二阶链板式秸秆粉碎地膜回收联合作业机的研制

2021-08-05温浩军缑海啸陈学庚

农业开发与装备 2021年7期

温浩军，缑海啸，陈学庚

（石河子大学，新疆石河子 832000）

0 引言

新疆地处西北，常年干旱少雨，薄膜因具有增加地表温度，保持水分，抑制杂草生长的作用被广泛应用于新疆地区的农业生产过程中[1]。在此基础上覆膜技术又与滴灌技术结合发展出膜下滴灌技术，在节省农业用水，维持生态的同时，起到了增产的作用[2]。但残膜的回收与再利用问题一直未得到解决，残膜污染逐年加剧。残留在农田中的地膜不仅污染生态环境，而且影响土壤结构，危害作物生长[3，4]。因此，研究设计一种可靠性好、残膜回收率高，并且对进行后续资源化利用的残膜回收机械具有重要意义。

残膜回收机械的研究已持续二十多年，但回收效果仍不理想，资源化利用程度低。主要体现在回收残膜含杂率高，不易储运这两方面。针对现有残膜回收机械存在的问题，结合新疆棉田覆膜的实际情况，本文设计一种二阶链板式秸秆粉碎地膜回收联合作业机，可实现秸秆粉碎还田及残膜回收作业，膜杂多次分离，回收地膜含杂率低；回收地膜打卷、压缩并利用液压机构将膜卷卸在地头，便于回收储运。

1 结构及工作原理

如图1所示，二阶链板式秸秆粉碎地膜回收联合作业机主要由机架、秸秆粉碎装置、秸秆输送装置、前限深驱动辊、一阶捡拾清杂装置、二阶捡拾清杂装置、卷膜装置等机构组成。

图1 二阶链板式秸秆粉碎地膜回收联合作业机

该机具由拖拉机牵引并提供动力输出。工作时，秸秆粉碎装置先将棉杆粉碎，并将秸秆及杂质抛送至秸秆输送装置，输送装置的后输送皮带将粉碎的棉杆及杂质输送至机具后方，完成秸秆还田；前限深驱动辊为捡拾装置提供动力，一阶捡拾链板捡拾地膜并向上输送，振动装置使链板产生振动进行杂质清理，膜面杂质由重力作用向下运动；地膜由脱膜辊脱膜，沿地膜反转下滑板下滑，后限深辅助脱膜辊辅助脱膜；二阶捡拾链板再次将地膜捡拾向上输送，杂质在重力作用下沿铺展的膜面下滑实现膜杂分离；地膜通过脱膜圈从钉齿板脱出，最后经卷膜装置将残膜自动打卷，残膜卷达到一定量之后停机，通过油缸控制翻转机构翻转，将膜卷卸至地表，完成残膜回收作业。

2 主要技术参数

二阶链板式秸秆粉碎地膜回收联合作业机主要技术参数详见表1。

表1 二阶链板式秸秆粉碎地膜回收联合作业机主要技术参数

3 机具特点及创新

1）联合作业，作业效率高。采用秸秆粉碎还田与残膜回收联合作业，可一次完成棉花秸秆粉碎还田、残膜捡拾、回收残膜打卷等作业工序，减少农机具对棉田的碾压，工作效率高，能耗低[5]。

2）三次膜杂分离，残膜含杂率低。在粉碎秸秆的同时，高速旋转的甩刀在秸秆粉碎装置与地膜之间形成负压场，膜面的部分杂质被吸附起，连同粉碎后的秸秆进入秸秆输送装置，由输送皮带抛至田间，在秸秆粉碎还田的同时，完成膜面的初清杂；一阶钉齿链板捡拾地膜向上输送，凸轮块随一阶主动辊转动，地膜在与一阶钉齿链板上升的同时随凸轮块带动的振动装置振动，膜面杂质由重力作用向下运动，实现二次清杂；二阶钉齿链板将二次清杂后的地膜再次捡拾向上输送，实现第三次清杂。三级膜杂分离有效降低了残膜的含杂率。

3）整膜捡拾。设计了大倾角纵向布置的柔性钉齿链板捡拾装置，25条钉齿链板纵向布置构成捡拾带组，捡拾钉齿链板套在捡拾主动辊和捡拾被动辊之间，通过链板与捡拾辊之间的摩擦力传动，链板间通过安装于主动辊上的脱膜圈隔开并限位。多条柔性钉齿链构成的捡拾面保证了地膜的完整性，使杂质分离过程始终处于有序的混合物料之下进行，杂质沿铺展膜面下滑实现膜杂分离，降低清杂难度。

4）不同机构协同脱膜，脱膜率高。机具作业过程中包含两个脱膜过程。地膜被一阶捡拾清杂装置捡拾向上输送，先经脱膜圈脱膜，然后经地膜反转下滑板下滑至后限深辊前部的根茬上，后限深辅助脱膜辊与地面相对运动，对地膜产生拉力辅助脱膜；二阶捡拾装置捡拾地膜向上输送，脱膜圈脱膜，当地膜进入卷膜装置，卷膜皮带与卷膜轴相对运动，对地膜产生拉力辅助脱膜。脱膜辊与后限深辊和卷膜装置结合脱膜，提高脱膜效率。

5）单次作业距离长，膜卷易储运。现有残膜回收机普遍单次作业收膜量少，需要频繁停机清理回收地膜，作业效率低且不利于后续回收储运。设计自动卷膜和液压卸膜的后翻式卷膜装置，卷膜皮带转动，残膜从二阶脱膜辊脱膜后被缠绕在卷膜机构的半轴上，残膜缠绕一定量之后停机，油缸控制翻转机构翻转，将膜卷卸至地表[6]。此机构实现了卷膜回收、地膜压缩和液压卸膜的功能，提升了作业效率。

4 田间试验及结论

田间试验在新疆维吾尔自治区博尔塔拉蒙古自治州博乐市进行，试验面积10 hm2，棉花种植模式为“66+10”模式，铺设地膜幅宽为2 050 mm；滴灌带铺设模式为一膜3管。棉田采棉机已经采收，地面平整，土壤为沙壤土，含水率为14.3%；滴灌带已回收，棉杆少量倒伏，高度在80～100 cm间；配套动力69.825 kW，作业速度5.8 km/h。本残膜回收机单次卷膜作业距离最高可达1 000 m，膜卷紧实度高，试验结果参数如表2所示。