殘膜回收收膜部件研析

徐弘博，胡志超，吳　峰，顧峰瑋

(農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，南京　210014)

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殘膜回收收膜部件研析

徐弘博，胡志超，吳峰，顧峰瑋

(農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，南京210014)

摘要：根據(jù)機(jī)械化殘膜回收的特點(diǎn)與機(jī)具功能，對(duì)殘膜回收機(jī)的組成進(jìn)行了歸納與劃分，重點(diǎn)描述了其收膜部件的定義與技術(shù)要求。同時(shí)，介紹了當(dāng)前殘膜回收機(jī)收膜部件的類型、結(jié)構(gòu)形式、工作原理及特點(diǎn)，并就存在的問(wèn)題與研發(fā)重點(diǎn)做出了分析，旨在為殘膜回收機(jī)收膜部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供參考。

關(guān)鍵詞：殘膜回收機(jī)；收膜部件；研究現(xiàn)狀；研發(fā)重點(diǎn)

0引言

地膜覆蓋栽培技術(shù)具有保溫、保墑、抑制雜草生長(zhǎng)、改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)及增加作物產(chǎn)量等優(yōu)點(diǎn)，是目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最為行之有效的增產(chǎn)手段。我國(guó)當(dāng)前覆膜種植面積達(dá)0.247億hm2，約占全球覆膜總面積的90%。但農(nóng)用塑料薄膜在自然條件下極難降解，如果將地膜遺留在土壤中，會(huì)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)本身構(gòu)成一系列嚴(yán)重危害，因此必須及時(shí)將地膜進(jìn)行回收[1-3]。采用機(jī)械方式回收殘膜能夠解放勞動(dòng)力、降低勞動(dòng)成本、提高生產(chǎn)效率，研發(fā)改進(jìn)適用的殘膜回收機(jī)已成為我國(guó)農(nóng)機(jī)化發(fā)展的迫切任務(wù)。

我國(guó)對(duì)殘膜回收機(jī)械的研究起步較早，最早的相關(guān)專利可追溯到20世紀(jì)80年代[4]，研究至今，多種殘膜回收機(jī)具被開(kāi)發(fā)出來(lái)并得到了試驗(yàn)與推廣。盡管如此，殘膜污染現(xiàn)象依然嚴(yán)峻，殘膜回收機(jī)存在回收率低等問(wèn)題始終不能得到很好解決，大多數(shù)地區(qū)還依然依靠人工撿拾殘膜。為了進(jìn)一步提升殘膜回收質(zhì)量，亟待對(duì)現(xiàn)有殘膜回收機(jī)的功能部件進(jìn)行系統(tǒng)研究，梳理并歸納其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與作業(yè)原理，為殘膜回收機(jī)的進(jìn)一步設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供指導(dǎo)。

1收膜部件定義與技術(shù)要求

根據(jù)機(jī)械化殘膜回收的特點(diǎn)與機(jī)具功能來(lái)劃分，完整的殘膜回收機(jī)作業(yè)部件應(yīng)包括起膜部件、收膜部件、脫膜部件、集膜部件和卸膜部件，如圖1所示。其中，起膜部件的功能是將殘膜從地表和一定深度的土壤中托起并喂入殘膜回收機(jī)內(nèi)部；收膜部件的功能是帶動(dòng)殘膜(包括土、雜)在機(jī)具內(nèi)部發(fā)生空間位置轉(zhuǎn)移，為殘膜的處理與收集提供條件；脫模部件的功能是使殘膜與收膜部件進(jìn)行分離；集膜部件的功能是收集并暫時(shí)儲(chǔ)存殘膜；卸膜部件的功能是使收集好的殘膜從集膜部件中脫離。由此可見(jiàn)，收膜部件是整個(gè)殘膜回收機(jī)械系統(tǒng)中必不可少的核心部件，本文僅針對(duì)收膜部件進(jìn)行研究。

圖1　殘膜回收機(jī)作業(yè)部件分類

地膜受到播種、田間管理、收獲、耕整地作業(yè)及環(huán)境侵蝕等因素的影響，往往破損嚴(yán)重；在回收過(guò)程中，受到土壤吸附力的作用容易拉斷；殘膜發(fā)生相互摩擦產(chǎn)生靜電，極易纏繞在工作部件上；同時(shí)，莖稈、根茬等雜物往往會(huì)與殘膜摻雜在一起。針對(duì)上述情況，收膜部件應(yīng)滿足如下技術(shù)要求

1.1　攜帶率高

根據(jù)殘膜回收機(jī)收膜部件是否直接入土，可將收膜部件分為起收一體式和獨(dú)立式。起收一體式收膜部件直接從地面上將膜挑起并進(jìn)行膜的空間輸送，這就要求收膜部件能夠盡可能多地挑起地膜，且輸送過(guò)程中不發(fā)生地膜的脫落；獨(dú)立式收膜部件在起膜部件將膜與地面分離之后，攜帶地膜進(jìn)行空間轉(zhuǎn)移以進(jìn)入下一步收膜工序，在此過(guò)程中，同樣要求收膜部件能與起膜部件順利交接地膜，并在輸送過(guò)程中不會(huì)丟失地膜。收膜部件的攜帶率越高，則殘膜回收率越高。

1.2　纏繞率低

在殘膜回收過(guò)程中，由于收膜部件的運(yùn)動(dòng)和膜的吸附作用，有發(fā)生地膜纏繞或夾持在收膜部件上的可能，影響機(jī)具運(yùn)行的順暢性和作業(yè)效率。這就要求收膜部件具有合理的運(yùn)行軌跡，表面盡可能光滑，配以合適的脫模機(jī)構(gòu)，能夠有效地避免地膜與收膜部件發(fā)生纏繞。

1.3　效率高

若收膜部件運(yùn)行速度過(guò)低，會(huì)發(fā)生漏收現(xiàn)象；若收膜部件運(yùn)行速度過(guò)高，又會(huì)導(dǎo)致功率浪費(fèi)和地膜拉斷等現(xiàn)象。因此，收膜部件與拖拉機(jī)按照合適的速比運(yùn)行時(shí)，收膜效率最高。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)合理設(shè)計(jì)收膜部件的尺寸和運(yùn)行參數(shù)，以期達(dá)到最高的收膜效率。

1.4　便于脫模

脫模部件與收膜部件具有結(jié)構(gòu)和工藝上的密切聯(lián)系，脫模的方便與否是衡量收膜部件設(shè)計(jì)合理性的重要指標(biāo)之一。如果脫模效果不理想，甚至需要依靠人工進(jìn)行脫模，勢(shì)必影響機(jī)具的工作效率。在收膜部件的設(shè)計(jì)中，要同時(shí)考慮如何進(jìn)行脫模和怎么提高脫凈率的問(wèn)題。

2收膜部件結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)分析

根據(jù)收膜部件的結(jié)構(gòu)形式，可將收膜部件分為滾筒式、輸送鏈?zhǔn)健Ъ胶推渌剑糠N收膜形式根據(jù)機(jī)理不同又可再做細(xì)分。本文分別論述各種收膜形式對(duì)應(yīng)的典型機(jī)具及其特點(diǎn)。

2.1　滾筒式收膜部件

滾筒式收膜部件是由滾筒和挑膜(扎膜)齒組成的收膜部件，在滾動(dòng)旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，地膜沿著滾筒外徑自下而上進(jìn)行空間轉(zhuǎn)移，達(dá)到收膜目的。目前已有的滾筒式收膜部件形式可分為伸縮桿齒式、凸輪滑道彈齒式、挑膜輥式和卷繞式4種。

2.1.1伸縮桿齒式

伸縮桿齒式收膜部件采用偏心輪的原理設(shè)計(jì)而成，由滾筒和偏心轉(zhuǎn)子組合而成。偏心轉(zhuǎn)子上均勻分布多排桿齒，并與滾筒同步旋轉(zhuǎn)。桿齒位于滾筒下方時(shí)，伸出最長(zhǎng)，將殘膜挑起；桿齒旋轉(zhuǎn)到滾筒上方時(shí)，縮回滾筒，而挑起的殘膜留在滾筒上方。伸縮桿齒式殘膜回收機(jī)如圖2所示。山西省農(nóng)機(jī)化研究所張木林等[5]論述了該類型收膜部件的工作原理，并分析了桿齒的運(yùn)動(dòng)軌跡和有關(guān)參數(shù)。西北農(nóng)林科技大學(xué)盧博友等[6]對(duì)該收膜方式進(jìn)行了改進(jìn)，優(yōu)化了桿齒形狀與運(yùn)動(dòng)傳遞方式，提升了收膜性能。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)張東興[7]與石河子大學(xué)徐新惠等[8]采用皮帶與伸縮桿齒收膜機(jī)構(gòu)進(jìn)行組合，解決了脫模和回帶的問(wèn)題，并進(jìn)行了田間試驗(yàn)與改進(jìn)。

圖2　伸縮桿齒式殘膜回收機(jī)

采用伸縮桿齒式收膜機(jī)構(gòu)，由于滾筒在地膜上自由滾動(dòng)，滾筒與地膜之間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因而不會(huì)產(chǎn)生壅土、壅膜或拉斷地膜的現(xiàn)象。由于齒桿有扎膜的功能，解決了超薄地膜易碎、難以回收的技術(shù)難題。但其地表仿型能力差，只適用于平整的地面，不適用于壟溝相間的地面；彈齒與滾筒間可能發(fā)生夾膜現(xiàn)象，對(duì)桿齒的齒形和運(yùn)動(dòng)軌跡有一定要求。

2.1.2凸輪滑道彈齒式

凸輪滑道彈齒式收膜部件的外形與伸縮桿齒式類似，區(qū)別在于其滾筒內(nèi)部設(shè)有固定的凸輪槽，弧形收膜彈齒一端嵌入凸輪槽內(nèi)，并與滾筒上的鉸鏈連接，如圖3所示。滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，弧形收膜彈齒對(duì)滾筒表面做伸縮動(dòng)作的同時(shí)進(jìn)行擺動(dòng)式往復(fù)運(yùn)動(dòng)，有利于挑膜和脫模。

圖3　凸輪滑道彈齒式收膜部件

新疆省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所陳發(fā)等[9]對(duì)該類型收膜部件收膜齒的軸向排布、運(yùn)動(dòng)軌跡、滾筒轉(zhuǎn)速等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了分析研究，確定了滿足要求的參數(shù)范圍。新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)董遠(yuǎn)德等[10]將該收膜機(jī)構(gòu)應(yīng)用于棉桿集條與殘膜回收聯(lián)合作業(yè)機(jī)的設(shè)計(jì)，并對(duì)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行了理論分析。新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所張佳喜等[11]和新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)謝建華等[12]研制的殘膜回收聯(lián)合作業(yè)機(jī)也采用了這種收膜機(jī)構(gòu)。吉林省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究院于振華等[13]對(duì)凸輪滑道彈齒式收膜部件進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)仿真。山東農(nóng)業(yè)大學(xué)張德學(xué)等[14]對(duì)凸輪滑道彈齒式收膜部件的結(jié)構(gòu)與運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行了改進(jìn)與軟件優(yōu)化，提高了收膜部件運(yùn)轉(zhuǎn)的流暢性與殘膜回收效率。新疆大學(xué)王春耀等[15]運(yùn)用有限元軟件對(duì)凸輪滑道彈齒式收膜部件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了強(qiáng)度分析，以指導(dǎo)機(jī)具工作參數(shù)的選擇。

凸輪滑道彈齒式收膜部件在挑起地膜殘膜和膜的分離方面具有一定優(yōu)勢(shì)，但凸輪槽的設(shè)計(jì)與制造有一定難度。凸輪長(zhǎng)期受到彈齒的摩擦容易磨損，且彈齒直接入土?xí)r容易將雜草帶入收膜部件，給膜雜分離帶來(lái)麻煩。

2.1.3挑膜輥式

新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)張佳等[16]設(shè)計(jì)的挑膜輥式收膜部件，由傳動(dòng)軸、挑膜輥軸和挑膜彈齒構(gòu)成，如圖4所示。工作時(shí)，彈齒入土深度為20～40mm；挑膜彈齒的旋轉(zhuǎn)方向與拖拉機(jī)地輪轉(zhuǎn)向相同，實(shí)現(xiàn)“入土挑膜—膜土拋送—入土挑膜”的循環(huán)運(yùn)動(dòng)。木塔力甫·艾力[17]對(duì)該機(jī)構(gòu)挑膜彈齒的強(qiáng)度進(jìn)行了有限元校核，降低了制造成本。

1.傳動(dòng)軸　2.挑膜輥軸　3.挑膜彈齒

這種寬形彈齒結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是不容易出現(xiàn)殘膜纏繞，有較高的強(qiáng)度能抵抗受力較大時(shí)的彎曲變形，彈齒壽命較長(zhǎng)；但需要考慮膜土后續(xù)如何進(jìn)行分離。

2.1.4卷繞式

卷繞式收膜部件的彈齒與滾筒是相互固定的，彈齒直接入土扎膜，膜在彈齒的攜帶下繞著滾筒做圓周運(yùn)動(dòng)，最終纏繞在滾筒上，如圖5所示。例如，東北農(nóng)業(yè)大學(xué)馮江等[18]設(shè)計(jì)的JM-1400卷繞式拾膜機(jī)和新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所薛文瑾等[19]設(shè)計(jì)的滾輪纏繞式殘膜回收機(jī)；但這些機(jī)型都需要人工輔助卸膜。新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)靳偉等[20]設(shè)計(jì)的針刺式殘膜回收機(jī)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)卸膜，收膜效果和經(jīng)濟(jì)效益俱佳。石河子大學(xué)蒙賀偉等[21]研制的梳齒滾筒式殘膜回收機(jī)，也采用卷繞式收膜機(jī)構(gòu)，配以橡膠制作脫模滾筒，能將滾筒勾起的地面脫下，并甩入集膜筐內(nèi)，同樣解決了卷繞式收膜結(jié)構(gòu)卸膜困難的問(wèn)題。

1.牽引架　2.滾筒　3.拾膜彈齒

由于卷繞式收膜部件的彈齒與滾筒沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此可以將彈齒布置的很密，撿拾田間殘膜較為干凈，對(duì)碎膜也有一定的回收能力，但脫模比較困難。

2.2　輸送鏈?zhǔn)绞漳げ考?/h2>

輸送鏈?zhǔn)绞漳げ考闹黧w是一對(duì)輸送鏈，輔以齒桿、刮板或輸送帶組成的收膜部件，地膜在輸送鏈的運(yùn)轉(zhuǎn)下由輸送鏈的一端移動(dòng)到另一端，完成地膜的空間轉(zhuǎn)移，從而達(dá)到收膜目的。目前已有的輸送鏈?zhǔn)绞漳げ考问桨ü伟遢斔蛶健㈡滮X式和篩鏈?zhǔn)健?/p>

2.2.1刮板輸送帶式

刮板輸送帶式收膜部件依靠輸送鏈輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)膜與其混合物在刮板輸送帶上傳送，以此達(dá)到收膜的目的。這種收膜方式由于不能直接入土收膜，因此必須與起土鏟配合使用，由起土鏟將土和膜鏟起，再由刮板輸送帶進(jìn)行輸送。由于膜土同時(shí)輸送，后續(xù)必須配有膜土分離裝置。如圖6所示，新疆葉爾羌農(nóng)機(jī)科技開(kāi)發(fā)有限公司與莎車縣農(nóng)機(jī)化技術(shù)推廣站[22]合作研制的4CM系列殘膜回收機(jī)就是采用的刮板輸送帶式收膜部件。

這種收膜方式結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，不易漏膜，對(duì)膜的完整性沒(méi)有要求，特別適合對(duì)于碎膜、深膜的收集輸送；但對(duì)后續(xù)的膜土分離和膜雜分離部件有著較高的要求。

俄羅斯政黨政治中幾個(gè)政黨起主要作用、統(tǒng)一俄羅斯黨一黨獨(dú)大的相對(duì)穩(wěn)定格局經(jīng)2003、2007及2011、2016年四次國(guó)家杜馬選舉后，基本得以成型。俄政黨格局自此之后愈發(fā)穩(wěn)定，政黨政治規(guī)范化、法治化、秩序化的程度日益提高，葉利欽時(shí)期政黨良莠摻雜的局勢(shì)被完全扭轉(zhuǎn)，有效的多黨制如普京所設(shè)想建立的那般得以逐步穩(wěn)固、形成了體系，由“有威望的黨”領(lǐng)銜的政黨格局就此被培育起來(lái)了。

2.2.2鏈齒式

鏈齒式收膜部件主要由一對(duì)輸送鏈和安裝在輸送鏈上的耙齒桿組成，如圖7所示。當(dāng)輸送鏈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，耙齒桿上的耙齒帶動(dòng)地膜沿輸送鏈方向運(yùn)動(dòng)，完成收膜動(dòng)作。石河子大學(xué)[23-24]采用鏈齒式收膜機(jī)構(gòu)成果研制了SMS-1500型殘膜回收機(jī)，并通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)方法對(duì)有關(guān)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化；同時(shí)，針對(duì)田間試驗(yàn)出現(xiàn)的問(wèn)題，改進(jìn)了耙齒排布結(jié)構(gòu)，且提高了收膜率。

圖6　4CM系列殘膜回收機(jī)

圖7　鏈齒式收膜部件

鏈齒式收膜部件由于其較長(zhǎng)的輸送行程和可控的挑膜角度，根據(jù)作業(yè)要求可以前置或者后置，在布局方面具有一定優(yōu)勢(shì)；但其對(duì)于碎膜的輸送能力十分有限，且容易將雜物帶人收膜部件，給膜雜分離帶來(lái)困難。

2.2.3升運(yùn)鏈?zhǔn)?/p>

升運(yùn)鏈?zhǔn)绞漳げ考?對(duì)鏈條和鏈條間的圓桿組成，通過(guò)升運(yùn)鏈自身的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)膜與土雜向后輸出。內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)機(jī)械技術(shù)推廣站陳一丁[25]發(fā)明的殘膜回收機(jī)就采用了這種收膜方式。黑龍江省畜牧機(jī)械化研究所李進(jìn)等[26]設(shè)計(jì)的玉米清茬起膜機(jī)同樣采用這種收膜結(jié)構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上增加了橢圓形抖動(dòng)鏈輪，提高了清土效果。

升運(yùn)鏈?zhǔn)绞漳げ考闹饕攸c(diǎn)是在輸送過(guò)程中可初步分離土壤，減輕后續(xù)膜土分離的壓力，但對(duì)土壤性能有一定要求，且容易漏膜。

2.2.4篩鏈?zhǔn)?/p>

新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)韓長(zhǎng)杰等[27]發(fā)明了一種篩鏈?zhǔn)绞漳げ考瑢⑹漳?dòng)作與膜土分離動(dòng)作合二為一，如圖8所示。其工作原理：依靠加靜電裝置經(jīng)負(fù)極加電刷給殘膜撿拾裝置加負(fù)電，加靜電裝置經(jīng)正極加電刷給篩鏈輸送器加正電；帶負(fù)電的殘膜與帶正電的篩鏈輸送器相互吸引并被篩鏈輸送器輸送至集膜箱內(nèi)，完成收膜作業(yè)；而殘膜裝置挑起的碎土經(jīng)篩鏈輸送器的篩孔落在地里。

圖8　篩鏈?zhǔn)绞漳げ考?/p>

2.3　摟集式收膜部件

摟集式收膜部件的主體是按照某種規(guī)律排列的1排或幾排彈齒，在彈齒與膜相對(duì)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，將膜勾住并沿著彈齒相對(duì)于膜的運(yùn)動(dòng)方向進(jìn)行輸送，以此完成收膜動(dòng)作。目前已有的摟集式收膜部件包括密排彈齒式和摟膜連桿式。

2.3.1密排彈齒式

密排彈齒式收膜部件由多排按照一定方式排列的彈齒組成，工作時(shí)由拖拉機(jī)帶動(dòng)，彈齒入土30~50mm，由密排彈齒將地表和淺層的殘膜收集成條，如圖9所示。

圖9　密排彈齒式收膜部件

比較典型的機(jī)型是新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)農(nóng)八師149團(tuán)農(nóng)業(yè)科李小兵[28]設(shè)計(jì)的CMJ-5型密排彈齒式殘膜回收機(jī)，彈齒均為前后雙齒，前排彈齒100根，后排彈齒200根，采用鉸鏈連接方式與機(jī)架連接。新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所王學(xué)農(nóng)等[29]研制的懸掛式棉秸稈還田及殘膜摟集聯(lián)合作業(yè)機(jī)即采用密排彈齒的方式進(jìn)行收膜，并在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上對(duì)摟膜齒的排列進(jìn)行了改進(jìn)，解決了堵塞和壅土的問(wèn)題，且提高了生產(chǎn)率。

密排彈齒式收膜部件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低，對(duì)于平整地的殘膜回收率較高；但生產(chǎn)效率較低，每隔一段時(shí)間就需要升起機(jī)架進(jìn)行卸膜，且卸膜有一定困難，需要人工輔助。

2.3.2摟膜連桿式

摟膜連桿式收膜部件由橫向排列的彈齒和曲柄搖桿機(jī)構(gòu)組成，如圖10所示。工作時(shí)，曲柄旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)安裝在搖桿上的彈齒往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)輸送和摟集殘膜的動(dòng)作。吉林大學(xué)張學(xué)軍等[30]建立了摟膜連桿式收膜機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型，對(duì)該機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)尺寸和運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，得出了最優(yōu)機(jī)構(gòu)尺寸和滿足摟凈率要求的最小曲柄轉(zhuǎn)速。

1.搖桿　2.曲柄　3.摟膜彈齒

摟膜連桿收膜方式解決了摟集式收膜方式經(jīng)常存在的脫膜困難的問(wèn)題，但對(duì)于摟膜彈齒運(yùn)動(dòng)軌跡的設(shè)計(jì)有較高要求，若設(shè)計(jì)不合理將會(huì)發(fā)生膜在彈齒頂端纏繞的現(xiàn)象。

2.4　其他形式收膜部件

除了上述收膜部件以外，還有一些其他形式的收膜部件同樣能完成殘膜在機(jī)具內(nèi)部的空間位置轉(zhuǎn)移，達(dá)到收膜目的。其主要形式包括夾持式、氣力式、振動(dòng)篩式和組合式。

2.4.1夾持式

夾持式收膜部件是利用“夾持”的原理回收殘膜的收膜部件。工作時(shí)，偏心夾持起膜輪轉(zhuǎn)動(dòng)，夾膜板隨起膜輪做圓周運(yùn)動(dòng)；當(dāng)夾膜板接近地膜時(shí)，在夾膜凸輪的作用下夾膜板張開(kāi)，起膜輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，張開(kāi)的兩夾膜板便扎入地表土層；此時(shí)夾膜板另一端離開(kāi)凸輪，在彈簧力作用下夾膜板開(kāi)始閉合，在閉合過(guò)程中地表土層中的殘膜被夾膜板夾住；當(dāng)夾膜板離開(kāi)地面轉(zhuǎn)至殘膜輸送裝置人口時(shí)，夾膜板在脫膜凸輪的作用下張開(kāi)，夾起的殘膜在重力和輸送裝置彈性刮板的作用下進(jìn)入輸送裝置，隨即夾膜板又閉合，在輸送裝置的作用下殘膜進(jìn)入膜箱，即完成一個(gè)收膜過(guò)程。石河子大學(xué)王吉奎等[31]采用夾持式收膜方式設(shè)計(jì)的殘膜回收機(jī)，經(jīng)試驗(yàn)表明地表殘膜拾凈率可達(dá)92%。

夾持式收膜方式能同時(shí)回收不同大小和強(qiáng)度的殘膜碎片，但機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜，且含雜率較高。

2.4.2氣力式

氣力式收膜部件利用風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的氣力將殘膜經(jīng)風(fēng)道吹至集膜箱內(nèi)。一般來(lái)說(shuō)，為了配合氣力式收膜部件順利工作，需要事先將地膜切成較小膜塊，并利用彈齒將膜挑起，以便于氣力輸送。塔里木農(nóng)墾大學(xué)張學(xué)軍等[32]設(shè)計(jì)的氣力式殘膜回收機(jī)，采用正壓氣流輸送原理，解決了殘膜纏掛、堵塞工作部件的問(wèn)題。新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)魯亞云等[33]設(shè)計(jì)了一種氣吹式秋后殘膜回收機(jī)，并且對(duì)有關(guān)部件的參數(shù)進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模和優(yōu)化。

氣力式收膜部件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，布局方便，對(duì)碎膜有其特有優(yōu)勢(shì)；但容易將土、雜一起吸入集膜箱內(nèi)。

2.4.3振動(dòng)篩式

振動(dòng)篩式收膜部件由搖桿、篩架、篩子組及鉸支臂組成。工作時(shí)，進(jìn)入振動(dòng)篩組的大部分土壤通過(guò)篩子上的篩孔在振動(dòng)的作用下漏于地表，小部土壤和全部的殘膜和殘茬在振動(dòng)篩組的振動(dòng)作用下，被運(yùn)送到機(jī)械的后部尾篩，將混入到殘膜和殘茬中的土壤進(jìn)一步進(jìn)行分離。沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)和塔里木大學(xué)[34]聯(lián)合研制了一款振動(dòng)篩式殘膜回收機(jī)，并通過(guò)試驗(yàn)優(yōu)化了收膜部件的部分參數(shù)，提高了順暢性。

該收膜部件對(duì)耕層內(nèi)50～80mm的殘膜回收效果較好，但是遇到土壤過(guò)濕或土塊過(guò)大時(shí)，振動(dòng)篩的工作負(fù)荷較大，土膜分離效果不佳；工作時(shí)，土壤含水量較低時(shí)，機(jī)械工作時(shí)灰塵較大，機(jī)械工作環(huán)境惡劣。

2.4.4組合式

組合式收膜部件不作為一種獨(dú)立的收膜部件，而是由兩個(gè)或多個(gè)收膜部件組合在一起，共同完成膜的空間位移任務(wù)。將不同收膜部件按照合理的順序組合使用，可以充分利用各個(gè)收膜部件的優(yōu)勢(shì)，以適應(yīng)不同的收膜環(huán)境。一般而言，組合式收膜的前一套收膜部件是為了保證后一套收膜部件的順暢性。新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)[33]設(shè)計(jì)了一種氣吹式秋后殘膜回收機(jī)，將滾筒式收膜部件與氣力式收膜部件組合使用。工作時(shí)，撿膜輥齒人土并向前運(yùn)動(dòng)，地表的膜被摟著向前運(yùn)動(dòng)；當(dāng)撿膜輥齒轉(zhuǎn)出地表時(shí)，由略向前彎的齒尖將膜塊挑起，挑起的膜塊在風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的氣流作用下，經(jīng)風(fēng)道而吹至集膜箱。這樣的組合方式避免了土壤進(jìn)入集膜箱，減小了含雜率。青島林豐農(nóng)牧機(jī)械制造有限公司魏學(xué)慶等[35]發(fā)明了一種深層殘膜篩選回收機(jī)，采用篩鏈?zhǔn)绞漳げ考c氣力式收膜部件組合使用，篩鏈?zhǔn)绞漳げ考?duì)膜土進(jìn)行初步篩分，再交接給后續(xù)膜土分離部件，最后干凈的殘膜通過(guò)氣力式收膜部件回收到集膜箱內(nèi)。

組合式收膜部件結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，但可在一定程度上解決單一收膜部件存在的缺陷，為收膜部件的設(shè)計(jì)提供了多樣化思路。

3問(wèn)題與研發(fā)重點(diǎn)

3.1　存在的問(wèn)題

1)工作部件纏繞。收膜部件工作過(guò)程中，由于機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)會(huì)引起膜的黏附與靜電作用，易發(fā)生纏繞，致使機(jī)具無(wú)法正常連續(xù)工作，甚至損壞。例如，伸縮桿齒式收膜部件在桿齒縮進(jìn)滾筒時(shí)，可能發(fā)生將膜一并帶人滾筒內(nèi)的問(wèn)題[6]；再如鏈齒式收膜部件，膜容易附著在耙齒上，若不能及時(shí)脫模清理將導(dǎo)致收膜部件失效。

2)攜帶率不高。攜帶率不高主要表現(xiàn)在收膜部件對(duì)碎膜和深膜攜帶率不高。現(xiàn)有的收膜部件往往只能回收完整性比較好的殘膜和地表大塊的殘膜。如輸送鏈?zhǔn)绞漳げ考?duì)碎膜的回收效果就不甚理想，其耙齒無(wú)法抓取碎膜或碎膜在輸送過(guò)程中掉落的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，在結(jié)束殘膜回收作業(yè)時(shí)小的殘膜碎片在耕地里還是到處可見(jiàn)，回收效果較差。若采用膜土輸送的方式來(lái)提高回收率，又會(huì)造成回收后殘膜清潔度差的問(wèn)題，膜土雜混合嚴(yán)重，不僅無(wú)法二次利用，還形成新的廢棄物群，加大運(yùn)輸成本。滾筒式和摟集式收膜部件也存在同樣的問(wèn)題，對(duì)于中耕層和深耕層里的殘膜回收相當(dāng)少，從而造成了中耕層和深耕層里的殘膜越集越多。目前為止，還沒(méi)有開(kāi)發(fā)出能夠很好解決碎膜和深膜回收問(wèn)題的收膜部件。

3)可靠性差。由于收膜作業(yè)的特殊性和困難性，收膜部件的結(jié)構(gòu)往往比較復(fù)雜。如凸輪滑道彈齒式收膜部件，其彈齒在旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中又包含往復(fù)運(yùn)動(dòng)，因此部件復(fù)雜容易磨損，故障率較高；直接入土的收膜彈齒不可避免地受到地面擠壓和撞擊，若不能回避或抵消外力也容易發(fā)生故障。殘膜回收機(jī)具工作過(guò)程中如果發(fā)生故障，嚴(yán)重影響收膜作業(yè)的順利進(jìn)行，因此對(duì)收膜部件的可靠性設(shè)計(jì)有較高要求[36]。

4)基礎(chǔ)研究匱乏。殘膜回收機(jī)收膜部件缺乏深入基礎(chǔ)研究。目前對(duì)于收膜部件的研發(fā)還停留在對(duì)已有收膜部件形式的改進(jìn)優(yōu)化，僅靠每年的農(nóng)時(shí)作業(yè)試驗(yàn)驗(yàn)證，研究期較長(zhǎng)，缺乏理論研究成果指導(dǎo)[3,37]。如對(duì)于種植方式、土壤性能、作物類型等因素對(duì)收膜方式的影響還沒(méi)有詳細(xì)分析；對(duì)于殘膜治理種植模式與收獲工藝也沒(méi)有系統(tǒng)研究，導(dǎo)致收膜部件的研發(fā)遇到瓶頸，難以在現(xiàn)有技術(shù)上有所突破。

3.2　研發(fā)重點(diǎn)

1)解決纏繞問(wèn)題。解決纏繞問(wèn)題可從3個(gè)方面考慮：一是從加工方面降低工作部件表面的粗糙度，防止因?yàn)槊痰仍蚶p膜；二是從運(yùn)動(dòng)學(xué)角度優(yōu)化收膜工作部件的排布方式與運(yùn)動(dòng)軌跡，降低纏繞的概率；三是從清理部件的角度出發(fā)，為收膜部件提供及時(shí)的清理，從而解決殘膜纏繞的問(wèn)題。

2)發(fā)展組合式收膜部件。單一模式的收膜部件往往只適合某一類型或條件的殘膜回收，而實(shí)際工作中的情況十分復(fù)雜，整膜、碎膜、深膜、土壤和作物莖稈夾雜在一起，單一收膜部件難以解決全部問(wèn)題。因此，可采用組合式收膜部件，將“挑、摟、扎、篩”等收膜動(dòng)作進(jìn)行有效組合，充分利用各類收膜部件的優(yōu)勢(shì)，提高收膜部件攜帶率的同時(shí)對(duì)膜、土、雜進(jìn)行選擇性分離。

3)增強(qiáng)專用性。不同地區(qū)在種植模式、土壤性能、作物類型方面都不盡相同，這些因素對(duì)收膜部件的要求也各不相同。如滾筒式收膜部件不太適應(yīng)壟作環(huán)境的殘膜回收；輸送鏈?zhǔn)绞漳げ考贿m合在黏土中作業(yè)；不同作物的種植與覆膜方式也存在差異。采用一種機(jī)型適應(yīng)多種收膜環(huán)境是不現(xiàn)實(shí)的，因此針對(duì)不同的作業(yè)條件，要在實(shí)際考察與理論研究的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)與之配套的收膜部件，增強(qiáng)收膜部件的專用性。

4結(jié)論

殘膜污染現(xiàn)象已經(jīng)嚴(yán)重威脅到我國(guó)耕地安全，發(fā)展機(jī)械化殘膜回收技術(shù)是必然的、緊迫的，但同時(shí)也是有很大難度的。當(dāng)前殘膜回收機(jī)普遍存在回收率低及故障率高等問(wèn)題，作為殘膜回收機(jī)具的核心部件，收膜部件的優(yōu)化與創(chuàng)新對(duì)提高殘膜回收質(zhì)量重要現(xiàn)實(shí)意義。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)與研究條件，研究合理的收膜工藝，進(jìn)而有針對(duì)性地指導(dǎo)收膜部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化，使殘膜回收機(jī)達(dá)到“專機(jī)專用，優(yōu)質(zhì)高效”的目標(biāo)，爭(zhēng)取早日解決殘膜污染問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

[1]張東興.農(nóng)用地膜的回收問(wèn)題[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1998,3(6):103-106.

[2]何文清,嚴(yán)昌榮,趙彩霞,等.我國(guó)地膜應(yīng)用污染現(xiàn)狀及其防治途徑研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2009,28(3):533-538.

[3]謝建華,侯書(shū)林,劉英超.殘膜清理回收機(jī)具的研究現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題[J].中國(guó)農(nóng)機(jī)化,2012(5):41-44.

[4]曹肆林,王序儉,沈從舉,等.殘膜回收機(jī)械化技術(shù)的專利分析研究[J].中國(guó)農(nóng)機(jī)化,2009(4):48-50.

[5]張木林,王瑋.1MS-800型塑料殘膜回收機(jī)的研究[J].糧油加工與食品機(jī)械,1992(2):7-11.

[6]盧博友,薛少平,薛惠嵐,等.彈齒滾筒式殘膜撿拾機(jī)構(gòu)撿膜特性分析[J].西北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2000(5):100-104.

[7]張東興.殘膜回收機(jī)的設(shè)計(jì)[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1999(6):41-43.

[8]徐新惠,王維新,吳杰,等.滾筒式殘膜回收機(jī)的理論設(shè)計(jì)和試驗(yàn)研究[J].農(nóng)機(jī)化研究,2006(3):123-124.

[9]陳發(fā),史建新,王學(xué)農(nóng),等.弧型齒殘膜撿拾滾筒撿膜的機(jī)理[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2006(6):36-41.

[10]董遠(yuǎn)德,李光新,史建新,等.棉稈集條與殘膜回收聯(lián)合作業(yè)機(jī)設(shè)計(jì)[J].農(nóng)機(jī)化研究,2009,31(3):71-73.

[11]張佳喜,陳發(fā),王學(xué)農(nóng),等.一種新型可自動(dòng)卸膜滾刀式秸稈粉碎殘膜回收聯(lián)合作業(yè)機(jī)的研制[J].中國(guó)農(nóng)機(jī)化,2012(1):122-125.

[12]謝建華,侯書(shū)林,劉英超.一種殘膜回收復(fù)式作業(yè)機(jī)的設(shè)計(jì)[J].農(nóng)機(jī)化研究,2013,35(6):117-119,123.

[13]于振華,王浩宇,許光明,等.大壟雙行膜下滴灌種植模式下的殘膜回收[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù),2012(12):70-71.

[14]張德學(xué),張廣玲,呂釗欽.馬鈴薯地表殘膜回收機(jī)的設(shè)計(jì)[J].農(nóng)機(jī)化研究,2014,36(8):111-113,117.

[15]王春耀,陳發(fā),王學(xué)農(nóng),等.弧形挑膜齒殘膜清理滾筒主要部件的強(qiáng)度分析[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2007(2):76-78.

[16]張佳,楊宛章,韓長(zhǎng)杰,等.驅(qū)動(dòng)耙殘膜回收聯(lián)合作業(yè)機(jī)的殘膜回收部件設(shè)計(jì)研究[J].中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào),2013(3):143-146.

[17]木塔力甫·艾力,張佳.殘膜回收機(jī)挑膜彈齒的有限元分析[J].農(nóng)業(yè)科技與裝備,2014(7):39-41.

[18]馮江,孫偉,尹金東.JM-1400型卷繞式拾膜機(jī)的試驗(yàn)研究[J].農(nóng)機(jī)化研究,2012,34(10):143-147.

[19]薛文瑾,王春耀,朱振中,等.卷膜式棉花苗期殘膜回收機(jī)的設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2005(3):148-149,147.

[20]靳偉,張學(xué)軍,李超新.釘刺式殘膜回收機(jī)的設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研究[J].中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào),2014(4):52-54,58.

[21]蒙賀偉,李進(jìn)江,王能勇,等.梳齒滾筒式殘膜回收機(jī)的設(shè)計(jì)[J].農(nóng)機(jī)化研究,2012,34(3):145-148.

[22]涂良斌.4CM系列殘膜回收整地機(jī)的研制與試驗(yàn)[J].新疆農(nóng)機(jī)化,2012(1):14-15.

[23]王吉奎,付威,王衛(wèi)兵,等.SMS-1500型秸稈粉碎與殘膜回收機(jī)的設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2011(7):168-172.

[24]李斌,王吉奎,蔣蓓,等.SMS-1500型殘膜回收機(jī)的改進(jìn)與起輸膜分析[J].農(nóng)機(jī)化研究,2013,35(4):44-47,51.

[25]張立新,陳一丁.1MC型地膜回收起茬機(jī)推廣使用分析[J].農(nóng)機(jī)科技推廣,2006(8):38.

[26]李進(jìn),李洪德,王宇,等.玉米清茬起膜機(jī):中國(guó)， CN103749014A[P].2014-04-30.

[27]韓長(zhǎng)杰,楊宛章,郭輝,等.一種殘膜回收方法:中國(guó)，LCN102550147A[P].2012-07-11.

[28]李小兵.CMJ-5型春秋兩用密排彈齒式殘膜回收機(jī)[J].新疆農(nóng)機(jī)化,2010(2):12.

[29]王學(xué)農(nóng),陳發(fā),王慶惠,等.懸掛式棉秸稈還田及殘膜摟集聯(lián)合作業(yè)機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研究[J].農(nóng)業(yè)技術(shù)與裝備,2009(4):11-13.

[30]張學(xué)軍,吳成武,馬少輝,等.殘膜回收機(jī)摟膜連桿機(jī)構(gòu)模糊優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2007(9):55-58.

[31]王吉奎,張佳喜,江英蘭,等.夾持式殘膜回收機(jī)研制[J].新疆農(nóng)機(jī)化,2006(6):40-41.

[32]張學(xué)軍,楊瑩,彭桂蘭.氣力式殘膜回收機(jī)的設(shè)計(jì)[J].農(nóng)機(jī)化研究,2002(2):61-62,65.

[33]魯亞云,楊志誠(chéng),楊宛章,等.氣吹式秋后殘膜回收機(jī)的研究[J].新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2005(1):57-60.

[34]馬少輝,張學(xué)軍,任文濤.振動(dòng)篩式殘膜回收機(jī)的理論設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究[J].農(nóng)機(jī)化研究,2008(1):132-133,137.

[35]魏學(xué)慶,張富英,吳江紅,等.一種深層殘膜篩選回收機(jī):中國(guó)，CN104186042A[P].2014-12-10.

[36]閆海濤,努爾夏提·朱馬西.淺析殘膜回收機(jī)性能指標(biāo)及保證措施[J].新疆農(nóng)機(jī)化,2009(3):8-9.

[37]鞏懷仁,謝建華,侯書(shū)林,等.淺析殘膜回收機(jī)現(xiàn)狀及存在問(wèn)題[J].新疆農(nóng)機(jī)化,2014(3):18-21.

Study on the Collecting Component of Plastic Film Residue Collector

Xu Hongbo, Hu Zhichao, Wu Feng, Gu Fengwei

(Nanjing Institute of Agricultural Mechanization, Ministry of Agriculture, Nanjing 210014, China)

Abstract：According to the characteristics and function of mechanized plastic film residue collecting, the paper concluded and divided the composition of plastic film residue collector, besides, the definition and technical requirements of collecting component of plastic film residue collector were definitely described. In the meantime, the types, structural styles, working principles and characteristics of collecting components of existing plastic film residue collector were introduced. At last, this paper analyzed the existing problems and research focus, which provided references for the structural design and optimization of the collecting component of plastic film residue collector.

Key words：plastic film residue collector; collecting component; research status; research focus

中圖分類號(hào)：S223.5；S220.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1003-188X(2016)08-0242-08

作者簡(jiǎn)介：徐弘博(1989-),男，南京人，助理研究員，(E-mail) xhbnjs@163.com。通訊作者：胡志超(1963-)，男，陜西藍(lán)田人，研究員，博士生導(dǎo)師，(E-mail)nfzhongzi@163.com。

基金項(xiàng)目：公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(201503105_08)

收稿日期：2015-08-04