殘膜回收機的輸送機構設計與研究

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，污染環境。為了解決這一問題，殘膜回收機的研發與應用應運而生。本文著重研究針對東北壟作玉米區“大壟雙行”種植模式下殘膜回收機的輸送機構的設計與研究。

關鍵詞：地膜殘留;回收;輸送;機構;設計與研究

中圖分類號：S22

文獻標識碼：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

我國是當今世界上覆膜面積最大的國家，覆膜技術廣泛應用于全國各個地區，僅吉林省已經推廣了66萬hm2，促進了糧食增產，農民增收，調動農民的生產積極性，在增產增收的同時，地膜回收率普遍很低，造成了嚴重的環境污染問題。目前，我國棉花、玉米等農作物主產區的平均地膜殘留量已高達約200kg/hm2 ，殘膜污染治理已進入關鍵時期。機械化殘膜回收技術作為殘膜污染治理的重要手段，受到了廣泛重視和推廣。

覆膜技術帶來農作物增產的同時也導致了嚴重的土質惡化和環境破壞。

1 殘膜回收機的輸送結構發展現狀

我國研究殘膜回收機已經有30多年的歷史，研究開發了十幾種機型，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、鏈式輸送方式等。

現有的殘膜回收機輸送方式，存在分離效果不好，輸送效率低，設計過于復雜，耗能大，受種植模式、種植地區、作物種類限制等問題，尤其對于東北玉米覆膜地區，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作業效率和效果的突出問題。

2 影響輸送的主要因素

2.1 殘膜回收機的工作原理

殘膜回收機其結構簡圖如圖1，殘膜回收機工作原理及工作過程為：殘膜回收機利用拖拉機的三點懸掛裝置懸掛于拖拉機的后部，由拖拉機后動力輸出軸作為動力，經由變速箱輸出軸經傳動裝置帶動輸送帶運轉，向分離滾筒輸送物料，同時帶動分離滾筒轉動進行分離作業，分離后的殘膜根茬向后輸送至集膜筐內，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節，而輸送環節又決定著分離滾筒的工作效率和效果。所以輸送環節很關鍵，在這個環節，主要考慮2個問題：正常的運輸能力;能對物料進行正常初步分離，分離出一部分泥土，減輕物料重量，便于輸送。

東北地區作為世界三大黑土地分布帶之一，土壤肥沃，有機質含量高，土質疏松、最適宜耕作，是世界聞名的黃金玉米帶，出產玉米籽粒飽滿、品質好、產量高。玉米的根系特別發達，牢牢地固定在土壤里，根茬和土緊緊裹在一起，導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環境十分復雜，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 輸送機構的結構設計

鑒于物料的特性，設計組經過幾輪的討論和設計，最終選擇了以下方案;采用桿條式輸送帶作為輸送和預分離部件，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。該機構具有較強的輸送性能，結構簡單，并在傾角達40°左右時也能正常工作。具體結構見圖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，為加強對根茬、土塊的破碎和預分離作用，在皮帶下面安裝有張緊輪，使輸送帶工作面在工作時平穩，不產生打滑、不同步等現象。

4 輸送機構關鍵參數的確定

4.1 輸送量

可根據經驗公式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量

φ—充滿系數

k—傾斜系數

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應略大于機具的前進速度，機器工作時的速度為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。經過試驗符合要求。

4.3 輸送帶傳動系統主要參數

4.3.1 傳動比

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

為保證機具的緊湊，本機采用兩級傳動，第1級轉速較高，采用齒輪傳動，第2級采用鏈傳動。

4.3.2 傳動齒輪的計算

機具在工作時的沖擊載荷較大，故選用齒輪模數4mm，保證齒輪齒廓具有較高的強度。

選定小齒輪齒數 z1=17，大齒輪齒數 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，節距p=19.05mm，排距pt=22.78mm

小鏈輪齒數z3=15，大鏈輪齒數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z5=15，大鏈輪齒數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 研究結論

經過設計、加工、試驗，該套輸送機構滿足東北壟作玉米“大壟雙行”種植模式的殘膜回收機的輸送和預分離的技術要求，生產成本低;以拖拉機為動力，動力來源廣泛;結構合理、可靠，調整、維護方便;性價比高，達到了設計要求。

參考文獻

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（責任編輯 周康）