張海春 龔冠豪 郭紅娟 蔣永新 劉旋峰 牛長(zhǎng)河

（新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，烏魯木齊 830091）

棉田地膜回收作為一種生態(tài)環(huán)保技術(shù)，對(duì)農(nóng)業(yè)種植經(jīng)濟(jì)效益提升以及農(nóng)村生態(tài)平衡發(fā)展有著非常重要的作用。但是，結(jié)合當(dāng)前農(nóng)業(yè)種植中地膜回收及其技術(shù)的研究現(xiàn)狀來(lái)看，存在的問(wèn)題情況還比較突出。因此，結(jié)合現(xiàn)有的農(nóng)田種植回收打捆技術(shù)，進(jìn)行棉田地膜回收打捆機(jī)及其關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)試驗(yàn)研究，具有十分顯著的價(jià)值和意義。

1 棉田地膜回收與利用現(xiàn)狀分析

棉花作為我國(guó)種植的主要經(jīng)濟(jì)作物，我國(guó)很多地區(qū)都有較大規(guī)模的種植。地膜覆蓋栽培技術(shù)是實(shí)現(xiàn)棉花種植產(chǎn)量以及效益提升的有效技術(shù)，在棉花栽培與種植中應(yīng)用較為廣泛。有關(guān)研究顯示，在使用地膜覆蓋栽培技術(shù)進(jìn)行棉花種植后，某地區(qū)的棉花產(chǎn)量和效益成倍增長(zhǎng)，由此可見(jiàn)，地膜覆蓋栽培技術(shù)在棉花種植與發(fā)展中的重要作用。值得注意的是，地膜覆蓋栽培技術(shù)在大規(guī)模的棉花種植中應(yīng)用較多，并且棉花栽培與種植中對(duì)地膜使用及消耗量也非常大，因此棉田殘留地膜對(duì)農(nóng)田的污染也比較突出。針對(duì)農(nóng)田殘留地膜及其污染，當(dāng)前主要的解決方式為焚燒或者是進(jìn)行再回收利用。但是，再回收利用的效率較低，而回收殘膜的自然堆放造成空間占用，或者是在大風(fēng)等自然環(huán)境影響下會(huì)產(chǎn)生二次污染。隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的生態(tài)環(huán)境意識(shí)不斷提升，對(duì)農(nóng)田地膜殘留的回收利用研究的關(guān)注及重視程度越來(lái)越高。在這種情況下，以YEM-1.5型農(nóng)田殘膜回收打包聯(lián)合作業(yè)機(jī)等為代表的地膜回收打包技術(shù)在農(nóng)田地膜回收中逐漸應(yīng)用實(shí)現(xiàn)，也為本文研究的開(kāi)展提供了一定的基礎(chǔ)支持。

當(dāng)前，多數(shù)地區(qū)的棉田殘膜回收利用是運(yùn)用熱解等簡(jiǎn)單再生利用技術(shù)，新技術(shù)和新工藝的引進(jìn)相對(duì)較少，而在傳統(tǒng)的簡(jiǎn)單回收加工與利用工藝技術(shù)下，其經(jīng)濟(jì)效益提升并不明顯，因此，棉田殘膜的回收價(jià)格較低，在綜合成本及效益影響下，棉田農(nóng)戶回收地膜的積極性大幅降低。此外，棉田殘膜回收以摟耙式撿拾方式為主，以節(jié)省地膜回收成本，卻導(dǎo)致回收地膜中雜質(zhì)較多。同時(shí)，地膜回收加工企業(yè)的技術(shù)水平低，成本高，回收地膜占地面積大，這對(duì)其回收利用影響十分顯著。在這種情況下，有必要開(kāi)展棉田地膜回收技術(shù)的創(chuàng)新研究，以期在實(shí)現(xiàn)其回收利用價(jià)值提升的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)棉田地膜回收生態(tài)環(huán)保等綜合效益的提升。

2 棉田地膜回收打捆機(jī)關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)分析

2.1 棉田地膜回收打捆機(jī)的技術(shù)原理

目前，農(nóng)田地膜打捆機(jī)以圓捆和方捆兩種打捆形式為主。其中，方捆式農(nóng)田地膜打捆機(jī)在工作中將地膜由喂料機(jī)向壓縮室喂送，然后在預(yù)壓裝置中實(shí)現(xiàn)物料的壓縮處理，在達(dá)到預(yù)定壓力標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)行穿針打結(jié)，最終形成具有整齊規(guī)格的壓縮殘膜捆包，在整個(gè)回收捆包過(guò)程中，由打捆機(jī)的液壓密度控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)打捆物料的密度監(jiān)測(cè)與控制；而圓捆式地膜打捆機(jī)利用鋼制輥筒組成圓周形的打捆室，地膜由圓周排列的鋼制輥筒室通過(guò)自傳作用形成捆狀結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)地膜回收打包。一般情況下，圓捆式地膜打捆機(jī)回收打包的地膜直徑及寬度分別為500mm與700mm，其密度在140～220kg/m3。結(jié)合這一技術(shù)原理，本文以圓捆式地膜打捆機(jī)為例，結(jié)合其工作原理，對(duì)其在地膜回收中的關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，并通過(guò)試驗(yàn)對(duì)其地膜回收應(yīng)用效果進(jìn)行研究。圓捆式地膜打捆機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 圓捆式地膜打捆機(jī)結(jié)構(gòu)

工作運(yùn)行中，圓捆式地膜打捆機(jī)通過(guò)鋼輥平臺(tái)進(jìn)行地膜打捆處理，并且在打捆達(dá)到一定量的情況下，通過(guò)報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警提示。根據(jù)報(bào)警提示，捆繩器進(jìn)行工作啟動(dòng)，將打捆好的地膜在液壓系統(tǒng)的動(dòng)力輸送下進(jìn)行捆綁卸載。

2.2 關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)

根據(jù)地膜打捆機(jī)結(jié)構(gòu)組成及工作原理分析，可以得出，在地膜打捆機(jī)運(yùn)行中，設(shè)置的關(guān)鍵參數(shù)主要包括：打捆機(jī)的輥筒轉(zhuǎn)動(dòng)速度、地膜打捆的具體尺寸、地膜打捆的重量與密度、地膜喂入數(shù)量、捆繩消耗量、打捆以及輸送的功率大小等。

2.2.1 輥筒轉(zhuǎn)動(dòng)速度設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)地膜打捆機(jī)的輥筒轉(zhuǎn)動(dòng)速度時(shí)，人們要結(jié)合地膜打捆機(jī)工作中的動(dòng)力支持與提供情況，其動(dòng)力一般由拖拉機(jī)提供。因此，筆者以東方紅1254型拖拉機(jī)為例分析，其后轉(zhuǎn)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速一般維持在1000r/min，結(jié)合圓捆式地膜打捆機(jī)的動(dòng)力傳動(dòng)方式，在脫膜滾筒轉(zhuǎn)速為160～200r/min的情況下，其輥筒轉(zhuǎn)速按照1:1.5的比例設(shè)計(jì)，最終確定為 240～ 300r/min。

2.2.2 地膜打捆的具體尺寸、重量與密度設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)地膜打捆機(jī)地膜打捆的尺寸、重量與密度等參數(shù)時(shí)，人們可以先測(cè)量單個(gè)地膜打捆的重量和尺寸大小，然后按照式（1）計(jì)算地膜打捆密度。通過(guò)計(jì)算分析，最終可確定其地膜打捆密度、重量、體積參數(shù)分別為145kg/m3和20kg、0.138m3。

式中，ρ為地膜打捆的密度值；Gk為地膜打捆的重量；Vk為地膜打捆的體積。

2.2.3 地膜喂入量和捆繩消耗量設(shè)計(jì)

對(duì)于地膜喂入量和捆繩消耗量，人們可以分別按照式（2）和式（3）計(jì)算獲取。打捆機(jī)的地膜喂入量Q要根據(jù)回收地膜重量Ghc、打捆損失地膜重量Gcs、打捆地膜重量Gk、喂入時(shí)間tck等參數(shù)來(lái)確定，而捆繩消耗量則與單位體積的地膜捆繩消耗量Ga和單個(gè)打捆地膜捆繩消耗量Gks等有關(guān)。

2.3 試驗(yàn)分析

根據(jù)上述分析，將地膜打捆機(jī)的輥筒轉(zhuǎn)速設(shè)置為250～300r/min，同時(shí)將打捆機(jī)作業(yè)前進(jìn)速度設(shè)置為4～6km/h，而松土齒入土深度設(shè)定為5～10cm，同時(shí)進(jìn)行一定的干擾因素設(shè)定，對(duì)其地膜打捆收凈率Ws和成捆率β分別進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試和計(jì)算分析，計(jì)算可按式（4）、式（5）進(jìn)行。結(jié)果顯示，地膜打捆機(jī)輥筒轉(zhuǎn)速設(shè)定為280r/min、機(jī)具前進(jìn)速度設(shè)定為5km/h、松土齒入土深度控制在6～8cm時(shí)，其正常工作狀態(tài)下能夠?qū)崿F(xiàn)尺寸大小為700mm×500mm、單捆重量為20kg的地膜打捆工作，達(dá)到6個(gè)/h的工作效率，并且其打捆回收的成捆率最大，雜質(zhì)含量最低，綜合效益最為顯著。

式中，Gmq、Gmh分別為回收前后的地膜總質(zhì)量；Iz、Ic分別為總捆數(shù)和成捆數(shù)。

3 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合地膜打捆回收現(xiàn)有技術(shù)及工作原理，對(duì)棉田地膜回收打捆機(jī)關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。同時(shí)，通過(guò)試驗(yàn)對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)有效性進(jìn)行驗(yàn)證，以期為棉田地膜回收打捆機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì)實(shí)踐和有關(guān)研究提供參考。