楊松梅 顏利民 莫毅松 陳學(xué)庚 張慧明 蔣德莉

(1.吉林大學(xué)生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院， 長(zhǎng)春 130022； 2.石河子大學(xué)機(jī)械電氣工程學(xué)院， 石河子 832003；3.常州漢森機(jī)械有限公司， 常州 213034)

0 引言

由于地膜覆蓋種植技術(shù)突出的抗旱保水優(yōu)點(diǎn)，北方等干旱地區(qū)的農(nóng)作物大幅增產(chǎn)增收[1]，但是大量破損的地膜殘留在土壤中[2-3]，對(duì)土壤造成嚴(yán)重影響[4-8]。依據(jù)當(dāng)前地膜覆蓋現(xiàn)狀并結(jié)合我國(guó)國(guó)情，開(kāi)發(fā)新型農(nóng)業(yè)裝備回收地膜是解決當(dāng)下問(wèn)題的有效手段[9-12]。

我國(guó)多數(shù)地區(qū)使用的農(nóng)膜厚度為0.006～0.008 mm，秋后機(jī)械化回收殘膜時(shí)，由于地膜過(guò)薄老化破損嚴(yán)重?zé)o法直接卷收，大量尺寸不一的碎膜散落在農(nóng)田中。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中地膜用量持續(xù)增加[9]，解決問(wèn)題的根本在于使用并推廣具有一定厚度、力學(xué)性能、耐候性能的地膜。隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保問(wèn)題的重視，《聚乙烯吹塑農(nóng)用地面覆蓋薄膜》強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)于2018年5月1日正式實(shí)施，新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定耐候農(nóng)膜的最小厚度不小于0.01 mm，力學(xué)性能同時(shí)較原標(biāo)準(zhǔn)有很大提高，新標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施將提高地膜的可重復(fù)利用和可回收性[13]。

目前，我國(guó)科研人員自主研發(fā)出多種殘地膜回收機(jī)，其撿拾裝置有耙齒式、彈齒式、立桿式等多種形式[14-16]。由于上述撿拾裝置的設(shè)計(jì)主要基于原有地膜標(biāo)準(zhǔn)以回收破損后塊狀的殘膜為主，對(duì)于厚度較大的耐候地膜，秋季回收地膜時(shí)其完整性和強(qiáng)度較好，已有的殘膜回收機(jī)不適用于耐候地膜的撿拾回收工作。因此，在實(shí)施耐候地膜新標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上應(yīng)創(chuàng)新性設(shè)計(jì)適用于回收耐候地膜的隨動(dòng)式殘膜回收機(jī)。本文以隨動(dòng)式殘膜回收機(jī)撿拾裝置為研究對(duì)象，通過(guò)分析其結(jié)構(gòu)和工作參數(shù)，獲取最優(yōu)值，為殘膜回收機(jī)撿拾裝置的設(shè)計(jì)提供參考。

1 隨動(dòng)式殘膜回收機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 整機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理

如圖1所示，棉花秸稈還田-隨動(dòng)式殘膜回收聯(lián)合作業(yè)機(jī)中的隨動(dòng)式殘膜回收機(jī)主要由機(jī)架、起膜裝置、撿拾裝置、脫膜裝置、清雜裝置、卷膜裝置等部件組成，其前端與棉花秸稈還田機(jī)通過(guò)機(jī)架相連接，作業(yè)時(shí)由拖拉機(jī)為秸稈還田機(jī)、卷膜裝置和清雜裝置提供動(dòng)力。

圖1 棉花秸稈還田-隨動(dòng)式殘膜回收聯(lián)合作業(yè)機(jī)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure diagram of combined operation machine for straw chopping and residual plastic film collecting1.秸稈還田機(jī) 2.卷膜裝置 3.脫膜裝置 4.機(jī)架 5.連接架 6.撿拾裝置 7.清雜裝置 8.起膜裝置 9.清潔區(qū) 10.殘膜撿拾區(qū) 11.待撿拾殘膜區(qū) 12.秸稈清理區(qū)

作業(yè)時(shí)，拖拉機(jī)牽引機(jī)組前進(jìn)，動(dòng)力由拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸傳遞給秸稈還田機(jī)刀軸，刀軸高速旋轉(zhuǎn)將棉花秸稈打碎后拋入秸稈螺旋輸送機(jī)，螺旋葉片將打碎的秸稈推送至機(jī)組兩側(cè)，秸稈還田機(jī)作業(yè)后地表棉花根茬高度為80 mm左右。秸稈還田機(jī)后側(cè)布置有液壓限深行走輪，其作用有：工作過(guò)程中的限深作用，即作業(yè)前通過(guò)調(diào)節(jié)液壓缸來(lái)調(diào)節(jié)秸稈還田機(jī)刀片離地高度，此高度決定棉花根茬的留茬高度；在行走過(guò)程中，液壓缸伸出，秸稈還田機(jī)上升并帶動(dòng)殘膜回收機(jī)工作部件離開(kāi)地面，便于運(yùn)輸。秸稈還田機(jī)作業(yè)區(qū)域?yàn)榻斩捛謇韰^(qū)，如圖1所示，秸稈清理后的地表相對(duì)潔凈，為殘膜撿拾提供了良好的條件。秸稈清理后殘膜回收機(jī)撿拾殘膜，機(jī)組前進(jìn)過(guò)程中撿拾釘齒刺破地膜、入土，在土壤的作用下?lián)焓搬旪X與撿拾鏈板帶動(dòng)撿拾滾筒繞兩側(cè)端板旋轉(zhuǎn)，同時(shí)帶動(dòng)脫膜裝置工作。撿拾釘齒出土?xí)r在起膜裝置的輔助作用下，地膜附著在撿拾釘齒上，隨撿拾滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)離開(kāi)土壤，完成殘膜的撿拾工作。在圖1的視角下，隨撿拾釘齒繞撿拾滾筒逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，地膜逐漸翻轉(zhuǎn)，一部分地膜表面的雜質(zhì)落入撿拾滾筒中的清雜螺旋輸送機(jī)中，另一部分地膜表面雜質(zhì)隨著撿拾釘齒的繼續(xù)運(yùn)動(dòng)落入到連接架中間的雜質(zhì)導(dǎo)流板中，最終進(jìn)入上部螺旋輸送機(jī)中，由螺旋輸送機(jī)將雜質(zhì)排出到機(jī)組兩側(cè)，完成殘膜回收的清雜工作。撿拾滾筒中的螺旋輸送機(jī)和上部螺旋輸送機(jī)的動(dòng)力均由拖拉機(jī)提供。殘膜繼續(xù)隨撿拾釘齒運(yùn)動(dòng)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)到脫膜裝置位置時(shí)，由于耐候地膜的完整性和較大的強(qiáng)度，釘齒上的殘膜在脫膜裝置外圓的作用下，克服釘齒對(duì)殘膜的摩擦力，逐漸脫離釘齒機(jī)構(gòu)而附著在脫膜裝置上，完成脫膜工作。殘膜最終由脫膜裝置落入到卷膜裝置中，卷收的殘膜由卷膜裝置液壓缸帶動(dòng)卷膜裝置翻轉(zhuǎn)卸膜，最終殘膜落到地面上，完成殘膜回收工作。隨動(dòng)式殘膜回收機(jī)連接架可繞脫膜裝置中心軸擺動(dòng)，當(dāng)撿拾滾筒遇到較大石塊等硬物時(shí)，撿拾滾筒抬起，防止撿拾及起膜裝置損壞。

1.2 撿拾裝置結(jié)構(gòu)與工作原理

隨動(dòng)式殘膜撿拾裝置由撿拾釘齒、傳動(dòng)鏈板、撿拾滾筒組成，傳動(dòng)鏈板環(huán)繞撿拾滾筒和脫膜裝置中心軸，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 撿拾裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖Fig.2 Structural diagram of film collecting and removing device1.脫膜裝置 2.撿拾釘齒 3.傳動(dòng)鏈板 4.撿拾滾筒 5.連接架

當(dāng)拖拉機(jī)牽引機(jī)具作業(yè)時(shí)，撿拾釘齒在機(jī)具重力的作用下刺破地膜進(jìn)入土壤，撿拾釘齒擾動(dòng)土壤對(duì)土壤造成擠壓變形，土壤對(duì)撿拾釘齒產(chǎn)生反作用力，在機(jī)具及土壤反作用力作用下?lián)焓搬旪X在土壤內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，隨之帶動(dòng)傳動(dòng)鏈板運(yùn)動(dòng)。隨著機(jī)組的前進(jìn)傳動(dòng)鏈板上的若干撿拾釘齒依次刺破地膜—進(jìn)入土壤—退出土壤，形成連續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而傳動(dòng)鏈板帶動(dòng)撿拾滾筒、脫膜裝置平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)。由于起膜齒破壞膜下土壤板結(jié)結(jié)構(gòu)便于膜土分離，同時(shí)輔助撿拾釘齒進(jìn)行上膜，因此在撿拾釘齒退出土壤時(shí)，殘膜附著在撿拾釘齒上，隨撿拾釘齒向上運(yùn)動(dòng)，完成殘膜撿拾工作。

1.3 主要技術(shù)指標(biāo)

隨動(dòng)式殘膜撿拾裝置對(duì)應(yīng)的農(nóng)藝種植模式如圖3所示。其中，棉花種植模式為2膜12行，采用寬窄行種植模式，棉花行距為660 mm+100 mm，株距為130 mm，地膜寬度2 050 mm。

圖3 棉花寬窄行種植模式Fig.3 Planting pattern of cotton1.地膜 2.土壤 3.棉花秧苗

結(jié)合新疆棉花種植特點(diǎn)和動(dòng)力計(jì)算結(jié)果，機(jī)組主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

1.4 耐候地膜力學(xué)性能

選取耐候殘膜為研究對(duì)象，測(cè)定其主要的力學(xué)性能參數(shù)，如表2所示。所測(cè)地膜厚度為0.01 mm，覆蓋時(shí)間約為180 d，力學(xué)性能試驗(yàn)參照文獻(xiàn)[17]。試驗(yàn)時(shí)將殘膜制備成縱向、橫向拉伸試樣，試樣寬度為10 mm，拉伸試驗(yàn)機(jī)速度為500 mm/min。

表1 機(jī)具主要技術(shù)參數(shù)Tab.1 Main technical parameters of operation machine

表2 殘地膜力學(xué)性能參數(shù)Tab.2 Mechanical property of residual film

2 撿拾裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析

2.1 撿拾釘齒

2.1.1撿拾釘齒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的撿拾釘齒垂直鉚接在傳動(dòng)鏈板上，如圖4a所示，掛接在撿拾滾筒部分的撿拾釘齒其延長(zhǎng)線經(jīng)過(guò)撿拾滾筒圓心，如圖4b所示。由文獻(xiàn)[18]可知，撿拾釘齒長(zhǎng)度L的最小值為

Lmin=Rtan(δ/2)tanφ

(1)

式中R——撿拾滾筒半徑，mm

δ——相鄰撿拾釘齒圓心角，rad

φ——土壤內(nèi)摩擦角，(°)

圖4 撿拾釘齒結(jié)構(gòu)示意圖Fig.4 Diagrams of collecting nail

由文獻(xiàn)[19]可知，當(dāng)撿拾釘齒從入土到運(yùn)動(dòng)至鉛垂位置，此階段釘齒對(duì)土壤的擠壓有助于抵抗沉陷、同時(shí)起到一定推力的作用，而從鉛垂位置到出土的過(guò)程主要是增加了滾動(dòng)阻力、消耗了能量。因此，為保證鏈板傳動(dòng)的連續(xù)性和機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性，當(dāng)撿拾釘齒進(jìn)入土壤在達(dá)到鉛垂位置時(shí)，其后方與其相鄰的釘齒應(yīng)開(kāi)始進(jìn)入土壤。因此，撿拾滾筒半徑R和撿拾釘齒長(zhǎng)度L有如圖4b所示的直角三角形的幾何關(guān)系，由半角公式可知

(2)

同時(shí)，由于整機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸的限制，撿拾滾筒的半徑不宜過(guò)大，本文取撿拾滾筒半徑R為250 mm，土壤內(nèi)摩擦角φ取33°，則由式(1)和式(2)可計(jì)算出撿拾釘齒長(zhǎng)度L的最小值為50 mm。

在不考慮滑移的情況下，撿拾滾筒沿地面做純滾動(dòng)，撿拾滾筒上的撿拾釘齒的運(yùn)動(dòng)軌跡是余擺線，撿拾釘齒端點(diǎn)的參數(shù)方程[20]為

(3)

式中θ——?jiǎng)訄A滾過(guò)的角度，rad

分析撿拾釘齒的運(yùn)動(dòng)軌跡是設(shè)計(jì)參數(shù)的主要依據(jù)，撿拾釘齒在隨動(dòng)過(guò)程中在地面形成刺孔，一般來(lái)說(shuō)，刺孔越大則滾動(dòng)阻力越大，能耗也越大[19]。根據(jù)式(3)及其參數(shù)的取值范圍，在Matlab中繪制圖形[21]，尋找刺孔面積S與L變化趨勢(shì)的關(guān)系。圖5所示是在撿拾滾筒半徑R為250 mm，撿拾釘齒長(zhǎng)度L分別取50、75、100 mm時(shí)繪制的圖形，撿拾釘齒從圖像最高點(diǎn)進(jìn)入土壤，圖像最低點(diǎn)為撿拾釘齒運(yùn)動(dòng)的最低位置，圖中釘齒軌跡所圍成的面積即撿拾釘齒在土壤中形成的單個(gè)刺孔面積的一半。

圖5 撿拾釘齒末端的軌跡Fig.5 Trajectory of end of collecting nail

分析圖5可知，當(dāng)撿拾滾筒半徑R不變時(shí)，刺孔面積S隨撿拾釘齒長(zhǎng)度L的增大而增大，因此為使能耗最小，在滿足功能要求的前提下?lián)焓搬旪X長(zhǎng)度L取其最小值50 mm，根據(jù)以往設(shè)計(jì)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，撿拾釘齒的直徑取10 mm。

2.1.2撿拾釘齒排列尺寸

撿拾釘齒在傳動(dòng)鏈板上的安裝間距關(guān)系到殘膜回收機(jī)的工作性能。如前述分析可知，當(dāng)撿拾釘齒進(jìn)入土壤達(dá)到鉛垂位置時(shí)，其后方與其相鄰的釘齒應(yīng)開(kāi)始進(jìn)入土壤，則根據(jù)圖4b所示的幾何關(guān)系，可以求得

δ=arccos(R/(R+L))

(4)

R為250 mm，L為50 mm，計(jì)算可得撿拾釘齒沿圓周方向的排列角度為33.6°，則撿拾釘齒安裝在傳動(dòng)鏈板上的間距為150 mm。

2.2 撿拾滾筒

撿拾滾筒結(jié)構(gòu)如圖6所示，其主體部分由柵格板和鏈板軌道圓環(huán)組成，其內(nèi)部布置清雜螺旋輸送機(jī)構(gòu)。兩側(cè)端板沿圓周方向各布置6個(gè)滾動(dòng)軸承，撿拾滾筒無(wú)中心軸，其兩端搭接在滾動(dòng)軸承上，與端板形成轉(zhuǎn)動(dòng)連接，端板與連接架固定為一體，如圖6所示。撿拾滾筒徑向均布柵格板，柵格板之間的間隙便于雜質(zhì)落入內(nèi)部清雜裝置。撿拾滾筒軸向布置鏈板軌道圓環(huán)，圓環(huán)上均布圓孔，圓孔與傳動(dòng)鏈板底部的圓柱配合傳遞動(dòng)力。

圖6 撿拾滾筒簡(jiǎn)圖Fig.6 Structure diagram of ground roller1.柵格板 2.圓環(huán) 3.端板 4.軸承

傳動(dòng)鏈板沿?fù)焓皾L筒軸向的排列關(guān)系到起膜及清雜效果等，傳動(dòng)鏈板布置得越多起膜效果越好，當(dāng)傳動(dòng)鏈板達(dá)到一定數(shù)量時(shí)，其數(shù)量的增加對(duì)其起膜效果影響不大，對(duì)清雜的效果影響極大。2017年秋季試驗(yàn)得到鏈板間距與起膜率、清雜率關(guān)系的單因素結(jié)果如圖7所示，同一膜面上布置的鏈板間距超過(guò)140 mm時(shí)，隨著鏈板間距的增大起膜率下降；當(dāng)鏈板間距小于140 mm時(shí)，隨著間距的減小清雜率下降，膜面上大部分雜質(zhì)無(wú)法通過(guò)鏈板間隙掉落到撿拾滾筒中的清雜裝置中，雜質(zhì)隨鏈板運(yùn)動(dòng)到卷膜裝置，造成所收殘膜含雜率高。因此本設(shè)計(jì)取起膜率曲線和清雜率曲線交點(diǎn)處的鏈板間距值，即圓整后一個(gè)膜面寬度內(nèi)布置16個(gè)傳動(dòng)鏈板。

圖7 鏈板間距與起膜率、清雜率關(guān)系曲線Fig.7 Relationship line between chains distance and residual film collecting rate and straw removing rate

2.3 撿拾作業(yè)條件分析

2.3.1殘膜受力分析

秋后回收殘地膜時(shí)，地膜上存在播種時(shí)所覆土壤和少量的棉花秸稈。撿拾地膜時(shí)，地膜在撿拾釘齒拉力、膜上土壤重力的作用下發(fā)生變形，能夠完成殘膜順利撿拾的條件是殘膜所受拉力應(yīng)小于其拉斷力。如圖8所示，殘膜受力情況為

(5)

式中FL——?dú)埬に芾?，N

G1——單個(gè)苗行處相鄰撿拾釘齒撿拾殘膜中所含雜質(zhì)的重力，N

fz——?dú)埬に軗焓搬旪X的摩擦力，N

Ω——撿拾釘齒與豎直方向夾角，(°)

標(biāo)準(zhǔn)化溝通是對(duì)體驗(yàn)式教學(xué)方法的改進(jìn)和深化，它打破了傳統(tǒng)的灌輸式模式，調(diào)動(dòng)護(hù)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性，有利于提高護(hù)生實(shí)驗(yàn)興趣，加深對(duì)護(hù)理知識(shí)的理解，使護(hù)生從“要我學(xué)”向“我要學(xué)”轉(zhuǎn)變[2]。設(shè)計(jì)劇本時(shí)，教師著重強(qiáng)調(diào)注意事項(xiàng)和操作要點(diǎn)，使護(hù)生在溝通交流的同時(shí)強(qiáng)化對(duì)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)。

圖8 殘膜受力分析Fig.8 Force analysis of residual film1.殘膜 2.雜質(zhì) 3.清雜裝置

分析可知，殘膜在位置1處所受拉力最大，此時(shí)殘膜所受拉力為G1。忽略雜質(zhì)中少量棉稈的重力，根據(jù)播種時(shí)覆土的質(zhì)量計(jì)算可得單個(gè)苗行150 mm長(zhǎng)度內(nèi)(相鄰撿拾釘齒間距為150 mm)覆土重力G1為1.6 N，假設(shè)G1只作用在10 mm寬度的殘膜上(撿拾釘齒直徑為10 mm)。根據(jù)表2可知?dú)埖啬さ目v向拉斷力為2.4 N，大于G1，因此，殘膜在撿拾過(guò)程中所受的拉力小于其縱向拉斷力，殘膜強(qiáng)度滿足裝置的撿拾要求。

2.3.2撿拾裝置作業(yè)條件分析

隨動(dòng)式殘膜撿拾滾筒作業(yè)動(dòng)力來(lái)自撿拾釘齒，撿拾釘齒在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中若出現(xiàn)打滑現(xiàn)象則會(huì)對(duì)殘膜的回收產(chǎn)生重大影響。同時(shí)，撿拾滾筒支撐傳動(dòng)鏈板作業(yè)，由于實(shí)際工作狀態(tài)下?lián)焓皾L筒與土壤接觸后存在土壤變形現(xiàn)象，因此，分析撿拾釘齒及撿拾滾筒在土壤中的受力情況尤為重要。

當(dāng)拖拉機(jī)帶動(dòng)殘膜撿拾裝置前進(jìn)作業(yè)時(shí)，由上述分析可知，撿拾釘齒的受力可以分成兩種情況，即撿拾釘齒從進(jìn)入土壤到運(yùn)動(dòng)至鉛垂位置、從鉛垂位置運(yùn)動(dòng)到離開(kāi)土壤，且工作時(shí)每組撿拾釘齒機(jī)構(gòu)同時(shí)有兩個(gè)撿拾釘齒入土。如圖9a所示，撿拾釘齒帶動(dòng)撿拾滾筒逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，入土的釘齒受到土壤對(duì)其反作用力及摩擦力。

圖9 撿拾釘齒與撿拾滾筒的受力分析Fig.9 Force analyses of colleting nail and ground roller

機(jī)具作業(yè)時(shí)撿拾釘齒需克服機(jī)具內(nèi)部摩擦力、帶動(dòng)撿拾滾筒及其他阻力矩，撿拾滾筒的受力參考剛性光滑輪受力情況[22-25]，如圖9b所示。

綜合圖9可知，撿拾釘齒和撿拾滾筒滾動(dòng)而不產(chǎn)生滑動(dòng)的臨界條件是

(6)

式中F1、F2——土壤對(duì)撿拾釘齒的反作用力，N

f1、f2——土壤對(duì)撿拾釘齒的摩擦力，N

θ1、θ2——撿拾釘齒與豎直方向夾角，rad

Ft——撿拾滾筒所受牽引力，N

Rx——撿拾滾筒所受土壤支撐面的水平行走阻力，N

G——撿拾滾筒所承受的載荷，N

a——地面反作用力的合力作用點(diǎn)與撿拾滾筒垂直中心線的距離，m

h——地面反作用力的合力作用點(diǎn)與撿拾滾筒水平中心線的距離，m

Mf——總阻力矩，N·m

L1、L2——土壤對(duì)釘齒垂直向作用力力臂，m

3 田間試驗(yàn)與結(jié)果分析

3.1 試驗(yàn)條件

為檢驗(yàn)隨動(dòng)式殘膜撿拾裝置的田間作業(yè)性能，驗(yàn)證其撿拾裝置的可靠性，于2018年5月在新疆兵團(tuán)第一師12團(tuán)進(jìn)行了田間作業(yè)性能試驗(yàn)，作業(yè)地塊為棉花收獲后的棉田，地面平整，滴灌帶已經(jīng)取出，試驗(yàn)用地面積約為30 hm2。配套動(dòng)力機(jī)具為雷沃904型輪式拖拉機(jī)，殘膜回收機(jī)試驗(yàn)前經(jīng)調(diào)試運(yùn)行狀況良好。

試驗(yàn)田地膜為厚度0.01 mm的耐候地膜，幅寬為2 050 mm，鋪設(shè)寬度為1 900 mm，鋪設(shè)時(shí)間約為380 d，殘膜的力學(xué)性能參照表2。

3.2 試驗(yàn)方法

按照GB/T 25412—2010 《殘地膜回收機(jī)》規(guī)定的試驗(yàn)方法進(jìn)行隨動(dòng)式殘膜回收機(jī)田間作業(yè)性能試驗(yàn)(圖10)。試驗(yàn)選取殘膜回收率為試驗(yàn)指標(biāo)，同時(shí)考察撿拾裝置的運(yùn)動(dòng)情況。

圖10 試驗(yàn)機(jī)具Fig.10 Experimental machine

試驗(yàn)小區(qū)在試驗(yàn)地塊隨機(jī)選取，試驗(yàn)在一個(gè)膜幅上進(jìn)行，測(cè)試區(qū)長(zhǎng)度為50 m，殘膜回收試驗(yàn)重復(fù)5次，試驗(yàn)結(jié)果取5次測(cè)試結(jié)果的平均值。殘膜回收率ε的計(jì)算式[26]為

(7)

式中M1——收膜作業(yè)后地表剩余殘膜質(zhì)量，g

M0——試驗(yàn)田當(dāng)年地膜投入量，g

3.3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

隨動(dòng)式殘膜回收機(jī)殘膜回收率田間試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 田間試驗(yàn)結(jié)果Tab.3 Result of field experiment

由試驗(yàn)結(jié)果可以得出，隨動(dòng)式殘膜回收機(jī)殘膜回收率為89.54%，撿拾裝置能夠在起膜裝置的輔助作用下將殘地膜撿拾起來(lái)，運(yùn)送到脫膜裝置進(jìn)行脫膜，并在此過(guò)程中膜面翻轉(zhuǎn)、雜質(zhì)掉落進(jìn)行清雜，殘膜撿拾率達(dá)到國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，殘膜機(jī)工作正常，運(yùn)行狀況良好、性能參數(shù)穩(wěn)定，作業(yè)前后對(duì)比及地膜撿拾效果如圖11所示。

圖11 田間試驗(yàn)Fig.11 Field experiment

試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，殘膜回收率隨機(jī)組前進(jìn)速度的增加有減小的趨勢(shì)，當(dāng)機(jī)組作業(yè)速度保持在4.0～4.4 km/h范圍時(shí)，殘膜回收率和工作效率能夠保持較好的平衡。當(dāng)機(jī)組前進(jìn)速度過(guò)高時(shí)，撿拾釘齒與土壤接觸時(shí)間縮短，不能形成穩(wěn)定的刺孔而產(chǎn)生滑移，因此發(fā)生滑移位置的殘膜無(wú)法及時(shí)撿拾而撕裂，進(jìn)而留在土壤中造成殘膜漏收，影響機(jī)組工作的連續(xù)性；同時(shí)機(jī)組前進(jìn)速度過(guò)高時(shí)，殘膜從起膜到脫膜過(guò)程時(shí)間過(guò)短，雜余沒(méi)有足夠的時(shí)間掉落使得膜雜分離不徹底。殘膜回收過(guò)程表明，由于試驗(yàn)地塊采用了厚度、強(qiáng)度較大的耐候地膜，保持了收獲后地膜的完整性，使得在脫膜過(guò)程中完整的地膜可以在脫膜裝置的支撐下從撿拾釘齒上順利剝離。

此次春季試驗(yàn)存在的不足之處是地膜經(jīng)過(guò)一個(gè)冬天，由于鋪設(shè)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，其完整性和力學(xué)性能與秋季試驗(yàn)相比會(huì)有所下降；作業(yè)條件與秋天存在較大差距，膜面上存在一些倒伏的棉花秸稈，對(duì)機(jī)組作業(yè)效果和殘膜回收率造成了一些影響；同時(shí)試驗(yàn)地塊寬窄苗行處地表粗糙度較大，其表面的部分殘膜由于起膜齒未壓入凹陷處地表下，從而出現(xiàn)凹陷處地膜與已收起地膜撕裂，造成殘膜漏收的情況，該現(xiàn)象從另一方面證明只要起膜齒托起地膜，撿拾裝置可以將地膜挑起完成上膜。

4 結(jié)論

(1)對(duì)隨動(dòng)式殘膜撿拾裝置進(jìn)行了設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)撿拾釘齒和撿拾滾筒的理論計(jì)算及運(yùn)動(dòng)軌跡分析，確定了撿拾滾筒半徑、撿拾釘齒的結(jié)構(gòu)尺寸和排列形式；對(duì)鏈板間距進(jìn)行了單因素試驗(yàn)，分析試驗(yàn)結(jié)果獲得了最佳鏈板間距。

(2)對(duì)耐候殘膜的力學(xué)特性進(jìn)行了測(cè)試和分析，得到了橫、縱向拉伸載荷等關(guān)鍵參數(shù)，對(duì)撿拾過(guò)程中地膜的受力情況進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果表明撿拾過(guò)程中殘地膜的受力小于其縱向拉斷力。

(3)田間試驗(yàn)表明，當(dāng)機(jī)具前進(jìn)速度保持在4.0～4.4 km/h范圍時(shí)，隨動(dòng)式殘膜回收機(jī)的殘膜回收率為89.54%，說(shuō)明殘膜回收機(jī)撿拾裝置滿足設(shè)計(jì)和使用要求。