麥爾耶姆·艾薩

本文對機(jī)收農(nóng)田殘膜混合物膜雜分離機(jī)械的研究與發(fā)展進(jìn)行分析，最先針對機(jī)收農(nóng)田殘膜混合物膜雜分離的要求進(jìn)行闡述與分析，之后以國內(nèi)外研究現(xiàn)狀作為主要的基礎(chǔ)，對現(xiàn)今我國的膜雜分離機(jī)械總體設(shè)計(jì)與零部件設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，旨在提升機(jī)收農(nóng)田殘膜混合物膜雜分離機(jī)械的運(yùn)行質(zhì)量與效率，進(jìn)而有效提升農(nóng)田種植率。

農(nóng)田在種植時，為了提高產(chǎn)量，通常會使用地膜進(jìn)行覆蓋。但是在使用完成之后，需要將機(jī)收農(nóng)田中的地膜收集撤掉。在該過程中，由于殘膜混合物的處理與收集技術(shù)不佳，會導(dǎo)致周邊的環(huán)境污染，而且殘膜也得不到良好的使用，對于種植業(yè)以及能源回收不具有良好的效果。因此需要加強(qiáng)殘膜混合物膜雜分離機(jī)械的研究，對殘膜起到良好的回收作用。

一、機(jī)收農(nóng)田殘膜混合物膜雜分離要求

我國的地膜回收利用起步較晚，目前每年的廢舊地膜產(chǎn)量高達(dá)3000 萬噸，約占全世界廢棄金屬礦產(chǎn)資源總量的1/3，這些廢棄的金屬礦產(chǎn)資源大部分被用于生產(chǎn)建材、鋼鐵、有色冶金、化工、機(jī)械及建筑材料等行業(yè)，同時也產(chǎn)生了巨大的環(huán)境污染。由于我國目前還沒有殘膜回收利用技術(shù)及產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化開發(fā)，導(dǎo)致大量的廢舊地膜沒有得到有效的回收和利用，造成了嚴(yán)重的浪費(fèi)和環(huán)境污染。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年有大約3 億噸廢舊農(nóng)用地膜未被回收利用或不完全分解降解而殘留于土壤中，約占農(nóng)作物播種面積的40%。我國每年使用的廢棄農(nóng)用殘膜約為6000 萬噸，其中殘留在農(nóng)田土壤中的殘膜總量達(dá)8000 萬噸。由于廢舊農(nóng)用殘膜中含有大量有毒有害物質(zhì)和難降解有機(jī)物質(zhì)，因此造成了嚴(yán)重的生態(tài)污染和環(huán)境破壞現(xiàn)象。我國廢舊農(nóng)用殘膜回收機(jī)械化作業(yè)程度較低，由于地膜殘留后會嚴(yán)重影響農(nóng)作物生長，降低作物產(chǎn)量和品質(zhì)。據(jù)統(tǒng)計(jì)2009 年我國一年就有3 億噸殘留在土壤中未被分解降解的地膜污染環(huán)境。因此研制開發(fā)高效、低成本、無污染、可連續(xù)作業(yè)、適應(yīng)性強(qiáng)的殘膜回收機(jī)械和裝置是我國農(nóng)膜回收機(jī)械化實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用所面臨重要課題。據(jù)統(tǒng)計(jì)我國每年農(nóng)膜損失量約為3 億噸（含焚燒），而且農(nóng)膜對農(nóng)作物生長造成不良影響，農(nóng)民收入以及農(nóng)民生活水平提高都有很大負(fù)面影響。

二、機(jī)收農(nóng)田殘膜混合物膜雜分離機(jī)械研究與發(fā)展

1、膜雜分離機(jī)械研究現(xiàn)狀

①國外研究現(xiàn)狀

國外在機(jī)收農(nóng)田的殘膜混合物膜雜分離機(jī)械研究方面的進(jìn)度相對較慢，因?yàn)樵趪夥N植業(yè)中，其采用地膜來對種植地進(jìn)行保護(hù)，該種地膜在實(shí)際的應(yīng)用中具備良好的保護(hù)性，且厚度足夠，在回收殘膜的過程中能夠遺留較少的雜物，并且回收率較高，回收后的膜分離需求不大，因此在膜雜分離機(jī)械方面的探究與發(fā)展相對不足。

②國內(nèi)研究現(xiàn)狀

國內(nèi)針對膜雜分離機(jī)械的研究已相對成熟，能夠通過不同的手段針對膜雜分離機(jī)械進(jìn)行更新研究。在實(shí)際的研究中，主要可以分為風(fēng)選分離以及水洗分離兩種模式。其中風(fēng)選分離方式是通過氣流的懸浮特性以及氣壓差來分離膜雜。而水洗分離則是根據(jù)水中不同的物體漂浮特性來進(jìn)行分離。其中風(fēng)選分離機(jī)械中主要使用到風(fēng)機(jī)以及輸送部件。在實(shí)際操作過程中，風(fēng)機(jī)可以將殘膜混合物吹向滾筒，由于風(fēng)力的懸浮特性，能夠讓膜雜分離開。而水洗分離需要將混合物放入到分離裝置中，借助水體漂浮作用，在噴射作用下實(shí)現(xiàn)自身的狀態(tài)變化，實(shí)現(xiàn)膜雜分離。

2、整體總機(jī)設(shè)計(jì)方案

①工作原理

我國現(xiàn)有農(nóng)用殘膜回收機(jī)械主要是在原有農(nóng)用殘膜拋灑播撒機(jī)和殘膜機(jī)基礎(chǔ)上改進(jìn)設(shè)計(jì)和開發(fā)制造出了專用于聯(lián)合收獲機(jī)使用的系列農(nóng)用殘膜回收機(jī)和農(nóng)膜雜分離機(jī)械設(shè)備以及專用機(jī)具等系列產(chǎn)品，其主要工作原理是：通過傳動機(jī)構(gòu)將農(nóng)膜堆或殘膜拋灑裝置中的殘膜（包括地膜垃圾、殘膜塊、碎殘物）進(jìn)行強(qiáng)制破碎分離成小于3mm 左右顆粒或粉狀固體雜質(zhì)后進(jìn)行分離處理。

②總體結(jié)構(gòu)

機(jī)收農(nóng)田殘膜混合物膜雜分離機(jī)械總體結(jié)構(gòu)主要由滾筒、機(jī)架、動力系統(tǒng)，以及分離裝置等組成。該機(jī)設(shè)計(jì)合理，功能齊全，能夠?qū)⒏鞣N類型的殘膜、地膜及殘土有效地進(jìn)行分離，實(shí)現(xiàn)了殘膜回收機(jī)械化作業(yè)。同時，該機(jī)采用了先進(jìn)的控制系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)，可以方便進(jìn)行檢修和維護(hù)。另外，本機(jī)還具有整機(jī)重量輕、體積小，安裝方便等特點(diǎn)。但是膜雜分離裝置的設(shè)計(jì)是通過機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)將膜和膜雜分離，在不影響使用效果的前提下可以有效的解決二次污染問題，同時也有利于提高機(jī)器使用壽命。由于膜雜分離裝置采用了機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方式，可使膜與膜之間相互碰撞而造成二次污染。但使用過程中也存在著一些問題。由于回收物是濕的，在收集后由于高溫和高壓也會導(dǎo)致膜上吸附的雜質(zhì)脫落下來進(jìn)入空氣導(dǎo)致二次污染。另外膜雜分離裝置采用機(jī)械結(jié)構(gòu)，在操作過程中存在一定的危險性；由于設(shè)備的密封性差，可能會造成操作人員或者其他機(jī)械發(fā)生意外等影響正常工作。

3、零部件設(shè)計(jì)

①收膜裝置

將殘膜混合物與各種雜質(zhì)分離開來，是當(dāng)前提高地膜回收率、實(shí)現(xiàn)地膜清潔生產(chǎn)的關(guān)鍵。殘膜混合物與各種雜質(zhì)不能分離開來，就無法從根本上解決問題，從而不能實(shí)現(xiàn)地膜清潔生產(chǎn)。在這個過程中，需要對膜上附著的各種顆粒、殘膜等物質(zhì)進(jìn)行分選、脫雜處理。該系列機(jī)械可在土壤和作物上直接進(jìn)行作業(yè)，無需對土壤、作物進(jìn)行復(fù)雜的加工和分離。該系列機(jī)械可采用振動分選系統(tǒng)對作物殘膜、雜草等混合物進(jìn)行分選收集，實(shí)現(xiàn)了殘膜級的連續(xù)分離；并以機(jī)械為核心，通過對土壤、作物上附著的各種雜質(zhì)進(jìn)行深度處理去除農(nóng)膜等各種雜質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)農(nóng)膜及殘布清潔生產(chǎn)和清潔回收。

采用膜分離技術(shù)回收廢舊地膜，可實(shí)現(xiàn)膜的回收、運(yùn)輸和利用一體化，避免了廢膜的二次污染。采用膜分離技術(shù)回收廢舊地膜對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有重大意義，可以有效保護(hù)土壤環(huán)境，降低地膜殘留對我國生態(tài)環(huán)境的影響。采用膜分離機(jī)對殘膜進(jìn)行分離、收集、運(yùn)輸和利用，將殘膜混合物與雜質(zhì)分開，可有效避免由于物理、化學(xué)方法收集過程中產(chǎn)生的二次污染。對于使用機(jī)械破碎回收廢舊地膜的機(jī)械設(shè)備而言，采用非連續(xù)式粉碎方式將其破碎至小于5mm 大小后，將其送入殘膜機(jī)進(jìn)行收集處理；對于使用連續(xù)式收購方法處理廢舊地膜而言，在對機(jī)器進(jìn)行粉碎時必須將其粉碎至小于3mm 左右才可以進(jìn)行回收，否則容易使機(jī)器產(chǎn)生堵塞等問題。連續(xù)式殘膜收集一體機(jī)通過液壓系統(tǒng)自動控制，工作時，先通過輸送鏈將殘膜和薄膜混合物送入到粉碎機(jī)中，粉碎機(jī)開蓋后自動將殘膜混合物輸送進(jìn)集撿器里。粉碎機(jī)內(nèi)的粉碎室內(nèi)裝有高速旋轉(zhuǎn)粉碎刀片，可以將殘膜和薄膜混合物以一定速度粉碎成直徑小于5mm 的碎塊，然后送入集撿器內(nèi)進(jìn)行收集，這樣可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)化作業(yè)。該系列產(chǎn)品采用了PLC 控制，機(jī)械設(shè)計(jì)合理，安全可靠；工作效率高，一次可完成回收廢舊地膜和粉碎廢料2 次作業(yè)；操作簡單，安全可靠，不傷手、不污染環(huán)境、不損壞耕地、操作簡單等特點(diǎn)。

②臺架裝置

機(jī)收農(nóng)田殘膜混合物膜雜分離機(jī)械臺架裝置，采用斜撐桿將整個機(jī)體支撐在底座上。斜撐桿由二個斜撐桿槽組成，各槽中有四根支柱，之間通過二根斜撐桿連接。一、二、三槽支撐架分別由兩個斜撐桿槽和一根斜撐桿槽組成，各斜撐桿通過二根立柱與二槽支承在一起。支撐架由二個立柱支承，在一根立柱上裝上橫撐和豎撐，橫支下面裝有橫撐。四個立柱支承各設(shè)一只斜撐的頂端設(shè)有水平調(diào)整裝置，可在兩個支點(diǎn)之間調(diào)節(jié)高度。四個立柱支承均為對稱結(jié)構(gòu)，其側(cè)方和頂部分別設(shè)一個水平調(diào)整桿。五個立柱支承均采用圓鋼管作材料，底部設(shè)有4cm×8cm 的墊塊和一個底腳螺栓固定在底座上。五個立柱支承均采用四根圓鋼管和兩根方木做材料的支撐架來支撐機(jī)體。機(jī)身安裝后為便于拆卸和維修，在機(jī)體下面設(shè)有兩支斜撐桿的斜撐桿槽和一根方木作支撐架。斜撐的斜度可根據(jù)需要調(diào)節(jié)，可調(diào)范圍為4°-15°。為便于拆卸和維修，每個立柱上還設(shè)有一個固定螺絲。底座為高8cm的圓柱形，底座上設(shè)有二個直徑分別是10cm 和20cm 的螺栓孔。每根立柱上可裝一只橫撐，橫柱下面還設(shè)有一只橫撐槽孔，每只橫撐桿下面設(shè)有一個橫柱孔。橫撐和橫柱孔距立柱高度均為8cm，斜撐槽和立柱支承的距離為20cm。機(jī)體安裝后，每個立柱上各安裝一個方木，之間用螺栓連接。

橫撐和豎撐通過可調(diào)連接件與立柱支承焊接在一起，橫桿上的可調(diào)節(jié)裝置可以調(diào)整兩個橫撐的高度。橫撐和豎桿之間的高度調(diào)節(jié)器裝有可調(diào)連接件，可通過旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)手柄來調(diào)節(jié)兩個橫撐和豎撐的高度。橫撐、豎桿之間的連接部位為一個螺母，上有三個螺栓，分別與三個可調(diào)連接件相結(jié)合，螺母下面有墊圈，下面還有一個螺母座。該裝置的主要特征在于：橫、豎桿間采用可調(diào)連接件與立柱支承焊接在一起，橫、豎桿之間安裝高度調(diào)節(jié)器；橫撐處兩支橫撐中間裝有一個可調(diào)整手柄；橫撐處三支橫撐中間裝有兩只可調(diào)連接件；橫撐處兩支斜撐中間裝有一只可調(diào)節(jié)高度的螺絲。

③輸送裝置機(jī)構(gòu)

輸送裝置是其中傳動箱包括一臺傳動軸，一只帶有傳動鏈輪的皮帶輪和一只具有導(dǎo)向齒的帶輪（即行走齒條），皮帶輪上設(shè)有一組齒輪（即行走齒條）。動力輸出系統(tǒng)：由電機(jī)、變速裝置和動力換擋變速箱組成，其變速裝置包括一個帶有齒輪的軸和一個帶有皮碗機(jī)構(gòu)來驅(qū)動齒輪。傳動系統(tǒng)：由鏈輪變速箱同步器2、離合器等組成：其中同步器由二只帶傳動齒輪組成；驅(qū)動系統(tǒng)包括電機(jī)以及離合器1 和離合器2，其主要作用是使變速箱內(nèi)的發(fā)動機(jī)與傳動軸通過同步帶驅(qū)動齒輪嚙合，從而將變速箱內(nèi)的傳動系統(tǒng)傳遞給各驅(qū)動電機(jī)來推動車輛前進(jìn)；變速裝置：有兩只皮帶輪，一只帶有皮碗機(jī)構(gòu)來驅(qū)動兩只皮帶輪。

④分離裝置結(jié)構(gòu)

目前國內(nèi)外常用的膜材料有聚丙烯、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯等材質(zhì)，常用塑料為PVDF 樹脂，采用PVDF 樹脂作為原料生產(chǎn)出來的膜材具有低收縮率、高強(qiáng)度、耐老化特性，適用于化工行業(yè)廢水的預(yù)處理。通過不同方式的過濾，對含有懸浮物等污染物的水進(jìn)行預(yù)處理，將其降至可以循環(huán)利用的水平，以滿足后續(xù)處理系統(tǒng)工藝條件的要求。通過反滲透膜處理工藝，可對各種工業(yè)用水和市政生活用水進(jìn)行深度凈化與回用。用于城市供水管網(wǎng)末梢的節(jié)水灌溉，提高了水資源的利用率。利用超濾膜過濾技術(shù)，可以處理生活污水和工業(yè)廢水。通過膜分離技術(shù)來達(dá)到污水資源化的目的，該技術(shù)在化工行業(yè)廢水處理中得到了廣泛采用。利用膜分離技術(shù)可以有效地回收和再利用化工廢水中的有用物質(zhì)，包括有機(jī)物和無機(jī)物，回收成本低。機(jī)械膜分離技術(shù)是一種應(yīng)用廣泛的水處理技術(shù)，被廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)和日常生活用水等領(lǐng)域。采用膜過濾的方法來處理廢水，既可以減少廢水處理費(fèi)用，又可以提高處理效率。機(jī)械膜過濾技術(shù)具有很多優(yōu)點(diǎn)：它可以在短時間內(nèi)有效地除去水中的懸浮物、有機(jī)物、細(xì)菌等有害物質(zhì)；同時還可通過機(jī)械膜法對不同成分的水中進(jìn)行分離。此外，這種方法還具有操作簡單、不受水源水質(zhì)限制等優(yōu)點(diǎn)。

膜雜分離裝置采用了具有自清洗功能的過濾方式，從而可以在分離前就對分離裝置進(jìn)行清洗。該裝置采用了新型的自清洗過濾系統(tǒng)，該系統(tǒng)能自動保持其過濾效果并能保證其工作過程中不會因?yàn)槲锪衔蕉档推溥^濾效果。機(jī)械膜雜分離裝置由于自身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及加工制造上的特點(diǎn)，因而具有良好的防塵性能、耐高溫性能、防堵塞性能；在生產(chǎn)過程中，由于采用了防堵技術(shù)對過濾介質(zhì)進(jìn)行沖洗，使得機(jī)械膜雜分離設(shè)備具有良好的防塵效果。膜雜分離裝置作為一種新型的分離設(shè)備，已在農(nóng)業(yè)上得到了廣泛應(yīng)用。同時，根據(jù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，膜雜分離裝置具有較好的發(fā)展前景。機(jī)收農(nóng)田殘膜混合物膜雜分離機(jī)械膜雜分離裝置是由兩臺（一高、一低）分離機(jī)組成的，分離出的殘膜混合物從高處進(jìn)入下置的集料收集箱。兩臺分離機(jī)分別是：一臺高分離機(jī)和一臺低分離機(jī)。高分離機(jī)由刮板、鏈輪鏈傳動裝置、鏈板驅(qū)動裝置；低分離機(jī)采用雙鏈條傳動，鏈輪固定在高分離機(jī)上，鏈條通過齒輪直接與鏈條嚙合運(yùn)動。兩臺分離機(jī)收獲的殘膜混合物都是由一個輸送箱運(yùn)至收集箱，然后分別進(jìn)入不同的輸送箱、分揀盒內(nèi)，經(jīng)輸送箱內(nèi)的傳送帶將殘膜混合物送至不同收集容器。兩臺分離機(jī)都是由電機(jī)帶動，在正常工作狀態(tài)下（無負(fù)載）不會產(chǎn)生噪音，在工作狀態(tài)下會發(fā)出低噪聲或雜音。該設(shè)備能夠有效保證機(jī)械運(yùn)行時沒有噪聲和振動產(chǎn)生并將其消除；能夠有效減少機(jī)器磨損，延長機(jī)器使用壽命；能夠有效提高機(jī)器工作效率、降低能耗、減少物料損失。

該機(jī)可根據(jù)需要配置不同的分離機(jī)，滿足不同作業(yè)要求；可根據(jù)用戶需求配備不同規(guī)格的收集容器（圓筒狀），用于收集玉米秸稈等多種生物質(zhì)殘膜，便于進(jìn)行二次利用；該機(jī)在分離過程中無物料飛濺，不會對環(huán)境造成污染。該機(jī)可加裝光電檢測裝置，用于檢測篩分過程中的殘膜混合物的濃度，以便進(jìn)行調(diào)整和報警。由于采用液壓驅(qū)動，在正常工作狀態(tài)下，系統(tǒng)不產(chǎn)生振動、噪聲，不會出現(xiàn)機(jī)械部件的損傷和磨損，降低了物料損失、延長了機(jī)器使用壽命。傳動形式為鏈條式+鏈輪；傳動距離較遠(yuǎn)。由于是由兩臺機(jī)器聯(lián)合作業(yè)，提高了工作效率，增加了作業(yè)量，增加了產(chǎn)量。分離效果好：分離出來的殘膜混合物顆粒細(xì)小均勻，破碎率高（破碎后能達(dá)到95%以上），殘膜的長度一般在5-10cm 之間。分離效果好：使用該裝置能將作物秸稈、雜草和麥秸等完全分離開來，避免了二次污染。操作簡單，勞動強(qiáng)度低：采用機(jī)械驅(qū)動方式，操作非常簡單方便，沒有復(fù)雜的裝置和零件組裝等工序過程。維修方便：該裝置可以對分離后的物料進(jìn)行單獨(dú)分開放置。適應(yīng)性強(qiáng)：本產(chǎn)品可在農(nóng)田中進(jìn)行作業(yè)，無需擔(dān)心環(huán)境的影響。

總而言之，機(jī)收農(nóng)田殘膜混合物膜雜分離機(jī)械的研究與應(yīng)用需要加強(qiáng)，以提升農(nóng)田中殘膜的處理效率，因此需要就膜雜分離機(jī)械的研究以及發(fā)展情況進(jìn)行全面分析，就其總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及主要零部件的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，將其中運(yùn)行原理與殘膜處理的效果明確，為后續(xù)的機(jī)收農(nóng)田殘膜混合物的發(fā)展提供參考。