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1、本科生毕业设计说明书题目残膜回收机悬挂机架的设计系别机械交通学院班级机制122姓名岂学号123731232答辩时间2016年5月新疆农业大学机械交通学院1.l设计研究的目的与意义21.2 残膜回收机的发展概括21.2.1国外残膜回收状况21.2.2国内残膜回收状况2(1)春播前回收3(2)苗期残膜回收3(3)秋后残膜回收31.3 新疆棉田残膜回收机具31.3. 1苗期收膜机31.3. 2耕后的残膜回收机41.4. 3播前残膜回收机42残膜回收机的设计要点52. 1整体设计51. 2.1机架的尺寸确定62. 2.2关键装置的设计方法63悬挂机架的结构设计62.1 机架结构的设计63. 1.l机架
2、的尺寸的确定74. 1.2阻力的计算8(1) 土壤阻力的计算83. 2液压缸83. 3一道横梁和二道横梁，三道横梁的结构设计91. 3.1一道横梁和二道横梁，三道横梁的选择93. 3.2确定横梁的的各段直径和长度和结构设计103. 5其他零部件的选择141. 5.1螺母的选择143. 5.2螺栓的结构计算154. 5.3车轮的结构153.6回收装置的设计153.6.1回收机齿钉外形的设计154结论165参考文献17谢辞19残膜回收机悬挂机架设计研究综述作者：罗成指导老师：张学军摘要：本文归纳了农田残膜回分离置设计发展及种类方面的研究内容，概括了分离装置如何使残膜与悬挂机架等方面的观点，总结了国
3、内外现如今残膜分离、回收的研究成果，指出了分离残膜与土壤、残茬的研究需求，提出如何使分离装置能够高效率、低污染工作的研究方向。关键词：残膜；分离；悬挂机架设计；分离装置高效率DesignoptimizationoffarmlandresidualmembraneseparationdeviceAbstract：Aresummarizedinthispaperfarmlandplasticfilmtoisolatesetdesign,development,andnowtherearemanykindsofresearchcontents,summarizestheseparationdevic
4、ehowtomakeplasticfilmandsuspensionframeandthepointofview,summarizethedomesticandforeignnowremnantmembraneseparationandrecoveryoftheresearchresults.Itispointedoutthattheseparationofremnantplasticfilmandsoilandstubbleresearchneeds,putforwardhowtomakeseparationdevicetohighefficiency,lowpollutionresearc
5、hdirection.Keywords：Residualmembrane；separation；designofsuspensionframe；highefficiencyofseparationdevice1引言地膜覆盖种植技术不仅具有节水抗旱、增温保埔作用，可使作物总产量大幅度提高，还可以插制杂草，具有节本增效的良好效果。但农用塑料薄膜都是聚乙烯烧类化合物，自然条件下极难降解，如不及时进行清理回收，将会影响作物的生长发育与作物产量的提高，同时还会影响残膜回收机在田间的作业质量。现在已经构成严重的白色无污染，危害着我国土地的生态环境，特别是我国西北地区的新疆新疆本身就是生态环境不太良好的地方
6、，绿色植被覆盖面积少。保护环境是势在必行的趋势。所以残膜回收机的好坏直接关系环境的改善是否能够得到一定的改善。1.1设计研究的目的与意义目前，国内地膜覆盖面积已高达1500万h11)2,经济型作物约占总量的15%。假设每年每公顷铺设15kg地膜，75%的残膜回收率，则每年的回收量可达40万吨。回收之后的残膜可以循环利用，制成塑料颗粒，然后注塑成塑料成品，残膜还可提炼成油品。加强对残膜的及时回收既可以减轻农田污染，又能保证农作物的稳产、高产，还对农业的可持续发展战略起到关键的作用。所以，必须研发出符合我国实际情况的新型实用残膜回收机。总之，防治地膜污染，保护耕地，清理残膜，减少地膜残留，已经是一
7、项十分紧迫而又有长远意义的工作。1.2 残膜回收机的发展概括1.2.1 国外残膜回收状况残膜回收是世界各国都面临的一个棘手问题。英国和前苏联采用悬挂式收膜机,工作时松土铲将压膜土耕松，然后将薄膜收卷到羊皮网或金属网上。收下的膜清洗干净卷好备用。日本对残膜的回收处理相对好一些，主要原因一是日本覆盖地膜的土壤主要是火山灰土,土壤疏松易揭膜；二是地膜较厚、强度大，覆盖期相对较短，回收时可保持较大片块。在以色列、法国等国家已研制和推广可控光降解地膜，但此方法对于埋入土层内的残膜难以光解，目前尚未得到普遍应用。国外的地膜厚度一般为0.020.05mm,其抗拉强度比较大，可以连续使用23年。因此主要采用收
8、卷式回收地膜1.2.2 国内残膜回收状况在国内的残膜回收主要是有两种方法，一是人工捡拾，而是用机械回收。到现在为止主要是人工，但人工捡拾残劳动强度大、效率比较低，机械回收可以克服人工捡拾的弊端，是残地膜回收的有效方法。(1)春播前回收春播前已经是由于前一年的翻地等将残膜埋在了更深处，人工捡拾的残膜具有难度，残膜回收作业用回收机来税后的话可节约成本，创造更大的收益。同时，再回收的过程中，将残膜更深层次的回收出地面，让农作物可以高产高收。(2)苗期残膜回收苗期揭膜是在作物处于苗圃期的时候，残膜也是经过自然暴晒，风化等外力作用下，将软化的薄膜用机械化的方式，用机器回收出来。在苗圃期，对植株的伤害较小
9、，同时也能够优化土壤。(3)秋后残膜回收秋后残膜主要是用于秋后农作物捡拾完毕后就只剩余秸秆残膜等无用处危害来年农作物生长的其他因子，其回收残膜的是当年老化，没有回收的残膜，是大量的也是最主要的残膜回收方式。由于薄膜老化、残膜的回收不利于进行。一般要与秸秆还田机配合作业。代表的机型有以下几种：中国农业大学开发的IMS-11型地膜回收机。其主要应用于新疆的农业机械化，对于新疆的大范围的农田种植方面，这款机器很好的适应了新疆的环境以及残膜的产品特性，该机不需要输出轴动力驱动，能耗少，结构简单，适用方便。1.3 新疆棉田残膜回收机具1.4 .1苗期收膜机苗期的回收残膜是在残膜的使用过程中，由于时间段，
10、残膜被自然因素破坏的较小，也好回收，膜上的土又很少，便于揭膜，一般采用人工配合机具作业的办法揭去全部地膜，同时可进行中耕、除草、施肥、灌水。苗期收膜机的代表机型有新疆农科院农机化所研制的MSM-3型苗期残膜回收机、新疆兵团农机推广站和兵团农八师134团研制的CSM-130B型齿链式悬挂收膜(如图1所示)等。其结构特点是操作简单，应用起来方便，动力系统虽然输出不高，可对于用于回收残膜来说已经足够，也是由四轮拖拉机来驱动，使用起来方便，收净率较高。1.四连杆机构2.抓膜齿锥3.大导轮4.地轮5.机架6.起膜导轨7.集膜车架8.集膜车轮9.传动机构10.锌条帆布传送带I1.残膜捆12.脱膜皮辐13.
11、小导轮14.链传动图1CSM-130B型齿链式悬挂收膜机结构简图1. 3.2耕地后的残膜回收机秋收结束后残膜回收机具是目前研究的重点，待农作物收获后以及犁地前进行地膜回收的机具。由于地膜此时主要是在春播时铺设的且处于地表，是比较完整的。典型的耕后残膜回收机具如下。(1)集条残膜回收机集条残膜回收机有密齿单排以及疏密两排或两排以上等多种机型，作用于播种前5cm左右土层内的残膜回收。优点：只能回收大块残膜。缺点：对碎膜则无能为fl01o(2)土壤表面残膜回收机兵团农八师144团使用的CM-2.6型地表残膜回收机用中匹轮式拖拉机半悬挂，主要应用于春播前期土壤表面上残膜回收，可将地表1到3cm土壤的残
12、膜以及秸秆整体收集起来，节省了人工清洁棉田，残膜回收率在75%以上，工作幅宽3.5m,每日工效25hm2以上,每公顷可收回残膜53kg左右(3)分流式平土残膜收回机农六师133团农械厂研发的IP1.M分流式平层土壤残膜回收机是在分流式平层土框架基础上添置了回收残膜装置,优点：整地、自动脱卸、耙地残膜等一起进行,机员能独自操作就能完成残膜回收作业，残膜回收率80%左右1.3.3播前残膜回收机(1) 4FSZ地膜联合回收机新疆农垦科学院农机所在90年代年研制的4FSZ地膜联合回收机，此残膜回收机将残膜回收装置和秸秆粉碎装置依次悬挂在机车的前后，在回收残膜同时进行秸秆粉碎还田。(2) 4JSM-18
13、00棉秆粉碎还田及残膜回收联合作业机新疆农业科学院农业工程公司研发的4JSM-1800棉秸秆还田及残膜回收联合作业机使用残膜回收联合作业和秸秆粉碎还田，可进行棉秆粉碎抛洒还田、挑膜、脱膜、送膜以及松土等集装作业，可使两项作业同时完成，既减少经济负担，又大大提升了效率。(3)气吹式秋后残膜回收机新农大设计的气吹式秋收后残膜回收机,工作原理为先由起膜铲先将压在土壤表层的地膜挑起，再由切膜福将地膜切割成约12CmX21Cm的小膜块，捡膜辐齿深入土层并向前运动，土壤表层的地膜被搂着向前运动，当捡膜辍齿转动出地表时,由微向前弯的齿尖将膜块挑动起来，挑动起来的小膜块在风动机产生的气流作用下，而导入集膜袋。
14、该机的主要优点：回收机的性能不会受膜的破损程度大小的影响，不易缠膜工作部件，集膜袋内收集的残膜不会二次染污，且易便于运送闾。(4)勾拉式残膜清除机塔里木大学研发的勾拉式残膜清除机，其主要工作部件是J形勾拉杆，其控制构造由桃型槽轮、星形转轮、控制轴和轮周轴完成。在田间作业时，圆切刀首先对土壤及地表残膜进行切割，目的是把大块残膜切成IlCm20cm的小块，以利于剩下工序的作业，防止残膜长宽太大而缠绕在工作部件上。在工作过程中，随着轮式拖拉机的行进，J型勾拉杆插入土壤表层勾住残膜，平行移动到一定距离后，J型勾拉杆做圆周运动勾起残膜，运动到预设位置脱下残膜，胶板分离轮对J型勾拉杆脱放的残膜进行运送，直
15、至残膜经由输送器输送到收集箱(5)搂草机用于残膜回收作业对于大面积残膜回收不建议使用，然而针对小规模残膜回收这是一种比较好的作业方式选择,但这种作业效率低，需大量人力资源参与，残膜、杂草以及秸秆混在一起,难以进行二次残膜再利用。2残膜回收机的设计要点2.1 整体设计当前在国内的残膜回收机是用于回收的是本年的地理留存的残膜，而对往年遗留在田间的边膜则不予考虑，造成农田中残膜量逐年增多，危害越来越严重。因此，研究一种残膜回收机,用于把现在的残膜回收机的缺点克服,着重解决遗留在土壤中薄膜的问题。同时对起膜机构、改进膜钩机等专用的残膜方面的回收问题,使新型残膜回收机的回收效率提高到另一个层次,使农作物
16、的高产高量，同时也解决了农田的环境保护，减少农田的白色垃圾，更加的有效控制“白色污染”，使得农业可以持续的高效的循环发展。为此加工设计一种新型边膜回收机。其整体结构如图1所示：1.液压装置2.轮支架3.一道横梁4.连接杆件5.车轮6.前吊板7.连杆8.中间支板9.二道衡量10.三道横梁I1.挂钩图2残作边膜回收装置设计图2.2设计基本方案先确定整体结构，即确定机器的外形及整体尺寸，再针对局部零件进行攻关与改进。残膜回收机属于比较大型的机器，先从整体的结构开始，优先确定其主体尺寸。通过调研，借鉴其它机械产品及各型地膜回收机的优点，将合理先进技术应用到即将研制的残膜回收机上。2.2.1机架的尺寸确
17、定根据地里面所用的地膜宽度来确定机架的基本尺寸，可以全面的收集地里面的残膜。拖拉机整体的宽度是在170Omm左右，我们为了能够收集更多的残膜，对于回收机的整体宽度初期是设计为260Ornnb这样既能保证收集的残膜更多，又能对于横梁的弯曲强度不至于太高。也能够节省更多的能耗。回收机的长度不应太长，初期设定于1250mm,主要是由两个固定梁将其三个横梁固定起来，这样大体就有个形状。高度不宜过高，经过对比拖拉机以及正在使用的回收机，设定为76OnIn1。2.2.2关键装置的设计方法首先确定运动装置、起膜装置、卷膜装置的形状或者使用怎样的零件以及它的基本尺寸，接下来确定碎土装置、起膜装置、回收膜装置的
18、位置，考虑各个装置的重心153悬挂机架的结构设计3.1机架结构的设计残膜回收机的机架形状如下图所示，由下图中的机架拖拉机的悬挂装置，用定位销的方式来连接机架与拖拉机的悬挂装置装置，带动该机架运动。由下图中的与拖拉机悬挂的机架与运动的机架的连接使用的焊连接，使用气压焊。各个机架的连接也是使用焊连接，查现代零部件设计手册表5.6T,根据机架的材料可得焊接的方法是焊条的电弧焊.。图3机架的基本形状3.1.1机架的尺寸的确定现在的棉花种植所用的地膜宽1m,两行之间的距离差400mrn,地膜两边的距离各差40Omnb为了让边膜机构可以准确的收集边膜，所以综上所述订了以下的尺寸。图4残膜回收装置机架的基本
19、尺寸3.1.2阻力的计算(1)土壤阻力的计算p=gvblkp+2cbhykpKp:被动土压力系数v：土壤容量c：内聚力:摩擦角h：切入深度kp=Ian245+：tan245+2=tan257.5=2.464可得：J?=；VbMkp+2cbhykp=-0.01362.464+28.612501404642=945.636/V取利=500）a=0.15g=9.8;G=mg=Fn（机）=zFn=0.155009.8=735N3l=（土）+4（机）=945.64N+735N=1680.64N=1.68KNAr土.）=945.64N3. 2液压缸液压缸的基本参数闾1、设计提要液压油缸主要参数给定液压油缸
20、主要部件的参数：缸内径：D=80m11i;缸外径：D1=90mm;壁厚:=5mm；极限推力：nax=30162N;速比：=2;活塞杆直径：J0=56mm;活塞外推流量：q1=0.51.s2、法拦安装方式选择后端法兰安装方式，因为是推力，所以选用如下方式口33、缓冲机构的选用一般承压在IOMP以上应当选用缓冲机构，本次设计中，工作压力为4MP,因此缓冲机构从略。4、密封装置选用选用YX型密封圈，聚氨酯(PU)和聚四氟乙烯(PTFE)材料联合使用，达到良好的密封效果。5、工作介质的选用因为工作在常温下，所以选用普通的是油型液压油即可。6、液压缸的装配装配前必须对各零件仔细清洗；要正确安装各处的密封
21、装置：安装形密封圈时，要注意其安装方向，避免因装反而漏油，其唇边应对着有压力的油腔。此外，因为是YX形密封圈，所以还要注意区分是轴用还是孔用，不要装错；由于密封装置与滑动表面配合，装配时应涂以适量的液压油；螺纹联接件拧紧时应使用专用扳手，扭力矩应符合标准要求；活塞与活塞杆装配后，须设法测量其同轴度和在全长上的直线度是否超差；装配完毕后活塞组件移动时应无阻滞感和阻力大小不匀等现象；油口的孔口及排气口必须有倒角，不能有飞边、毛刺；在缸内表面镀密，外表面刷防腐油漆。3.3一道横梁和二道横梁，三道横梁的结构设计3.3.1 一道横梁和二道横梁，三道横梁的选择一般工作条件下的横梁，广泛应用45号钢为多。可
22、以通过调质或者正火等热处理的方法来改善和提高其力学性能如。3. 3.2确定横梁的的各段直径和长度和结构设计3个横梁的周各段尺寸直径长度要求一道横梁和二道横梁，三道横梁根据其不同的要求，所尺寸和结构都有区别(1)一道横梁的结构和尺寸图5一道横梁的结构设计一道横梁1.=2560mm,横梁上有均匀钻成的孔，均为。14mm,孔是用来固定回收机挂齿。左右两边有两个焊接方孔，提供给车轮支架，进行车轮直接的固定等，同时在固定的时候也起到支撑的作用。横梁有足够的抗压抗拉强度，能够适应高强度作业。(2)二道横梁的尺寸和结构图6二道横梁的结构设计二道横梁1.=2400mm,横梁上有均匀钻成的孔，均为。14mm,孔
23、是用来固定回收机挂齿。横梁有足够的抗压抗拉强度，能够适应高强度作业。(3)三道横梁的尺寸和结构图7三道横梁的结构设计二道横梁1.=2400三,横梁上有均匀钻成的孔，均为。14mm,孔是用来固定回收机挂齿。两边有焊接的钢板，用于固定连接三个横梁的固定板。焊接部位H=30mm,这样三道横梁会低于二道横梁30mm,可以使三道横梁去回收前面两个横梁收不到的残膜，入土更深。同事这样的设计也比较合理。横梁有足够的抗压抗拉强度，能够适应高强度作业。3.3.3衡量上的载荷横梁120x5,120,5,4800,24000(即：方120x5：边长120,宽40,壁厚5,截面面积A=4800mm2;惯性矩I=240
24、00mn4;截面模量W=I*2H=3000mm3;回转半径i二根下(IA)=9.4mm；单位重量：A*0.00785=1.028Kgm)一、强度决定的构件承载力构件截面为120*40的矩形钢，厚度为5mm,根据GB50017-2003表3.4.1-1,f二205.00Nmm2根据GB/T700-1988及GB/T1591-1994,fy=225.00Nmm2根据公式3.1.1-1,Nl=1.00fXAn=1.oOX205.00X135.08102103=2769.16kN二、整体稳定按3.1.2-2进行计算Ix=IOxix=7.70X10215.30=50.33Iy=IOyiy=7.70X10
25、28.02=96.01双轴对称截面，按3.1.2-2进行计算取长细比较大值Iy,根据GB50017-2003表3.1.2-1,属于b类截面，查附录C,得稳定系数j为0.595两个主轴方向的最大长细比为96.O1.不大于设定的长细比150.00根据规范公式5.1.2-1,N2=1.OOfjA=1.OOX205.000.595X150.09102X10-3=1829.9IkN三、构件承载力N1N2,整体稳定起决定作用，构件承载力为N2=1829.91kN3.3.4按弯扭合成应力校核横梁的强度将每根钢梁简化为简支梁，如图a,通过耳座加给每根钢梁的力为简支梁在集中力的作用下，最大弯矩发生在集中力作用处
26、的截面上，。力在梁的中间/2处，最大弯矩值为:/=Ip11x275l0,2.4-16500Nm由型钢表查得16号工字钢的，故钢梁的最大正应力为:=.J50l.11702WMlIO*MPa120MPa故此梁安全。3.4连接装置结构设计图8连杆的结构图9连接梁的结构图13轮支架一般工作条件下的连接板，广泛应用45号钢为多。可以通过调质或者正火等热处理的方法来改善和提高其力学性能3.5其他零部件的选择3.5.1螺母的选择为了满足齿轮轴和轴的轴向定位选择与深沟球轴承的紧密配合,选用圆螺母来固定。为了防松，必须加止动垫圈。该固定特点就是固定可靠，可承受较大的轴向力，能实现轴上零件的间隙调整。选用M300
27、的圆螺母。在方形联接板上为了使U形卡连接轴并且U形卡末端有M300的螺纹，所以配用的M30的六角螺纹。3.5.2螺栓的结构计算根据机架的宽度可得用在该机架的六角螺栓公称直径为M50mm,选用8级精度。3.5.3车轮的结构3.6回收装置的设计3.6.1回收机齿钉外形的设计图15齿钉设计图机具在工作时，钉齿随着机具前行，边膜不断拉在在齿钉上，机具作业时间越长，边膜拉在赤丁子上的残膜越多，使卸膜很困难。保证机具连续稳定地进行作业。从整机看，边膜回收机在试验中依然存在很多需要改进的方面，如:第一，对于地况良好的田地，作业可靠性较高，当田间石块较多，地表过硬时，就会出现起膜困难，石块堆积，容易造成机具难
28、以行走等问题；第二，搂膜阶段，残膜是容易造成残膜堆积，需要人工来清理齿上的残膜，可以使机具继续向前行；第三，脱膜阶段，同样的在脱膜阶段这对于边膜回收也需要人工来进行脱膜，这也是机具需要改进的重要一点；第四，在功能实现的前提下，对机具各机构进行优化，使其可靠性更高，优化生产工艺，降低加工成本，同时一种新机具的产生还需要大量生产实践的论证。第五，最后，边膜回收作业在我国难度较大的一个关键原因是田间所使用的地膜太薄，根据2002年制定的、现行国家聚乙烯吹塑农用地面覆盖薄膜标准（GB13735一2002）,地膜厚度最低标准为0.008mm,加之标准中允许的偏差值，厚度在0.005mm甚至0.004mm
29、的地膜也能合格流通。提高地膜厚度是改善收膜作业难度的关键因素，2012年12月国家出台了地膜新标准，将其厚度提高到0.01mm,这使边膜回收机看到了新的希望陶。因此解决“白色污染”是迫在眉睫的工作，从边膜回收作业本身讲，适合于秋后棉花秸秆回收之后应用，不会受到棉杆的干扰，符合现代机具设计经济性和实用性的理论，但用边膜回收机的卷膜装置实现还有很多方面还不成熟，还待研究改进。参考文献：1陈发.新蔻残膜回收机械化技术研究、应用与建议j.新疆农业科学，2008,(S2):127-134.2王福义.农用残地膜回收机械发展概述J.农业科技与装备，2012,(9)：4445,48.3何欢欢.振动筛式土壤一残
30、膜分离装置的设计与试验研究J.塔里木大学，2015.64张海军.机采棉残膜分离装置内流场数值模拟与仿真研究新疆D.石河子大学，2010.5袁佳平，汪裕安，顾永康.农业机械的设计和计算M.北京：中国农业机械出版社，1983:353.6郭淑霞，坎杂，张若宇，等.机采籽棉残膜静电分离装置分离试验J.农业工程学报,2011,27(增刊2):6-10.7周智祥，杨志城，杨宛章，等.气吹式春播前残膜回收机的研制J.新疆农业大学学报，2005,(1)：6165.8张学军，吴成武，王旭东，等.残膜分离筛机构的运动仿真与分析J.农业工程学报，2007,(7)：113116.9陈会征，陈予恕.振动筛分机械相关问题
31、的研究进展A.中国振动工程学会、中国力学学会.第十三届全国非线性振动暨第十届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集C.中国振动工程学会、中国力学学会，2011：7.10付允强.振荡筛筛分机理的分析与研究D.长安：长安大学，2008.11李菊.用于谷物清选的三维并联振动筛的研究D.镇江：江苏大学，2013.12冯学董.矿山振动机械本质安全技术研究及应用J.中国安全生产科学技术，2013,(5)：7882.13赵凤华.往复振动筛的运动分析J.北京农业机械化学院简报，1983,(1)：39-56.14邓春香，向建化，陶栋材，等.谷物清选风车中振动筛的曲柄转速和半径优选J.湖南农业大学学报(自然科
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34、意创新的科学研究精神、深厚的学术造诣以及谦虚、求实的工作态度，使我受益匪浅，也让我明白了一个道理：要做学问，先学做人。在此论文完成之际，谨向一直对我辛勤培育、教育以及关心的谢老师表示衷心的感谢和敬意。同时，感谢农大给了我这样一个平台，让我能够学习深造。在这次毕业设计中，深深让感受到同学之间友情的无价。在设计中，同学之间互相帮忙，有什么明白的向同学请教时，都能得到满意的解答。再设计期间我与同学们不断交流探讨，不明白就询问同学，彼此互相学习，同时能熟练操作AUTOCAD,Soliderworks等软件。最后，从以前的师哥师姐的经验中学到了如何防患于未然，在做设计的整个阶段中，要不断地锻炼自己，画好的图自己一定要备份，写好的说明书也要多保留一份，避免在答辩的时候出现一些临时问题。最后，特别要感谢我的父母，他们辛勤的付出和默默的支持是我完成学业和继续前进不竭的动力。再次向四年来与我一路同行的伙伴致以诚挚的谢意!
