馬鈴薯收獲與殘膜回收復(fù)式作業(yè)技術(shù)探析

江蘇省農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)推廣站

□ 袁 虹 劉 萍

馬鈴薯覆膜栽培增產(chǎn)效果顯著，但殘膜的日積月累，不僅會(huì)造成環(huán)境污染，還會(huì)導(dǎo)致馬鈴薯減產(chǎn)。目前殘膜回收主要依靠人工撿拾，需要耗費(fèi)大量人力物力，勞動(dòng)效率非常低下，如果能研發(fā)出一種集馬鈴薯收獲與殘膜回收功能于一體的復(fù)式作業(yè)裝備，在馬鈴薯機(jī)械化收獲的同時(shí)完成殘膜回收，可謂是一種完美的解決辦法。但目前仍存在需要突破的諸多問題。

一、復(fù)式作業(yè)裝備研發(fā)的必要性

自2015年我國啟動(dòng)馬鈴薯主糧化以來，馬鈴薯成為繼稻米、小麥、玉米后的又一主糧，馬鈴薯在農(nóng)業(yè)中的地位不斷提升，高產(chǎn)高效的栽培技術(shù)是提升馬鈴薯產(chǎn)量的關(guān)鍵。地膜覆蓋具有增溫增墑、增加有益菌、改善土壤水熱環(huán)境、促進(jìn)作物對(duì)礦質(zhì)元素吸收等作用，使覆膜種植的馬鈴薯增產(chǎn)效果顯著。自1979年中國試驗(yàn)應(yīng)用并推廣以來, 地膜覆蓋技術(shù)已經(jīng)在玉米、蔬菜等作物上大面積應(yīng)用，目前中國已成為世界上地膜覆蓋應(yīng)用作物種類最多，應(yīng)用面積最大的國家之一。地膜覆蓋種植雖然增產(chǎn)效果顯著，但會(huì)帶來農(nóng)田“白色污染”，不能降解的殘膜對(duì)馬鈴薯生長發(fā)育及塊莖形成產(chǎn)生嚴(yán)重影響，導(dǎo)致馬鈴薯減產(chǎn)、品質(zhì)差。

現(xiàn)階段我國殘膜回收機(jī)具市場需求較好，但由于專用殘膜回收機(jī)價(jià)格高、機(jī)具本身存在技術(shù)缺陷、機(jī)具功能單一、使用效率和經(jīng)濟(jì)效益低等原因，農(nóng)民購買的意愿不高，推廣應(yīng)用效果不佳。從馬鈴薯收獲機(jī)械分析，目前國外產(chǎn)品已非常成熟，資質(zhì)品牌產(chǎn)業(yè)也日趨完善，如果將殘膜回收功能附加到馬鈴薯收獲機(jī)上，則可實(shí)現(xiàn)馬鈴薯收獲和殘膜回收一次性作業(yè)，解決了殘膜回收機(jī)械功能單一、費(fèi)工費(fèi)時(shí)的問題，也避免了人工殘膜回收勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低的弊端，進(jìn)一步提高了馬鈴薯生產(chǎn)全程機(jī)械化程度。因此，研究開發(fā)一種既能實(shí)現(xiàn)馬鈴薯收獲又能實(shí)現(xiàn)殘膜回收復(fù)式作業(yè)裝備，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

二、技術(shù)路線的選擇與比較

從國外情況看，由于使用的地膜厚度較大，理化特性也較好，使用后殘膜外形相對(duì)完整，也方便機(jī)械化回收，國外基本采用卷膜輥方式進(jìn)行簡單的殘膜回收，在馬鈴薯收獲與殘膜回收復(fù)式作業(yè)的機(jī)具方面，國外還未見有研發(fā)。從國內(nèi)情況看也較少見，在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)、甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)以及少數(shù)科研院所和企業(yè)有少量研究。

馬鈴薯收獲與殘膜回收復(fù)式作業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)主要包括：分離輸送技術(shù)、收膜與卸膜技術(shù)、動(dòng)力與傳動(dòng)技術(shù)。

1.分離輸送技術(shù)

分離技術(shù)包括：薯土分離輸送技術(shù)、薯膜分離輸送技術(shù)和土膜分離輸送技術(shù)?，F(xiàn)有復(fù)式作業(yè)技術(shù)中的薯土分離技術(shù)，大都直接采用收獲機(jī)械中的分離輸送技術(shù)，包括鉤桿式、鏈桿式和帶桿式，或是在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)。

山東農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械與電子工程學(xué)院葛大萌、史文婷在馬鈴薯收獲與殘膜回收復(fù)式作業(yè)技術(shù)研究上，采用挖掘鏟和分離輸送系統(tǒng)上完成薯土分離，其挖掘鏟設(shè)置為二階平面鏟和延伸柵條組合，延伸柵條用于將部分碎土漏下，然后在薯土分離輸送機(jī)構(gòu)上使馬鈴薯與挖掘土壤進(jìn)一步分離。薯膜分離技術(shù)則是在借鑒薯土輸送分離技術(shù)的基礎(chǔ)上增加抖動(dòng)分離機(jī)構(gòu)。

在土膜分離技術(shù)上，寧夏智源農(nóng)業(yè)裝備有限公司陳小斌、田建民等人發(fā)明的鏈條式馬鈴薯收獲及殘膜回收一體機(jī)，采用鏈條式分膜裝置，通過設(shè)置振動(dòng)輪使分膜鏈條振動(dòng)，從而更好地將殘膜和土分離。

2.收膜與卸膜技術(shù)

按照收膜主要機(jī)構(gòu)劃分，收膜技術(shù)主要有：卷膜輥式、伸縮桿齒式、輪齒式、彈齒式、鏈齒式、釘齒式、滾筒式、氣力式（氣吸式）、鏈扒式、鏟式等?，F(xiàn)有馬鈴薯收獲與殘膜回收復(fù)式作業(yè)技術(shù)中，收膜技術(shù)借鑒殘膜回收技術(shù)并進(jìn)行了改進(jìn)。卸膜技術(shù)對(duì)應(yīng)于收膜技術(shù)。

中國農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院高明青、簡建明等人研制的釘齒式馬鈴薯收獲和殘膜回收的復(fù)合收獲機(jī)，適用于壟作馬鈴薯，采用釘齒挑膜原理，利用殘膜自身重力收集到集膜箱中，不需要專門卸膜裝置，方便快捷。但是，該復(fù)合收獲機(jī)對(duì)田間小片殘膜回收效果不佳，殘膜面積太小難以被釘齒掛住，影響殘膜回收率。

山東農(nóng)業(yè)大學(xué)牟軒、呂釗欽研制的履帶式馬鈴薯收獲與殘膜回收復(fù)合作業(yè)機(jī)，采用浮動(dòng)式同步收膜裝置，既實(shí)現(xiàn)對(duì)不同粗細(xì)殘膜束的有效收膜，又避免了收膜過程中的扯膜、斷膜或殘膜滯留堵塞、卸膜困難的問題。

山東農(nóng)業(yè)大學(xué)呂釗欽、張德學(xué)、張廣玲發(fā)明的馬鈴薯收獲與殘膜回收復(fù)合作業(yè)機(jī)，采用氣力收膜，有效避免了機(jī)械收膜時(shí)的纏膜、漏膜的問題。

3.動(dòng)力與傳動(dòng)技術(shù)

現(xiàn)有馬鈴薯收獲與殘膜回收復(fù)合作業(yè)裝備大多是采用柴油機(jī)為整機(jī)提供動(dòng)力。在分離輸送機(jī)構(gòu)和收膜機(jī)構(gòu)的動(dòng)力與傳動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)上，一些復(fù)合作業(yè)裝備將柴油機(jī)動(dòng)力通過變速箱變速后，經(jīng)鏈傳動(dòng)或齒輪傳動(dòng)來驅(qū)動(dòng)分離輸送機(jī)構(gòu)和殘膜收集機(jī)構(gòu)，另一些則采用液壓驅(qū)動(dòng)、電力驅(qū)動(dòng)等其它形式動(dòng)力來驅(qū)動(dòng)。

山東農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械與電子工程學(xué)院史文婷研究設(shè)計(jì)的馬鈴薯收獲與殘膜回收一體機(jī)，在殘膜收集機(jī)構(gòu)和升運(yùn)鏈機(jī)構(gòu)上采用兩個(gè)獨(dú)立液壓馬達(dá)提供動(dòng)力，通過電磁比例閥調(diào)節(jié)控制馬達(dá)轉(zhuǎn)速，可以使土薯分離裝置勻速運(yùn)動(dòng)，減少了收獲過程中的壅堵現(xiàn)象，降低了馬鈴薯的破皮率，且采用液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，避免了傳統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)中的摩擦損耗。

甘肅洮河拖拉機(jī)制造有限公司馬海軍、陳娟等人發(fā)明的馬鈴薯收獲電動(dòng)廢膜卷拾一體機(jī)，采用獨(dú)立提供動(dòng)力的電動(dòng)卷膜輥，提高了卷膜機(jī)構(gòu)的操作性和方便性。

綜上所述，現(xiàn)階段國內(nèi)馬鈴薯收獲與殘膜回收復(fù)合作業(yè)技術(shù)仍處于研究設(shè)計(jì)階段，主要集中在馬鈴薯收獲機(jī)械技術(shù)和殘膜回收技術(shù)的改進(jìn)設(shè)計(jì)方面，殘膜回收指標(biāo)和收獲指標(biāo)，分別與兩者現(xiàn)有機(jī)械指標(biāo)基本相同。

三、分析與討論

對(duì)我國馬鈴薯收獲與殘膜回收復(fù)合作業(yè)技術(shù)進(jìn)行分析，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

1.農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合不夠。研發(fā)人員對(duì)各地實(shí)際農(nóng)機(jī)農(nóng)藝情況研究不夠深入，大都是從機(jī)械技術(shù)本身出發(fā)進(jìn)行研究，研究出的機(jī)具適用性不強(qiáng)，不能達(dá)到預(yù)期效果。如，一些復(fù)式作業(yè)裝備僅適用于雙行壟作種植模式，在其他種植模式下需要重新設(shè)計(jì)；一些復(fù)式作業(yè)裝備對(duì)小片破碎的殘膜回收困難。

2.功能一體化融合不夠?，F(xiàn)有馬鈴薯收獲與殘膜回收復(fù)式作業(yè)技術(shù)在馬鈴薯收獲和殘膜回收兩種功能技術(shù)上融合度不夠。一些技術(shù)僅僅是這兩種功能的簡單組合；一些技術(shù)在挖掘機(jī)構(gòu)、收膜機(jī)構(gòu)、分離輸送機(jī)構(gòu)的動(dòng)力分配不合理，導(dǎo)致功能機(jī)構(gòu)工作不協(xié)調(diào)、機(jī)具使用不順暢、生產(chǎn)效率低等問題出現(xiàn)。

3.關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新不夠。在馬鈴薯收獲和殘膜回收關(guān)鍵技術(shù)上突破性創(chuàng)新不夠。如，傳動(dòng)技術(shù)方面，大多數(shù)仍然是齒輪傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)；分離輸送技術(shù)方面，土、薯、膜分離機(jī)構(gòu)如何創(chuàng)新設(shè)計(jì)以降低含雜率和馬鈴薯損傷率；在殘膜回收技術(shù)方面，如何改進(jìn)設(shè)計(jì)以提高小片殘膜回收率。

4.技術(shù)含量不高。雖然現(xiàn)有技術(shù)中有少數(shù)馬鈴薯收獲與殘膜回收復(fù)合作業(yè)裝備采用了液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、氣力收膜技術(shù)、電動(dòng)卷膜技術(shù)，但大部分復(fù)合作業(yè)裝備還是以純機(jī)械為主，機(jī)電、液壓一體化、傳感技術(shù)、氣動(dòng)技術(shù)等高新技術(shù)應(yīng)用方面相對(duì)缺乏。Θ