摘要：廢膜殘留于土壤會(huì)直接影響種子的出苗率和養(yǎng)分的吸收利用，同時(shí)會(huì)造成極大的白色污染。農(nóng)田殘膜的撿拾回收問題一直是困擾農(nóng)技和農(nóng)機(jī)人員的“頑疾”，傳統(tǒng)滾筒式、鼠籠式、釘耙式等殘膜撿拾回收機(jī)撿拾效果不理想、撿拾效率較低。為解決黃土高原全膜雙壟溝播種模式下傳統(tǒng)撿拾方法殘膜拾凈率低的問題，設(shè)計(jì)一種兩級(jí)升運(yùn)鏈錐軸自卸式殘膜撿拾機(jī)。使用設(shè)計(jì)的起膜鏟實(shí)現(xiàn)板結(jié)覆土下殘膜的完整收集，設(shè)計(jì)兩級(jí)升運(yùn)鏈機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)土塊的篩分清理，通過自卸機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)膜雜箱的快速釋放，有效降低人工作業(yè)強(qiáng)度。結(jié)果表明，該殘膜撿拾機(jī)具有優(yōu)異的作業(yè)性能，更適用于黃土高原的全膜雙壟溝的播種模式。兩級(jí)升運(yùn)鏈錐軸自卸式殘膜撿拾機(jī)在各種播種模式下的殘膜拾凈率均穩(wěn)定在95%左右。

關(guān)鍵詞：殘膜撿拾機(jī)；兩級(jí)升運(yùn)鏈；錐軸式；自卸機(jī)構(gòu)

中圖分類號(hào)：S223

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2095-5553 （2024） 05-0258-06

收稿日期：2023年7月18 日 "修回日期：2023年10月25 日*基金項(xiàng)目：甘肅省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目 （21YF5NA092）

第一作者：賈承謐，男，1974年生，甘肅靖遠(yuǎn)人，副教授；研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)裝備技術(shù)。E-mail： 120706105@qq.com

通訊作者：康清華，女，1966年生，甘肅景泰人，正高級(jí)工程師；研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)工程技術(shù)推廣應(yīng)用。E-mail： 975888047@qq.com

Design and experiments of a" two-stage lift chain tapered shaft self-unloading residual film picker

Jia Chengmi1， Ding Hongbin2， Yang Zheng1， Zheng Shuya2， Kang Qinghua2， Cheng Xingtian2

（1. Gansu Livestock Engineering Vocational and Technical College， Wuwei， 733000， China;

2. Gansu Provincial Agricultural Machinery Appraisal Station， Lanzhou， 730046， China）

Abstract：

The residue of waste film in the soil directly affects the emergence rate of seeds and the absorption and utilization of nutrients， while also causes great white pollution. The problem of picking up and recycling agricultural residual film has always been a persistent problem that troubles agricultural technicians and machinery personnel. The traditional drum， squirrel cage， and rake type residue film picking and recycling machines have unsatisfactory picking effects and low picking efficiency. In order to solve the problem of low residual film collection rate in traditional picking methods under the full film double ridge and ditch planting mode on the Loess Plateau， a two-stage lifting chain cone axis self-unloading residual film pickup machine is designed. The designed film scraper is used to achieve complete collection of residual film under the compacted soil， and a two-stage lifting chain mechanism is designed to screen and clean the soil blocks. The self-unloading mechanism is used to quickly release the film debris box， effectively reduce the intensity of manual work. The results indicate that the residual film pickup machine has excellent operational performance and is more suitable for the full film double ridge planting mode in the Loess Plateau. The two-stage lifting chain cone axis self-unloading residual film pickup machine has a stable residual film pickup rate of around 95% under various sowing modes.

Keywords：

residual film picker;" two-stage lift chain; cone shaft; self-unloading mechanism

0 引言

地膜覆蓋技術(shù)可以接納降水、保蓄水分、提高地溫，有效改善農(nóng)作物的生長環(huán)境，解決北方旱作區(qū)降水稀少造成出苗困難和前期生長受到抑制的問題，是提高農(nóng)作物產(chǎn)量的有效手段［1， 2］。目前，地膜覆蓋技術(shù)，特別是全膜覆蓋技術(shù)已經(jīng)在甘肅省已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，從根本上解決了黃土高原上旱地土壤水分蒸發(fā)嚴(yán)重的問題。

全膜覆蓋技術(shù)的推廣應(yīng)用雖然達(dá)到了增產(chǎn)增收的目的，但是地膜的使用量也在急劇增加。這導(dǎo)致農(nóng)田中殘留地膜數(shù)量持續(xù)增加［3］，大量殘膜對(duì)土壤結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了嚴(yán)重破壞，甚至導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)［4， 5］。所以殘膜的撿拾以及重新利用對(duì)減少殘膜殘留、改善農(nóng)田土壤環(huán)境、促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。殘膜撿拾方法主要有人工撿拾和機(jī)械撿拾兩種。人工撿拾的效率低、工作強(qiáng)度高；機(jī)械撿拾可以實(shí)現(xiàn)殘膜撿拾的自動(dòng)化，省時(shí)省力。傳統(tǒng)的機(jī)械撿拾機(jī)主要有卷膜輥式、彈齒式、釘齒式等多種類型［6］，但是傳統(tǒng)的機(jī)械撿拾方法的撿拾率低，不適用黃土高原的最優(yōu)播種模式—全膜雙壟溝播種。由于全膜雙壟溝播種模式下，為了防止地膜被大風(fēng)吹起、方便作物幼苗自發(fā)破膜出土，通常會(huì)使用覆土機(jī)在地膜上覆蓋厚度為1～3 cm的土壤。隨著外界環(huán)境的變化，土壤會(huì)逐漸板結(jié)，加劇殘膜的斷裂，使得傳統(tǒng)撿拾機(jī)作業(yè)不連續(xù)，斷裂的地膜將會(huì)裹挾大量的土塊和作物根莖，這也會(huì)使得傳統(tǒng)撿拾機(jī)的膜雜率高，甚至?xí)霈F(xiàn)機(jī)具堵塞的問題［7］。

本文針對(duì)以上問題設(shè)計(jì)一種兩級(jí)升運(yùn)鏈錐軸自卸式殘膜撿拾機(jī)，并且在多種不同種植模式下對(duì)所設(shè)計(jì)的兩級(jí)升運(yùn)鏈錐軸自卸式殘膜撿拾機(jī)進(jìn)行性能試驗(yàn)。

1 整機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 整機(jī)結(jié)構(gòu)

兩級(jí)升運(yùn)鏈錐軸自卸式殘膜撿拾機(jī)主要由起膜鏟、防纏輥、機(jī)架、一級(jí)升運(yùn)鏈、二級(jí)升運(yùn)鏈、地輪、膜雜箱、纏膜輥、液壓牽引桿、牽引棘輪和牽引繩組成，如圖1所示，其中牽引棘輪和牽引繩組成膜雜箱的自卸機(jī)構(gòu)［8］。

整機(jī)尺寸（長×寬×高）為1820 mm×1560 mm×1230 mm，整機(jī)質(zhì)量為268 kg，工作幅寬125 cm，配套動(dòng)力為29.4 kW，撿拾深度不超過15 cm，作業(yè)速度為3～5 km/h。

1.2 工作原理

兩級(jí)升運(yùn)鏈錐軸自卸式殘膜撿拾機(jī)的動(dòng)力由牽引拖拉機(jī)提供，拖拉機(jī)提供的動(dòng)力由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳遞到一級(jí)升運(yùn)鏈、二級(jí)升運(yùn)鏈、防纏輥和纏膜輥。拖拉機(jī)牽引整機(jī)前進(jìn)過程中，起膜鏟伸入地下，將殘膜、作物根莖、雜草和田間土壤一并鏟離地面；防纏輥可以將作物根莖、雜草撥離，防止起膜鏟被纏繞；經(jīng)過一級(jí)升運(yùn)鏈，田間土壤被分離；二級(jí)升運(yùn)鏈將殘膜、作物根莖和雜草傳輸至纏膜輥；纏膜輥對(duì)殘膜進(jìn)行纏卷，作物根莖、雜草則落入膜雜箱；從地頭到地尾即為一個(gè)行程；每個(gè)行程結(jié)束后，轉(zhuǎn)動(dòng)自卸機(jī)構(gòu)中的牽引棘輪實(shí)現(xiàn)膜雜箱的自卸，而后卸下纏卷完成的殘膜，完成一個(gè)作業(yè)過程［9， 10］。

2 關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析

2.1 起膜鏟設(shè)計(jì)

在工作過程中，起膜鏟始終伸入地面以下，鏟起殘膜、作物根莖、雜草和田間土壤，并將其傳遞至一級(jí)升運(yùn)鏈，起膜鏟的結(jié)構(gòu)簡圖如圖2所示。起膜鏟設(shè)計(jì)為10對(duì)支撐釘和起膜釘組合的結(jié)構(gòu)，各組起膜釘之間留有間隙，可以在起膜的過程中最大程度地分離土壤，減少土壤對(duì)地膜的磨損，降低后續(xù)工作機(jī)構(gòu)的載荷［11］。

起膜鏟的傾斜角度對(duì)入土性能有重要的影響。傾斜角度小，起膜鏟入土阻力降低，但是需要更長的起膜釘才能將地膜運(yùn)輸至一級(jí)升運(yùn)鏈，并且土壤難以滑落；傾斜角度大，起膜鏟入土阻力大，會(huì)增加整機(jī)負(fù)載，并且容易破壞地膜的完整性［12］。所以起膜鏟傾角的取值決定了能否順利收集地膜。

假設(shè)起膜鏟上有土壤質(zhì)點(diǎn)和地膜質(zhì)點(diǎn)，兩質(zhì)點(diǎn)處的受力情況如圖3所示。

起膜鏟鏟起地膜之后，為了使地膜沿著起膜鏟向上運(yùn)動(dòng)，并且使田間土壤盡可能地順著起膜鏟滑落，需要滿足以下條件。

Fnccosα+Ftcsinα≥Ffcsinα+Fgc

（1）

Fntcosα+Fttsinα≤Fftsinα+Fgt

（2）

式中：

Fnc——

起膜鏟對(duì)地膜質(zhì)點(diǎn)的支持力，N；

Fnt——

起膜鏟對(duì)土壤質(zhì)點(diǎn)的支持力，N；

Ftc——

下側(cè)土壤對(duì)地膜質(zhì)點(diǎn)的推力，N；

Ftt——

下側(cè)土壤對(duì)土壤質(zhì)點(diǎn)的推力，N；

Ffc——

地膜質(zhì)點(diǎn)和起膜鏟之間的摩擦力，N；

Fft——

土壤質(zhì)點(diǎn)和起膜鏟之間的摩擦力，N；

Fgt——土壤質(zhì)點(diǎn)的重力，N；

Fgc——地膜質(zhì)點(diǎn)的重力，N；

α——起膜鏟的傾角，（°）。

3 性能試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)在定西市安定區(qū)進(jìn)行，試驗(yàn)地勢(shì)平坦，土壤類型為壤土，前茬作物為玉米。

為了驗(yàn)證兩級(jí)升運(yùn)鏈錐軸自卸式殘膜撿拾機(jī)對(duì)全膜雙壟溝播種殘膜撿拾的優(yōu)異性能，使用耙齒式殘膜撿拾機(jī)和兩級(jí)升運(yùn)鏈錐軸自卸式殘膜撿拾機(jī)進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)［14］。使用東方紅SG354拖拉機(jī)為兩種撿拾機(jī)提供動(dòng)力，功率為25.7kW。

試驗(yàn)參數(shù)如表1所示，使用兩級(jí)升運(yùn)鏈錐軸自卸式殘膜撿拾機(jī)與耙齒式殘膜撿拾機(jī)進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，種植模式包括一年白膜平鋪、一年白膜雙壟溝、一年黑膜雙壟溝、兩年白膜雙壟溝四種，作業(yè)速度為2.5～5.5 km/h，試驗(yàn)主要研究不同殘膜撿拾機(jī)在不同作業(yè)速度、不同種植模式下的殘膜拾凈率。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

兩級(jí)升運(yùn)鏈錐軸自卸式殘膜撿拾機(jī)和耙齒式殘膜撿拾機(jī)的對(duì)比試驗(yàn)如圖11～圖14所示。在一年白膜平鋪的種植模式下，兩種殘膜撿拾機(jī)的平均拾凈率相近，均超過85%，兩級(jí)升運(yùn)鏈錐軸自卸式殘膜撿拾機(jī)的拾凈率略高于耙齒式殘膜撿拾機(jī)。

在一年白膜雙壟溝、一年黑膜雙壟溝和兩年白膜雙壟溝的種植模式下，耙齒式殘膜撿拾機(jī)的殘膜拾凈率不超過80%，而兩級(jí)升運(yùn)鏈錐軸自卸式殘膜撿拾機(jī)的殘膜拾凈率均不低于95%。這說明本文所設(shè)計(jì)的兩級(jí)升運(yùn)鏈錐軸自卸式殘膜撿拾機(jī)整體性能優(yōu)越，并且更適用于黃土高原的全膜雙壟溝的播種模式。

4 結(jié)論

1）" 本文設(shè)計(jì)一種兩級(jí)升運(yùn)鏈錐軸自卸式殘膜撿拾機(jī)，可以一次完成殘膜、作物根莖和雜草的分離清理。

2）" 對(duì)起膜鏟、防纏輥、升運(yùn)機(jī)構(gòu)和纏膜機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，確定起膜鏟傾角、碎土滾輪半徑和纏膜輥轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)殘膜的干凈回收。

3）" 田間試驗(yàn)表明，兩級(jí)升運(yùn)鏈錐軸自卸式殘膜撿拾機(jī)具有更高地殘膜拾凈率，并且更適用于黃土高原的全膜雙壟溝的播種模式，各種播種模式下，殘膜拾凈率均穩(wěn)定在95%左右。

參 考 文 獻(xiàn)

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