李 岑 ，張智優(yōu) ，2，全臘珍 ，2，謝培庚 ，2，廖 配 ，楊思遠(yuǎn) ，胡躍騰

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410128；2.湖南省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備工程技術(shù)研究中心，湖南 長(zhǎng)沙 410128）

蔬菜地膜覆蓋是我國(guó)正在逐步推廣的一項(xiàng)農(nóng)業(yè)技術(shù)。但因?yàn)槟戏教镩g土壤含水率過(guò)高，作業(yè)后殘留地膜更多的以碎片化、小塊狀的形式存在，回收不易，導(dǎo)致大量殘膜滯留于土地表面，影響到作物的正常生長(zhǎng)發(fā)育。目前，國(guó)內(nèi)采用的收膜方式多為輪齒式、氣吸式和齒鏈?zhǔn)降?，?duì)于小塊狀地膜回收率不高，且經(jīng)常會(huì)發(fā)生卡膜和脫膜困難的現(xiàn)象。為此，本項(xiàng)目針對(duì)以上地膜回收機(jī)存在的問(wèn)題及南方農(nóng)田作業(yè)所面臨的實(shí)際情況，結(jié)合相關(guān)農(nóng)藝，為提高小塊狀地膜的回收率，設(shè)計(jì)和研究了一種適合南方丘陵山區(qū)作業(yè)的蔬菜地膜回收機(jī)，并針對(duì)該樣機(jī)的前進(jìn)速度、起膜鏟入土角度和不同面積大小的殘膜進(jìn)行了正交試驗(yàn)。

1 總體結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 整機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及原理

蔬菜地膜回收機(jī)如圖1所示，按功能分為松膜、起膜、卷膜和摟膜4部分。

圖1 蔬菜殘膜回收機(jī)的結(jié)構(gòu)

本次研究設(shè)計(jì)的蔬菜地膜回收機(jī)，在田間作業(yè)時(shí)，地膜回收機(jī)前進(jìn)，先將鼓膜直桿置于地膜和地面之間，通過(guò)松膜軸反向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，可使鼓膜直桿繞松膜軸的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)向上鼓動(dòng)地膜，使地膜與地面分離。鼓膜直桿旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)地膜向后方的起膜裝置運(yùn)動(dòng)，保證地膜能夠順利的被起膜裝置向上提升。起膜鏟通過(guò)螺栓固定在機(jī)架上，其在壓縮彈簧和仿形塊的幫助下仿地形的同時(shí)將塑料薄膜鏟起，塑料薄膜沿著起膜鏟結(jié)構(gòu)形狀運(yùn)動(dòng)至卷膜輥下，扎膜齒挑起塑料薄膜使其隨卷膜輥旋轉(zhuǎn)，塑料薄膜一點(diǎn)點(diǎn)纏繞在卷膜輥上；固定于機(jī)架上的耙式耙齒可以對(duì)起卷膜作業(yè)完成后的塑料薄膜進(jìn)行再回收；當(dāng)卷膜輥上纏滿塑料薄膜時(shí)，使用美工刀沿卷膜輥上軸向劃槽切割，將薄膜人工取下。

1.2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

1.2.1 松膜裝置的設(shè)計(jì)

松膜裝置置于地膜和地面之間，結(jié)合南方土壤特點(diǎn)，南方氣候潮濕田間殘膜經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的風(fēng)吹雨淋出現(xiàn)不同程度的破碎和腐蝕，加上此時(shí)塑料薄膜被土塊積壓不易撿拾。為此松膜裝置可通過(guò)松膜軸轉(zhuǎn)動(dòng)，使鼓膜直桿繞松膜軸的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)向上鼓動(dòng)地膜，保證地膜與地面分離，鼓膜直桿的鼓動(dòng)作用使地膜在與地面分離時(shí)的受力均勻，不易損壞地膜，尤其利于殘破地膜與地面的整體分離，可提高殘破地膜的收凈率。

圖2 松土裝置

1.2.2 卷膜裝置的設(shè)計(jì)

卷膜裝置是蔬菜地膜回收機(jī)的的主要工作部件之一，南方作業(yè)區(qū)，地膜碎片化程度大，多以小塊狀的形式堆積于田間，因此扎膜齒的排列和分布情況也要力圖撿拾更多的碎膜與小塊狀地膜。設(shè)計(jì)出具有良好回收效果的卷膜裝置對(duì)地膜回收機(jī)的撿拾工作尤其是針對(duì)破碎化程度較高的殘膜撿拾工作起著關(guān)鍵作用。這里選擇齒針的長(zhǎng)度為600mm、半徑為10mm的鋼筋，除此之外，扎膜針的分布應(yīng)盡可能密集一些，經(jīng)實(shí)驗(yàn)對(duì)比扎膜針以間距b為80mm的方式在卷膜輥上均勻分布。間距太大不利于卷膜裝置對(duì)于碎膜的撿拾，太小與其他工作部件容易發(fā)生干涉。

圖3 卷膜裝置

2 試驗(yàn)材料及方法

2.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)對(duì)象為從瀏陽(yáng)實(shí)驗(yàn)基地帶回的塑料殘膜，2017年9月～2018年3月在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械實(shí)訓(xùn)中心進(jìn)行了樣機(jī)的室內(nèi)試驗(yàn)，試驗(yàn)對(duì)象為厚度為0.006mm、0.01 mm的殘膜碎片，經(jīng)前期實(shí)驗(yàn)測(cè)定其平均延展率分別達(dá)到113.44%和59.02%。

2.2 試驗(yàn)方法與評(píng)價(jià)指標(biāo)

試驗(yàn)采用多因素正交試驗(yàn)?？疾鞕C(jī)具前進(jìn)速度、起膜鏟入土角度、殘膜面積大小對(duì)收膜性能的影響，以殘膜回收率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，依據(jù)殘膜回收機(jī)要求規(guī)定。殘膜回收率須大于80%。試驗(yàn)過(guò)程中每組重復(fù)5次測(cè)定。

2.3 正交試驗(yàn)

考慮到各參數(shù)的相互影響，為進(jìn)一步研究機(jī)具作業(yè)過(guò)程中起膜鏟角度、機(jī)具前進(jìn)速度和殘膜面積大小三個(gè)因素在統(tǒng)一體系下的殘膜回收情況，選擇三因素三水平正交表來(lái)安排試驗(yàn)。因素水平見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)因素水平編碼表

為了減少不必要的試驗(yàn)，更確切地尋求最佳的組合。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合分析，確定了正交試驗(yàn)的水平因素，進(jìn)行殘膜回收性能正交試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

各因素水平影響主次：在本次試驗(yàn)中，各因素的從主到次的順序?yàn)镃（殘膜面積大小）、A（機(jī)具前進(jìn)速度）、C（起膜鏟入土角度）。

優(yōu)選方案：優(yōu)方案是指在所做的試驗(yàn)范圍內(nèi)，各因素較優(yōu)的水平組合。在本次試驗(yàn)中，試驗(yàn)指標(biāo)時(shí)收膜率，指標(biāo)越大越好，所以應(yīng)挑選每個(gè)因素的K1，K2，K3中最大的值對(duì)應(yīng)的那個(gè)水平，由于：

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果

A 因素列：K1＞K2＞K3

B 因素列：K2＞K3＞K1

C 因素列：K3＞K2＞K1

所以優(yōu)選的方案為A1B2C3。

圖4為收膜率大小變化曲線圖：以試驗(yàn)指標(biāo)ki作為縱坐標(biāo)，因素水平作為橫坐標(biāo)，畫(huà)出因素與指標(biāo)關(guān)系圖。

圖4 因素變化與收膜率大小變化曲線圖

3 結(jié)論

蔬菜地膜回收機(jī)滿足南方種植區(qū)的作業(yè)條件，針對(duì)作物播前或收獲后土地表層的滯留塑料薄膜回收，不同面積碎膜回收率均達(dá)到80%以上，在一定程度上提高了小塊狀碎膜撿拾率，該機(jī)具可有效清理膜上兩邊覆土，在保證地膜完整性的同時(shí)方便后面部件的起膜工作。該款機(jī)型具有操作簡(jiǎn)單、安全方便、工作效率高和不易堵塞等優(yōu)點(diǎn)。