农膜材料回收设计方案Word下载.docx
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（1）4TSM-4型悬挂式收膜机：
该机是头水前揭膜机的代表机型。
其结构简单、使用调整方便、工作可靠，残膜回收率较高。
（2）MSM-3型苗期残膜回收机：
该机具是由新疆农业科学院农机化所研制。
它与小型或中型轮式拖拉机配套使用，采用卷膜辊主动收集废膜，装卸灵活使用可靠。
（3）CSM一130B型齿链式悬挂收膜机：
由新疆兵团农机推广站和134团研制。
该机与中型拖拉机配套使用苗期作业时可同步将地膜揭起并打成卷。
它采用的无心圆捆卷膜新颖实用。
1.2.2秋后残膜回收机械
干旱地区或采用膜下滴灌的地区不宜苗期揭膜，需要在作物收获后回收残
膜。
由于机械或人为作用地膜破损比较严重，地膜上有1～5cm的土层，造成膜下土壤板结，易造成捡拾机构的损坏，棉秆阻碍残膜的捡拾，这些都加大了秋后机械回收残膜的难度。
（1）1SM-Ⅱ型地膜回收机：
该机由中国农业大学开发，针对我国多数地区实际使用的是超薄地膜（0.005mm以下地膜）、且在作物收获后再收膜的现状，在总结分析国内外现有残膜回收机存在的问题基础上，研制出的适于我国实际条件的残膜回收机。
采用滚筒加伸缩齿杆式收膜机构，皮带式卸膜机构。
该机不需要动力输出轴驱动，动
力消耗少，该机器具有广泛的适应性。
既可用于大田作物（如玉米、棉花等），亦可用于保护地（如蔬菜、瓜类等）铺膜作物收获后遗留在田间的残膜回收。
具有机具结构简单、使用方便、工作可靠、地膜回收率高等特点。
（2）4JSM-1800棉杆还田及残膜回收联合作业机：
由新疆农科院农机化所研
制。
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问，便于运走。
但结构复杂，价格偏高。
（3）4MBQX-1.5（3.0）型棉花拔秆清膜旋耕机：
由新疆吉州农机化技术推广站研制。
该机集棉花拔秆机、残膜清除回收机和旋耕机于一体，棉秆拔净率达95％以上，残膜回收率达85％以上，棉秆堆放距离12～15m，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，因此农民将其焚烧，造成环境污染。
（4）IMC系列地膜回收起茬机：
由内蒙古农机研究所开发。
该机与中、大型拖拉机配套，工作幅宽70、150cm，起膜深度为8cm，残膜拾净率90%，根茬起
净率95%，生产率3～10亩/小时，使用可靠性好。
该机采用铲、掘、筛、分的工作原理，完成残膜和根茬的回收集堆，是覆膜种植玉米地收残膜、起根茬的理想作业机具。
在内蒙地区得到大面积应用。
（5）大马力粉秆搂膜机：
由新疆生产建设兵团研制。
继研制出用于秋耕茎秆粉碎、残膜回收工作粉秆搂膜一体机后，一台比原机械功能更全、技术含量更高、工作效率更好的大马力粉秆搂膜多功能一体机。
该机在原来机子结构的基础上，又增加了一层粉秆搂膜器，并在机子两侧分别设计了一个侧搂装置，这样不仅解决了地膜两边搂膜不彻底的问题，而且还提高了工作效率，使粉秆搂膜工效提高
了一倍，残膜回收率从80%提高到93%以上。
目前此项技术已经向国家专利局申报了专利。
1.2.3播前残膜回收机械
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。
（1）1SM5-5型密排弹齿式残膜回收机：
由新疆阿克苏研制。
该机在整地后播种前回收地表残膜。
它的工作原理主要是采用双排搂齿将地表上的残膜搂出来。
该机成本造价低，适合推广应用。
（2）4MQ一1．5型吸气式残膜回收机：
工作时挑膜轮将残膜挑离地面至风
机吸口处，由风机产生负压风流将膜吸入风机，再吸送到集膜网箱中，仍属于原理概念机型。
吸气式残膜回收机只能回收地表残膜且工作环境恶劣，易将尘土一同吸人膜箱。
（3）1M-2.6型播前地表残膜回收机：
由200型15KW以上动力的小四轮半
悬挂，主要适用于春季播前耙耱保墒后待播的地表面上残膜回收的条田，可将大田作物遗留在地表1-3cm深土壤上的残膜、秸秆一起收集起来，可以取代人工清洁田园，解决春季劳动力拾残膜问题。
它的工作原理主要利用搂、扫、风、收的功能，将残膜收集起来。
1.3课题的作用与意义
残膜回收机械化技术实施可实现良好的社会，环境，生态效益：
①社会经济效益：
回收残膜，可保证棉花生产增产、稳产。
②农民增收效益：
残膜回收后，集中整理打包，可销售作为再生资源。
⑵残膜回收机械化技术的实施具有明显的环境、生态效益。
③可改善农业生产的环境，治理了农村覆膜种植带来的“白色污染”，与农村小城镇建设的要求相协调。
④较好地解决了农作物残膜回收的技术问题，保护了农田土壤，实现地膜覆盖技术条件下土壤的良性循环，为更大范围推广使用覆膜栽培技术提供了广阔的空间，实现了农业生产环境友好，促进了农业的可持续发展。
2总体方案设计和选择
总体方案的设计包括残膜回收机械动力的选择，残膜回收机的传动形式，回收机构的设计等内容，总体设计要体现设计原则和设计思想，实现残膜回收机的结构合理，达到可靠，简单，经济及系统的统一。
其中参数的计算，型号的选择是主要部分，在总体方案确定后才能进行具体的结构和强度等方面的设计计算。
根据设计任务书的要求，是用轮式拖拉机驱动牵引残膜回收机工作，要求生产效率为2.5-3.8亩每小时，拾净率大于85%。
2.1方案一
2.1.1拢膜机构的设计
目前，厚度为01007-01015的超薄地膜在地膜覆盖种植中应用广泛，经过作物生长期的自然腐蚀后其强度变的很低，回收时易破碎，往往给回收机捡膜器的工作带来不便。
针对此情况，现有地膜回收机的基础上提出了增加拢膜机构的设想，即通过拢膜机构将强度很低，流动性很差且紧贴地表的地膜有两边向中间收拢。
该拢膜机构是在普通的直铲上加疏导齿而成的图2-1。
前端直铲将地膜两边的压膜土疏松，并将地膜起出；
后端疏导齿将地膜向中间收拢。
由于地膜具有质量轻，易贴伏的特性，故疏导齿不能与地膜完全接触，否则会使地膜在疏导齿上壅堵，不利于捡膜器的工作。
同时，在拢膜过程中要避免拢土过多。
综上，疏导齿的工作原理是：
前端直铲将地膜两边地表疏松，破碎，抬起，被抬起的土壤在疏导齿上逐步回落，并与地膜分离，同时地膜伴随未回落，并与地膜分离，同时地膜伴随未回落的土壤一起向中间聚拢。
1疏导齿；
2直铲；
3力臂
图2-1方案一拢膜机构
2.1.2残膜集收机构的设计
工作时，残膜回收机由拖拉机牵引，动力输出轴驱动风机产生强气流。
采用正压输送原理，气流管内高速气流压动输送管的气流流动，在吸嘴处产生负压，将地膜吸入输送管内，然后到膜箱。
嘴局部结构见图2-2示。
图2-2方案一残膜集收机构
2.1.3整体结构的设计
方案一残膜回收机整体结构如图2-3所示
1万向节；
2变速箱；
3风机；
4传输管道；
5起膜机构；
6拢膜机构；
7残膜收集口；
8地轮和车架；
9集膜麻袋
图2-3方案一整体结构
其基本工作原理为：
机构由连接机构挂于拖拉机尾部，回收残膜时拖拉机向前行进，在行进过程中起膜机构（5）将覆盖于地膜两侧的泥土推落将地膜从土中退出，后经拢膜机构（6）将推出的地膜向中间聚拢并进一步抖落残留在地膜上的泥土。
与此同时万向节
（1）将拖拉机动力传至变速箱
（2），由V带轮将变速箱
（2）和风机（3）连接。
由变速箱
（2）变速后使得风机（3）具有足够的转速，风机（3）高速旋转产生强气流，当气流经过残膜收集口（7）时，由于传输管道（4）内气流流速大于外部，内部气体压强小，从而将由拢膜机构（6）进一步聚拢的残膜吸入传输管道（4），而后残膜沿传输管道（4）最终被吹入集膜麻袋（9）中，完成一次残膜回收过程。
随着拖拉机不断前行，此整体机构将重复此过程实现连续工作。
在这个过程中由地轮和车架（8）支撑整个机构前行。
2.1.4动力选择
东方红-15拖拉机性能参数如下
拖拉机型号：
东方红-15
型式：
4×
2
外形尺寸（长×
宽×
高）：
2374×
1234×
877
轴距（mm）：
1245
轮距（前/后）（mm）：
950-1157/1035-1260
最小离地间隙（mm）：
330
农艺地隙（mm）：
420
最小使用质量（Kg）：
950
最小转向圆半径（m）：
2.32±
0.2
轮胎规格（前轮/后轮）：
5.50-16/11.2-28
额定牵引力（KN）：
3.85
速度范围（Km/h）：
2.17-28.50
发动机型号：
双缸，立式，水冷，
四冲程直喷柴油机
标定功率及转速（Kw）/（r/min）：
11.05/2300
最大提升力（下悬挂点后610mm处）（KN）：
3
动力输出轴型式：
半独立式
动力输出轴转速（r/min）：
540
耕深调节方式：
力，位综合控制和浮
动控制
标定工况燃油消耗（g/Kw.h）v：
≦194.5
2.2方案二
2.2.1破膜机构的设计
破膜部件主要是参照圆犁刀的形式，其作用是将地膜切开，保证后续部件能够完全将地膜收回。
此部件在整机中所起的作用是：
第一起支撑作用，本机所采用的是牵引式挂接方式。
整体是由破膜部件和地轮进行支撑。
第二起破膜仿形作用，棉田不可能到处都是平坦的，总有高低起伏，在这种情况下就需要仿形机构，此破膜机构在挂接杆的中部设置了弹簧，在挂接处还设了定位孔。
这样以来就很好地解决了仿形和限深的问题。
主要参数如下：
总体长度：
831.9mm
入土圆盘直径：
260mm
极限入土深度：
110mm
其部件图如图2-4：
图2-4方案二破膜机构
2.2.2捡膜机构的设计
本方案选用圆弧形弹齿滚筒机构作为其地表残膜的捡拾机构。
圆弧形弹齿滚动机构主要由外部固定圆筒、偏心式滚筒、心轴、圆弧形弹齿构成。
其结构如图2-5：
图2-5方案二圆弧形弹齿滚筒捡膜机构
工作时,滚筒由驱动轮经齿轮机构驱动,绕着机架固联的心轴转动,圆弧弹齿在滚筒的带动下旋转,由于存在偏心距OO′,运动时,弹齿相对滚筒表面伸出、缩回。
圆弧弹齿伸出,用于捡膜;
弹齿缩回,用于脱膜。
由于偏心距的存在,使圆弧弹齿弹齿位于筒内的区域增大,便于脱膜及集膜机构的配置。
2.2.3整体结构的设计
方案二整体结构如图2-6所示
图2-6方案二整体结构
其工作原理为：
整个机构由牵引架与拖拉机连接，在拖拉机的牵引下向前行进。
行进过程中，破膜器中的弹簧使得破膜圆能够上下移动贴合地面，破膜圆锋利的外圆将地膜划破，而后捡膜机构中的圆弧弹齿在绕中心轴转动的过程中将由破膜机构划破的残膜带入滚筒，而后残膜沿输送带被送入集膜箱中。
在拖拉机的不断牵引下，机构不断重复此过程，实现地表残膜连续回收。
行走轮用于支撑整个机构前行。
2.2.4动力选择
东方红554拖拉机性能参数如下
东方红554
3910×
1745×
1720
350
2296
8.3-20/11-32
12.2
8
后置半独立式
540/100
2.3方案三
2.3.2起膜机构的设计
起膜部件的设计主要是基于覆盖于残膜表面的土壤疏松，易于将其压碎，以及地表膜光滑，不会黏带大量泥土，故使用切膜杆齿作为其起膜机构，只需将覆盖于地膜表面的硬结土壤挤压破碎之后很容易将其从疏松的土壤中拉出，其结构如图2-7所示：
图2-7方案三切膜杆齿
如图所示，螺孔用于将此切膜杆齿固定于车架之上，在拖拉机牵引过程中起膜杆齿弯曲部分与地表接触，将覆盖于残膜表面的硬结土壤压碎，同时将残膜挤出。
2.3.3捡膜机构的设计
本方案采用圆形带齿起膜轮作为其捡膜机构，其主要结构由捡膜轮、捡膜齿、带轮、带轮轴和起膜导轨构成，利用的原理是地表膜质轻易穿破，利用旋转的带齿结构可以将被起膜杆齿挤出的地膜带入并随捡膜轮旋转轨迹运动，其结构如图2-8所示：
1带轮轴；
2带轮；
3捡膜轮；
4起膜导轨
图2-8方案三残膜捡膜机构
其工作原理为，捡膜轮
（1）由皮带轮（3）带动旋转，在旋转过程中捡膜齿将被起膜杆齿挤出的地表膜穿透并带着随旋转方向带入起膜导轨（4），被捡起的地膜沿起膜导轨继续运动，进入传送机构。
2.3.3整体结构的设计
方案三整体设计结构如图2-9所示：
1悬挂主梁；
2机架；
3切膜杆齿；
4地轮；
5地轮升降机构；
6捡膜轮；
7起膜导轨；
8送膜轮；
9托板；
10卷膜辊
图2-9方案三整体结构
机构由悬挂主梁
（1）挂于拖拉机之后，拖拉机带动整个机构向前运动，在行进过程中，地轮（4）与地面接触，由于摩擦而旋转，从而带动有带轮与（4）连接的捡膜轮（6）和送膜轮（8）以及卷膜辊（10）同步转动。
与此同时，由于向前行进，切膜杆齿（3）将覆盖于地膜表面的突然压碎将地膜挤出，随后地膜又被捡膜轮（6）上的捡膜齿带入起膜导轨（7），并沿起膜导轨继续运动，当到达送膜轮（8）时，地膜由起膜导轨（7）中脱离由送膜轮（8）带入托板（9）中，随后被卷于卷膜辊（10）上，组成一个残膜回收的完整过程。
在拖拉机的不断前行牵引下，该机构实现连续执行残膜的回收过程。
2.3.4动力选择
东方红-XL2004拖拉机性能参数如下
东方红-XL2004
4
5430×
2750×
3130
7400
6.2
16.9-28/20.8-38
70
4.44-14.48
立式、水冷、四冲程、
直喷、增压空空中冷
147/2200
47
540/1000
2.4方案的选择确定
2.4.1三方案对比
（1）破膜机构：
方案一中采用的是破膜之后附带一个拢模机构，本来地表残膜从土中分离出来之后由于风化容易破碎成很多部分，这个设计就使得破碎的残膜像中心聚拢，更便于残膜充分的回收;
方案二中采用的是破膜圆机构，在行进过程中破膜圆锋利的外圆插入土壤，将裸露的地膜与被土壤覆盖的边缘割破，此设计能够回收大部分裸露在外边的地膜，但是无法将埋于土壤中的残缺边缘取出，残留过多。
但其优点在于弹簧的设计使得它比方案一中的破膜机构更好的贴合地面。
方案三中采用的是切膜杆齿的结构，利用的是土壤疏松易碎的性质，但是如果土壤潮湿将不能实现地膜从土壤中取出的过程。
（2）捡膜机构：
方案一中，捡膜部分采用的是气流产生压力差的原理将聚拢后的残膜吸入传送管道的办法，优点是残膜不会在此机构上出现缠绕堵塞，缺点是使用风机产生极大噪音且会吸入大量的泥土；
方案二中采用的是圆弧形弹齿滚筒机构作为其捡膜机构，在弹齿沿中心轴转动过程中，弹齿将残膜钩入滚筒随弹齿继续转动，最终在输送带与滚筒接口处脱离弹齿，实现残膜的捡拾过程。
其优点是不会带入大量的泥土，缺点是残膜容易缠绕在弹齿上，造成滚筒内部堵塞，迫使工作中止。
方案三中采用的捡膜轮结构和方案二中的大体相似，同样容易出现堵塞，机械性能不稳定。
（3）集膜机构：
方案一中的集膜机构采用的是麻袋或者布袋，此类物品在农户家里常用来收纳各类物品，来源极广，且装入之后可直接运送，不必再次处理，装满之后更换袋子即可，缺点是由于是使用风机，所以必须采用此类透气性能良好的物品作为集膜机构，透气性能良好也使得风机吸入的土壤会由麻袋疏松的空隙被吹出造成大量的粉尘；
方案二中集膜机构使用的是集膜箱，这是大部分集纳机构所常用的设计，缺点是但集膜箱收满时需要人为的将残膜移装到其它设备中。
方案三中使用的是卷膜辊作为集膜机构，单卷膜辊上的地膜卷满时，需要人为从卷膜辊上取下，必须将机械停下，既耗费时间有耗费人力。
2.4.2方案确定
综上所述，出于对残膜回收完整性及机械性能稳定性的要求，方案一较能满足，故确定选择方案一作为此次设计方案
3参数确定
3.1拢膜机构参数确定
设计拢膜机构时，要确定几个重要的结构参数；
拢膜幅宽s，疏导齿与松土铲刃方的夹角（疏导角）U，疏导齿末端连线与松土铲刃方向的夹角（集膜角）W，疏导齿间距K，松土铲刃长L，疏导齿长度L。
以下分别讨论各参数的选取准则。
拢膜幅宽S。
根据具体要求而定，但不能太大。
对幅宽为800mm的农用地膜，一般将S定为200mm左右较为合适。
S过大将增加拢膜作业难度，拢膜质量难以保证，且可导致拢膜后覆盖幅宽过小，不可避免地减少回收机扶膜齿的间距，从而增加了拥堵的概率。
疏导角U。
U越大，拢膜机构的拢膜效果越佳，但相应的增加了拢膜齿的长度。
由于拢膜齿是悬臂作业，拢膜齿过长将降低其可靠性，但U过小会造成拢土过多，给收膜带来不利影响。
设计中选取U为45度，试验证明能达到较好的拢膜效果而不致拢土压膜。
膜角W.W决定拢膜厚地膜的分散度，分散度定义为：
第一疏导齿与最后疏导齿末端连接线在松土铲刃方向的投影长度与拢膜幅宽之比。
如果设第一疏导齿与最后疏导齿末端连接线长为b，则分散度E可表示为
（1）
其中
（2）将式
（2）代入式
（1）得
（3）
由式（3）可见，W越大，E越小，收拢膜比较集中，使得收拢的膜土相叠压不利膜土分离，容易造成回收机壅堵。
W过小会使疏导齿过长，伸出松土铲工作
边界，从而使收拢的地膜和土壤压在中间末收拢的地膜上，使疏导齿高出地表，造成地膜在疏导齿上堆积。
设计中选反W为60°
。
疏导齿间距K。
疏导齿间距的选取与土壤的质地、湿度和坚实度有关。
砂性土壤较之黏性土壤K可以取小一些；
湿度和坚实度小的土壤较之湿度和坚实度大的K可以取小一些。
然而在地膜回收机使用中根据土壤状况改变疏导齿间距K显然是不现实的，只能选取一个能较好适应以上各种情况的疏导齿间距。
究竟K取多少对各种土壤的适应能力比较好需作一步的研究。
设计中选择取的疏导齿间距为50mm。
松土铲刃长L。
L的选取由拢膜幅宽S决定，一般在拢膜宽度S的基础上加50mm，以弥补拖拉机的行走误差并保证疏导齿工作在松土铲刃幅宽内。
疏导齿长度I。
每条疏导齿的长度是不同的。
假设疏导齿在松土铲刃上均匀分布，则每条疏导齿的长度由式（4）确定。
（4）
其中：
i表示图
（1）中自左向右的各拢膜齿，i=0,1,2,3。
工作深度h。
h由地膜膜边的压膜深度而定。
地膜覆盖作业一般由地膜覆盖播种机完成，其压膜深度为30~50mm，故迁为60mm左右。
根据以上分析，拢膜器的结构参数见表1。
该拢膜器共设计了4条疏导齿，由式（4）可计算出其长度分别为225，170，115和60mm。
表1拢膜机构参数
拢膜幅宽s（mm）
工作深度h（mm）
疏导角U（℃）
集膜角（℃）
疏导齿齿距k（mm）
松土铲刃长L（mm）
200
50
45
250
3.2集膜机构参数确定
嘴局部结构见图3-1示。
吸嘴管长h1，截面形状为椭圆形管。
为计算简便，圆管直径按d1近似计算。
吸嘴管处有局部压力损失P×
1、磨擦压力损失Pf1、提升压力损失Ph1和加速度压力损失Pa1。
吸嘴处压力损失△P1
图3-1方案一残膜集收机构
P1-吸嘴终点处的压力，P
=P
-△Px
ρ1-吸嘴终点处的空气密度，ρ1=ρaP1/P0
式中：
v1-吸嘴终点处的速度，v1=Vaρa/ρ1
Vm2-吸管物料始端速度
-吸管物料终端速度
Va-气流速度
输送管压力损失△P4
输送管压力损失P
由输送管的摩擦压力损失Pf
、提升压力损失Ph
、加速度压力损失Pa
和弯管压力损失PW
组成。
P4-弯管压力，P4=P0+△Pw4
ρ4-空气密度,ρ4=ρaρ4/P0
V4-管道内气流速度,V4=ρrPa/ρ4
Vr-气流出口速度[13]
圆管d1=80mm制成椭圆，d2=80mm
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