夹指链式残膜回收机理及机构

As plastic film recycling has some problems by machine, such as the presence of film uncovering, film winding, high trash content, and residual film stripping, etc, clamp finger chain plastic film recycling principle was proposed based on the agency bionic principle. Mechanism and institutions of the clamp finger chain would be studied by theoretical analysis and test: analyzing the clamping force of film clipping to determine the tension force of the elastic tensioning device, determining the operation finger’s shape and size under different soil type and the installation density and installation angle of fingers in the winders chain, studying the effect of installation angle for film clipping and the coupling influence between finger space layout and plastic film recycling, studying the relationship between the different line speeds ratio of land wheel and clamp fingers and plastic film recovery rate, researching the effect of clean structure, materials and operating parameters for the plastic film cleaning, determining the optimum structure and operating parameters of the film unloading roller, improving the existing clamp finger chain plastic film recycling device and studying factors that effected film clipping, film transportation, film cleaning and film unloading by field test, developing speed relational model between machine operation and film clipping, film transportation and film unloading and improving and optimizing the structure of equipment.. The results can be used to develop reliable operation, high plastic film recovery rate and reusable plastic film recycling machine, which would be of high significance to solve the problem of farmland pollution and the safe use of plastic film mulching planting..Keyword: plastic film recycling; gripper chain; mechanism; structure; test

针对机械化回收残膜存在的起膜、缠绕、残膜含杂量高和脱膜等问题，运用机构仿生原理，提出了夹指链式残膜回收原理，并运用理论分析和试验等研究方法其机理与机构，包括通过分析夹指收膜夹持力，确定弹性张紧装置的张紧力；确定不同土壤类型下作业夹指的结构形状尺寸，夹指在收膜链上的安装密度和安装角度；研究夹指链安装角度对夹持残膜的影响；研究夹指的空间布局与残膜回收的耦合影响；研究地轮与夹指链线速度的不同比值与残膜回收率影响关系；研究清洁机构的结构、材料和工作参数对清洁残膜的影响；研究确定脱膜轮的最佳结构和工作参数；改进现有夹指链式残膜回收装置，田间试验研究影响夹膜、输膜、清膜和脱膜的因素，建立样机起膜、输膜、脱膜和机具作业的速度关系模型，改进和优化机具结构。.研究结果可用于研制作业可靠、残膜回收率高和回收的残膜可以再利用的残膜回收机，这对农田残膜污染问题的解决和地膜覆盖种植技术的安全使用具有重要意义。

针对机械化回收残膜存在的起膜、缠绕、残膜含杂量高和脱膜等问题，运用机构仿生原理，设计了一种夹指链式残膜回收机，主要由收膜装置、脱膜装置和传动系统等部分组成。首先对新疆棉田进行了实地调研，得到了新疆棉花种植模式以及地膜在田间的铺设情况，并通过对残膜试样进行抗拉特性试验，得出作物收获后农用地膜（0.01mm）的最大拉断力为3.41N。而后对收膜装置进行了研究，确定了其关键部件的结构尺寸与运动参数，并通过动力学分析建立了夹指的夹持力模型，通过运动学分析得到了夹指末端运动轨迹、夹指入土深度及夹指在地表土层中划过长度的表达式，以此确定了夹指的长度及夹指链线速度与机组作业速度的比值。其次在对现有残膜回收机脱膜装置进行分析的基础上，确定了夹指链式残膜回收机脱膜装置的总体方案、工作原理及传动路线，为增加单个夹指随夹指链转过上收膜轮的过程中与刮板接触的次数，将刮板总成设为双层排列结构，通过作业过程分析对其结构参数进行设计，构建了驱动机构运动学模型，使用Solidworks软件对刮板端点运动轨迹进行仿真分析，以此为依据对驱动机构的结构参数进行了设计，通过对刮板顺畅脱膜条件及残膜受力情况的分析，确定了脱膜装置的安装位置；通过运动学分析获得了夹指不被漏刮时地轮与曲柄转速比的最大值，为实现输膜及膜杂分离，设计了往复摆动式膜杂分离机构，并通过作业机理分析及性能试验对相关部件的结构参数进行设计。然后以残膜回收率为试验指标，通过田间组合试验建立并解析了残膜回收率的响应面回归模型，并对机组作业速度、夹指长度、夹指链线速度与机组作业速度的比值等参数进行了优化。最后依据脱膜装置作业性能要求，选取脱膜率为试验指标进行田间组合试验，研究了机组作业速度、地轮与曲柄转速比及刮板宽度对脱膜效果的影响，建立了脱膜率的响应面回归模型，并对试验参数进行了优化。结果表明，基于夹持原理的夹指链式残膜回收机能够收起农田中广泛使用的超薄地膜，且收膜过程中没有出现应残膜缠绕而导致的停机现象，整机作业性能满足残膜回收机田间作业要求。研究成果可为其他类型的残膜回收机的设计提供参考，对治理残膜污染，保护农田生态环境具有重要的现实意义。