許光明　曹文龍　王浩宇　牛云鵬　于振華

摘要：隨著覆膜種植模式的大面積推廣，塑料地膜的使用量迅速增加，殘留地膜逐年快速增加，污染土壤，污染環(huán)境。為了解決這一問題，殘膜回收機(jī)的研發(fā)與應(yīng)用應(yīng)運而生。本文著重研究針對東北壟作玉米區(qū)“大壟雙行”種植模式下殘膜回收機(jī)的輸送機(jī)構(gòu)的設(shè)計與研究。

關(guān)鍵詞：地膜殘留;回收;輸送;機(jī)構(gòu);設(shè)計與研究

中圖分類號：S22

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200215017

收稿日期：2019-10-17

作者簡介：許光明（1975-），男，本科，副研究員。研究方向：殘膜回收;通訊作者曹文龍（1964-），本科，研究員。研究方向：殘膜回收。

引言

我國是當(dāng)今世界上覆膜面積最大的國家，覆膜技術(shù)廣泛應(yīng)用于全國各個地區(qū)，僅吉林省已經(jīng)推廣了66萬hm2，促進(jìn)了糧食增產(chǎn)，農(nóng)民增收，調(diào)動農(nóng)民的生產(chǎn)積極性，在增產(chǎn)增收的同時，地膜回收率普遍很低，造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。目前，我國棉花、玉米等農(nóng)作物主產(chǎn)區(qū)的平均地膜殘留量已高達(dá)約200kg/hm2 ，殘膜污染治理已進(jìn)入關(guān)鍵時期。機(jī)械化殘膜回收技術(shù)作為殘膜污染治理的重要手段，受到了廣泛重視和推廣。

覆膜技術(shù)帶來農(nóng)作物增產(chǎn)的同時也導(dǎo)致了嚴(yán)重的土質(zhì)惡化和環(huán)境破壞。

1 殘膜回收機(jī)的輸送結(jié)構(gòu)發(fā)展現(xiàn)狀

我國研究殘膜回收機(jī)已經(jīng)有30多年的歷史，研究開發(fā)了十幾種機(jī)型，在輸送部分主要有以下幾種形式：皮帶輸送式、伸縮桿撿拾輸送式、彈齒式輸送方式、鏈?zhǔn)捷斔头绞降取?/p>

現(xiàn)有的殘膜回收機(jī)輸送方式，存在分離效果不好，輸送效率低，設(shè)計過于復(fù)雜，耗能大，受種植模式、種植地區(qū)、作物種類限制等問題，尤其對于東北玉米覆膜地區(qū)，在殘膜回收過程輸送分離非常困難。因此亟需解決這一影響殘膜回收機(jī)作業(yè)效率和效果的突出問題。

2 影響輸送的主要因素

2.1 殘膜回收機(jī)的工作原理

殘膜回收機(jī)其結(jié)構(gòu)簡圖如圖1，殘膜回收機(jī)工作原理及工作過程為：殘膜回收機(jī)利用拖拉機(jī)的三點懸掛裝置懸掛于拖拉機(jī)的后部，由拖拉機(jī)后動力輸出軸作為動力，經(jīng)由變速箱輸出軸經(jīng)傳動裝置帶動輸送帶運轉(zhuǎn)，向分離滾筒輸送物料，同時帶動分離滾筒轉(zhuǎn)動進(jìn)行分離作業(yè)，分離后的殘膜根茬向后輸送至集膜筐內(nèi)，完成收膜。

2.2 輸送的物料特性

在收膜的整個工作過程中，輸送過程和分離過程是主要工作環(huán)節(jié)，而輸送環(huán)節(jié)又決定著分離滾筒的工作效率和效果。所以輸送環(huán)節(jié)很關(guān)鍵，在這個環(huán)節(jié)，主要考慮2個問題：正常的運輸能力;能對物料進(jìn)行正常初步分離，分離出一部分泥土，減輕物料重量，便于輸送。

東北地區(qū)作為世界三大黑土地分布帶之一，土壤肥沃，有機(jī)質(zhì)含量高，土質(zhì)疏松、最適宜耕作，是世界聞名的黃金玉米帶，出產(chǎn)玉米籽粒飽滿、品質(zhì)好、產(chǎn)量高。玉米的根系特別發(fā)達(dá)，牢牢地固定在土壤里，根茬和土緊緊裹在一起，導(dǎo)致根茬附近的殘膜和玉米氣生根纏繞在一起，如圖2、圖3所示。

從圖2、圖3可以看出東北覆膜地的作業(yè)環(huán)境十分復(fù)雜，大量玉米莖葉、根茬、殘膜、土混雜在一起，給輸送分離帶來極大的困難。

3 輸送機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

鑒于物料的特性，設(shè)計組經(jīng)過幾輪的討論和設(shè)計，最終選擇了以下方案;采用桿條式輸送帶作為輸送和預(yù)分離部件，由主動軸、輸送桿條、張緊輪和被動軸組成，輸送桿條由桿條、皮帶連接在一起組成。該機(jī)構(gòu)具有較強(qiáng)的輸送性能，結(jié)構(gòu)簡單，并在傾角達(dá)40°左右時也能正常工作。具體結(jié)構(gòu)見圖4。

桿條式輸送帶通過依靠固定在主動軸上和從動軸上的驅(qū)動輪來帶動。輸送帶由直徑為12mm的圓鋼，按一定間距固定在寬為60mm的皮帶上，為加強(qiáng)對根茬、土塊的破碎和預(yù)分離作用，在皮帶下面安裝有張緊輪，使輸送帶工作面在工作時平穩(wěn)，不產(chǎn)生打滑、不同步等現(xiàn)象。

4 輸送機(jī)構(gòu)關(guān)鍵參數(shù)的確定

4.1 輸送量

可根據(jù)經(jīng)驗公式Q=Bhvγφk（kg/m3）來確定

B—桿條寬度

h—物料平均高度

v—輸送帶線速度

γ—物料的單位容積的質(zhì)量

φ—充滿系數(shù)

k—傾斜系數(shù)

所以B=1m，h=0.05m，v=1.4m/s，γ=1.4×103，φ=0.85，k=0.4

Q=Bhvγφk=1×0.05×1.4×1.4×103×0.85×0.4=33.32（kg/s）

4.2 線速度

輸送帶線速度的確定。輸送帶的線速度是影響運輸量和預(yù)分離率的主要因素。考慮到輸送物料的特性、輸送帶長度、運動特性（加速度）、整機(jī)的尺寸等因素造成的問題，為了保證正常傳送，輸送帶工作時的線速度V應(yīng)略大于機(jī)具的前進(jìn)速度，機(jī)器工作時的速度為V0=1.2m/s，V=λV0（λ的取值為0.9～2.4），文中選定的分離輸送器線速度約為V=1.4m/s。經(jīng)過試驗符合要求。

4.3 輸送帶傳動系統(tǒng)主要參數(shù)

4.3.1 傳動比

拖拉機(jī)動力輸出軸的工作轉(zhuǎn)速為540r/min轉(zhuǎn)左右時，滿足挑膜要求的滾筒轉(zhuǎn)速在70～90r/min左右，故總減速比為：

為保證機(jī)具的緊湊，本機(jī)采用兩級傳動，第1級轉(zhuǎn)速較高，采用齒輪傳動，第2級采用鏈傳動。

4.3.2 傳動齒輪的計算

機(jī)具在工作時的沖擊載荷較大，故選用齒輪模數(shù)4mm，保證齒輪齒廓具有較高的強(qiáng)度。

選定小齒輪齒數(shù) z1=17，大齒輪齒數(shù) z2=24，壓力角α=20

則傳動比：i12=n1n2=Z2Z1≈1.41

故分度圓直徑 d1=17×4=68mm，d2=24×4=96mm

4.3.3 鏈傳動的計算

選用12A雙排滾子鏈，節(jié)距p=19.05mm，排距pt=22.78mm

小鏈輪齒數(shù)z3=15，大鏈輪齒數(shù)z4=27

傳動比：i34=2715=1.8

分度圓直徑：d3=p/sin180°z3=25.05/sin180°15≈91.63mm

d4=p/sin180°z4=25.05/sin180°27≈164.09mm

小鏈輪齒數(shù)z5=15，大鏈輪齒數(shù)z6=27

I56=2715≈1.8

總傳動比i14=i12·i34·i56=1.41×1.8×1.8≈5，與理論傳動比接近，實際試驗效果較好。

5 研究結(jié)論

經(jīng)過設(shè)計、加工、試驗，該套輸送機(jī)構(gòu)滿足東北壟作玉米“大壟雙行”種植模式的殘膜回收機(jī)的輸送和預(yù)分離的技術(shù)要求，生產(chǎn)成本低;以拖拉機(jī)為動力，動力來源廣泛;結(jié)構(gòu)合理、可靠，調(diào)整、維護(hù)方便;性價比高，達(dá)到了設(shè)計要求。

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（責(zé)任編輯 周康）