游兆延，顧峰瑋，吳　峰，胡志超，張玉嵐，涂良斌

(1.農(nóng)業(yè)部 南京農(nóng)業(yè)機械化研究所，南京　210014；2.莎車縣農(nóng)機化技術(shù)推廣站，新疆 莎車　844700)

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壟作花生殘膜回收技術(shù)研究

游兆延1，顧峰瑋1，吳峰1，胡志超1，張玉嵐1，涂良斌2

(1.農(nóng)業(yè)部 南京農(nóng)業(yè)機械化研究所，南京210014；2.莎車縣農(nóng)機化技術(shù)推廣站，新疆 莎車844700)

摘要：花生是我國優(yōu)勢油料作物，常采用壟作覆膜種植，但收獲時遺留在地表的殘膜尚無回收機具。為解決壟作區(qū)花生殘膜污染嚴重問題，在系統(tǒng)分析了國內(nèi)外殘膜回收機研究現(xiàn)狀的基礎上，從花生殘膜治理的種植模式和收獲工藝出發(fā)，提出相應的壟作區(qū)花生殘膜治理方案。同時，購置5款不同收膜、集膜結(jié)構(gòu)的殘膜回收機，通過田間殘膜回收試驗對壟作花生殘膜回收機的收膜、傳動、膜土分離、集膜等工序進行了裝備篩選，制訂了壟作花生殘膜回收機技術(shù)指標，并對我國壟作花生殘膜回收機械化發(fā)展提出相關(guān)建議與對策。

關(guān)鍵詞：壟作；花生；殘膜回收；方案

0引言

花生是我國優(yōu)勢油料作物，據(jù)國家糧油信息中心提供的數(shù)據(jù)，2013年我國花生種植面積471萬hm2，總產(chǎn)量1 700萬t，較2012年增加31萬t，增幅1.85%[1]。為提高花生產(chǎn)量，我國常采用壟作覆膜種植，但收獲時遺留在地表的殘膜尚無回收機具。田間殘膜影響了花生種子對水分、養(yǎng)分的吸收，影響種子發(fā)芽、出苗，造成爛種、爛芽，同時影響了農(nóng)機具的田間作業(yè)質(zhì)量。我國應用地膜技術(shù)的土地多達1 000萬hm2，隨著長年撿拾不凈的殘膜在田間積累，帶來嚴重的“白色污染”[2-5]。

國外地膜質(zhì)量比較好，因此其殘膜回收機結(jié)構(gòu)往往比較簡單。日本壟作甘薯時，地膜覆蓋期一般為1.5～3個月，使用的地膜均為高強度地膜，回收時地膜能夠保持較好的完整性，將甘薯秧蔓打掉后，可直接由卷膜機將殘膜回收。澳大利亞ROCCA等設計的地膜回收機具通過鏈式輸送裝置將地膜輸送到機器后部的卷膜輥上，能夠方便地回收地膜，并使地膜與其表面的泥土分離。美國、法國、以色列等國也研制了不同類型的地膜回收機具[6-10]。目前，治理地膜污染的主要措施有：機械回收、人工撿拾地膜和可降解地膜。人工撿拾費時費力。可降解地膜在棉田中有明顯的崩裂，小塊殘膜有脆裂現(xiàn)象；但其降解成本高、周期較長，且大多數(shù)研究集中在可降解地膜對棉花產(chǎn)量的影響,對花生生長過程中生理變化的研究較少。因此，當前機械化回收是解決殘膜污染問題的關(guān)鍵[11-12]。國內(nèi)殘膜回收機主要適用于土上作物的殘膜回收，如棉花、玉米等，常見的殘膜回收機有卷膜輥式、伸縮桿齒式、彈齒式、齒鏈式、氣吸式及夾持式等結(jié)構(gòu)形式[13-19]。國內(nèi)農(nóng)膜厚度普遍較薄，收獲之后殘膜碎膜多，壟作作物收獲后壟面殘膜殘留情況與平作作物相比又有其差異，適用于壟作土下果實如花生、甘薯、白蘿卜和大蒜等的殘膜回收機具國內(nèi)鮮有報道。因此，研發(fā)能適宜多種收獲工藝的壟作殘膜回收機具，對于減少土地污染及保持農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實意義。

1壟作花生殘膜回收技術(shù)研究方案

通過系統(tǒng)調(diào)研典型地區(qū)壟作作物殘膜污染情況(見圖1)，針對地膜低利用、壟體高、殘膜碎片多、埋膜深及收獲后殘膜二次污染等問題，研究適宜壟作花生殘膜治理的種植模式和收獲工藝，梳理現(xiàn)有殘膜回收機械化生產(chǎn)技術(shù)的設備，并針對壟作花生特點，考核5款購置的殘膜回收機主要作業(yè)參數(shù)、作業(yè)順暢性和適應性，將機具的殘膜回收率、生產(chǎn)效率等主要參數(shù)進行對比試驗，作為壟作花生殘膜回收機技術(shù)參數(shù)的設計依據(jù)。通過田間試驗不同結(jié)構(gòu)形式殘膜回收機的起膜、傳動、膜土分離及集膜裝置，篩選適宜壟作花生殘膜回收機各作業(yè)工序的技術(shù)裝備。

2關(guān)鍵部件原理與結(jié)構(gòu)

花生殘膜機械化回收是一項復雜的作業(yè)過程，對其技術(shù)特征和結(jié)構(gòu)性能進行分析，提出相應的殘膜治理方案，開發(fā)能適宜多種收獲工藝的壟作花生殘膜回收機，滿足國內(nèi)壟作花生殘膜機械化治理需要。調(diào)研現(xiàn)有市場殘膜回收裝備，購置5款收膜、集膜結(jié)構(gòu)形式各不相同的殘膜回收機，分別為耙齒式殘膜回收機、IFMJ-1400彈齒式殘膜回收機、1MC-70鏟掘篩分式殘膜回收機、4CM-140殘膜回收機及DMJS-1400齒鏈式殘膜回收機，用于壟作花生殘膜回收機裝置設計篩選依據(jù)?；ㄉ鷼埬せ厥諜C主要由收膜、傳動、膜土分離及集膜等裝置構(gòu)成。

圖1　4種壟作作物地表殘膜

2.1收膜部件

殘膜回收機收膜部件是影響收膜效果的核心機構(gòu)，常見的結(jié)構(gòu)形式主要有伸縮桿齒式撿拾滾筒、彈齒式拾膜部件、鏟式起茬收膜部件、輪齒式收膜部件及齒鏈式收膜部件。其中，伸縮彈齒式造價高、結(jié)構(gòu)復雜。彈齒式殘膜回收機(如IFMJ-1400)田間試驗中彈齒作業(yè)中遇到硬物會產(chǎn)生變形或跳動，仿形效果不佳，造成不正常工作；收膜部件有時接觸不到地膜，殘膜混雜在土壤中，很難得到有效分離；收膜元件把地膜劃破撿不起來，對破損嚴重的地膜無法撿拾。鏟式起茬收膜部件對土壤的性能有一定的要求。輪齒式收膜部件撿拾殘膜比較干凈，便于殘膜的再生利用。齒鏈式收膜部件結(jié)構(gòu)有利于整地復式作業(yè)，既可以前置，也可以縱向設置。針對地膜低利用、壟體高、殘膜碎片多、埋膜深、壟作花生收獲后地面高低起伏不一等問題，以及購置殘膜回收機田間試驗情況，在設計壟作花生殘膜回收機收膜部件結(jié)構(gòu)時采用鏟鏈組合式。

2.2傳動裝置

傳動部分由變速箱、挖掘輸送裝置及連接它們的鏈輪組成。變速箱和鏈輪需優(yōu)化設計出合適的傳動比，輸送裝置擬采用桿-鏈-帶和托鏈輪組合式(見圖2)；桿條選用65Mn材料，具有一定的強度和韌性；輸送提升裝置能使膜土有一定的拋送能力，輸送鏈線速度須大于機器前進速度，否則將出現(xiàn)膜土滯留，造成堵塞。線速度過快會將物料拋射太遠，輸送功率消耗大，鏈磨損加劇；線速度過慢會造成殘膜回纏。因此，正確選擇輸送鏈線速度是保證傳動順暢的關(guān)鍵參數(shù)。按拋射運動原理，理論射程為

S=V2sin2α/2g

其中，S為理論射程距離；V輸送鏈線速度；α為輸送鏈傾角；g為重力加速度。由于殘膜、根茬、雜草和土垡之間相互連接，上述基本公式必須加以修正，通過臺架和模擬試驗確定修正系數(shù)A，將輸送鏈線速度V和α的參數(shù)應用到整機設計中。

1.挖掘鏟組合　2.托鏈輪組合　3.桿-鏈-帶組合

2.3膜土分離裝置

殘膜回收機工作時，伴隨著薄膜一起被鏟起來的往往還有一些雜質(zhì)，尤其是附著在根茬或薄膜上的土。這些土不但增加了薄膜的質(zhì)量，也增加了后面集膜箱的負擔，因此在殘膜回收機上安裝膜土分離機構(gòu)就顯得尤為重要。目前，膜土分離裝置主要具有如下幾類：

1)鏟掘篩分式膜土分離裝置，如圖3所示。內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)機械技術(shù)推廣站設計研制的1CM-70殘膜回收機，膜土分離裝置采用滾筒篩，作用是把輸送鏈拋送的含膜茬表土，在結(jié)構(gòu)限制的有效空間內(nèi)進行膜土分離[20]。為了防止中心軸纏繞地膜和排料不暢，滾筒篩采用結(jié)構(gòu)為無心定位圓臺。為實現(xiàn)最佳分離效果需確定滾筒篩結(jié)構(gòu)和性能參數(shù)，如滾篩體積、篩孔尺寸、轉(zhuǎn)速范圍及排料角等。

2)針刺式膜土分離裝置，如圖4所示。新疆葉兒羌農(nóng)機公司研制的針刺式4CM-140殘膜回收整地機，拖拉機牽引殘膜回收整地機以15°傾角入土，掘土鏟將含有殘留地膜的土壤鏟起后，由拋送輥將其向后拋出至刮板式輸送帶上；輸送帶將土塊、地膜等向上提升，由壓碎輥將其中的大土塊進行壓碎，地膜、雜物等落至針刺式分離輸送帶上，再由分離輸送帶后方機架上設置的鋼絲刷輪將地膜梳理下來，投放至地膜收集箱內(nèi)，完成地膜的收集工作[21]。

1.傳動軸　2.變速箱　3.機架　4.前限深輪　5.起膜起茬鏟

1.動力輸出軸　2.牽引架　3.限深輪　4.掘土鏟　5.拋送輥

6.輸送帶7.機架8.行走輪9.碾壓板10.加壓彈簧11.集膜箱

12.鋼絲刷輪13.針刺分離輸送帶14.壓碎輥15.料斗

圖44CM系列殘膜回收機結(jié)構(gòu)

Fig.4Structure of 4CM series residual film machine

3)抖動篩式膜土分離裝置，如圖5所示。

沈陽農(nóng)業(yè)大學設計的一款殘膜回收機膜土分離機構(gòu)由抖動篩、曲柄連桿及皮帶輪等組成，通過選擇合適的皮帶輪傳動比，使抖動篩按照設計的頻率和振幅進行抖動；大部分土壤通過篩子上的篩孔在振動的作用下漏入地表，少部分土壤和全部的殘膜、殘茬在振動篩組的振動作用下和刮板的配合下，被運送到機械的集膜裝置[22]。

2.4集膜裝置

集膜試驗中，實現(xiàn)自動集膜并使機具能夠連續(xù)性作業(yè)則成為研制殘膜回收機具的關(guān)鍵。常用的集膜裝置有毛刷式、疏導齒式等集膜機構(gòu)[23]，但上述結(jié)構(gòu)使用時碎膜很容易纏繞在機構(gòu)上，使其無法連續(xù)工作。經(jīng)分析比較，擬采用水平帶側(cè)輸出結(jié)構(gòu)，如圖6所示。其膜土分離后的殘膜由膠帶向前輸送到第2級橫向輸送帶上，沿著橫向輸送帶從一側(cè)被輸出；到達邊緣時，被拋入集膜箱，完成集膜任務。采用水平帶集膜機構(gòu)簡單，操作方便[24]，不存在纏繞、壅塞等問題；集膜裝置側(cè)輸出，而非后置式，便于作業(yè)機手監(jiān)控集膜狀況，同時縮短了卸膜時間。

1.驅(qū)振擺桿　2.偏心套　3.后支撐臂　4.后支耳　5.軸

圖6　水平輸送帶側(cè)輸出集膜裝置

3田間試驗及技術(shù)指標

考核5款篩選機具的殘膜回收率、生產(chǎn)率，以及各機具存在主要問題、優(yōu)缺點、地表回收條件等主要參數(shù)，進行田間對比試驗。

3.1田間試驗

2014年11月，篩選的5款殘膜回收機在南京六合區(qū)收獲后壟作殘膜地進行試驗。試驗地單塊膜寬1.4m，單位薄膜質(zhì)量為40.5g/m2，試驗如圖7所示。

1MC-70殘膜回收機工作幅寬0.65m，抖土功能不足，土塊不能粉碎，很多大土塊收入滾筒，滾筒、筒體支持輪纏膜，鏟子入口處堆雜(土、膜、秸稈)。耙齒式殘膜回收機工作幅寬1.05m，配重不足，需要人站在機子上加重，平地效果較好，遇坑或秸稈會漏膜，遇到石頭把耙齒頂彎，扯碎的地膜散落一地，清理殘膜困難。DMJS-1400殘膜回收機正轉(zhuǎn)不上膜，限深太高，鏟子不入土產(chǎn)生漏膜，被秸稈壓住的膜收不上來；改為反轉(zhuǎn)能上膜，限深輪換成小輪子后正常入土效果較好。4CM-140殘膜回收鏟子掛膜，輸送帶纏膜，撞到膜下石頭輸送帶損壞。IFMJ-1400慶陽彈齒式殘膜回收機鏟子纏膜，滾筒上方與前蓋板的縫隙處堆雜，逐漸導致彈齒滾筒卡死；彈齒撞擊前蓋板邊緣，地表秸稈扯膜；地輪與鏟子不在同一水平線上，導致遇到凹地鏟子不入土，換上固定排刷脫膜，依然堵塞在排刷處。其改進思路是加大尺寸、高轉(zhuǎn)速脫離滾筒脫膜；增加壓緊滾筒與前蓋板間縫隙，由于滾筒不圓，依然會產(chǎn)生間隙，導致堵塞。

圖7　篩選殘膜回收機田間試驗

3.2技術(shù)指標

田間試驗記錄各殘膜回收機的殘膜回收率、生產(chǎn)效率等參數(shù)，將選取的試驗田塊分為4塊，每塊鋪設一種厚度的農(nóng)用地膜。5款機具分別在每塊田地試驗，測區(qū)長度不少于100m，寬度應滿足機具3個往返行程的工作寬度。測點采用五點法，從測區(qū)4個地角沿對角線，在1/4～1/8對角線長度范圍內(nèi)隨機確定4個測點的位置，再加上該對角線的交點，作為作業(yè)前的5個測點；然后在作業(yè)前的5個測點附近但不重復的區(qū)域再選取5個測點，作為作業(yè)后的5個測點。按地表及土層深度0～100mm、土層深度100～150mm兩個層面的分別取出殘地膜。將各測點按層取出的殘地膜去除塵土和水分后稱其質(zhì)量，求其平均值。表層拾凈率和深層拾凈率為

(1)

式中J—拾凈率(%)；

W—作業(yè)后的表層或深層殘地膜質(zhì)量(g)；

W0—作業(yè)前的表層或深層殘地膜質(zhì)量(g)。

試驗結(jié)果作為壟作花生殘膜回收機技術(shù)參數(shù)的設計依據(jù)，參照GB/T 25412-2010制訂壟作花生殘膜回收機技術(shù)指標，如表1所示。

表1　花生殘膜回收機技術(shù)指標

地表回收條件：土壤濕度 5%～20%、地表的顆粒容易打碎、地膜表面沒有洪水淤泥、作物收獲后沒有大量的殘株殘葉和大量的雜草。

4結(jié)論

1)目前，研究人員多集中在對收膜機構(gòu)上的研究上, 對殘膜的回收利用重視不夠?；厥盏臍埬た煽紤]結(jié)捆打包，提供給殘膜回收企業(yè)，政府應制定一些優(yōu)惠政策，鼓勵回收、加工、利用廢舊地膜企業(yè)的發(fā)展。隨著地膜回收機不斷推廣、改進、提高，機械化殘膜回收作業(yè)面積的逐年擴大，可以有效解決地膜造成的“白色污染”，為壟作地膜栽培技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到可持續(xù)發(fā)展起到積極促進作用。

2)液壓及電子技術(shù)在殘膜回收機上的應用還比較少，運用液壓控制技術(shù)及對回收機械各部件的電子監(jiān)控技術(shù)將大大提升殘膜回收機械的自動化程度[25]。

3)壟作花生殘膜回收機的技術(shù)研究可廣泛應用于多種壟作土下果實的殘膜回收，應用范圍廣泛，有較好的市場前景。

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Research on Ridged Peanut Residue Plastic Film Recycling Technology

You Zhaoyan1, Gu Fengwei1, Wu Feng1, Hu Zhichao1, Zhang Yulan1, Tu Liangbin2

(1.Nanjing Research Institute for Agricultural Mechanization Ministry of Agriculture, Nanjing 210014,China; 2.Agricultural Machinery Technology Extension Station Shache County, Shache 844700,China)

Abstract：Peanut is China’s preponderant oilseed crop,the ridge plastic mulching planting pattern was usually adopted ,but the left residual membrane in the surface of field lack of recovery equipment after harvest,aiming at solving severe pollution problems of peanut residue plastic film in ridged areas,both domestic and international residual film recovery machines were analysised systematically, starting from the planting pattern and harvest technology of peanut residue film governance, ridged peanut residue plastic film recycling technology was taken into consideration. Five residue plastic film recycling machines with different pick-up film mechanism and film collecting device were bought，equipments selection of peanut residue plastic film collector like the pick-up film mechanism , transmission, soil-film separation, the film collecting device and etc. were carried out, technical indicators of ridged peanut residue plastic film recycling machine were made, relevant suggestions and countermeasures were proposed on the development of China's ridged peanut residue plastic film recycling mechanization.

Key words：ridge planting; peanut; residue plastic film recycling; scheme

文章編號：1003-188X(2016)01-0207-05

中圖分類號：S223.5

文獻標識碼：A

作者簡介：游兆延(1988-)，男，江蘇泰興人，助理研究員，(E-mail)1275306672@qq.com。通訊作者：胡志超(1963-)，男，陜西藍田人，研究員，中國農(nóng)業(yè)工程學會高級會員(E041200498S)，(E-mail)nfzhongzi@163.com。

基金項目：公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(201503105);國家花生產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項目(CARS-14-機械化裝備)

收稿日期：2015-01-06