机械制造及自动化专业毕业论文加强筋塑料地膜及其加工设备的设计与仿真Word文档格式.docx

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废膜影响作物根系的生长，阻碍作物对水分和养分的吸收，使棉花等作物的产量下降。

2003年3月，有关部门对新疆吐鲁番地区10个乡镇的地膜残留量进行了调查，在66.7mm2的耕地取样50个测试点进行调查，结果表明：

每667m2的耕地地膜残留量最高达9.8kg，根据新疆兵团农七师的调查地膜的留量最高达655.5kg／hm2，这相当于在土壤的耕层内铺了10层塑料薄膜。

1.1.2农用薄膜对农业生产的危害

农用塑料薄膜主要有用于温室塑料大棚的聚氯乙烯（PVC）和用于地膜的聚乙烯（PE）等，都是聚乙烯烃类化合物，自然条件下极难降解，在土壤中可存在300～400年。

废膜所形成的“白色污染”不仅对生态环境、土壤构成严重污染，而且还有许多不利因素：

一是废膜影响耕整地机械、播种机械的正常作业；

二是采棉机收获时有相当一部分废膜混入棉花中，降低了棉花等级，大大影响了棉花的收购价格；

三是棉秆、稍枝和壳叶是优质饲料，牛羊等家畜误食混入废膜碎片的饲料后，可导致肠胃功能失调，严重时可引起死亡；

四是使农作物严重减产。

据农业部专项调查，每年残存在田间、土壤、沟河中的塑料薄膜至少占使用总量的10％以上，现累积残存量已在百万吨以上[1]。

进一步研究还发现，目前国内农户因为经济原因大多采用的是不可降解的聚乙烯和聚氯乙烯高分子化合物，其厚度大多为0.006mm左右，明显低于国际标准的0.008mm[2]。

如此薄的地膜经过播种、中耕和收获等作业环节，以及自然风化侵蚀作用后，造成成条地膜的裂化和断裂。

由相关经验可知，当地膜破碎后面积小于0.5m2时，就很难清理干净了。

因此，每年都会在田间残留很多的地膜碎片[2]。

另外，聚乙烯、聚氯乙烯这类高分子化合物在自然条件下分解速度极为缓慢，约300～400年才能完全降解。

地膜残留不仅会破坏土壤理化性状，而且造成农作物根系生长发育困难，影响根系正常水分和养分的吸收，致使作物产量下降。

据有关资料显示，种子如果播种在残膜上，则烂种率平均达到8.2％，烂芽率达到5.6％[7]。

在新疆地区，棉花侧根比正常平均减少6.6条，2～3片真叶期棉苗因为残膜而缺水枯死的占6.5％，现蕾期推迟3～5d，株高降低5～11cm，产量降低11.8％，最高可达22％[3],残膜的滞留直接影响了农作物的产量。

1.1.3本课题研究的意义

地膜为聚乙烯化合物，在自然条件下极难降解，在土壤中可存在300~400年。

残膜积留在土壤中，致使农业环境遭到严重的白色污染，破坏了农田的生态环境，形成了阻隔层，影响了农作物对水分和养分的吸收，影响了种子发芽、出苗、埋在土壤和露在地表的残膜影响农机具的田间作业质量，致使农机具在田间作业时发生残膜缠绕、堵塞，机具不能正常作业根据农业部调查，每年残存在田野、土壤、沟河中的塑料薄膜至少占供应量的10%，累积残存量已达百万吨左右，田间的沟渠经常因残膜积累发生堵塞。

纵览薄膜使用与残留污染现状，由废膜造成的“白色污染”已是当前农业生产和环境保护最突出的问题。

它不仅制约着农业生产并且成为影响农业发展的重要因素之一，而且已经对人们赖以生存的土地和环境构成严重威胁。

因此，解决白色污染的问题已经到了刻不容缓的地步。

生产实践表明，在灌溉条件好，揭膜后能及时浇水的地区，可以采用中期（即苗期，浇头水前）收膜，这样有利于以后的中耕、除草、施肥、浇水等后续作业，防止棉花早衰，提高其品级。

因此，我们需要研究一种新机器来回收残膜，研究它的目的和意义在于降低和消除残膜对生态环境的污染，消除残膜对来年种植作物的种子的发芽和出苗的影响，提高农机具田间作业的质量，以便达到增产增收的目的。

地膜是农业生产的重要物质资料之一，我国每年地膜应用量近百万吨，地膜覆盖面积1000多万hm³

，覆盖作物达40多种。

地膜技术的应用极大地促进了我国农业的发展，但随着地膜应用量和使用年限的不断增加，大量残留地膜造成的“白色污染”不但严重影响了农业生产的进行，而且对农业环境的安全与健康也构成了巨大的威胁。

农田残留地膜已经成为影响农业环境、破坏土壤结构、危害作物正常生长发育并造成农作物减产的重要因素之一。

通过对统计数据的整理分析，以及在国内外研究文献总结和归纳的基础上，对我国农用地膜应用污染现状进行了全面的分析和论述在此基础上，针对我国的地膜污染的现状，从地膜的标准化生产节约使用高效回收以及未来需要研发的新材料，新技术等方面提出相应的防治技术途径，因此研究加强型地膜加工机械重要从经济、社会、生态三个领域，不同角度来考虑残膜回收，这给农业所带来的综合效益及其深远意义。

同时也推动了残膜回收工程得以有效进行。

1.2本课题研究现状及存在问题

1.2.1国外残膜回收研究现状

英国与俄罗斯主要采用悬挂式收膜机，工作时松土铲将压膜土耕松，然后将残膜收卷到羊皮网或金属网上，收下的残膜清洗干净卷好备用。

日本土壤主要是火山灰土，土质蔬松，气候温暖，地温适宜，而且日本生产的地膜强度大，地膜覆盖期较短，为1.5~3个月，清除时可保持较大片块，有利收膜。

以色列是研究地膜回收机起步较早的国家之一，他们利用收卷机回收残膜，效果较好以色列所用地膜较厚强度高，铺膜主要用于帮助种子发芽与出苗期的保墒保温，作物出苗后即开始收膜，地膜在田间停留时间较短，有足够的强度保证收卷时膜不会破碎，易于整膜的回收利用。

欧美国家为防止残膜污染造成危害，一方面推广使用高强度耐老化地膜，可以连续使用2~3年，采用收卷式残膜回收机回收地膜；

另一方面积极开发研制新型地膜，如可降解地膜，使残膜经一定时间自动分解为无害物质而混入土壤。

国外地膜产品的开发，特别是通过对降解地膜的研究开发，解决残膜污染据有关资料报道，国外已研制成纸质农用地膜，是一种极易降解的地膜，只是目前因价格太高而无法大量使用，但很有发展前途。

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，清除时可保持较大片块。

从总体来看欧美等国为解决残膜造成的危害，一方面推广使用高强度、耐老化地膜；

另一方面积极开发研制新型地膜，如可降解地膜等，残膜经一定时期而自动分解，形成无害物质而混入土壤中。

1.2.2国内残膜回收机具及技术发展状况

目前，我国用机械收获废膜有3种方法：

一是在作物苗期、灌头水前揭膜；

二是在作物收获后、耕地前收获地表废膜；

三是播种前收获地表及耕层内的废膜。

（1）播前整地废膜收获机械。

新疆兵团研制的1SM-5型密排弹齿式废膜收获机由双排密排弹齿构成，利用小四轮拖拉机牵引作业，可以收获部分地表废膜，但收获率偏低。

（2）苗期揭膜机械。

苗期揭膜是在作物苗期、灌头水前收获地表废膜。

兵团农八师研制的4TSM-4苗期收膜机经多年改进，已接近实用阶段，目前存在的主要问题是：

废膜缠绕工作部件，难以连续作业，边膜收不起来，机械的优越性没有得到充分地发挥，苗期揭膜容易造成土壤水分蒸发。

（3）秋后废膜收获机。

由于作物秸秆的影响和时间的限制，加上薄膜老化，废膜收获的难度很大。

秋后废膜收获机主要机型有，新疆农垦科学院农机研究所研制的4FS-2茎秆粉碎、地膜收获联合作业机，4QSM-2型废膜收获机；

东北农业大学研制的弹齿式废膜收获机等。

经过二十几年的努力，我国已研制出多种废膜收获机，取得了阶段性成果，但还不尽人意。

主要问题是机具性能较差、可靠性偏低，结构复杂，造价昂贵，调整使用不便，生产率低。

1.3对课题所涉及的任务要求及实现预期目标的可行性分析

1.3.1课题所涉及的任务要求

随着时代的不断进步，节能减排越来越受到人们的关注因此残膜回收应坚持两个原则：

一是坚持回收利用的原则，是增加地膜厚度，加强地膜抗拉强度，这样不仅可以节省农民的生产成本，而且可以完全防止残膜污染；

二是坚持循环再生的原则，是将回收的地膜进行有价收购，鼓励农民自行人工捡拾地膜或用机具捡拾地膜，适当提高残膜回收价格，开发残膜回收循环再生设备，做到有多少残膜，就循环利用多少。

1.3.2实现预期目标的可行性分析

本课题主要研究加强型地膜机械的设计与仿真，研制发展加强型地膜机具既有明显的经济效益，又具有巨大的社会效益；

研究新一代的加强型地膜，应主要着眼于降低成本技术稳定；

规范地膜生产技术要求，增加地膜覆土部位的厚度，增强地膜抗拉强度，减轻残膜回收难度；

因此研究加强型地膜加工机械不但能提高效率，保护环境，还能减少农民作业量.在以后的研制、生产、销售有着广阔的市场。

1.4设计的目标

根据自治区及兵团的植棉方式、规模和我区相关地理环境可知：

我区的植棉的规模比较大，但是采收残膜的难度很大，尤其是在棉花苗期收膜作业更是不易推广，对次造成了中耕不方便等问题。

加强型地膜加工机械研制，将重点解决这些问题，在铺膜前期做好准备措施方便了地膜的回收，减少了地膜在田间的残留率，为自治区及兵团的棉花产业作出贡献。

1.4.1设计的内容

（1）技术方案的确定

技术方案确定的依据是在国内外残膜难以回收，结合自治区及其兵团现状转变重点，在普通地膜上做加强，而研制的一种地膜加强加工机械。

（2）主要结构及工作原理

图1-1加强型地膜加工机械工作原理图

1.胶带卷2.展膜棍3.金属输膜棍4.挡板5.空心管6.金属膜棍7.电动机

8.膜卷及膜卷架9.提膜棍装置10.橡胶辊

该机由机架、胶带卷、展膜棍、橡胶膜棍、金属膜棍、膜卷、电动机等主要部件组成

见图1-1。

该机可将一般标准地膜进行负荷加强。

工作前，将标准膜从膜卷拉出，经过展膜滚，用提膜棍装置将橡胶膜棍拉起。

把膜穿过金属膜棍和橡胶膜棍之间，将少许薄膜绕在放在两个金属膜棍上的空心管，然后将胶带卷上的胶带卷粘在在薄膜上（如图1-1）。

工作时接通电源，由电动机带动四个金属膜棍旋转，胶带卷、橡胶膜棍和空心管随着转动。

空心管卷到一定程度，停机换另一个新的膜卷和空心管。

2加强型地膜加工机械的设计

2.1主要工作部件总体设计

2.1.1胶带卷

该装置是将标准地膜加强成加强地膜的重要部件，它是由胶带和固定轴构成的，在工作时将加强筋附在薄膜上。

2.1.2展膜棍

展膜棍是由金属膜棍和传动轴构成的。

展膜棍的直径小于金属膜棍，方便地膜在加强时不发生地膜卷曲，加强筋重叠的现象。

展膜棍的表面膜棍是经过精磨工艺处理，在对地膜的展开和传输过程不易刮伤地膜，或者传动失效，对地膜能够有效的展开。

2.1.3橡胶膜棍

橡胶膜棍是由橡胶膜棍和传动轴构成，其表面摩擦力大于金属膜棍的摩擦力，在工作开始前它与金属膜棍有一定的距离，等地膜穿过它与金属膜棍之间开始工作，它与金属膜棍紧密配合传输地膜，保证了地膜稳定的输出。

2.1.4金属