分體式秸稈粉碎與殘膜回收機(jī)的研制

趙鵬達(dá)，李占濤，鮑玉鑫，許江濤，謝 悅

（新疆天鵝現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備有限公司，新疆五家渠 831300）

0 引言

地膜覆蓋栽培技術(shù)具有增溫保墑、有效抑制雜草和病蟲害、改善作物生長環(huán)境和提質(zhì)增收等作用[1-2]。隨著農(nóng)田覆膜面積的逐年增加，未能及時(shí)回收的殘膜在土壤中累積，殘留的地膜不僅對環(huán)境造成了污染，同時(shí)對土壤理化性質(zhì)和作物生長產(chǎn)生極大的影響，不利于農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[3]。

殘膜機(jī)械化回收已成為我國當(dāng)前治理殘膜污染的主要技術(shù)，機(jī)械式殘膜回收機(jī)主要包括：篩網(wǎng)式、彈齒式、齒鏈?zhǔn)?、釘齒式和滾筒式等類型[4-5]。但現(xiàn)階段殘膜回收機(jī)還存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性不足等問題，亟需一種可靠性高、適應(yīng)不同地況的秸稈粉碎還田殘膜回收一體機(jī)。

在現(xiàn)有秸稈粉碎還田和殘膜回收技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對新疆機(jī)采棉種植模式和棉田地膜覆蓋情況，本文設(shè)計(jì)一種分體式棉稈粉碎還田和殘膜回收一體機(jī)，實(shí)現(xiàn)棉秸稈粉碎還田和殘膜回收聯(lián)合作業(yè)，秸稈二次粉碎還田。

采用模塊化車架，集成秸稈粉碎、側(cè)拋式絞龍還田裝置、外置式凸輪彈齒輥筒仿形裝置、行走部件和大容積膜箱，并借助齒輪箱、減速箱等傳動(dòng)系統(tǒng)，提升了整機(jī)的傳動(dòng)效率和可靠性；凸輪彈齒輥筒分別仿形，降低了整機(jī)的復(fù)雜度，提升了還田效果，利于殘膜脫膜和檢修維護(hù)；箱門采用連桿結(jié)構(gòu)控制開合，減少驅(qū)動(dòng)裝置。

1 整機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 整機(jī)結(jié)構(gòu)

秸稈粉碎殘膜回收一體機(jī)由分體式機(jī)架、齒輪箱傳動(dòng)系統(tǒng)、秸稈粉碎還田裝置、仿形裝置、殘膜回收裝置、液壓系統(tǒng)和行走系統(tǒng)等部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖1。整機(jī)采用模塊化設(shè)計(jì)，其中秸稈粉碎裝置由滑靴、彈簧、側(cè)拋部、打稈輥和絞龍組成，殘膜回收裝置由集膜箱、連桿、箱門、凸輪彈齒輥筒和拋膜輥組成。

圖1 秸稈粉碎殘膜回收一體機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)圖

1.2 工作原理

秸稈粉碎殘膜回收機(jī)由拖拉機(jī)牽引，作業(yè)時(shí)可根據(jù)拖拉機(jī)型號(hào)調(diào)整懸掛點(diǎn)和牽引架高度，拖拉機(jī)后輸出軸通過萬向節(jié)將動(dòng)力傳遞至分動(dòng)箱，再由分動(dòng)箱將動(dòng)力分別傳送至前機(jī)架秸稈粉碎裝置和主機(jī)架殘膜回收裝置的變速箱。

采用分體式機(jī)架，車架分為前掛架、中箱體和后支架，前掛架用于布置分動(dòng)箱、上下傳動(dòng)軸及懸掛秸稈粉碎部，中箱體布置凸輪彈齒輥筒、拋膜輥、變速箱及行走仿形部，后部支架用于安裝膜箱及其翻轉(zhuǎn)開合機(jī)構(gòu)，各部分獨(dú)立，利于維護(hù)保養(yǎng)及后續(xù)的升級(jí)改造。整機(jī)傳動(dòng)采用分動(dòng)箱和變速箱的組合傳動(dòng)方案，分動(dòng)箱和變速箱均采用一進(jìn)兩出的結(jié)構(gòu)，其中分動(dòng)箱兩出通過上傳動(dòng)軸，下傳動(dòng)軸分別輸出至下齒輪箱、上齒輪箱，再由齒輪箱傳遞至秸稈粉碎部和變速箱，變速箱兩出分別輸出至挑膜彈齒輥筒和拋膜輥，變速箱設(shè)置有超越離合器，防止急停時(shí)機(jī)具損壞。

秸稈粉碎部通過彈簧掛接至前掛架上，兩側(cè)安裝滑靴，隨地形高低單獨(dú)仿形，動(dòng)力輸入部分設(shè)置有超越離合器，防止急?；蜻^載造成機(jī)具損壞；并設(shè)有打稈輥和絞龍，打稈輥采用Y型甩刀，并按動(dòng)平衡需求螺旋分布，打碎后秸稈落入絞龍殼體，絞龍端部設(shè)置有粉碎部和拋送部，秸稈經(jīng)絞龍輸送至機(jī)體側(cè)方，經(jīng)過粉碎后，通過側(cè)拋部側(cè)拋還田。殘膜回收裝置的凸輪彈齒輥筒工作時(shí)彈齒轉(zhuǎn)至地面時(shí)伸出輥筒，將殘膜從田地中挑出，轉(zhuǎn)至與拋膜輥交接處彈齒縮回至接近水平狀態(tài)，此時(shí)薄膜與彈齒無鉤掛現(xiàn)象，利于脫膜，輥筒采用中心閉合的結(jié)構(gòu)形式，彈齒整體外置，避免伸縮齒造成的纏繞和堵塞，同時(shí)利于維護(hù)保養(yǎng)。拋膜采用長葉片拋膜輥，配合殼體，在高轉(zhuǎn)速情況下，形成負(fù)壓區(qū)，將薄膜吸入后部的集膜箱；采用大容積集膜箱，箱體通過轉(zhuǎn)軸連接在箱體支架上，并通過油缸翻轉(zhuǎn)倒膜，箱門通過連桿聯(lián)動(dòng)，無需另增驅(qū)動(dòng)裝置，膜箱整體采用大孔網(wǎng)面，利于殘膜與土壤的分離。

行走仿形部件由前仿形臂和后行走臂組合構(gòu)成，二者由油缸連接在一起，形成一個(gè)穩(wěn)固的三角形，再通過挑膜部支座連接至中箱體下部，將凸輪彈齒輥筒置于仿形輥和輪胎中間，實(shí)現(xiàn)仿形效果；油缸鋼桿端部設(shè)置有調(diào)節(jié)墊板，可根據(jù)地況不同增減，調(diào)整挑膜彈齒入土深度；前仿形臂前側(cè)設(shè)置有限位塊，行走時(shí)油缸伸出，前仿形臂頂住限位塊，后行走臂支起輪胎，同時(shí)前仿形臂中設(shè)置有限位槽，防止倒車時(shí)向后傾倒，油缸設(shè)置安全鎖，行走轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)落下，防止油缸失效。

2 技術(shù)特點(diǎn)

2.1 整機(jī)特點(diǎn)

2.1.1 整機(jī)利于維護(hù)保養(yǎng)及后續(xù)的升級(jí)改造

車架的整體采用分體式，各部獨(dú)立，秸稈粉碎部可單獨(dú)拆裝使用；打稈部件不使用的情況下，可單獨(dú)拆下，僅使用挑膜輥筒部，適應(yīng)不同地區(qū)的農(nóng)藝要求；凸輪彈齒輥筒中心封閉，彈齒外置，利于脫膜和檢修維護(hù)。

2.1.2 整機(jī)仿形效果好、工作效率高

秸稈粉碎部和挑膜拋送部分別獨(dú)立仿形，避免一體的仿形機(jī)構(gòu)造成仿形滯后的問題，提升整機(jī)的仿形效果，前者靠彈簧和滑靴實(shí)現(xiàn)仿形，后者靠仿形臂與行走臂集成仿形，彈齒可調(diào)節(jié)入土深度；采用大容積集膜箱，減少倒膜次數(shù)，箱體通過轉(zhuǎn)軸連接在箱體支架上，并通過油缸翻轉(zhuǎn)倒膜，箱門通過連桿聯(lián)動(dòng)，無需另增驅(qū)動(dòng)裝置，膜箱整體采用大孔網(wǎng)面，利于殘膜與土壤的分離，提升工作效率。

2.1.3 整機(jī)結(jié)構(gòu)布局合理、可靠性高

整機(jī)所有運(yùn)動(dòng)部件均由護(hù)罩防護(hù)，防止殘膜雜質(zhì)等纏繞、污染運(yùn)動(dòng)部件，導(dǎo)致可靠性降低；動(dòng)力傳動(dòng)的形式及布局合理，傳動(dòng)系統(tǒng)集成，主要通過齒輪箱和傳動(dòng)軸傳動(dòng)，可靠性高；凸輪彈齒輥筒采用輥筒中心封閉式，彈齒整體外置；凸輪彈齒輥筒仿形集成在行走機(jī)構(gòu)中，簡化了整機(jī)的結(jié)構(gòu)，提升了整機(jī)的可靠性；膜箱箱門采用連桿結(jié)構(gòu)，隨膜箱翻轉(zhuǎn)開合，減少驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，提升整機(jī)的可靠性。

2.2 主要技術(shù)參數(shù)

分體式秸稈粉碎殘膜回收機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如下：

外形尺寸（長×寬×高，mm）5 580×3 380×2 290

結(jié)構(gòu)形式 分體式

懸掛方式 可調(diào)式懸掛

配套動(dòng)力（kW）102

工作幅寬（mm）2 050

收集箱容積（m）32

作業(yè)速度（km·h-）1≥10

3 田間試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)條件

2021年10月在新疆兵團(tuán)第六師102團(tuán)選擇棉花已收獲、滴灌帶已回收的棉田進(jìn)行粉碎還田和殘膜回收試驗(yàn)（圖2），試驗(yàn)地種植模式為1膜3行，理論種植密度12500株/667m2，地膜寬度2050mm，厚度為0.01mm。

圖2 粉碎還田和殘膜回收試驗(yàn)

3.2 試驗(yàn)方法

按照GB/T 25412-2010《殘地膜回收機(jī)》[6]、NY/T 1227-2006《殘地膜回收機(jī)作業(yè)質(zhì)量》的要求進(jìn)行田間試驗(yàn)[7]，試驗(yàn)地測區(qū)長度為100m，作業(yè)速度為10km·h-1。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)試驗(yàn)，分體式秸稈粉碎殘膜回收機(jī)作業(yè)性能結(jié)果見表1。

表1 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果表明：此殘膜回收機(jī)可靠性好，作業(yè)效率高，殘膜回收率為92%、纏膜率為1%，均符合GB/T25412-2010《殘地膜回收機(jī)》的指標(biāo)要求。整機(jī)在作業(yè)過程中運(yùn)行平穩(wěn)，無壅土現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，工作阻力小，撿拾分離效果好，拾凈率高，可靠性好，收后廢膜集中堆放，便于后期清理。

4 結(jié)論

（1）該秸稈粉碎與殘膜回收機(jī)采用分體式機(jī)架，各部件模塊化拼裝，各部分獨(dú)立，利于維護(hù)保養(yǎng)及后續(xù)的升級(jí)改造。

（2）該秸稈粉碎與殘膜回收機(jī)設(shè)置行走仿形部，仿形臂與行走臂集成仿形，彈齒可調(diào)節(jié)入土深度，避免一體的仿形機(jī)構(gòu)造成仿形滯后的問題，提升整機(jī)的仿形效果，采用大容積集膜箱，工作效率高。

（3）秸稈粉碎和殘膜回收作業(yè)，工作效率高，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，可靠耐用。田間試驗(yàn)表明，殘膜回收率為92%、纏膜率為1%，作業(yè)性能指標(biāo)符合殘膜回收機(jī)標(biāo)準(zhǔn)要求，能夠?qū)崿F(xiàn)廢舊地膜回收的機(jī)械化作業(yè)，具有很好的推廣應(yīng)用前景。