一种直秆作物苗期残膜回收机构设计

一种直秆作物苗期残膜回收机构设计
刘英超;谢建华;侯书林;徐晓峰;霍丽丽
【摘要】随着地膜覆盖栽培面积的不断增加,废膜污染越来越严重.为了对苗期废膜回收利用,研制合理的残膜回收机是目前亟待解决的问题.该机主要工作时,松土铲先将压在边膜上的土疏松,收膜轮齿将膜卷起,使膜与土壤脱离开,起膜铲帮助收膜轮齿扶膜,卸膜轮组将膜从收膜齿上卸下,并及时收集到集膜箱内；卸膜轮通过收膜轮转动,利用链传动来传递动力；待箱满后在地头将膜卸下,以防止地膜留在田间造成污染,使膜能够充分回收利用.试验时,采用18kW拖拉机牵引,行进速度为3.6km/h,残膜收净率为90％,机具的双行作业生产率为0.504hm2/h.
【期刊名称】《农机化研究》
【年(卷),期】2013(035)005
【总页数】5页(P81-84,91)
【关键词】回收机;拾膜;卸膜;校核
【作者】刘英超;谢建华;侯书林;徐晓峰;霍丽丽
【作者单位】中国农业大学,北京 100083;北京农业职业学院,北京 102208;新疆农业大学,乌鲁木齐830000;中国农业大学,北京 100083;中国农业大学,北京 100083;中国农业大学,北京 100083
【正文语种】中文
【中图分类】S223.5
0 引言
地膜覆盖栽培技术自20世纪70年代末引人我国以来，以其增温、保墒、抑制杂
草生长、增加作物产量为显著特点，是大幅度提高作物生产产量、缩短作物的生长期，使作物提早上市的一项切实可行的技术，深受广大农民的欢迎，已在我国许多地方迅速推广。

在地膜覆盖产生巨大的经济和社会效益的同时，如何减轻和消除残膜的污染问题已经成为社会日益关注的事情。

我国北方地区土壤粘重，且地膜比较薄，经常被拉断，所以要结合我国实际进行苗期地膜回收机的研制。

在玉米和棉花等作物中耕作业时揭膜回收，此时由于地膜使用时间短，破坏不严重，作物在苗期时地膜比较完整，老化较轻，膜上的土又很少，有利于收膜;残膜收起后，同时进
行中耕作业。

玉米揭膜时的高度大约为50cm。

在头水前揭膜必须注意以下几个问题:一是揭膜后必须及时灌水(一般不超过3～5天)，否则由于水分蒸发量过大造成干旱，影响作物正常生长甚至导致作物枯萎，所以苗期揭膜适用于水源充足的地区。

二是揭膜时必须配合人工除草或喷洒除草剂以抑制杂草生长。

要求揭膜机对准行距，尽量不要伤到苗。

1 整机结构与工作原理
1.1 整机结构
该机整体结构包括收膜部件、卸膜部件、松土铲、起膜铲、集膜箱、仿形架、机架以及护苗板等，如图1所示。

1.2 工作原理
该机收膜时，能够保持较完整的地膜，并将土壤以及杂物分离开。

该机械收膜的主要工艺过程为:松土—入土—拾膜—膜杂分离—脱膜—集膜。

松土铲先将压在边膜上的土疏松，由收膜轮齿将膜卷起，使膜与土壤脱离开。

起膜铲帮助收膜轮齿扶膜。

卸膜轮组将膜从收膜齿上卸下，并及时收集到集膜箱内。

卸膜轮通过收膜轮转动，
用链传动来传递动力。

待箱满后在地头将膜卸下，以防止地膜留在田间造成污染，使膜能够充分回收利用。

机构工作时，考虑到地膜的塑性变形，为使地膜保持张紧的程度，有利于残膜可靠收起，同时利于挂在膜上的土块在拾膜轮转动时靠重力自由滑落，不至于留在残膜内，避免造成二次覆土，使收起的膜无杂土，以便于膜的回收利用。

为保证拾膜工作的可靠性，收膜轮的转速与牵引机构的前进速度之间需要满足条件为
式中υ驱动—牵引机构的前进速度;
D1—收膜轮的直径;
n1—收膜轮的转速。

图1 整机结构Fig.1 The structure of whole machine
1.3 主要技术指标和基础参数
本机构一次作业可实现残膜拾膜卸膜回收工作。

主要技术参数:
收净率/%:≥85
伤苗率/%:≤5
单行生产率/hm2·h-1:0.25
适应垄距/mm:700
地膜宽度/mm:600
地膜厚度/mm: ＞0.008
机具:双行
工作幅/mm:1 400
配套动力/kW:18(中型轮式拖拉机)
2 主要部件设计［3，5］
2.1 收膜部件
收膜部件［9-10］为轮齿式收膜部件，适宜玉米、高粱等有硬根茬地的残膜回收。

它靠收膜轮沿地面滚动，将挑膜齿压入地下挑起废膜。

其主要零件为收膜滚筒部件和挑膜齿组。

其中，收膜滚筒部件由滚筒轴端盖(两侧各1个)、滚筒轴、滚动轴承、滚动轴承套筒、弹性挡圈、滚筒轴套(与收膜轮侧板焊接在一起)等组成;挑膜齿组由挑膜齿、挑膜齿套筒、开口销、挑膜齿轴组成。

滚筒外圈直径取700mm，滚筒外圈材料选用厚5mm，宽130mm的普通钢板，将钢板卷起焊接成滚筒。

为安装挑膜齿，其轴向均匀打有3个孔，周向平均分布
10组。

滚筒侧板直径为690mm，厚5mm普通钢板。

圆筒与侧板焊接而成。

机构工作时，保证每个抓膜齿每次抓膜都能够得到2～3次的卸膜过程，使卸膜及时可靠。

卸膜轮的转速与收膜轮的转速之间需要满足条件为
式中 n1—收膜轮的转速;
n2—卸膜轮的转速;
z1—收膜轮的齿数;
z2—卸膜轮的齿数。

收膜轮圆筒上配有6个挑膜齿，每排3个。

若周向挑膜齿过多，膜收起时容易撕断，且卸膜时不宜连续，会有碎片落在土壤里;挑膜齿过少时，膜不容易收起，容
易滑落。

挑膜齿形状选用弧型齿，用径向长为120mm、直径为8mm的钢丝做成(挑膜齿入土深度为55～85mm)。

由于弧形齿比直齿容易卸膜，且挑入地下时，
可以有一定的弹性变形，使齿和齿轴不容易断裂，进而增加其寿命。

其材料选择为45钢，热处理为860℃水淬，回火温度150℃ 并保温 40min［2，11］。

经分析，这种材料的齿耐磨性和硬度都比较好，完全满足使用要求。

其齿形及配置形式如图2所示。

卷膜轮及挑膜齿运动轨迹方程［1，6-7］为(x，y 挑膜齿尖的运动轨迹坐标)为
其中，R为滚筒半径，L为挑膜齿径向长度。

其轨迹线如图3所示。

图2 齿形及配置形式Fig.2 The form of tooth shape and configuration
图3 挑膜齿运动轨迹图Fig.3 Trajectory map of pick film tooth
其速度和加速度方程分别为
速度和加速度的曲线轨迹如图4所示，由式(3)～式(5)、图3和图4可见，收膜轮齿可以完成入土、起膜和上拉膜过程，使其齿可以在地表弯入土层，膜插入齿上，其速度最低，进入土壤可靠，且完全将齿插入膜下，将膜附在挑膜齿上。

待滚筒转过一定角度时齿离开地面后残膜随齿一起转起，完成拾膜动作。

转起后的齿随机具运动，其速度迅速增加。

因为该设计为随动式，拖拉机牵引该机具前进时，滚筒做纯滚动运动，且拾膜时速度低，因此在拾起过程中膜完全吸附在拾膜齿上，不易被拉断。

2.2 卸膜部件
其作用是使膜顺利从收膜轮上卸下，并将膜输送到集膜箱内。

安装时，要保证与收膜轮齿有一定的位置和速度关系，使其顺利将膜刮下且不刮断。

卸膜部件由卸膜滚筒部件、卸膜齿组等组成。

卸膜滚筒部件由滚筒轴端盖、滚筒轴、滚动轴承、滚动轴承套筒、弹性挡圈、滚筒轴套组成;卸膜齿组由卸膜齿、卸膜齿套筒、开口销、卸膜齿轴组成。

滚筒外圈材料选用厚5mm、宽130mm的普通钢板，滚筒侧板直径为120mm、厚5mm普通钢板。

圆筒与侧板焊接而成。

为使膜从收膜轮齿上全部卸下，卸膜轮齿的配置为圆筒上配有4组挑膜齿，每排4个;选用弧径向长为120mm、直径为8mm的钢丝做成，同收膜轮齿的设计。

其
配置形式如图5所示。

卸膜轮的动力由收膜轮轴提供，这样方便使收膜轮与卸膜轮同步，顺利将膜卸下，两轮运动方向相反，所以选用链传动来进行动力传递。

在收膜轮轴上面安装1个
大链轮，在卸膜轮轴上安装1个小链轮。

图4 挑膜齿速度加速度轨迹曲线图Fig.4 Speed acceleration trajectory curve
of pick film tooth tip
图5 卸膜轮滚筒形状及齿的配置Fig.5 Unloading film round drum shape and tooth configuration
3 田间试验
3.1 机具连续运行时间
试验在河北廊坊试验农场进行，在玉米苗期进行残膜回收。

集膜箱的长、宽、高分别为 500，200，350mm。

垄作玉米的垄距700mm，膜宽600mm，膜厚为
0.008mm，膜收集到箱里有一定的空隙，集膜箱膜所占的比率为40%。

机具前行速度为1m/s，当集膜箱集满时，机具前行3 500m。

所以，机具可以连续运行3 500m，相当于机具可以连续运行58min，即作业面
积0.49hm2;然后停机，到地头将膜卸下，继续工作。

3.2 机具作业生产率
试验选用18kW轮式拖拉机牵引，其行进速度为V0=1m/s。

根据滚筒纯滚动行走原理，滚筒的纵向速度为 V1=2V0=2m/s，则回收残膜生产率为［4，8］
式中 Q—生产率(mg/h);
H—残膜厚度(m);
r—土壤的密度(mg/m3)。

其中，土壤密度r为单位体积土壤的烘干质量，一般土壤密度在 2.6 ～2.8Mg/m3，
通常取 2.65mg/m3;H=0.008m;B0=0.13m。

残膜回收机回收残膜的生产率为
该机具的生产率为Q机=VB1=0.504hm2/h。

其双幅作业为 0.504hm2/h，单幅为 0.252hm2/h，符合设计要求。

3.3 试验结果
残膜收净率/%:90
伤苗率/%:3
作业生产率/hm2·h-1:0.504
4 结论
1)为保证压在膜上的土疏松，且膜完整连续，松土铲的位置要在起膜轮之前，待松土铲完全将土输送后，收膜轮齿开始接触已疏松土壤，将膜挑起。

2)安装时，要注意保证收膜轮齿与卸膜轮齿的相对位置配合关系，使卸膜轮顺利卸膜，且不使膜断裂。

3)集膜箱与机架焊接时，要注意在不与收膜轮齿干涉下，尽可能贴近收膜轮，以使卸下的膜能够顺利被卸膜轮运送到集膜箱内。

4)注意切膜刀的安放位置。

由于多次田间试验，注意切膜刀齿的方向，寻找最佳安放位置。

参考文献:
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