耕层残膜回收机的工业设计研究
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摘 要：众所周知，我国耕地面积亦是十分惊人，新疆作为全国棉花生产基地，棉花的总生产份额，在全国的占有率都举足轻重。据华经产业研究院数據显示：2017年新疆维吾尔自治区耕地面积为5239.62千公顷。由于新疆耕地地势平缓，在农业生产方面基本都是利用机械化生产作业，而在春播阶段，都是利用地膜覆盖技术。而使用后的地膜难以降解，又不能及时完整地回收，且不易回收，长时间存在土壤里，逐年累月，就会影响土壤的质量，从而影响到农作物的产量，并且大量使用后的地膜不回收，就会导致大面积的白色污染。本次耕层残膜回收机的工业设计研究将是对当代农业发展的又一巨大的推动。
关键词：耕层 残膜 回收
中图分类号：S223.5 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）08（c）-0103-02
就近几年来中国农业机械化的发展情况来看，我国现阶段有3种使用后的地膜回收方式，分别为人工回收、使用可降解地环保地膜和机械化回收。使用人力对地膜进行回收，不仅需要耗费巨大的人力资源，制造技术也未完全发展成熟，再结合目前我国的基本国情和农业经济的发展水平，而新疆的农户大多是中小型农业生产户，难以接受造价过高的可降解性地膜。机械化回收则是农业发展历程中的一个重大突破，既减轻人力资源的投入，还能使回收效率大大提高，并且其中有部分残膜回收机的机型已经得到很好的应用。大致可分为苗期地膜回收机具、秋后残膜回收机具、耕后播前残膜回收机具三大类。
根据新疆实际的地情，同时结合当代农业发展状况，由于自走式的耕层残膜回收机造价成本过高，不适合大部分中小型农户，故选用常见的农用拖拉机作为牵引载具，并通过液压传动，为耕层残膜回收机提供动力，从而进行工作。本次研究内容主要为整体机架的设计、核心零部件的设计、传动装置的设计3个方面。整体机架作为耕层残膜回收机重要的组成部分和支撑部分，用于配合各零部件与拖拉机相连，并承担着垃圾箱、旋耕机、提土装置和传动装置的重力及压力，用以实现整机前移功能。核心零部件包括旋耕机、提土装置、筛网、膜刷等，这些核心部件是实现残膜回收的过程中重要组成部分。传动装置主要是链传动和液压传动。
1 整体结构分析
1.1 总体结构
本次对耕层残膜回收机的设计采用的是卧式布局的形式，耕层残膜回收机整体框架选用不同型号的方钢焊接而成，使之能承受足够的压力，耕层残膜回收机前端与拖拉机通过牵引架进行铰接相连，后端选用普通的轮胎进行支撑，也方便工作时整体的前行。
1.2 工作原理
耕层残膜回收机在拖拉机牵引力的作用下，实现旋耕机在滚动过程中，将耕地变得松软，然后提土装置在动力的作用下，通过链传动，将松软的含有残膜的土壤传送到筛网，筛网在动力的作用下不停抖动，成功将残膜和土壤分离，接着膜刷将停留在筛网上的残膜进行清扫至垃圾箱，如此循环往复，待到垃圾箱快满时，可将耕层残膜回收机移至预先地膜统一收集处，通过液压传动进行自卸，整个过程不需要耗费大量人力资源，也比较省时。
2 关键零部件的设计
2.1 整体机架
机架作为耕层残膜回收机重要的组成部分和支撑部分，用于配合各零部件与拖拉机相连，并承担着垃圾箱、提土装置、运土装置和传动装置的重力及压力，用以实现整机前移功能，其主要由各种尺寸的方钢焊接而成。
2.2 提土装置
提土装置主要是由土铲和链条组成，考虑到提土装置的工作效率和稳定性，故采用双排链与土铲进行结合，而土铲和链条的结合则是采取螺栓螺母配合连接。
3 传动部分的设计
3.1 旋耕机转速的确定
本课题研究的针对中大型面积耕地的残膜回收机，考虑到新疆耕地的实际情况，结合新疆农用拖拉机在田间作业时的速度大约为4.2km/h，故设计的旋耕机R=200mm。
据农户介绍，现使用的农用拖拉机的动力在70～90马力之间，本次设计的耕层残膜回收机工作时所需动力较大，所选用东方红LX1204轮式拖拉机可实现动力的输入。
3.2 减速器的设计
由于耕层残膜回收机的整体动力来源均有作为牵引载具的拖拉机提供，但由于选用的LX1204拖拉机的输出轴转速为540～1000r/min，拖拉机所提供的动力和转速与耕层残膜回收机工作时所需要的转速不能很好地匹配，因此采用变速器，对拖拉机输出轴的转速进行改变，使之转速达到我们所设计的条件。根据旋耕比分所需转速与拖拉机所能提供的转速从而确定传动比，从而进一步设计我们所需要的变速器。
3.3 链的设计
所设计的耕层残膜回收机中，除了垃圾箱的自卸以及耕层残膜回收机在工作时和非工作时底盘的升降采用的是液压传动外，其余传动都采取的是链传动，包括在提土装置中，也涉及到链条，这一设计大大提高了耕层残膜回收机的工作效率，但是在长期工作的状态下，自身损耗也相对较大，故需要不定期地进行维护。在本节链条的设计计算过程中，因在耕层残膜回收机整体结构中，所涉及到的链条数比较多，故在本次设计计算过程中，只选取其中一条进行计算。为了设计后方便调试，将小链轮与旋耕机两端的齿轮做成相同尺寸，此设计的旋耕机两端的齿轮半径R=40mm，则小链轮的分度圆直径d1=80mm。结合旋耕机的转速n1=55.73r/min，得出小链轮的转速n2=111.46r/min，同样为保障传动比i=2，大小链轮的齿数均为偶数。综上所诉选择小链轮z2=16，m=5;大链轮z1=32，m=5。材料选择40钢，热处理：淬火、回火。
4 结语
本次设计的耕层残膜回收机的整体外壳，除了机架以外镂空的部分，由于没有受到太大的外力作用以及工作压力，仅仅是对耕层残膜回收机的内部构建的一个保护作用，故选用厚度为1mm的铁皮进行焊接包装。在工作时，工作机与农用拖拉机的尾部用过牵引架进行铰接，从而带动工作机前进，而工作机的动力来源则是通过数根特定的液压管与拖拉机的液压部分进行连接，从而获得工作时所需要的各种动力。通过改进，将为当地农业发展提供良好的发展和保障。
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