殘膜回收收膜部件研析

徐弘博，胡志超，吳　峰，顧峰瑋

(農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機械化研究所，南京　210014)

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殘膜回收收膜部件研析

徐弘博，胡志超，吳峰，顧峰瑋

(農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機械化研究所，南京210014)

摘要：根據(jù)機械化殘膜回收的特點與機具功能，對殘膜回收機的組成進(jìn)行了歸納與劃分，重點描述了其收膜部件的定義與技術(shù)要求。同時，介紹了當(dāng)前殘膜回收機收膜部件的類型、結(jié)構(gòu)形式、工作原理及特點，并就存在的問題與研發(fā)重點做出了分析，旨在為殘膜回收機收膜部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化提供參考。

關(guān)鍵詞：殘膜回收機；收膜部件；研究現(xiàn)狀；研發(fā)重點

0引言

地膜覆蓋栽培技術(shù)具有保溫、保墑、抑制雜草生長、改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)及增加作物產(chǎn)量等優(yōu)點，是目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最為行之有效的增產(chǎn)手段。我國當(dāng)前覆膜種植面積達(dá)0.247億hm2，約占全球覆膜總面積的90%。但農(nóng)用塑料薄膜在自然條件下極難降解，如果將地膜遺留在土壤中，會對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)本身構(gòu)成一系列嚴(yán)重危害，因此必須及時將地膜進(jìn)行回收[1-3]。采用機械方式回收殘膜能夠解放勞動力、降低勞動成本、提高生產(chǎn)效率，研發(fā)改進(jìn)適用的殘膜回收機已成為我國農(nóng)機化發(fā)展的迫切任務(wù)。

我國對殘膜回收機械的研究起步較早，最早的相關(guān)專利可追溯到20世紀(jì)80年代[4]，研究至今，多種殘膜回收機具被開發(fā)出來并得到了試驗與推廣。盡管如此，殘膜污染現(xiàn)象依然嚴(yán)峻，殘膜回收機存在回收率低等問題始終不能得到很好解決，大多數(shù)地區(qū)還依然依靠人工撿拾殘膜。為了進(jìn)一步提升殘膜回收質(zhì)量，亟待對現(xiàn)有殘膜回收機的功能部件進(jìn)行系統(tǒng)研究，梳理并歸納其結(jié)構(gòu)特點與作業(yè)原理，為殘膜回收機的進(jìn)一步設(shè)計與優(yōu)化提供指導(dǎo)。

1收膜部件定義與技術(shù)要求

根據(jù)機械化殘膜回收的特點與機具功能來劃分，完整的殘膜回收機作業(yè)部件應(yīng)包括起膜部件、收膜部件、脫膜部件、集膜部件和卸膜部件，如圖1所示。其中，起膜部件的功能是將殘膜從地表和一定深度的土壤中托起并喂入殘膜回收機內(nèi)部；收膜部件的功能是帶動殘膜(包括土、雜)在機具內(nèi)部發(fā)生空間位置轉(zhuǎn)移，為殘膜的處理與收集提供條件；脫模部件的功能是使殘膜與收膜部件進(jìn)行分離；集膜部件的功能是收集并暫時儲存殘膜；卸膜部件的功能是使收集好的殘膜從集膜部件中脫離。由此可見，收膜部件是整個殘膜回收機械系統(tǒng)中必不可少的核心部件，本文僅針對收膜部件進(jìn)行研究。

圖1　殘膜回收機作業(yè)部件分類

地膜受到播種、田間管理、收獲、耕整地作業(yè)及環(huán)境侵蝕等因素的影響，往往破損嚴(yán)重；在回收過程中，受到土壤吸附力的作用容易拉斷；殘膜發(fā)生相互摩擦產(chǎn)生靜電，極易纏繞在工作部件上；同時，莖稈、根茬等雜物往往會與殘膜摻雜在一起。針對上述情況，收膜部件應(yīng)滿足如下技術(shù)要求

1.1　攜帶率高

根據(jù)殘膜回收機收膜部件是否直接入土，可將收膜部件分為起收一體式和獨立式。起收一體式收膜部件直接從地面上將膜挑起并進(jìn)行膜的空間輸送，這就要求收膜部件能夠盡可能多地挑起地膜，且輸送過程中不發(fā)生地膜的脫落；獨立式收膜部件在起膜部件將膜與地面分離之后，攜帶地膜進(jìn)行空間轉(zhuǎn)移以進(jìn)入下一步收膜工序，在此過程中，同樣要求收膜部件能與起膜部件順利交接地膜，并在輸送過程中不會丟失地膜。收膜部件的攜帶率越高，則殘膜回收率越高。

1.2　纏繞率低

在殘膜回收過程中，由于收膜部件的運動和膜的吸附作用，有發(fā)生地膜纏繞或夾持在收膜部件上的可能，影響機具運行的順暢性和作業(yè)效率。這就要求收膜部件具有合理的運行軌跡，表面盡可能光滑，配以合適的脫模機構(gòu)，能夠有效地避免地膜與收膜部件發(fā)生纏繞。

1.3　效率高

若收膜部件運行速度過低，會發(fā)生漏收現(xiàn)象；若收膜部件運行速度過高，又會導(dǎo)致功率浪費和地膜拉斷等現(xiàn)象。因此，收膜部件與拖拉機按照合適的速比運行時，收膜效率最高。設(shè)計時，應(yīng)合理設(shè)計收膜部件的尺寸和運行參數(shù)，以期達(dá)到最高的收膜效率。

1.4　便于脫模

脫模部件與收膜部件具有結(jié)構(gòu)和工藝上的密切聯(lián)系，脫模的方便與否是衡量收膜部件設(shè)計合理性的重要指標(biāo)之一。如果脫模效果不理想，甚至需要依靠人工進(jìn)行脫模，勢必影響機具的工作效率。在收膜部件的設(shè)計中，要同時考慮如何進(jìn)行脫模和怎么提高脫凈率的問題。

2收膜部件結(jié)構(gòu)與特點分析

根據(jù)收膜部件的結(jié)構(gòu)形式，可將收膜部件分為滾筒式、輸送鏈?zhǔn)健Ъ胶推渌?，每種收膜形式根據(jù)機理不同又可再做細(xì)分。本文分別論述各種收膜形式對應(yīng)的典型機具及其特點。

2.1　滾筒式收膜部件

滾筒式收膜部件是由滾筒和挑膜(扎膜)齒組成的收膜部件，在滾動旋轉(zhuǎn)過程中，地膜沿著滾筒外徑自下而上進(jìn)行空間轉(zhuǎn)移，達(dá)到收膜目的。目前已有的滾筒式收膜部件形式可分為伸縮桿齒式、凸輪滑道彈齒式、挑膜輥式和卷繞式4種。

2.1.1伸縮桿齒式

伸縮桿齒式收膜部件采用偏心輪的原理設(shè)計而成，由滾筒和偏心轉(zhuǎn)子組合而成。偏心轉(zhuǎn)子上均勻分布多排桿齒，并與滾筒同步旋轉(zhuǎn)。桿齒位于滾筒下方時，伸出最長，將殘膜挑起；桿齒旋轉(zhuǎn)到滾筒上方時，縮回滾筒，而挑起的殘膜留在滾筒上方。伸縮桿齒式殘膜回收機如圖2所示。山西省農(nóng)機化研究所張木林等[5]論述了該類型收膜部件的工作原理，并分析了桿齒的運動軌跡和有關(guān)參數(shù)。西北農(nóng)林科技大學(xué)盧博友等[6]對該收膜方式進(jìn)行了改進(jìn)，優(yōu)化了桿齒形狀與運動傳遞方式，提升了收膜性能。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)張東興[7]與石河子大學(xué)徐新惠等[8]采用皮帶與伸縮桿齒收膜機構(gòu)進(jìn)行組合，解決了脫模和回帶的問題，并進(jìn)行了田間試驗與改進(jìn)。

圖2　伸縮桿齒式殘膜回收機

采用伸縮桿齒式收膜機構(gòu)，由于滾筒在地膜上自由滾動，滾筒與地膜之間無相對運動，因而不會產(chǎn)生壅土、壅膜或拉斷地膜的現(xiàn)象。由于齒桿有扎膜的功能，解決了超薄地膜易碎、難以回收的技術(shù)難題。但其地表仿型能力差，只適用于平整的地面，不適用于壟溝相間的地面；彈齒與滾筒間可能發(fā)生夾膜現(xiàn)象，對桿齒的齒形和運動軌跡有一定要求。

2.1.2凸輪滑道彈齒式

凸輪滑道彈齒式收膜部件的外形與伸縮桿齒式類似，區(qū)別在于其滾筒內(nèi)部設(shè)有固定的凸輪槽，弧形收膜彈齒一端嵌入凸輪槽內(nèi)，并與滾筒上的鉸鏈連接，如圖3所示。滾筒轉(zhuǎn)動時，弧形收膜彈齒對滾筒表面做伸縮動作的同時進(jìn)行擺動式往復(fù)運動，有利于挑膜和脫模。

圖3　凸輪滑道彈齒式收膜部件

新疆省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機械化研究所陳發(fā)等[9]對該類型收膜部件收膜齒的軸向排布、運動軌跡、滾筒轉(zhuǎn)速等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了分析研究，確定了滿足要求的參數(shù)范圍。新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)董遠(yuǎn)德等[10]將該收膜機構(gòu)應(yīng)用于棉桿集條與殘膜回收聯(lián)合作業(yè)機的設(shè)計，并對運行參數(shù)進(jìn)行了理論分析。新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機械化研究所張佳喜等[11]和新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)謝建華等[12]研制的殘膜回收聯(lián)合作業(yè)機也采用了這種收膜機構(gòu)。吉林省農(nóng)業(yè)機械研究院于振華等[13]對凸輪滑道彈齒式收膜部件進(jìn)行了運動仿真。山東農(nóng)業(yè)大學(xué)張德學(xué)等[14]對凸輪滑道彈齒式收膜部件的結(jié)構(gòu)與運行參數(shù)進(jìn)行了改進(jìn)與軟件優(yōu)化，提高了收膜部件運轉(zhuǎn)的流暢性與殘膜回收效率。新疆大學(xué)王春耀等[15]運用有限元軟件對凸輪滑道彈齒式收膜部件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了強度分析，以指導(dǎo)機具工作參數(shù)的選擇。

凸輪滑道彈齒式收膜部件在挑起地膜殘膜和膜的分離方面具有一定優(yōu)勢，但凸輪槽的設(shè)計與制造有一定難度。凸輪長期受到彈齒的摩擦容易磨損，且彈齒直接入土?xí)r容易將雜草帶入收膜部件，給膜雜分離帶來麻煩。

2.1.3挑膜輥式

新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)張佳等[16]設(shè)計的挑膜輥式收膜部件，由傳動軸、挑膜輥軸和挑膜彈齒構(gòu)成，如圖4所示。工作時，彈齒入土深度為20～40mm；挑膜彈齒的旋轉(zhuǎn)方向與拖拉機地輪轉(zhuǎn)向相同，實現(xiàn)“入土挑膜—膜土拋送—入土挑膜”的循環(huán)運動。木塔力甫·艾力[17]對該機構(gòu)挑膜彈齒的強度進(jìn)行了有限元校核，降低了制造成本。

1.傳動軸　2.挑膜輥軸　3.挑膜彈齒

這種寬形彈齒結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是不容易出現(xiàn)殘膜纏繞，有較高的強度能抵抗受力較大時的彎曲變形，彈齒壽命較長；但需要考慮膜土后續(xù)如何進(jìn)行分離。

2.1.4卷繞式

卷繞式收膜部件的彈齒與滾筒是相互固定的，彈齒直接入土扎膜，膜在彈齒的攜帶下繞著滾筒做圓周運動，最終纏繞在滾筒上，如圖5所示。例如，東北農(nóng)業(yè)大學(xué)馮江等[18]設(shè)計的JM-1400卷繞式拾膜機和新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機械化研究所薛文瑾等[19]設(shè)計的滾輪纏繞式殘膜回收機；但這些機型都需要人工輔助卸膜。新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)靳偉等[20]設(shè)計的針刺式殘膜回收機，能夠?qū)崿F(xiàn)自動卸膜，收膜效果和經(jīng)濟(jì)效益俱佳。石河子大學(xué)蒙賀偉等[21]研制的梳齒滾筒式殘膜回收機，也采用卷繞式收膜機構(gòu)，配以橡膠制作脫模滾筒，能將滾筒勾起的地面脫下，并甩入集膜筐內(nèi)，同樣解決了卷繞式收膜結(jié)構(gòu)卸膜困難的問題。

1.牽引架　2.滾筒　3.拾膜彈齒

由于卷繞式收膜部件的彈齒與滾筒沒有相對運動，因此可以將彈齒布置的很密，撿拾田間殘膜較為干凈，對碎膜也有一定的回收能力，但脫模比較困難。

2.2　輸送鏈?zhǔn)绞漳げ考?/h2>

輸送鏈?zhǔn)绞漳げ考闹黧w是一對輸送鏈，輔以齒桿、刮板或輸送帶組成的收膜部件，地膜在輸送鏈的運轉(zhuǎn)下由輸送鏈的一端移動到另一端，完成地膜的空間轉(zhuǎn)移，從而達(dá)到收膜目的。目前已有的輸送鏈?zhǔn)绞漳げ考问桨ü伟遢斔蛶?、鏈齒式和篩鏈?zhǔn)健?/p>

2.2.1刮板輸送帶式

刮板輸送帶式收膜部件依靠輸送鏈輪的轉(zhuǎn)動，帶動膜與其混合物在刮板輸送帶上傳送，以此達(dá)到收膜的目的。這種收膜方式由于不能直接入土收膜，因此必須與起土鏟配合使用，由起土鏟將土和膜鏟起，再由刮板輸送帶進(jìn)行輸送。由于膜土同時輸送，后續(xù)必須配有膜土分離裝置。如圖6所示，新疆葉爾羌農(nóng)機科技開發(fā)有限公司與莎車縣農(nóng)機化技術(shù)推廣站[22]合作研制的4CM系列殘膜回收機就是采用的刮板輸送帶式收膜部件。

這種收膜方式結(jié)構(gòu)形式簡單，不易漏膜，對膜的完整性沒有要求，特別適合對于碎膜、深膜的收集輸送；但對后續(xù)的膜土分離和膜雜分離部件有著較高的要求。

俄羅斯政黨政治中幾個政黨起主要作用、統(tǒng)一俄羅斯黨一黨獨大的相對穩(wěn)定格局經(jīng)2003、2007及2011、2016年四次國家杜馬選舉后，基本得以成型。俄政黨格局自此之后愈發(fā)穩(wěn)定，政黨政治規(guī)范化、法治化、秩序化的程度日益提高，葉利欽時期政黨良莠摻雜的局勢被完全扭轉(zhuǎn)，有效的多黨制如普京所設(shè)想建立的那般得以逐步穩(wěn)固、形成了體系，由“有威望的黨”領(lǐng)銜的政黨格局就此被培育起來了。

2.2.2鏈齒式

鏈齒式收膜部件主要由一對輸送鏈和安裝在輸送鏈上的耙齒桿組成，如圖7所示。當(dāng)輸送鏈轉(zhuǎn)動時，耙齒桿上的耙齒帶動地膜沿輸送鏈方向運動，完成收膜動作。石河子大學(xué)[23-24]采用鏈齒式收膜機構(gòu)成果研制了SMS-1500型殘膜回收機，并通過運動學(xué)方法對有關(guān)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化；同時，針對田間試驗出現(xiàn)的問題，改進(jìn)了耙齒排布結(jié)構(gòu)，且提高了收膜率。

圖6　4CM系列殘膜回收機

圖7　鏈齒式收膜部件

鏈齒式收膜部件由于其較長的輸送行程和可控的挑膜角度，根據(jù)作業(yè)要求可以前置或者后置，在布局方面具有一定優(yōu)勢；但其對于碎膜的輸送能力十分有限，且容易將雜物帶人收膜部件，給膜雜分離帶來困難。

2.2.3升運鏈?zhǔn)?/p>

升運鏈?zhǔn)绞漳げ考?對鏈條和鏈條間的圓桿組成，通過升運鏈自身的轉(zhuǎn)動帶動膜與土雜向后輸出。內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)機械技術(shù)推廣站陳一丁[25]發(fā)明的殘膜回收機就采用了這種收膜方式。黑龍江省畜牧機械化研究所李進(jìn)等[26]設(shè)計的玉米清茬起膜機同樣采用這種收膜結(jié)構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上增加了橢圓形抖動鏈輪，提高了清土效果。

升運鏈?zhǔn)绞漳げ考闹饕攸c是在輸送過程中可初步分離土壤，減輕后續(xù)膜土分離的壓力，但對土壤性能有一定要求，且容易漏膜。

2.2.4篩鏈?zhǔn)?/p>

新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)韓長杰等[27]發(fā)明了一種篩鏈?zhǔn)绞漳げ考瑢⑹漳幼髋c膜土分離動作合二為一，如圖8所示。其工作原理：依靠加靜電裝置經(jīng)負(fù)極加電刷給殘膜撿拾裝置加負(fù)電，加靜電裝置經(jīng)正極加電刷給篩鏈輸送器加正電；帶負(fù)電的殘膜與帶正電的篩鏈輸送器相互吸引并被篩鏈輸送器輸送至集膜箱內(nèi)，完成收膜作業(yè)；而殘膜裝置挑起的碎土經(jīng)篩鏈輸送器的篩孔落在地里。

圖8　篩鏈?zhǔn)绞漳げ考?/p>

2.3　摟集式收膜部件

摟集式收膜部件的主體是按照某種規(guī)律排列的1排或幾排彈齒，在彈齒與膜相對運動的過程中，將膜勾住并沿著彈齒相對于膜的運動方向進(jìn)行輸送，以此完成收膜動作。目前已有的摟集式收膜部件包括密排彈齒式和摟膜連桿式。

2.3.1密排彈齒式

密排彈齒式收膜部件由多排按照一定方式排列的彈齒組成，工作時由拖拉機帶動，彈齒入土30~50mm，由密排彈齒將地表和淺層的殘膜收集成條，如圖9所示。

圖9　密排彈齒式收膜部件

比較典型的機型是新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)農(nóng)八師149團(tuán)農(nóng)業(yè)科李小兵[28]設(shè)計的CMJ-5型密排彈齒式殘膜回收機，彈齒均為前后雙齒，前排彈齒100根，后排彈齒200根，采用鉸鏈連接方式與機架連接。新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機械化研究所王學(xué)農(nóng)等[29]研制的懸掛式棉秸稈還田及殘膜摟集聯(lián)合作業(yè)機即采用密排彈齒的方式進(jìn)行收膜，并在實驗的基礎(chǔ)上對摟膜齒的排列進(jìn)行了改進(jìn)，解決了堵塞和壅土的問題，且提高了生產(chǎn)率。

密排彈齒式收膜部件結(jié)構(gòu)簡單、造價低，對于平整地的殘膜回收率較高；但生產(chǎn)效率較低，每隔一段時間就需要升起機架進(jìn)行卸膜，且卸膜有一定困難，需要人工輔助。

2.3.2摟膜連桿式

摟膜連桿式收膜部件由橫向排列的彈齒和曲柄搖桿機構(gòu)組成，如圖10所示。工作時，曲柄旋轉(zhuǎn)帶動安裝在搖桿上的彈齒往復(fù)運動，實現(xiàn)連續(xù)輸送和摟集殘膜的動作。吉林大學(xué)張學(xué)軍等[30]建立了摟膜連桿式收膜機構(gòu)的數(shù)學(xué)模型，對該機構(gòu)的結(jié)構(gòu)尺寸和運動參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，得出了最優(yōu)機構(gòu)尺寸和滿足摟凈率要求的最小曲柄轉(zhuǎn)速。

1.搖桿　2.曲柄　3.摟膜彈齒

摟膜連桿收膜方式解決了摟集式收膜方式經(jīng)常存在的脫膜困難的問題，但對于摟膜彈齒運動軌跡的設(shè)計有較高要求，若設(shè)計不合理將會發(fā)生膜在彈齒頂端纏繞的現(xiàn)象。

2.4　其他形式收膜部件

除了上述收膜部件以外，還有一些其他形式的收膜部件同樣能完成殘膜在機具內(nèi)部的空間位置轉(zhuǎn)移，達(dá)到收膜目的。其主要形式包括夾持式、氣力式、振動篩式和組合式。

2.4.1夾持式

夾持式收膜部件是利用“夾持”的原理回收殘膜的收膜部件。工作時，偏心夾持起膜輪轉(zhuǎn)動，夾膜板隨起膜輪做圓周運動；當(dāng)夾膜板接近地膜時，在夾膜凸輪的作用下夾膜板張開，起膜輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動，張開的兩夾膜板便扎入地表土層；此時夾膜板另一端離開凸輪，在彈簧力作用下夾膜板開始閉合，在閉合過程中地表土層中的殘膜被夾膜板夾??；當(dāng)夾膜板離開地面轉(zhuǎn)至殘膜輸送裝置人口時，夾膜板在脫膜凸輪的作用下張開，夾起的殘膜在重力和輸送裝置彈性刮板的作用下進(jìn)入輸送裝置，隨即夾膜板又閉合，在輸送裝置的作用下殘膜進(jìn)入膜箱，即完成一個收膜過程。石河子大學(xué)王吉奎等[31]采用夾持式收膜方式設(shè)計的殘膜回收機，經(jīng)試驗表明地表殘膜拾凈率可達(dá)92%。

夾持式收膜方式能同時回收不同大小和強度的殘膜碎片，但機構(gòu)較為復(fù)雜，且含雜率較高。

2.4.2氣力式

氣力式收膜部件利用風(fēng)機產(chǎn)生的氣力將殘膜經(jīng)風(fēng)道吹至集膜箱內(nèi)。一般來說，為了配合氣力式收膜部件順利工作，需要事先將地膜切成較小膜塊，并利用彈齒將膜挑起，以便于氣力輸送。塔里木農(nóng)墾大學(xué)張學(xué)軍等[32]設(shè)計的氣力式殘膜回收機，采用正壓氣流輸送原理，解決了殘膜纏掛、堵塞工作部件的問題。新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)魯亞云等[33]設(shè)計了一種氣吹式秋后殘膜回收機，并且對有關(guān)部件的參數(shù)進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模和優(yōu)化。

氣力式收膜部件結(jié)構(gòu)簡單，布局方便，對碎膜有其特有優(yōu)勢；但容易將土、雜一起吸入集膜箱內(nèi)。

2.4.3振動篩式

振動篩式收膜部件由搖桿、篩架、篩子組及鉸支臂組成。工作時，進(jìn)入振動篩組的大部分土壤通過篩子上的篩孔在振動的作用下漏于地表，小部土壤和全部的殘膜和殘茬在振動篩組的振動作用下，被運送到機械的后部尾篩，將混入到殘膜和殘茬中的土壤進(jìn)一步進(jìn)行分離。沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)和塔里木大學(xué)[34]聯(lián)合研制了一款振動篩式殘膜回收機，并通過試驗優(yōu)化了收膜部件的部分參數(shù)，提高了順暢性。

該收膜部件對耕層內(nèi)50～80mm的殘膜回收效果較好，但是遇到土壤過濕或土塊過大時，振動篩的工作負(fù)荷較大，土膜分離效果不佳；工作時，土壤含水量較低時，機械工作時灰塵較大，機械工作環(huán)境惡劣。

2.4.4組合式

組合式收膜部件不作為一種獨立的收膜部件，而是由兩個或多個收膜部件組合在一起，共同完成膜的空間位移任務(wù)。將不同收膜部件按照合理的順序組合使用，可以充分利用各個收膜部件的優(yōu)勢，以適應(yīng)不同的收膜環(huán)境。一般而言，組合式收膜的前一套收膜部件是為了保證后一套收膜部件的順暢性。新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)[33]設(shè)計了一種氣吹式秋后殘膜回收機，將滾筒式收膜部件與氣力式收膜部件組合使用。工作時，撿膜輥齒人土并向前運動，地表的膜被摟著向前運動；當(dāng)撿膜輥齒轉(zhuǎn)出地表時，由略向前彎的齒尖將膜塊挑起，挑起的膜塊在風(fēng)機產(chǎn)生的氣流作用下，經(jīng)風(fēng)道而吹至集膜箱。這樣的組合方式避免了土壤進(jìn)入集膜箱，減小了含雜率。青島林豐農(nóng)牧機械制造有限公司魏學(xué)慶等[35]發(fā)明了一種深層殘膜篩選回收機，采用篩鏈?zhǔn)绞漳げ考c氣力式收膜部件組合使用，篩鏈?zhǔn)绞漳げ考δね吝M(jìn)行初步篩分，再交接給后續(xù)膜土分離部件，最后干凈的殘膜通過氣力式收膜部件回收到集膜箱內(nèi)。

組合式收膜部件結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，但可在一定程度上解決單一收膜部件存在的缺陷，為收膜部件的設(shè)計提供了多樣化思路。

3問題與研發(fā)重點

3.1　存在的問題

1)工作部件纏繞。收膜部件工作過程中，由于機構(gòu)運動會引起膜的黏附與靜電作用，易發(fā)生纏繞，致使機具無法正常連續(xù)工作，甚至損壞。例如，伸縮桿齒式收膜部件在桿齒縮進(jìn)滾筒時，可能發(fā)生將膜一并帶人滾筒內(nèi)的問題[6]；再如鏈齒式收膜部件，膜容易附著在耙齒上，若不能及時脫模清理將導(dǎo)致收膜部件失效。

2)攜帶率不高。攜帶率不高主要表現(xiàn)在收膜部件對碎膜和深膜攜帶率不高?，F(xiàn)有的收膜部件往往只能回收完整性比較好的殘膜和地表大塊的殘膜。如輸送鏈?zhǔn)绞漳げ考λ槟さ幕厥招Ч筒簧趵硐?，其耙齒無法抓取碎膜或碎膜在輸送過程中掉落的現(xiàn)象時有發(fā)生，在結(jié)束殘膜回收作業(yè)時小的殘膜碎片在耕地里還是到處可見，回收效果較差。若采用膜土輸送的方式來提高回收率，又會造成回收后殘膜清潔度差的問題，膜土雜混合嚴(yán)重，不僅無法二次利用，還形成新的廢棄物群，加大運輸成本。滾筒式和摟集式收膜部件也存在同樣的問題，對于中耕層和深耕層里的殘膜回收相當(dāng)少，從而造成了中耕層和深耕層里的殘膜越集越多。目前為止，還沒有開發(fā)出能夠很好解決碎膜和深膜回收問題的收膜部件。

3)可靠性差。由于收膜作業(yè)的特殊性和困難性，收膜部件的結(jié)構(gòu)往往比較復(fù)雜。如凸輪滑道彈齒式收膜部件，其彈齒在旋轉(zhuǎn)的過程中又包含往復(fù)運動，因此部件復(fù)雜容易磨損，故障率較高；直接入土的收膜彈齒不可避免地受到地面擠壓和撞擊，若不能回避或抵消外力也容易發(fā)生故障。殘膜回收機具工作過程中如果發(fā)生故障，嚴(yán)重影響收膜作業(yè)的順利進(jìn)行，因此對收膜部件的可靠性設(shè)計有較高要求[36]。

4)基礎(chǔ)研究匱乏。殘膜回收機收膜部件缺乏深入基礎(chǔ)研究。目前對于收膜部件的研發(fā)還停留在對已有收膜部件形式的改進(jìn)優(yōu)化，僅靠每年的農(nóng)時作業(yè)試驗驗證，研究期較長，缺乏理論研究成果指導(dǎo)[3,37]。如對于種植方式、土壤性能、作物類型等因素對收膜方式的影響還沒有詳細(xì)分析；對于殘膜治理種植模式與收獲工藝也沒有系統(tǒng)研究，導(dǎo)致收膜部件的研發(fā)遇到瓶頸，難以在現(xiàn)有技術(shù)上有所突破。

3.2　研發(fā)重點

1)解決纏繞問題。解決纏繞問題可從3個方面考慮：一是從加工方面降低工作部件表面的粗糙度，防止因為毛刺等原因纏膜；二是從運動學(xué)角度優(yōu)化收膜工作部件的排布方式與運動軌跡，降低纏繞的概率；三是從清理部件的角度出發(fā)，為收膜部件提供及時的清理，從而解決殘膜纏繞的問題。

2)發(fā)展組合式收膜部件。單一模式的收膜部件往往只適合某一類型或條件的殘膜回收，而實際工作中的情況十分復(fù)雜，整膜、碎膜、深膜、土壤和作物莖稈夾雜在一起，單一收膜部件難以解決全部問題。因此，可采用組合式收膜部件，將“挑、摟、扎、篩”等收膜動作進(jìn)行有效組合，充分利用各類收膜部件的優(yōu)勢，提高收膜部件攜帶率的同時對膜、土、雜進(jìn)行選擇性分離。

3)增強專用性。不同地區(qū)在種植模式、土壤性能、作物類型方面都不盡相同，這些因素對收膜部件的要求也各不相同。如滾筒式收膜部件不太適應(yīng)壟作環(huán)境的殘膜回收；輸送鏈?zhǔn)绞漳げ考贿m合在黏土中作業(yè)；不同作物的種植與覆膜方式也存在差異。采用一種機型適應(yīng)多種收膜環(huán)境是不現(xiàn)實的，因此針對不同的作業(yè)條件，要在實際考察與理論研究的基礎(chǔ)上設(shè)計與之配套的收膜部件，增強收膜部件的專用性。

4結(jié)論

殘膜污染現(xiàn)象已經(jīng)嚴(yán)重威脅到我國耕地安全，發(fā)展機械化殘膜回收技術(shù)是必然的、緊迫的，但同時也是有很大難度的。當(dāng)前殘膜回收機普遍存在回收率低及故障率高等問題，作為殘膜回收機具的核心部件，收膜部件的優(yōu)化與創(chuàng)新對提高殘膜回收質(zhì)量重要現(xiàn)實意義。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)與研究條件，研究合理的收膜工藝，進(jìn)而有針對性地指導(dǎo)收膜部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化，使殘膜回收機達(dá)到“專機專用，優(yōu)質(zhì)高效”的目標(biāo)，爭取早日解決殘膜污染問題。

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Study on the Collecting Component of Plastic Film Residue Collector

Xu Hongbo, Hu Zhichao, Wu Feng, Gu Fengwei

(Nanjing Institute of Agricultural Mechanization, Ministry of Agriculture, Nanjing 210014, China)

Abstract：According to the characteristics and function of mechanized plastic film residue collecting, the paper concluded and divided the composition of plastic film residue collector, besides, the definition and technical requirements of collecting component of plastic film residue collector were definitely described. In the meantime, the types, structural styles, working principles and characteristics of collecting components of existing plastic film residue collector were introduced. At last, this paper analyzed the existing problems and research focus, which provided references for the structural design and optimization of the collecting component of plastic film residue collector.

Key words：plastic film residue collector; collecting component; research status; research focus

中圖分類號：S223.5；S220.3

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1003-188X(2016)08-0242-08

作者簡介：徐弘博(1989-),男，南京人，助理研究員，(E-mail) xhbnjs@163.com。通訊作者：胡志超(1963-)，男，陜西藍(lán)田人，研究員，博士生導(dǎo)師，(E-mail)nfzhongzi@163.com。

基金項目：公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(201503105_08)

收稿日期：2015-08-04