國內(nèi)殘膜回收機(jī)構(gòu)性能分析

劉琦 蔣鑫

摘 要：地膜在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中已經(jīng)被廣泛使用，因?yàn)榛厥詹患皶r、不徹底而造成的殘膜污染日益嚴(yán)重，殘膜回收機(jī)由此應(yīng)運(yùn)而生。殘膜回收機(jī)構(gòu)是殘膜回收機(jī)的核心部件，現(xiàn)有機(jī)構(gòu)主要采用摟膜、篩膜和勾膜3種原理，基于這3種原理設(shè)計出不同實(shí)現(xiàn)形式的殘膜回收機(jī)構(gòu)?，F(xiàn)有殘膜回收機(jī)構(gòu)尚處于探索階段，由于殘膜性質(zhì)和機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)而造成的作業(yè)問題仍然沒有徹底解決，這些問題在后續(xù)新型殘膜回收機(jī)構(gòu)的設(shè)計中要重點(diǎn)考慮并加以解決。

關(guān)鍵詞：殘膜;回收機(jī)構(gòu);性能分析;問題

中圖分類號：S224.9

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200915024

收稿日期：2020-08-04

作者簡介：劉琦（1992-），男，本科，助理工程師。研究方向：農(nóng)機(jī)設(shè)計與制造;通訊作者蔣鑫（1985-），男，本科，工程師。研究方向：農(nóng)機(jī)設(shè)計。

地膜因?yàn)橥腹庑院?、保溫性?qiáng)、不透水，在增溫、保水、保肥、改善土壤理化性質(zhì)、提高土壤肥力、抑制雜草生長、減輕病蟲害、增產(chǎn)增收方面具有顯著優(yōu)勢[1]。目前已在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大規(guī)模應(yīng)用，但是由于前期在使用過程中對殘膜回收沒有給予足夠重視，非降解地膜的連年使用，導(dǎo)致碎殘地膜逐年積留于土壤耕層且很難分解，既影響土壤耕作，又使作物根系生長受阻，污染土壤和生態(tài)環(huán)境，導(dǎo)致耕地質(zhì)量下降，造成后茬作物減產(chǎn)，影響農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量[2]。隨著殘膜污染日益嚴(yán)重，殘膜回收機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，其中的殘膜回收機(jī)構(gòu)可以把田中殘膜收集起來，以供機(jī)具后續(xù)進(jìn)一步處理，在殘膜回收作業(yè)中起到最基礎(chǔ)作用，殘膜回收機(jī)構(gòu)作業(yè)效果直接影響殘膜回收率和機(jī)具的使用性能。

按照農(nóng)藝要求和作業(yè)時間，我國目前的殘膜回收機(jī)具可以分為3類，即苗期地膜回收機(jī)具，秋后殘膜回收機(jī)具，耕后播前殘膜回收機(jī)具[3]。本文主要針對秋后殘膜回收機(jī)具，通過對目前市場上采用比較廣泛的殘膜回收機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析比較，找出這一機(jī)構(gòu)目前仍存在的缺點(diǎn)，并提出改進(jìn)方案。

1?國內(nèi)現(xiàn)有殘膜回收機(jī)構(gòu)原理及作業(yè)效果

根據(jù)殘膜回收方式的不同，現(xiàn)有機(jī)構(gòu)回收殘膜方式有摟膜、篩膜、勾膜3種。

1.1?摟膜

根據(jù)摟膜原理設(shè)計的殘膜回收機(jī)構(gòu)，采用懸掛到拖拉機(jī)后方，由拖拉機(jī)拖動作業(yè)的方式。通過有密排耙齒的摟耙（如圖1）或帶有釘齒的滾筒，在前進(jìn)的過程中摟起田間的殘膜。此類殘膜回收機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，成本低，可靠性和回收效率高，缺點(diǎn)是作業(yè)方式粗放，漏膜率和纏膜率高，殘膜回收率低。此外，摟耙裝置由于是密排的耙齒，如果田間有較大土塊或者玉米、棉花收獲后田間殘茬比較多，殘茬或土塊不僅會堵塞摟耙間隙，降低后續(xù)的殘膜回收率，嚴(yán)重的會插入摟耙造成耙齒損壞。

雖然田間作業(yè)速度快，但由于殘膜直接被摟到耙齒或釘齒上，機(jī)具沒有專門的集中回收裝置，因此每個作業(yè)班次都需要人工清理機(jī)具上的殘膜，增加了作業(yè)時間和作業(yè)量。目前有的機(jī)具加裝了卸膜格柵輔助卸膜，減少了人工卸膜的作業(yè)量，但是不能徹底解決耙齒纏膜問題。

采用摟膜原理設(shè)計的殘膜回收機(jī)比較適用小地塊、低成本葉菜類的殘膜回收作業(yè)，不適用于收后遺留殘茬較多的作物和大面積種植的地塊。

1.2?篩膜

采用篩膜原理設(shè)計的殘膜回收機(jī)構(gòu)首先是將殘膜和地中雜物一并鏟起，利用殘膜和雜物的不同物理性質(zhì)進(jìn)行篩選分離，再做進(jìn)一步回收。根據(jù)篩選原理的不同，殘膜回收機(jī)構(gòu)又分為振動篩選和風(fēng)力篩選。

1.2.1?振動篩膜

振動篩膜裝置借鑒于塊莖類農(nóng)作物回收機(jī)械，利用殘膜與雜物質(zhì)量和體積的不同，在將殘膜和雜物一并鏟起后利用輸送鏈運(yùn)輸，在運(yùn)輸過程中，通過在輸送鏈上加裝振動裝置，將土塊從輸送鏈上篩下，殘余的殘膜與殘茬再通過后續(xù)裝置進(jìn)行進(jìn)一步處理。

采用振動篩膜原理的殘膜回收裝置，受田中土塊、殘茬等雜物的影響較小，可以適用大多數(shù)的土地條件，由于是將表層土壤一并鏟起，其纏膜率和漏膜率相對較低。缺點(diǎn)是在作業(yè)過程中噪音和揚(yáng)塵較大，纏繞到土塊等雜質(zhì)上的殘膜會一并從輸送鏈的縫隙中掉落。

1.2.2?風(fēng)力篩膜

風(fēng)力篩膜裝置的核心是風(fēng)力吸送機(jī)構(gòu)，利用殘膜與其它雜質(zhì)質(zhì)量不同的特性進(jìn)行篩選回收。為了防止殘膜與土塊殘茬纏繞無法吸起，風(fēng)力篩膜前，一般會利用旋耕破碎或振動的方式對雜質(zhì)，特別是土塊等體積大的雜質(zhì)進(jìn)行初步粉碎。初步處理的殘膜與雜質(zhì)，在通過風(fēng)力吸送裝置時，質(zhì)量輕的殘膜被吸入回收箱，土塊殘茬等大質(zhì)量雜質(zhì)排入田中。

基于風(fēng)力篩膜而研發(fā)的殘膜回收機(jī)構(gòu)，其拾凈率由吸送機(jī)構(gòu)吸力和殘膜雜質(zhì)分離程度決定，吸力越大，分離程度越高，拾凈率越大。與其它形式的回收機(jī)構(gòu)相比，風(fēng)力篩膜的優(yōu)勢是拾凈率高，纏膜率低，但其在作業(yè)過程中產(chǎn)生的揚(yáng)塵相對較大，需通過加裝護(hù)罩，控制揚(yáng)塵，從而便于風(fēng)力集中吸取。

1.3?勾膜

利用勾膜原理設(shè)計的殘膜回收機(jī)構(gòu)，其勾膜的主要部件是彈齒，裝有彈齒的撿拾器或彈齒滾筒安裝于殘膜回收機(jī)的最前端，在機(jī)具前進(jìn)的過程中，通過彈齒將田中殘膜勾起，刮膜裝置用以將勾在彈齒上的殘膜刮下，進(jìn)行收集處理?；诠茨ぴ碓O(shè)計的殘膜回收機(jī)構(gòu)根據(jù)結(jié)構(gòu)不同又可分為撿拾器和彈齒滾筒2類。

1.3.1?撿拾器式

撿拾器式殘膜回收機(jī)構(gòu)是將撿拾器加裝于殘膜回收機(jī)最前端，殘膜回收機(jī)行進(jìn)的過程中，撿拾器利用其上面的彈齒將殘膜勾起。彈齒一端固定在凸輪軌道上，中間固定在圓形主動輪上，主動輪轉(zhuǎn)動，一端在凸輪的約束下，另一端作伸縮運(yùn)動，如圖3所示。

該回收方式直接移用了撿拾器，拾凈率較高，但是沒有充分考慮殘膜回收作業(yè)中殘膜易纏繞、不容易脫離的特點(diǎn)，作業(yè)時殘膜易纏繞堆積到彈齒上，使得彈齒無法繼續(xù)勾膜，甚至堵塞撿拾器縫隙，導(dǎo)致?lián)焓捌鳠o法正常工作。

1.3.2?彈齒滾筒式

彈齒滾筒式殘膜回收機(jī)構(gòu)是為了解決撿拾器纏膜率高的問題，在原有撿拾器工作原理基礎(chǔ)上改進(jìn)而來的。

彈齒滾筒式回收裝置的作業(yè)過程同撿拾器式相同，如圖4。在結(jié)構(gòu)上，彈齒滾筒的主動輪是外圈的滾筒，彈齒被安裝在內(nèi)部的偏心輪上，通過滾筒上的孔約束，滾筒轉(zhuǎn)動帶動彈齒軸轉(zhuǎn)動，同時彈齒作伸縮運(yùn)動，在轉(zhuǎn)動到地面時彈齒伸出勾膜，在轉(zhuǎn)動到滾筒高點(diǎn)，靠近刮膜板時彈齒縮回滾筒，與刮膜板配合將殘膜脫掉。

彈齒滾筒的應(yīng)用降低了機(jī)具的纏膜率，但與撿拾器相比，彈齒滾筒結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造難度大，成本高。

2?目前殘膜回收機(jī)構(gòu)存在問題

2.1?殘膜拾凈率低

殘膜回收作業(yè)條件惡劣多樣。田中殘膜、殘茬、土塊混雜，殘膜多呈碎片狀，或與雜物纏繞，或埋在土中，且與殘茬土塊相比，殘膜質(zhì)輕，不容易回收;殘膜應(yīng)用范圍廣，土壤、地形等作業(yè)環(huán)境多樣，覆膜的農(nóng)作物種類多，不同農(nóng)作物的種植方式也存在很大不同。目前殘膜回收裝置作業(yè)質(zhì)量不高，殘膜拾凈率表層不低于80%，深層不低于70%的標(biāo)準(zhǔn)仍待提高。

2.2?纏膜問題有待解決

對于上述3種回收方式，纏膜率高都會大大降低作業(yè)質(zhì)量。纏繞的殘膜會減小彈齒間距，堵塞風(fēng)口和振動篩，如果機(jī)具傳動系統(tǒng)和運(yùn)動部件纏繞大量殘膜，會損壞機(jī)具零部件，無法正常工作。纏膜問題，一直是殘膜回收作業(yè)的突出問題。雖然目前彈齒滾筒可以有效降低纏膜，但是在機(jī)具后續(xù)對殘膜處理過程中，仍然會有殘膜纏繞到其它部件上。

2.3?未能實(shí)現(xiàn)殘膜雜質(zhì)分離回收

在耕后殘膜回收的過程中，玉米、棉花等農(nóng)作物會夾雜大量的土塊、殘茬等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)會損壞彈齒和旋耕刀片，堵塞振動篩，且不利于后續(xù)殘膜的循環(huán)處理。因此，降低殘膜回收的含雜率，探索殘膜雜質(zhì)的分離回收技術(shù)以提高殘膜回收質(zhì)量是很有必要的。

2.4?揚(yáng)塵、噪音等問題

殘膜回收作業(yè)不可避免會出現(xiàn)揚(yáng)塵和噪音問題。大規(guī)模使用地膜的多是氣候干旱、風(fēng)沙大、溫度低的地區(qū)，本身比較容易形成揚(yáng)塵;殘膜回收作業(yè)會將表層土壤揚(yáng)起，且機(jī)具大多有振動機(jī)構(gòu)，因此在作業(yè)的過程中易產(chǎn)生揚(yáng)塵、噪音的問題。

為了減小揚(yáng)塵、噪音問題，目前的殘膜回收機(jī)大多加裝了防塵罩，但防塵罩不便于觀察機(jī)具運(yùn)行情況，在有些部位容易造成殘膜堆積，引發(fā)故障。

3?結(jié)論

目前國內(nèi)殘膜回收機(jī)構(gòu)主要為摟膜、篩膜、勾膜3種原理，基于以上3種原理研發(fā)的殘膜回收機(jī)，或單獨(dú)采用1種機(jī)構(gòu)，或在此3種原理中進(jìn)行組合，回收裝置后加裝回收箱或打包裝置，完成殘膜回收作業(yè)。

核心問題仍然沒有徹底解決。雖然殘膜回收機(jī)市場需求量很大，但目前尚未有作業(yè)效果很好的殘膜回收機(jī)，纏膜率高、拾凈率低仍是需要解決的問題，且殘膜回收作業(yè)之后，滯留在田中的碎膜回收難度更大，由此造成土壤污染不容忽視。

農(nóng)機(jī)農(nóng)藝需進(jìn)一步融合。殘膜回收受覆膜作物種類、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[4]。相同農(nóng)作物在不同地區(qū)，其種植模式也有不同，多樣的行距、壟距以及由此帶來的不同覆膜形式，對殘膜回收機(jī)適用性提出了更高要求。因此，同種農(nóng)作物在種植方式上要統(tǒng)一，不同農(nóng)作物需探索有利于同種農(nóng)機(jī)作業(yè)的種植方式。而在農(nóng)機(jī)開發(fā)上，作業(yè)寬幅等參數(shù)，應(yīng)做到一定范圍內(nèi)可調(diào)，以提高適用性。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉艷霞.中國農(nóng)村地膜殘留污染現(xiàn)狀及治理對策思考[D].楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2014.

[2]王鑫，胥國斌，任志剛，等.無公害可降解地膜對玉米生長及土壤環(huán)境的影響[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報，2007，15（01）：78-81.

[3]謝建華，侯書林，劉英超.殘膜清理回收機(jī)具的研究現(xiàn)狀及存在的問題[J].中國農(nóng)機(jī)化，2012（05）：41-44.

[4]嚴(yán)偉，胡志超，游兆延，等.3種殘膜回收機(jī)的作業(yè)性能對比試驗(yàn)研究[J].農(nóng)機(jī)化研究，2017（03）：197-202.

（責(zé)任編輯?李媛媛）