結(jié)合實際機械生產(chǎn)與工藝要求，本文各驗證試驗因素優(yōu)化參數(shù)值分別為機具前進速度4 km/h、一級分離圓盤輥轉(zhuǎn)速為185 r/min、分離圓盤間距85 mm，在阿克蘇兵團第一師六團農(nóng)業(yè)推廣合作社試驗地進行試驗，結(jié)果見表5。

由表5可知：試驗指標(biāo)驗證值與優(yōu)化預(yù)測值相對誤差均小于5%，表明該參數(shù)優(yōu)化模型準確可靠。當(dāng)參數(shù)組合為機具前進速度4 km/h，一級分離圓盤輥轉(zhuǎn)速為185 r/min，分離圓盤間距85 mm時，此時殘膜回收率為86.93%，含雜率為37.28%。

表5 優(yōu)化值與試驗驗證值

4 結(jié)論

（1）本研究進行了脫膜板式殘膜回收機膜分離輸送裝置的設(shè)計，通過試驗驗證該組合裝置的工作可靠性。

（2）所選各因素對具有起膜分離輸送裝置的脫膜板式殘膜回收機下，殘膜回收率的顯著性大小依次為：機具前進速度、一級分離圓盤輥轉(zhuǎn)速、分離圓盤間距；對含雜率的顯著性大小依次為：分離圓盤間距、機具前進速度、一級分離圓盤輥轉(zhuǎn)速。

（3）應(yīng)用響應(yīng)面分析各因素交互作用對響應(yīng)指標(biāo)的綜合效應(yīng)：機具前進速度越高、一級分離圓盤輥轉(zhuǎn)速越低、分離圓盤間距越小則殘膜回收率越高。機具前進速度越低、一級分離圓盤輥轉(zhuǎn)速越高、分離圓盤間距越大則含雜率越低。

（4）對構(gòu)建的殘膜回收率、含雜率回歸方程進行優(yōu)化求解，確定最佳參數(shù)組合為機具前進速度4 km/h，一級分離圓盤輥轉(zhuǎn)速為185 r/min，分離圓盤間距85 mm，進行田間試驗驗證，殘膜回收率為86.93%，含雜率為37.28%。