二階鏈板式秸稈粉碎地膜回收聯(lián)合作業(yè)機(jī)的研制

溫浩軍，緱海嘯，陳學(xué)庚

（石河子大學(xué)，新疆石河子 832000）

0 引言

新疆地處西北，常年干旱少雨，薄膜因具有增加地表溫度，保持水分，抑制雜草生長(zhǎng)的作用被廣泛應(yīng)用于新疆地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中[1]。在此基礎(chǔ)上覆膜技術(shù)又與滴灌技術(shù)結(jié)合發(fā)展出膜下滴灌技術(shù)，在節(jié)省農(nóng)業(yè)用水，維持生態(tài)的同時(shí)，起到了增產(chǎn)的作用[2]。但殘膜的回收與再利用問(wèn)題一直未得到解決，殘膜污染逐年加劇。殘留在農(nóng)田中的地膜不僅污染生態(tài)環(huán)境，而且影響土壤結(jié)構(gòu)，危害作物生長(zhǎng)[3，4]。因此，研究設(shè)計(jì)一種可靠性好、殘膜回收率高，并且對(duì)進(jìn)行后續(xù)資源化利用的殘膜回收機(jī)械具有重要意義。

殘膜回收機(jī)械的研究已持續(xù)二十多年，但回收效果仍不理想，資源化利用程度低。主要體現(xiàn)在回收殘膜含雜率高，不易儲(chǔ)運(yùn)這兩方面。針對(duì)現(xiàn)有殘膜回收機(jī)械存在的問(wèn)題，結(jié)合新疆棉田覆膜的實(shí)際情況，本文設(shè)計(jì)一種二階鏈板式秸稈粉碎地膜回收聯(lián)合作業(yè)機(jī)，可實(shí)現(xiàn)秸稈粉碎還田及殘膜回收作業(yè)，膜雜多次分離，回收地膜含雜率低；回收地膜打卷、壓縮并利用液壓機(jī)構(gòu)將膜卷卸在地頭，便于回收儲(chǔ)運(yùn)。

1 結(jié)構(gòu)及工作原理

如圖1所示，二階鏈板式秸稈粉碎地膜回收聯(lián)合作業(yè)機(jī)主要由機(jī)架、秸稈粉碎裝置、秸稈輸送裝置、前限深驅(qū)動(dòng)輥、一階撿拾清雜裝置、二階撿拾清雜裝置、卷膜裝置等機(jī)構(gòu)組成。

圖1 二階鏈板式秸稈粉碎地膜回收聯(lián)合作業(yè)機(jī)

該機(jī)具由拖拉機(jī)牽引并提供動(dòng)力輸出。工作時(shí)，秸稈粉碎裝置先將棉桿粉碎，并將秸稈及雜質(zhì)拋送至秸稈輸送裝置，輸送裝置的后輸送皮帶將粉碎的棉桿及雜質(zhì)輸送至機(jī)具后方，完成秸稈還田；前限深驅(qū)動(dòng)輥為撿拾裝置提供動(dòng)力，一階撿拾鏈板撿拾地膜并向上輸送，振動(dòng)裝置使鏈板產(chǎn)生振動(dòng)進(jìn)行雜質(zhì)清理，膜面雜質(zhì)由重力作用向下運(yùn)動(dòng)；地膜由脫膜輥脫膜，沿地膜反轉(zhuǎn)下滑板下滑，后限深輔助脫膜輥輔助脫膜；二階撿拾鏈板再次將地膜撿拾向上輸送，雜質(zhì)在重力作用下沿鋪展的膜面下滑實(shí)現(xiàn)膜雜分離；地膜通過(guò)脫膜圈從釘齒板脫出，最后經(jīng)卷膜裝置將殘膜自動(dòng)打卷，殘膜卷達(dá)到一定量之后停機(jī)，通過(guò)油缸控制翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)翻轉(zhuǎn)，將膜卷卸至地表，完成殘膜回收作業(yè)。

2 主要技術(shù)參數(shù)

二階鏈板式秸稈粉碎地膜回收聯(lián)合作業(yè)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)詳見(jiàn)表1。

表1 二階鏈板式秸稈粉碎地膜回收聯(lián)合作業(yè)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

3 機(jī)具特點(diǎn)及創(chuàng)新

1）聯(lián)合作業(yè)，作業(yè)效率高。采用秸稈粉碎還田與殘膜回收聯(lián)合作業(yè)，可一次完成棉花秸稈粉碎還田、殘膜撿拾、回收殘膜打卷等作業(yè)工序，減少農(nóng)機(jī)具對(duì)棉田的碾壓，工作效率高，能耗低[5]。

2）三次膜雜分離，殘膜含雜率低。在粉碎秸稈的同時(shí)，高速旋轉(zhuǎn)的甩刀在秸稈粉碎裝置與地膜之間形成負(fù)壓場(chǎng)，膜面的部分雜質(zhì)被吸附起，連同粉碎后的秸稈進(jìn)入秸稈輸送裝置，由輸送皮帶拋至田間，在秸稈粉碎還田的同時(shí)，完成膜面的初清雜；一階釘齒鏈板撿拾地膜向上輸送，凸輪塊隨一階主動(dòng)輥轉(zhuǎn)動(dòng)，地膜在與一階釘齒鏈板上升的同時(shí)隨凸輪塊帶動(dòng)的振動(dòng)裝置振動(dòng)，膜面雜質(zhì)由重力作用向下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)二次清雜；二階釘齒鏈板將二次清雜后的地膜再次撿拾向上輸送，實(shí)現(xiàn)第三次清雜。三級(jí)膜雜分離有效降低了殘膜的含雜率。

3）整膜撿拾。設(shè)計(jì)了大傾角縱向布置的柔性釘齒鏈板撿拾裝置，25條釘齒鏈板縱向布置構(gòu)成撿拾帶組，撿拾釘齒鏈板套在撿拾主動(dòng)輥和撿拾被動(dòng)輥之間，通過(guò)鏈板與撿拾輥之間的摩擦力傳動(dòng)，鏈板間通過(guò)安裝于主動(dòng)輥上的脫膜圈隔開(kāi)并限位。多條柔性釘齒鏈構(gòu)成的撿拾面保證了地膜的完整性，使雜質(zhì)分離過(guò)程始終處于有序的混合物料之下進(jìn)行，雜質(zhì)沿鋪展膜面下滑實(shí)現(xiàn)膜雜分離，降低清雜難度。

4）不同機(jī)構(gòu)協(xié)同脫膜，脫膜率高。機(jī)具作業(yè)過(guò)程中包含兩個(gè)脫膜過(guò)程。地膜被一階撿拾清雜裝置撿拾向上輸送，先經(jīng)脫膜圈脫膜，然后經(jīng)地膜反轉(zhuǎn)下滑板下滑至后限深輥前部的根茬上，后限深輔助脫膜輥與地面相對(duì)運(yùn)動(dòng)，對(duì)地膜產(chǎn)生拉力輔助脫膜；二階撿拾裝置撿拾地膜向上輸送，脫膜圈脫膜，當(dāng)?shù)啬みM(jìn)入卷膜裝置，卷膜皮帶與卷膜軸相對(duì)運(yùn)動(dòng)，對(duì)地膜產(chǎn)生拉力輔助脫膜。脫膜輥與后限深輥和卷膜裝置結(jié)合脫膜，提高脫膜效率。

5）單次作業(yè)距離長(zhǎng)，膜卷易儲(chǔ)運(yùn)。現(xiàn)有殘膜回收機(jī)普遍單次作業(yè)收膜量少，需要頻繁停機(jī)清理回收地膜，作業(yè)效率低且不利于后續(xù)回收儲(chǔ)運(yùn)。設(shè)計(jì)自動(dòng)卷膜和液壓卸膜的后翻式卷膜裝置，卷膜皮帶轉(zhuǎn)動(dòng)，殘膜從二階脫膜輥脫膜后被纏繞在卷膜機(jī)構(gòu)的半軸上，殘膜纏繞一定量之后停機(jī)，油缸控制翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)翻轉(zhuǎn)，將膜卷卸至地表[6]。此機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了卷膜回收、地膜壓縮和液壓卸膜的功能，提升了作業(yè)效率。

4 田間試驗(yàn)及結(jié)論

田間試驗(yàn)在新疆維吾爾自治區(qū)博爾塔拉蒙古自治州博樂(lè)市進(jìn)行，試驗(yàn)面積10 hm2，棉花種植模式為“66+10”模式，鋪設(shè)地膜幅寬為2 050 mm；滴灌帶鋪設(shè)模式為一膜3管。棉田采棉機(jī)已經(jīng)采收，地面平整，土壤為沙壤土，含水率為14.3%；滴灌帶已回收，棉桿少量倒伏，高度在80～100 cm間；配套動(dòng)力69.825 kW，作業(yè)速度5.8 km/h。本殘膜回收機(jī)單次卷膜作業(yè)距離最高可達(dá)1 000 m，膜卷緊實(shí)度高，試驗(yàn)結(jié)果參數(shù)如表2所示。

表2 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果表明此殘膜回收機(jī)型可靠性好，作業(yè)效率高，回收率達(dá)94.6%，含稈率5%，滿足秸稈還田與殘膜回收的作業(yè)要求；單次卷膜作業(yè)距離長(zhǎng)，可將回收膜卷卸在地頭，便于儲(chǔ)運(yùn)；回收殘膜含雜率低，膜面較完整，有利于后續(xù)的再加工，再利用。