3種殘膜回收機(jī)的作業(yè)性能對比試驗研究

嚴(yán) 偉，胡志超，游兆延，徐弘博，張德高，周新星，吳 努

(1.南通大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 南通 226019；2.農(nóng)業(yè)部 南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，南京 210014)

?

3種殘膜回收機(jī)的作業(yè)性能對比試驗研究

嚴(yán) 偉1，2，胡志超2，游兆延2，徐弘博2，張德高2，周新星1，2，吳 努1

(1.南通大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 南通 226019；2.農(nóng)業(yè)部 南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，南京 210014)

通過對我國殘膜回收機(jī)械調(diào)查分析，針對目前多數(shù)殘膜回收機(jī)可靠性差、纏膜率高、拾凈率低等現(xiàn)狀，選擇了常用的1MLC-110型、1MCS-100型和2MCL-150型殘膜回收機(jī)械作為試驗研究對象。通過對這3種殘膜回收機(jī)的田間作業(yè)性能對比試驗，分析了各機(jī)型的主要收獲指標(biāo)：拾凈率、纏膜率、作業(yè)效率。結(jié)果表明：1MCS-100型殘膜回收機(jī)的性能優(yōu)于1MLC-110型和2MCL-150型殘膜回收機(jī)。經(jīng)3種殘膜回收機(jī)的對比試驗分析，為殘膜回收機(jī)的理論研究與優(yōu)化設(shè)計提供了參考，也為殘膜回收機(jī)的研制開發(fā)提供新的思路。

殘膜回收機(jī)；作業(yè)性能；對比試驗

0 引言

近年來，由于不斷加大對農(nóng)村農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整力度，地膜覆蓋種植技術(shù)在提高糧食產(chǎn)量、增加農(nóng)民收入、追求經(jīng)濟(jì)效益中得到大面積推廣。地膜覆蓋栽培在帶來顯著經(jīng)濟(jì)效益的同時，由于覆膜年限的不斷增長及覆蓋面積的不斷擴(kuò)大,使用過的地膜有很大一部分不能徹底的回收，逐年積累，滯留在農(nóng)田里的殘膜致使大面積的耕地遭到嚴(yán)重污染,甚至在許多地區(qū)形成“白色污染”[1-4]，殘膜回收刻不容緩。當(dāng)前，殘膜回收的主要研究內(nèi)容和發(fā)展方向已從人工回收殘膜轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械化回收殘膜。本文通過對國內(nèi)殘膜回收機(jī)的廣泛調(diào)研分析，對現(xiàn)階段應(yīng)用較多的殘膜回收機(jī)的主要類型及其性能特點進(jìn)行了差異性分析。

目前，國內(nèi)的殘膜回收機(jī)種類較多。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，農(nóng)用殘膜機(jī)械化回收主要分為兩類：一是苗期殘膜回收機(jī)。由于地膜使用時間短,各方面性能良好,有利于殘膜回收,殘膜回收以后,同時進(jìn)行中耕作業(yè)。二是收獲后殘膜回收機(jī)。收獲后的地膜使用時間較長，破損比較嚴(yán)重，殘膜回收比較困難。作物收獲后,其在耕、整地的同時將田間的殘膜收起或下茬作物播種前將田間的殘膜收起[5-8]。

本文介紹的是收獲后殘膜回收機(jī)，以本單位研制且已經(jīng)廣泛應(yīng)用的3種機(jī)型為例：第1種是以2MCL-150型為代表的鏟鏈組合式殘膜回收機(jī)，即挖掘鏟固定在設(shè)備前部，后部配有卷鏈?zhǔn)降姆蛛x輸送裝置；第2種是以1MCS-100型為代表的鏟篩組合式殘膜回收機(jī)，即挖掘鏟固定在設(shè)備前部，后部配有前后抖動的柵條篩作為分離裝置；第3種是以1MLC-110型為代表的鏈齒式殘膜回收機(jī)，即挖掘鏟固定在前部，后部配有鏈齒式的挑膜裝置。殘膜回收機(jī)在中國起步相對較晚，相關(guān)研究還比較少。因此，對現(xiàn)有殘膜回收機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的田間對比試驗和性能分析有著重要的意義，也可為進(jìn)一步改進(jìn)和研制適合中國國情的殘膜回收機(jī)械提供依據(jù)[9-11]。

1 3種殘膜回收機(jī)的特性

選用1MLC-110型殘膜回收機(jī)、1MCS-100型殘膜回收機(jī)和2MCL-150型殘膜回收機(jī)進(jìn)行對比試驗。這3種殘膜回收機(jī)是國內(nèi)目前殘膜回收機(jī)械的主要類型，也是當(dāng)前農(nóng)村使用較多機(jī)型的代表。

1.1 1MLC-110型殘膜回收機(jī)的構(gòu)造與工作原理

1MLC-110型殘膜回收機(jī)為鏈齒組合式殘膜回收機(jī)主要由起膜機(jī)構(gòu)、拾膜機(jī)構(gòu)、卸膜機(jī)構(gòu)及集膜機(jī)構(gòu)4部分組成，如圖1所示。其工作原理及工作過程為：殘膜回收機(jī)懸掛于拖拉機(jī)的后部，由拖拉機(jī)動力輸出軸通過萬向節(jié)傳送到收獲機(jī)，經(jīng)過變速箱和齒輪帶動拾膜桿齒與脫膜輥轉(zhuǎn)動；工作中，由松土鏟將殘膜與泥土分離，同時拾膜齒將分離的殘膜挑起，經(jīng)鏈齒傳動斜向上輸送，由脫膜輥將拾膜齒上的殘膜脫入集膜箱內(nèi)，完成收膜。

1.2 1MCS-100型殘膜回收機(jī)的構(gòu)造與工作原理

1MCS-100型為鏟篩組合式殘膜回收機(jī)主要由挖掘鏟、振動篩及集膜筐3部分組成,如圖2所示。其工作原理及工作過程為：殘膜回收機(jī)懸掛于拖拉機(jī)的后部，由拖拉機(jī)動力輸出軸通過萬向節(jié)傳送到收獲機(jī)，經(jīng)變速箱輸出軸帶動偏心凸輪與連桿機(jī)構(gòu)運動，由連桿機(jī)構(gòu)帶動振動篩振動；工作中，挖掘鏟將挖起的膜土向后輸送至振動篩，振動篩進(jìn)行膜土分離，同時將分離后的殘膜向后輸送至集膜筐內(nèi)，完成收膜。

1.懸掛架 2.變速箱 3.角度調(diào)節(jié)桿 4.固定架 5.輸膜鏈條 6.脫膜輥支架調(diào)節(jié)桿 7.拾膜齒 8.脫膜輥支架 9.葉輪 10.集膜箱 11.密封帆布 12.托板彈簧 13.限位桿 14.托板 15.起膜鏟 16.地輪 17.機(jī)架圖1 1MLC-110型殘膜回收機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖Fig.1 Structural diagram of 1MLC-110 type residue plastic film collector

1.挖掘鏟 2.機(jī)架 3.傳動裝置 4.偏心塊 5.限深輪 6.振動篩 7.集膜筐圖2 1MCS-100型殘膜回收機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖Fig.2 Structural diagram of 1MCS-100 type residue plastic film collector

1.3 2MCL-150型殘膜回收機(jī)的構(gòu)造與工作原理

2MCL-150型殘膜回收機(jī)為鏟鏈組合式殘膜回收機(jī)主要由挖掘鏟、輸送鏈桿及集膜筐3部分組成,如圖3所示。其工作原理及工作過程為：殘膜回收機(jī)懸掛于拖拉機(jī)后方，由拖拉機(jī)動力輸出軸通過萬向節(jié)傳送到收獲機(jī)，經(jīng)過變速箱輸出軸帶動帶輪傳動，從而帶動鏈桿傳動；工作中，輸送鏈桿將挖掘鏟挖起的膜土向上輸送，在輸送過程中利用鏈桿間距進(jìn)行膜土分離，同時利用擊振裝置進(jìn)行進(jìn)一步的膜土分離，分離好的殘膜經(jīng)鏈桿輸送至集膜筐內(nèi)，完成收膜。

1.挖掘鏟 2.限深裝置 3.變速箱 4.張緊裝置 5.機(jī)架 6.V型帶 7.護(hù)罩 8.集膜筐 9.鏈桿 10擊振裝置圖3 2MCL-150型殘膜回收機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖Fig.3 Structural diagram of 2MCL-150 type residue plastic film collector

2 田間性能對比試驗

田間試驗是殘膜回收機(jī)研制與改進(jìn)的重要依據(jù)。在田間試驗中，選擇的試驗田各方面條件需比較均勻，盡量避免土壤的成分、硬度、濕度等因素對試驗產(chǎn)生影響[12-13]。2015年10月，在遼寧錦州義縣收獲后的花生地進(jìn)行殘膜回收試驗，試驗地為壟作花生單壟雙行種植模式，所覆膜為厚度0.008mm的黑膜，壟寬900mm,覆膜寬度680mm，壟高11mm。

2.1 試驗?zāi)康?/p>

通過3種殘膜回收機(jī)的田間性能試驗，在相同條件下分別測定3種殘膜回收機(jī)的纏膜率、拾凈率、作業(yè)效率，并對比試驗結(jié)果。綜合分析3種機(jī)型的試驗結(jié)果，指出試驗中存在的問題，為后續(xù)殘膜回收機(jī)的理論研究與優(yōu)化設(shè)計提供參考。

2.2 測區(qū)和測點位置的確定

將選取的試驗田塊分為3塊，每塊鋪設(shè)相同厚度與長度的農(nóng)用地膜，3款機(jī)具分別在每塊田地進(jìn)行試驗，測區(qū)長度不少于100m，寬度應(yīng)滿足機(jī)具3個往返行程的工作寬度。

測點采用五點法[14-17]，從測區(qū)4個地角沿對角線，在1/8～1/4對角線長度范圍內(nèi)隨機(jī)確定4個測點的位置，再加上該對角線的交點，作為作業(yè)前的5個測點。然后，在作業(yè)前的5個測點附近但不重復(fù)的區(qū)域再選取5個測點，作為作業(yè)后的5個測點；測點長度5m，寬度為一個膜幅[18]。

2.3 拾凈率、纏膜率、作業(yè)效率的測定

分別將兩個測區(qū)內(nèi)作業(yè)前、后的各5個測點，分別取出表層殘地膜與深層殘地膜，表層殘地膜深度為0～100mm，深層殘地膜為100～150mm。將各測點按層取出的殘地膜洗凈晾干后稱其質(zhì)量，求其平均值。按式(1)分別計算表層拾凈率和深層拾凈率，有

(1)

式中J—拾凈率(%)；

W—作業(yè)后的表層或深層殘地膜質(zhì)量(g)；

W0—作業(yè)前的表層或深層殘地膜質(zhì)量(g)。

分別測定兩個行程，將通過測定區(qū)時在集膜箱內(nèi)殘地膜與機(jī)器上纏繞的地膜收集，分別洗凈后稱其質(zhì)量，按式(2)計算回收機(jī)纏膜率，有

(2)

式中C—纏膜率(%)；

m1—測區(qū)內(nèi)纏繞在機(jī)器上地膜的質(zhì)量(g)；

m2—測區(qū)內(nèi)集膜箱內(nèi)殘地膜的質(zhì)量(g)。

測定機(jī)器在1h內(nèi)所完成的收膜面積，按式(3)計算作業(yè)效率。

(3)

式中η—作業(yè)效率(hm2/h)；

t—機(jī)具作業(yè)時間(h)；

w3—機(jī)具在t時間內(nèi)完成的收膜面積(hm2)。

2.4 試驗結(jié)果

試驗結(jié)果如表1所示。由表1可看出：1MCS-100型殘膜回收機(jī)在作業(yè)過程中，由于篩面采用鋸齒條加桿條結(jié)構(gòu)形式，振動篩的松破土、輸膜性能好，膜土分離效果也好，不易壅土，工作可靠性高；收獲后的殘膜易于回收利用。該機(jī)型結(jié)構(gòu)緊湊、工作穩(wěn)定、適應(yīng)性強(qiáng)、操作使用方便、撿拾效率高，符合殘膜回收機(jī)作業(yè)質(zhì)量要求。

1MLC-110型殘膜回收機(jī)在彈齒入土拾膜過程中，漏膜現(xiàn)象比較嚴(yán)重，帆布在一定程度上防止掉膜現(xiàn)象，但是壅土、帶土，工作不夠穩(wěn)定；脫膜輥在脫膜過程中形成自纏繞現(xiàn)象，而且彈齒在回轉(zhuǎn)運動過程中回帶脫膜輥上的膜，收獲后的殘膜含土率高，回收利用率低。該機(jī)型殘膜拾凈率不高，作業(yè)效率低，適應(yīng)性一般。

2MCL-150型殘膜回收機(jī)在作業(yè)過程中，挖掘鏟將膜土鏟起，靠分離鏈桿將膜土抖松、分離，在向上方輸送中殘膜容易掉落，且膜土分離效果一般；分離好的殘膜易纏繞在鏈桿上，形成回帶現(xiàn)象；收集后的殘膜含土率較高需二次分離。該機(jī)型工作穩(wěn)定、作業(yè)效率高、適應(yīng)性良好，但拾凈率較低。

2.5 結(jié)果分析

由表1及圖4～圖11可以看出：對于表層拾凈率來說，1MCS-100型殘膜回收機(jī)表層拾凈率最高且穩(wěn)定性最好，2MCL-150型殘膜回收機(jī)次之，1MLC-110型殘膜回收機(jī)較差；且1MLC-110型殘膜回收機(jī)波動幅度較大，呈不穩(wěn)定狀態(tài)。對于深層拾凈率來說，1MCS-100型殘膜回收機(jī)深層拾凈率最高且變化幅度不大，2MCL-150型次之，1MLC-110型較差；1MLC-110型與2MCL-150型殘膜回收機(jī)深層拾凈率較低，且波動幅度較大，呈不穩(wěn)定狀態(tài)；對于纏膜率來說，1MCS-100型最低且穩(wěn)定性最好，2MCL-150型相對較好，1MLC-110型纏膜率最高并有較大波動；對于作業(yè)效率來說，2MCL-150型最好，1MCS-100型次之，1MLC-110型最差。3種機(jī)型作業(yè)效率相對穩(wěn)定。

圖4 3種殘膜回收機(jī)表層拾凈率平均值對比Fig.4 Comparison of mean surface recycle rates for three types of residue plastic film collectors

圖5 3種殘膜回收機(jī)深層拾凈率平均值對比Fig.5 Comparison of mean deep recycle rates for three types of residue plastic film collectors

圖6 3種殘膜回收機(jī)纏膜率平均值對比Fig.6 Comparison of mean wrap rates for three types of residue plastic film collectors

圖7 3種殘膜回收機(jī)作業(yè)效率平均值對比Fig.7 Comparison of mean field efficiency for three types of residue plastic film collectors

圖8 3種殘膜回收機(jī)表層拾凈率對比Fig.8 Comparison of surface recycle rates for three types of residue plastic film collectors

圖9 3種殘膜回收機(jī)深層拾凈率對比Fig.9 Comparison of deep recycle rates for three types of residue plastic film collectors

圖10 3種殘膜回收機(jī)纏膜率對比Fig.10 Comparison of wrap rates for three types of residue plastic film collectors

圖11 3種殘膜回收機(jī)作業(yè)效率對比Fig.11 Comparison of field efficiency for three types of residue plastic film collectors

3 結(jié)論

1)這3種殘膜回收機(jī)配套動力均為覆膜種植地區(qū)擁有量最多的小四輪拖拉機(jī)，易于推廣，基本能夠適應(yīng)當(dāng)前覆膜種植農(nóng)戶的收獲需求。從作業(yè)效率來說，3種殘膜回收機(jī)均相對穩(wěn)定，沒有較大幅度波動。其中，2MCL-150型殘膜回收機(jī)在作業(yè)中收兩壟，作業(yè)效率最高；1MCS-100型殘膜回收機(jī)次之；1MLC-110型殘膜回收機(jī)最差。

2)實際作業(yè)效果。1MCS-100型由于采用挖掘輸送一體以及振動篩加鋸齒條結(jié)構(gòu)形式，實現(xiàn)了膜土分離與殘膜輸送一次完成，殘膜的通過性好、纏膜率低，鋸齒篩碎土能力強(qiáng)，沒有壅土現(xiàn)象；收好的殘膜含土率較低，便于回收利用，整體收膜效果好。1MCL-150型殘膜回收機(jī)是先挖掘后通過分離鏈桿進(jìn)行膜土分離，分離好的殘膜向上輸送至集膜筐。但是，實際工作效果來看，鏈桿膜土分離效果一般，鏈桿存在纏膜、回帶現(xiàn)象；輸膜過程中碎膜容易從鏈桿之間掉落，整體收膜效果良好。1MLC-110型殘膜回收機(jī)采用先松坡土后拾膜形式，拾膜齒在拾膜過程中存在漏膜、回帶膜現(xiàn)象；并且膜土分離效果較差，壅土現(xiàn)象比較嚴(yán)重，脫膜輥纏膜現(xiàn)象嚴(yán)重，收好的殘膜含土率高，需二次分離，整體收膜效果較差。建議用戶在選型中重點以1MCS-100型與1MCL-150型殘膜回收機(jī)為主，重點選用1MCS-100型殘膜回收機(jī)，不建議用戶選用1MLC-110型殘膜回收機(jī)。在研究和開發(fā)新型殘膜回收機(jī)時，重點考慮整體挖掘與輸送的組合作業(yè)形式，同時加大1MCS-100型殘膜回收機(jī)作業(yè)幅寬，提升作業(yè)效率。

3)3種殘膜回收機(jī)受覆膜作物種類、種植模式和土壤類型的影響較大，普遍存在對不同地區(qū)、不同作物、不同覆膜模式適應(yīng)性差的問題。3種機(jī)具作業(yè)方式相對簡單，但是機(jī)具操作人員需要一定技術(shù)水平，需經(jīng)過專業(yè)的培訓(xùn)或指導(dǎo)，在后續(xù)殘膜回收機(jī)的研發(fā)與推廣應(yīng)用中應(yīng)給予一定關(guān)注。

[1] 侯書林,胡三媛,孔建銘,等.國內(nèi)殘膜回收機(jī)研究的現(xiàn)狀[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2002(2):186-190.

[2] 張惠友,侯書林,那明君,等.收膜整地多功能作業(yè)機(jī)的研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2007(8):130-134.

[3] 王鵬,曹衛(wèi)彬,張鵬,等.新疆兵團(tuán)殘膜機(jī)械化回收現(xiàn)狀分析[J].農(nóng)機(jī)化研究,2013,35(9):237-242.

[4] 耿端陽,郭學(xué)團(tuán).地膜/殘膜回收技術(shù)[J].農(nóng)機(jī)化研究,2009,35(4):218-221，225.

[5] Lamont W J.Plastic mulches far the production of vegetable crops[J].Hort Technol，1993，3(1):35-39.

[6] 李明洋,馬少輝.我國殘膜回收機(jī)研究現(xiàn)狀及建議[J].農(nóng)機(jī)化研究,2014(6):242-245，252.

[7] Witter S H.World-wide use of plastic film in horticultural production[J].Hort Technol，1993，3(1):6-19.

[8] Chrysler R W.Apparatus for removing plastic film from raised plantbeds:America,NO.4796711[P].1986-06-27.

[9] 王文明,王春光.彈齒滾筒式撿拾裝置參數(shù)分析與仿真[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報,2012(10):82-89.

[10] 那明君,董欣,侯書林,等.殘膜回收機(jī)主要工作部件的研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,1999(2):118-121.

[11] 楊麗,劉佳,張東興,等.棉花苗期地膜回收機(jī)設(shè)計與試驗[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報,2010(S1):73-77.

[12] 王曉明.抖動鏈?zhǔn)綒埬せ厥諜C(jī)傳動系統(tǒng)與膜土分離機(jī)構(gòu)的研究[D].北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué),2005.

[13] 張磊.鏈條式薯類殘膜回收機(jī)的設(shè)計[D].泰安：山東農(nóng)業(yè)大學(xué),2014.

[14] 李明洋.分區(qū)式殘膜回收機(jī)的設(shè)計與試驗研究[D].塔里木：塔里木大學(xué),2015.

[15] 尚書旗,周亞龍,王曉燕,等.三種花生收獲機(jī)的作業(yè)性能對比試驗研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2008(6):150-153.

[16] 張學(xué)軍,吳成武,王旭東,等.殘膜分離篩機(jī)構(gòu)的運動仿真與分析[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2007(7):113-116.

[17] 張學(xué)軍.殘膜分離與輸送裝置的研究[D].長春：吉林大學(xué),2007.

[18] 中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).GB/25412-2010[S].

Comparative Experimental Study on Working Performance of Three Kinds of Residue Plastic Film Collectors

Yan Wei1,2,Hu Zhichao2,You Zhaoyan2,Xu Hongbo2,Zhang Degao2,Zhao Xinxing1,2,Wu Nu1

(1.College of Mechanical,Nantong University,Nantong 226019,China; 2.Nanjing Research Institute of Agricultural Mechanization,Nanjing 210014,China)

The mechanization level of residue plastic film collector is lower than those of other crops, and it is concluded that the reliability is worse, the wrap rate is higher and the recycle rate is lower, through investigation and analyses of the mechanized harvesters for residue plastic film at present in China. Three types of residue plastic film collectors, i.e., 1MLC-110,1MCS-100 and 2MCL-150 residue plastic film collectors were selected as research objects. Through comparative field experiment on the performances of the three types of residue plastic film collectors, the dominant factors including wrap rate, recycle rate and field efficiency, which control residue plastic film collector targets, were analyzed. Experimental results prove that the performance of 1MCS-100 type residue plastic film collector is superior to those of the 1MLC-110 and 2MCL-150 residue plastic film collectors The results of comparative test and the analyses of the three types of residue plastic film collectors, provide the basis for theoretical research and optimized design of residue plastic film collectors, and also offer new methods for research and development of residue plastic film collectors. Moreover, the study provides better

for popularization and application of these kinds of residue plastic film collectors.

residue plastic film collector; working performance; comparative experiment

2016-03-11

公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(201503105_08)

嚴(yán) 偉(1991-)，男，江蘇宿遷人，碩士研究生，(E-mail)974916120@qq.com。

吳 努(1957-)，男，江蘇南通人，教授，碩士生導(dǎo)師，(E-mail)m99yzy99@163.com。

S233.5

A

1003-188X(2017)03-0197-06