殘膜回收機脫膜機構的研究現狀及發展趨勢

王 茜，溫浩軍※，陳學庚，緱海嘯

（1.石河子大學機械電氣工程學院，新疆石河子832000；2.農業部西北農業裝備重點實驗室）

0 引言

地膜覆蓋栽培是一種廣泛應用于農業生產的先進種植技術，具有增溫保墑、改善土壤狀況、抑制雜草生長、提高作物產量、縮短作物生長周期等作用，對我國農作物的增產增效具有重要意義[1-2]。棉花作為新疆的支柱產業，為達到增產增效的目的，在播種時全部采用鋪膜種植方式。由于地膜回收技術的不成熟，無法保證地膜全部回收，連年覆膜使土壤污染加劇，因此，解決棉花生產殘膜污染已經成為當務之急[3]。

為降低殘膜污染危害，國內外均投入了大量人力物力來解決殘膜回收問題并研制出了多種殘膜回收機，這類機具通常由起膜機構、撿拾機構、脫膜機構和卸模機構等部件組成，而脫膜機構作為殘膜回收機中關鍵環節之一，其性能的好壞直接影響著殘膜回收率[4]。目前，我國現有脫膜方式主要分為人工脫膜和機械脫膜。人工脫膜工作效率低，勞動強度大，難以持久高強度工作，制約了機械化作業的應用和發展，而機械化脫膜效果較差。本文在查閱文獻資料的基礎上，對殘膜回收機脫膜機構的研究現狀以及存在問題進行分析，為脫膜機構的進一步研究和設計提供參考依據。

1 國外殘膜回收機研究現狀

國外對于殘膜回收機的研究較早，為減少殘膜對農業生產造成的危害，在地膜的質量及標準方面做了嚴格的管控。農用地膜厚度普遍大于0.02 mm，使用年限通常為2～3年，具有抗拉性能好、不易破損撕裂、易于機械回收的優點[11]。

由于國外生產應用的地膜較厚，殘膜回收機整體結構簡單，多采用卷收原理，研究側重于收卷膜部件，脫膜過程主要依靠地膜自身的抗拉特性，因此國外對脫膜裝置的研究較少。

2 國內脫膜機構的研究現狀

相較于國外，我國農用地膜厚度在0.006~0.008 mm之間，地膜厚度、抗拉強度以及抗破損能力的不同造成國內外地膜回收機關鍵部件在結構形式上有較大差異[12]。從現有機具來看，不同機具有不同脫膜機理和脫膜機構，機具的整體性能也存在差異。

2.1 彈齒式殘膜回收機脫膜機構

彈齒式殘膜回收機脫膜機構（圖1）主要由脫膜架和脫膜刮板等組成，機具采用脫膜刮板旋轉脫膜方式脫膜[5]。為防止脫膜機構影響作業效果，作業前將脫膜架調至摟膜彈齒頂端。工作時，摟膜彈齒進行地膜摟集，當摟膜彈齒儲膜空間上的殘膜足夠多時，對殘膜進行脫卸。脫膜過程中，彈齒對殘膜向上運動的作用力小于摩擦力時，部分膜雜混合物依靠重力脫落，同時脫膜機構通過脫膜架帶動脫膜刮板繞中心軸回轉將吸附在彈齒上的膜脫下，使殘膜脫落至合適區域。

圖1 脫膜機構的工作原理

2.2 夾指鏈式殘膜回收機脫膜機構

夾指鏈式殘膜回收機脫膜機構（圖2）主要由刮板總成、曲柄搖桿機構和膜雜分離機構組成[6]。機具采取順向脫膜的方式，曲柄搖桿機構上安裝刮板與夾指及夾指鏈，由于刮板運動軌跡對殘膜受力有影響，因此要求刮板與夾指及夾指鏈的重合度好。工作時，收膜裝置中的夾指及夾指鏈將地表的殘膜夾起向上輸送，夾指在轉過上收膜輪的過程中逐漸張開，部分殘膜在重力作用下自行脫落，未脫落的殘膜通過曲柄搖桿機構往復運動驅動刮板，改變其運動角度，將夾指及夾指鏈間的殘膜刮落，完成脫膜作業。

圖2 夾指鏈式殘膜回收機結構示意

2.3 釘齒滾筒式殘膜回收機脫膜機構

釘齒滾筒式殘膜回收機脫膜機構（圖3）主要由脫膜軸和脫膜罩組成[7]。通過滾筒帶動釘齒旋轉撿拾回收殘膜，依靠撿拾機構自身的旋轉產生的離心力以及脫膜機構的配合將殘膜脫下送至集膜箱。脫膜葉片均布在脫膜軸圓周上，作業時，葉片與撿拾滾筒運動方向相反，脫膜軸帶動脫膜葉片轉動，逆向脫膜，當撿膜釘齒上的殘膜與脫膜葉片接觸時，殘膜受脫膜葉片作用從釘齒脫落至輸送管道，完成脫膜。

圖3 釘齒滾筒式脫膜機構示意

2.4 伸縮桿齒式殘膜回收機脫膜機構

伸縮桿齒式殘膜回收機的脫膜機構（圖4）主要由脫膜輥筒、刮板和外罩組成，彈齒固定機構與脫膜滾筒采用偏心配置[8]。作業時，滾筒逆時針旋轉，彈齒在脫膜滾筒的長條孔內相對運動，當彈齒在滾筒下部伸出最長時進行挑膜作業，殘膜沿脫膜滾筒壁向上輸送，彈齒伸出長度逐漸變小，送至脫膜輥筒下部，脫膜輥上設有刮板，使刮板運動軌跡圓與脫膜滾筒外壁圓相切，保證作業時刮板與脫膜滾筒接觸，彈齒上的殘膜順利脫下并輸到脫膜大輥，脫膜大輥轉動并借助外罩的作用，形成向上運動的氣流，使殘膜做離心運動，完成脫膜作業。

圖4 伸縮桿齒式殘膜回收機脫膜裝置

3 關鍵部件設計

我國在殘膜回收機具方面的研究已有30多年，從現有的殘膜回收機來看，雖然種類繁多，但殘膜回收技術仍存在許多缺陷。

彈齒式殘膜回收機一般采用刮板脫膜，易收集地表或淺層殘膜，撿拾的殘膜含雜率較高，脫膜時彈齒易變形，發生干涉，造成脫膜困難；鏈齒式殘膜回收機適合撿拾破損程度低的殘膜，運輸過程中依靠殘膜自身的重力以及脫膜葉片的拍打使殘膜脫落，由于殘膜具有吸附性，脫膜輥易發生纏繞，影響機具的順暢作業。釘齒滾筒式殘膜回收機解決了碎小殘膜撿拾回收問題，但碎小殘膜易吸附于滾筒表面，導致脫膜機構無法將殘膜正常脫落，殘膜纏繞機具造成堆積現象，影響機具穩定性。伸縮桿齒式殘膜回收機采用偏心機構來控制桿齒運動軌跡，齒桿反復收縮易與滾筒產生碰撞，造成部件損傷，易將殘膜帶入機構內部，影響脫膜效果。

4 脫膜機構發展展望

通過研究分析我國殘膜回收機具的脫膜裝置，可以發現脫膜裝置的脫膜機理多為通過機械部件的相互配合完成脫膜，在脫膜過程中依靠殘膜自身重力以及脫膜機構對殘膜的作用使其脫落。由于殘膜的物料特性以及機構之間的相互配置關系，導致脫膜機構的性能不佳，存在殘膜纏繞、機具堵塞、脫膜率底等問題，基于此現狀對脫膜機構的發展提出建議。

（1）加強標準化地膜的使用。根據我國強制性國家標準《農用地膜》規范，禁止生產使用厚度小于0.008 mm的聚乙烯地膜。提高塑料地膜的厚度、力學性能以及耐候性能，使地膜在脫膜作業時符合殘膜回收機的拉扯、纏繞的工作指標，更利于機械收膜。

（2）改善脫膜機構的材質。不同殘膜回收機的脫膜裝置對土壤和地膜吸附特性存在差異，為更好地使殘膜脫落，減少殘膜粘附纏繞對脫膜性能的影響，因盡量選擇與殘膜接觸，吸附效果差的橡膠類材料。

（3）提高機構與整機的配合精度。加工精度的提高使脫膜機構與機具其他部件的配合更精準，避免因零部件之間的碰撞變形而導致部件發生磨損，引起脫膜機構故障的發生。精確配合可提高脫膜的順暢性，保證脫膜性能的穩定。

（4）提高脫膜機構的自動化水平。利用液壓技術及電子監控技術來控制脫膜作業的穩定性，使脫膜機構向自動化、智能化的方向發展，對脫膜作業實時監測，保證脫膜過程的順暢，應用機電液一體化的理念更利于殘膜回收機未來的發展。

（5）加大脫膜機構對整膜的脫落。普通脫膜機構對整膜的脫落效果較差，脫膜過程中的拍打加劇殘膜損傷，脫落的殘膜碎片化嚴重，因此需要加大對整膜脫落的研究，保證殘膜的完整性，便于殘膜回收再利用。