牛長(zhǎng)河，石 鑫※，蔣永新，楊會(huì)民 ，喬園園

（1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，新疆 烏魯木齊 830091；2.農(nóng)業(yè)部林果棉與設(shè)施農(nóng)業(yè)裝備科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站）

0 引言

地膜覆蓋栽培技術(shù)自20世紀(jì)70年代末引入中國(guó)以來(lái)被大面積推廣[1-2]，目前新疆棉花種植地膜膜覆蓋率達(dá)100%，使用后的地膜殘留在地表及地表以下對(duì)作物根系的生長(zhǎng)造成很大影響，目前針對(duì)地膜殘留問(wèn)題，我國(guó)多家科研院所和高校分別研制了不同類型的殘膜回收機(jī)，殘膜回收機(jī)的推廣目前已經(jīng)解決了將廢舊地膜從地表及地表下清理出來(lái)的問(wèn)題，但回收后的廢舊地膜含有大量雜質(zhì)，如秸稈、根茬、泥土等，不能直接重復(fù)再利用，大部分都被隨意堆放、掩埋、焚燒，對(duì)環(huán)境造成二次污染。因此如何對(duì)回收后的廢舊地膜再利用成了當(dāng)前亟待解決的問(wèn)題[3-7]。本文針對(duì)上述問(wèn)題為實(shí)現(xiàn)廢舊地膜與雜質(zhì)的有效分離，設(shè)計(jì)了廢舊地膜雜質(zhì)風(fēng)選裝置，實(shí)現(xiàn)廢舊地膜的再加工,研制的地膜雜質(zhì)分離設(shè)備可與廢舊地膜再造粒生產(chǎn)線配套使用，組成完整的廢舊地膜綜合利用加工生產(chǎn)線,通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)具的各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

1 整機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)

廢舊地膜雜質(zhì)風(fēng)選裝置整機(jī)主要由機(jī)架、篩筒、托輪、風(fēng)機(jī)、電機(jī)、入料斗、篩筒、雜質(zhì)出料口、廢舊地膜出料口等組成。篩筒支撐于機(jī)架上，在電機(jī)的帶動(dòng)下能夠繞自身的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，篩筒上均布設(shè)有直徑為3 cm的小孔，其內(nèi)壁上設(shè)置有螺旋葉片，篩筒前端與風(fēng)機(jī)風(fēng)管的出風(fēng)口相連，入料斗位于風(fēng)管出風(fēng)口上，廢舊地膜出料斗位于旋轉(zhuǎn)篩筒末端，雜質(zhì)出料口位于篩筒前端的正下方，秸稈根茬輸送帶和細(xì)小雜物輸送帶位于機(jī)架底部（圖1）。

圖1 廢舊地膜雜質(zhì)風(fēng)選裝置結(jié)構(gòu)示意

1.2 工作原理

由于我國(guó)多采用厚度為0.008（±0.003）mm的地膜，地膜抗拉強(qiáng)度低，經(jīng)一個(gè)作業(yè)季回收時(shí)地膜已嚴(yán)重老化、斷裂，呈長(zhǎng)條狀并與秸稈、根茬等纏繞在一起，無(wú)法回收時(shí)直接分離，目前使用的播前和耕后棉田殘膜回收機(jī)，大多是將廢舊地膜連同棉秸稈、根茬、雜草一起回收，回收后再進(jìn)行廢舊地膜和雜質(zhì)分離。本課題組設(shè)計(jì)的廢舊地膜雜質(zhì)風(fēng)選裝置采用風(fēng)選法分離地膜，分離之前先將地膜與秸稈、根茬的混合物剪切粉碎，切斷長(zhǎng)度為40～60 mm，以便于后期分離使用。

作業(yè)時(shí)，電機(jī)帶動(dòng)篩筒旋轉(zhuǎn)，混合物料經(jīng)入料斗喂入篩筒內(nèi)，篩筒內(nèi)壁上設(shè)置螺旋葉片，螺旋葉片分成兩段，前段螺旋的主要作用是將大量的秸稈和根茬推送至雜質(zhì)出料口，后段螺旋翻轉(zhuǎn)攪拌混合物料，不斷將混合物料帶起至篩筒上方，同時(shí)再次把少量的秸稈根茬等雜質(zhì)輸送至螺旋前段。由于混合物料在空氣介質(zhì)中受力后的運(yùn)動(dòng)規(guī)律不同，密度最小的地膜被吹向篩筒末端，由地膜出料口送出；密度較大的秸稈、根茬落至篩筒的中部，再由螺旋葉片從旋轉(zhuǎn)篩筒的前端推出，經(jīng)秸稈根茬輸送帶輸出；細(xì)小的秸稈和泥土從篩筒的篩孔中漏下，經(jīng)細(xì)小雜物輸送帶輸出，從而實(shí)現(xiàn)物料的分離[8-9]。

2 主要技術(shù)參數(shù)

整機(jī)尺寸（長(zhǎng)×寬×高，mm） 3750×1200×2100

整機(jī)重量（kg） 1 000

膜中含雜率（%） ≤10

生產(chǎn)率（kg/h） ≥ 250

3 試驗(yàn)及分析

2017年9-10月在尉犁縣選擇收獲后的棉花地，采用殘膜回收機(jī)將廢舊地膜連同秸稈、根茬、土壤的混合物集堆裝箱，后期在尉犁縣匯豐塑業(yè)有限公司完成樣機(jī)的試驗(yàn)，試驗(yàn)前選用混合物料1.5 t，先將混合物料投入剪切式物料粉碎機(jī)，進(jìn)行剪切破碎，將長(zhǎng)條狀的廢舊地膜破碎成塊狀，秸稈破碎成小段，破碎長(zhǎng)度為40-60 mm。安裝并調(diào)試樣機(jī)，使其正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖2 分離前的物料

通過(guò)前期大量基礎(chǔ)試驗(yàn)研究分析得出影響廢舊地膜與雜質(zhì)篩分效果的主要因素包括篩筒轉(zhuǎn)速、風(fēng)管出口風(fēng)速及物料喂入量，試驗(yàn)分別選用篩筒轉(zhuǎn)速30 r/min、40 r/min、50 r/min，風(fēng)管出口風(fēng)速 10 m/s、15 m/s、20 m/s，喂入量為 200kg/h、250 kg/h、300kg/h采用正交試驗(yàn)法進(jìn)行試驗(yàn)，以膜中含雜率和雜中含膜率為試驗(yàn)指標(biāo)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，試驗(yàn)如下：

表1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

通過(guò)試驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析得出篩筒轉(zhuǎn)速為30 r/min和風(fēng)管出口風(fēng)速為15 m/s，喂入量為250 kg/h，試驗(yàn)后膜中含雜率為8.8%，雜中含膜率為0.1%，試驗(yàn)效果最佳。

4 結(jié)論

針對(duì)如何處理回收后的廢舊地膜，如何能有效再利用廢舊地膜的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了廢舊地膜與雜質(zhì)風(fēng)選裝置，通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證當(dāng)機(jī)具篩筒轉(zhuǎn)速為30 r/min、風(fēng)管出口風(fēng)速為15 m/s、喂入量為250 kg/h時(shí)，試驗(yàn)后膜中含雜率為8.8%，雜中含膜率為0.1%，試驗(yàn)效果最佳，機(jī)具的各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。