锤片式棉秸秆粉碎还田与膜秆分离机理的研究

【摘要】：作物收获后当年使用的地膜的强度相对较高，且在地表连成一片，是机械化回收残膜的理想时期，但作物收获后残留的秸秆对残膜回收有较大影响，需作秸秆粉碎或秸秆与待收残膜分离。针对上述问题，设计了锤片式棉秸秆粉碎与膜秆分离装置，制作出样机。采用理论分析、虚拟仿真、模态分析和实验等方法对秸秆粉碎还田与膜秆分离装置分析和研究，通过田间试验检验了机具的整机工作性能，工作参数确定的合理性，找出样机在膜秆分离过程中存在的问题，并对样机进行优化改进。 首先，通过田间实地调研，得到秋后棉秆的田间分布状况，测得棉秆高度、直径及空间体征；通过对棉秆剪切试验，得出了不同含水率、不同木质化程度和不同剪切模量对棉秆剪切性能的影响；棉秆含水率在17.69%-28.14%范围内，剪切强度相对较低，最低为6.1MPa,但当含水率超过30.16%或低于12.8%时，剪切强度随之变大，最大为35.1MPa；木质化程度、剪切模量与剪切强度呈正相关，含水率和切割位置对剪切功的影响较大。 其次，对秸秆粉碎还田与膜秆分离装置进行了结构设计及参数确定：1）刀轴的直径为152mm，刀轴转速n1=1800-2000r/min；2）在θ=45°和90°的位置安装了两排定刀，定刀的高度为40mm，定刀之间的排列间距为35mm；3）秸秆粉碎装置喂入口高度H=180-220mm、留茬高度h=55-80mm时秸秆喂入性能最好，且根茬较低；4）刮板的高度为h=60mm，两刮板间的排列间距d=450mm，刮板个数n=9；5）秸秆输送部分的工作倾角为40°，刮板转速n2=125-150r/min，刮板的卸料开口长度l=300mm。 再次，运用Slidworks软件对锤片式棉秸秆粉碎与膜秆分离装置进行了三维建模，完成了整机的虚拟装配；运用Adams软件对刀辊轴端力、甩刀的轨迹进行仿真，运用solidworkssimulation对动刀片的强度、刀轴模态进行了分析；得出甩刀工作时其最大应力发生在刀片弯折处，当载荷加载于刀片边缘处时应力比根部较大，但其最大应力远小于其屈服强度；刀辊皮带轮对转轴部件有较大的影响，在实际应用中应对此加以考虑，刀辊的工作频率和皮带传动引起的振动频率都远离其第1阶固有频率，以上两因素不会对刀辊的共振产生影响。 最后，通过正交试验确定了机具工作参数的最优组合，在留茬高度小于100mm的情况下，机具前进速度vm=1.39m/s，刀辊转速n1=2000r/min，刮板转速n2=125-150r/min时，膜秆分离率达85.7%；通过田间试验，验证了锤片式棉秸秆粉碎与膜秆分离装置的理论分析及设计的合理性，研究成果为秸秆粉碎与残膜回收机的设计提供了参考，有利于解决新疆棉田残膜污染问题。 【关键词】：棉秆 秸秆粉碎 膜秆分离 运动仿真 试验
【学位授予单位】：石河子大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：S224.29
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 目录6-8
• 第一章 绪论8-15
• 1.1 研究背景及研究意义8-10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.2.1 国外研究现状10
• 1.2.2 国内研究状况10-12
• 1.2.3 存在的问题12
• 1.3 本课题的研究内容及研究方法12-14
• 1.3.1 研究内容12-14
• 1.3.2 技术路线14
• 1.4 本章小结14-15
• 第二章 棉秸秆物理特性及力学特性分析15-26
• 2.1 新疆地区棉秸秆田间分布状况15-17
• 2.1.1 棉花铺膜种植模式15
• 2.1.2 棉秆组织结构15-16
• 2.1.3 棉秆的高度及空间特征16
• 2.1.4 棉秆含水率的测定16-17
• 2.2 棉秆力学特性研究17-25
• 2.2.1 试验材料、试验设备及方法17-20
• 2.2.2 结果与分析20-25
• 2.3 本章小结25-26
• 第三章 秸秆粉碎还田装置结构设计及参数确定26-35
• 3.1 秸秆粉碎还田装置26-30
• 3.1.1 粉碎甩刀的选择26-27
• 3.1.2 秸秆粉碎装置结构参数确定27-30
• 3.2 秸秆粉碎装置工作过程分析30-32
• 3.3 秸秆抛送过程32-33
• 3.4 秸秆粉碎还田工作效率33
• 3.5 本章小结33-35
• 第四章 膜秆分离机理分析35-39
• 4.1 膜秆分离装置35-36
• 4.1.1 刮板设计35-36
• 4.1.2 秸秆输送装置参数确定36
• 4.2 刮板卸料开口长度确定36-38
• 4.3 传动系统设计38
• 4.4 本章小结38-39
• 第五章 秸秆粉碎还田与膜秆分离装置的建模与仿真39-48
• 5.1 主要零部件三维建模及整机装配39-40
• 5.1.1 秸秆粉碎装置39-40
• 5.1.2 秸秆输送装置40
• 5.1.3 整机模型构建40
• 5.2 秸秆粉碎装置动力学仿真分析40-47
• 5.2.1 甩刀轨迹模拟仿真41-42
• 5.2.2 刀辊的运动仿真42-43
• 5.2.3 刀片的强度分析43-44
• 5.2.4 刀辊的模态分析44-47
• 5.3 本章小结47-48
• 第六章 田间性能试验48-54
• 6.1 样机主要指标48
• 6.2 田间试验48-50
• 6.2.1 试验条件48-49
• 6.2.2 试验方法49-50
• 6.3 试验结果及分析50-53
• 6.3.1 试验因素确定50
• 6.3.2 试验指标选择50
• 6.3.3 正交试验50-53
• 6.3.4 整机田间试验结果53
• 6.3.5 田间验证结果分析53
• 6.4 本章小结53-54
• 第七章 结论与展望54-56
• 7.1 结论54-55
• 7.2 展望55-56
• 参考文献56-59
• 致谢59-60
• 作者简介60-61
• 附件61

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