戴 飛 趙武云 孫 偉 吳正文 宋學(xué)鋒 李 勇

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院， 蘭州 730070； 2.甘肅武威興旺農(nóng)機(jī)制造有限公司， 武威 733018)

馬鈴薯收獲與氣力輔助殘膜回收聯(lián)合作業(yè)機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

戴 飛1趙武云1孫 偉1吳正文2宋學(xué)鋒1李 勇1

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院， 蘭州 730070； 2.甘肅武威興旺農(nóng)機(jī)制造有限公司， 武威 733018)

針對大面積推廣大壟雙行覆膜馬鈴薯栽培模式所造成的田間殘膜污染問題，設(shè)計(jì)了馬鈴薯收獲與氣力輔助殘膜回收聯(lián)合作業(yè)機(jī)，一次作業(yè)可同步實(shí)現(xiàn)薯塊挖掘鋪條與殘膜回收。通過對樣機(jī)關(guān)鍵作業(yè)部件進(jìn)行設(shè)計(jì)選型，確定了階梯挖掘鏟、土薯抖動(dòng)升運(yùn)裝置及浮動(dòng)式氣力卷膜裝置結(jié)構(gòu)及作業(yè)參數(shù)，分析了浮動(dòng)式氣力卷膜裝置作業(yè)過程，得出確保該裝置不產(chǎn)生殘膜滯留堵塞、拉斷及打滑現(xiàn)象的必要條件，對地輪田間行走產(chǎn)生不滑動(dòng)的滾動(dòng)條件進(jìn)行了分析計(jì)算，并完成了樣機(jī)相關(guān)作業(yè)性能試驗(yàn)。田間試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)聯(lián)合作業(yè)機(jī)作業(yè)速度為1.8～2.0 km/h時(shí)，殘膜回收率為91.6%，明薯率為96.8%，傷薯率為2.3%，試驗(yàn)指標(biāo)均達(dá)到了國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，試驗(yàn)結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。

馬鈴薯； 氣力輔助殘膜回收； 收獲； 聯(lián)合作業(yè)機(jī)

引言

地膜覆蓋栽培技術(shù)在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有重要的戰(zhàn)略地位，帶動(dòng)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的顯著提高和生產(chǎn)方式的不斷改進(jìn)，不僅能夠增加農(nóng)作物產(chǎn)量，且可擴(kuò)大其適作區(qū)范圍，尤其在我國北方干旱地區(qū)馬鈴薯、玉米等作物的生產(chǎn)種植中起到了重要作用[1-2]。然而，隨著地膜投入量和應(yīng)用面積越來越大，農(nóng)田殘留地膜污染已呈現(xiàn)日趨嚴(yán)重的態(tài)勢，帶來土壤結(jié)構(gòu)破壞、耕地質(zhì)量下降、作物減產(chǎn)以及農(nóng)事操作受阻、次生環(huán)境污染等一系列不利影響，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，已成為影響旱作農(nóng)業(yè)區(qū)農(nóng)田環(huán)境的重大威脅之一[3-4]。甘肅省作為我國馬鈴薯西北優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)，2014年馬鈴薯覆膜種植面積已達(dá)到4.02×105hm2，主要采用大壟雙行黑色地膜覆蓋栽培模式，每年僅鋪膜種薯新增殘膜高達(dá)近6×104t，是控制殘膜污染的主要領(lǐng)域，迫切需要切實(shí)有效的殘膜治理技術(shù)及配套作業(yè)機(jī)具[5]。

機(jī)械化回收殘膜是解決殘膜污染的主要手段，按作業(yè)季節(jié)殘膜回收可分為：苗期收膜、春播前整地收膜和秋后收膜[6]。受制于旱作農(nóng)業(yè)區(qū)多為雨養(yǎng)地覆膜種植，降雨量小、蒸騰量大，苗期已不能收膜；播前整地時(shí)間緊，且殘膜在田間擱置時(shí)間長破碎嚴(yán)重，殘膜回收率低；馬鈴薯收獲后當(dāng)年使用的地膜強(qiáng)度相對較高，且覆蓋在地表以連片或大塊狀存在，是機(jī)械化回收的較佳時(shí)期，但田間大量地膜滯留及馬鈴薯挖掘后覆土的再次掩埋對于薯塊收獲時(shí)明薯率及后續(xù)殘膜回收率皆產(chǎn)生較大影響。近年來，我國科研工作者針對棉花、玉米作物田間殘膜回收研制了多種機(jī)具，取得了一定成效[7-10]；針對馬鈴薯殘膜回收進(jìn)行了嘗試，但回收工藝仍然以馬鈴薯收獲后地膜的二次撿拾為主，勞動(dòng)強(qiáng)度較大[11]；課題組前期對馬鈴薯挖掘與機(jī)械式殘膜回收聯(lián)合作業(yè)機(jī)進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)，但研發(fā)樣機(jī)作業(yè)耐久性不高，其機(jī)械輸膜、卷膜裝置易產(chǎn)生殘膜堵塞與滯留現(xiàn)象，作業(yè)效果不穩(wěn)定[12]。為此，在一代樣機(jī)基礎(chǔ)上改進(jìn)設(shè)計(jì)一種能夠同步實(shí)現(xiàn)馬鈴薯挖掘收獲與氣力輔助殘膜回收的高性能聯(lián)合作業(yè)機(jī)。

1 整機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)組成

馬鈴薯收獲與氣力輔助殘膜回收聯(lián)合作業(yè)機(jī)主要由階梯挖掘鏟、防地膜纏繞裝置、浮動(dòng)式氣力卷膜裝置、升運(yùn)導(dǎo)膜桿、離心式風(fēng)機(jī)、土薯抖動(dòng)升運(yùn)裝置、減速護(hù)欄、薯塊集條裝置、升降手柄、變速箱、地輪及尾輪等組成，樣機(jī)具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 馬鈴薯收獲與氣力輔助殘膜回收聯(lián)合作業(yè)機(jī)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure diagrams of combined operation machine for potato harvesting and plastic film pneumatic auxiliary collecting1.階梯挖掘鏟 2.防地膜纏繞裝置 3.牽引架 4.機(jī)架 5.浮動(dòng)式氣力卷膜裝置 6.氣流導(dǎo)膜板 7.升運(yùn)導(dǎo)膜桿 8.升降手柄 9.風(fēng)機(jī)帶輪 10.離心式風(fēng)機(jī) 11.薯塊減速護(hù)欄 12.尾輪13.傳動(dòng)帶輪 14.地輪 15.薯塊集條裝置 16.土薯抖動(dòng)升運(yùn)裝置 17.變速箱

其中，階梯挖掘鏟為三階平面組合結(jié)構(gòu)，浮動(dòng)式氣力卷膜裝置主要由卷膜驅(qū)動(dòng)輥、卷膜從動(dòng)輥、卷膜輥、浮動(dòng)滑槽架和氣流導(dǎo)膜板組成，土薯抖動(dòng)升運(yùn)裝置由導(dǎo)向撐鏈輪、升運(yùn)鏈、托鏈輪、抖動(dòng)輪及驅(qū)動(dòng)輪等組成。

1.2 工作原理

圖2 聯(lián)合作業(yè)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)Fig.2 Schematic diagram of transmission system for combined operation machine1.傳動(dòng)軸 2.防地膜纏繞裝置 3.變速箱 4.地輪 5.土薯抖動(dòng)升運(yùn)裝置 6.卷膜驅(qū)動(dòng)輥 7.卷膜從動(dòng)輥 8.離心式風(fēng)機(jī)

傳動(dòng)系統(tǒng)如圖2所示，機(jī)具以三點(diǎn)后懸掛方式與拖拉機(jī)聯(lián)接，通過變速箱將動(dòng)力分別傳遞至整機(jī)兩側(cè)防地膜纏繞裝置與土薯抖動(dòng)升運(yùn)裝置驅(qū)動(dòng)輪上，驅(qū)動(dòng)輪與傳動(dòng)帶輪同軸連接，在帶傳動(dòng)作用下將動(dòng)力傳遞至風(fēng)機(jī)帶輪并進(jìn)一步帶動(dòng)離心式風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；同時(shí)隨著整機(jī)前行地輪轉(zhuǎn)動(dòng)，通過鏈傳動(dòng)將動(dòng)力傳遞至浮動(dòng)式氣力卷膜裝置卷膜驅(qū)動(dòng)輥上，卷膜驅(qū)動(dòng)輥與卷膜從動(dòng)輥通過鏈傳動(dòng)連接轉(zhuǎn)動(dòng)，并在卷膜輥軸兩側(cè)掛接預(yù)緊彈簧的作用下通過接觸式滾動(dòng)方式帶動(dòng)卷膜輥轉(zhuǎn)動(dòng)。

田間作業(yè)時(shí)，階梯挖掘鏟將“膜-土-薯”復(fù)合體同時(shí)疏松掘起，在兩側(cè)防地膜纏繞裝置相向轉(zhuǎn)動(dòng)的作用下順利進(jìn)入土薯抖動(dòng)升運(yùn)裝置，隨著“膜-土-薯”物料的不斷運(yùn)移，大量土壤在抖動(dòng)輪的作用下通過升運(yùn)鏈滑落，當(dāng)“膜-土-薯”物料運(yùn)移至升運(yùn)導(dǎo)膜桿部件時(shí)，“土-薯”物料受自身重力影響滑落至土薯抖動(dòng)升運(yùn)裝置，但田間殘膜由于其連片或大塊狀特性，并在后續(xù)物料的擠推作用下夾雜少許土壤沿著升運(yùn)導(dǎo)膜桿傾斜向上提升；當(dāng)殘膜進(jìn)一步輸送至升運(yùn)導(dǎo)膜桿末端部弧形脫膜齒附近時(shí)，受離心式風(fēng)機(jī)高速氣流作用進(jìn)入浮動(dòng)式氣力卷膜裝置，并在卷膜驅(qū)動(dòng)輥、卷膜從動(dòng)輥、氣流導(dǎo)膜板及卷膜輥的共同作用下完成殘膜回收。與此同時(shí)，“土-薯”物料在土薯抖動(dòng)升運(yùn)裝置的作用下進(jìn)一步輸送，并在薯塊集條裝置的配合下完成挖掘薯塊的帶狀鋪放。作業(yè)機(jī)后置薯塊減速護(hù)欄由樹脂橡膠棒制成，可有效抑制薯塊在升運(yùn)鏈末端的高速拋擲及跌落損傷，降低收獲作業(yè)時(shí)的傷薯率。

1.3 主要技術(shù)指標(biāo)

根據(jù)甘肅省馬鈴薯大壟雙行的主導(dǎo)種植模式及其農(nóng)藝要求，聯(lián)合作業(yè)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 作業(yè)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)
Tab.1 Main technical parameters of operation machine

參數(shù)數(shù)值整機(jī)尺寸(長×寬×高)/(m×m×m)2.10×1.10×0.92工作幅寬/m0.90配套動(dòng)力/kW23.2～29.4掛接方式后三點(diǎn)懸掛整機(jī)質(zhì)量/kg286作業(yè)速度/(km·h-1)1.8～2.0生產(chǎn)率/(hm2·h-1)0.16～0.25殘膜回收率/%≥90明薯率/%≥95傷薯率/%≤5

2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)與參數(shù)確定

2.1 階梯挖掘鏟

如圖3所示，階梯挖掘鏟既要入土阻力小，又要有良好的碎土性能，保證在“膜-土-薯”物料復(fù)合體進(jìn)入土薯抖動(dòng)升運(yùn)裝置前能夠?qū)⑷哌M(jìn)行初步疏松作業(yè)，打破覆蓋在薯塊頂部的“膜-土”板結(jié)層，滿足掘起物料的順利后輸。采用階梯狀挖掘鏟通過3組不同的鏟面傾角(α1、α2、α3)，分別實(shí)現(xiàn)作業(yè)機(jī)低減阻入土、高性能碎土及“膜-土-薯”疏松過程。

圖3 階梯挖掘鏟結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Schematic diagram of ladder digging blade1.鏟體入土段 2.鏟體碎土段 3.鏟體疏松段 4.“膜-土-薯”復(fù)合體

由圖3可以看出，階梯挖掘鏟的入土段、碎土段及“膜-土-薯”復(fù)合體疏松段皆與傾角α有關(guān)，根據(jù)“膜-土-薯”復(fù)合體在鏟體不同功能段的移動(dòng)條件可建立方程[13]

(1)

其中

F=μN(yùn)

(2)

式中P——沿著階梯挖掘鏟移動(dòng)“膜-土-薯”復(fù)合體所需要的力，N

F——鏟面與“膜-土-薯”復(fù)合體摩擦力，N

N——階梯挖掘鏟對“膜-土-薯”復(fù)合體的反作用力，N

G——鏟面上“膜-土-薯”復(fù)合體重力，N

μ——“膜-土-薯”復(fù)合體與階梯挖掘鏟的摩擦因數(shù)

α——鏟面不同作業(yè)功能段的傾角，(°)

由式(1)、(2)計(jì)算得出

(3)

根據(jù)式(3)可以看出，當(dāng)階梯挖掘鏟面傾角α變小時(shí)，“膜-土-薯”復(fù)合體沿著階梯挖掘鏟移動(dòng)所需的力變小，挖掘阻力小，入土性能好，但易出現(xiàn)壅土現(xiàn)象，碎土性能差；當(dāng)階梯挖掘鏟面傾角α變大時(shí)，碎土性能好，但挖掘阻力大[14]。

為保證階梯挖掘鏟鏟刃的自動(dòng)清理，鏟刃斜角、“膜-土-薯”復(fù)合體與階梯挖掘鏟的摩擦因數(shù)應(yīng)滿足[13]

(4)

式中θ——階梯挖掘鏟鏟刃斜角，為50°φ——“膜-土-薯”復(fù)合體與階梯挖掘鏟的摩擦角，(°)

φmax——“膜-土-薯”復(fù)合體與階梯挖掘鏟的最大摩擦角，(°)，取臨界值

由式(4)計(jì)算得出，φmax=40°，μ=0.84。

馬鈴薯收獲機(jī)挖掘鏟傾角α一般應(yīng)在14°～25°之間[15]。因此，依照式(1)～(4)的計(jì)算分析與階梯挖掘鏟實(shí)現(xiàn)的不同功能要求，取鏟體總長L=310 mm，鏟寬H=110 mm。其中，鏟體AB段傾角應(yīng)取較小值，α1取16°、LAB=140 mm；中部鏟體BC段傾角增大有利于碎土，α2取23°，為降低挖掘阻力，同時(shí)縮短鏟體長度，LBC=75 mm；為使受到擠壓的“膜-土-薯”復(fù)合體折彎疏松，鏟體CD段傾角應(yīng)取較小值，α3取13°。為防止階梯挖掘鏟前部鏟刃受力過大而出現(xiàn)應(yīng)力集中，鏟體AB段與BC段過渡處以R=10 mm的加工圓弧過渡，鏟體CD段通過銷釘與主鏟體鉸接。整機(jī)挖掘入土角可根據(jù)其后置升降手柄進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2.2 土薯抖動(dòng)升運(yùn)裝置

如圖4所示，土薯抖動(dòng)升運(yùn)裝置由導(dǎo)向撐鏈輪、升運(yùn)鏈、托鏈輪、抖動(dòng)輪及驅(qū)動(dòng)輪等部件組成。當(dāng)整機(jī)作業(yè)時(shí)，該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)“膜-土-薯”復(fù)合體的提升輸運(yùn)及大部分土壤的抖動(dòng)篩分，并最終完成薯塊的后置拋落。為保證“膜-土-薯”復(fù)合體充分疏松分離，土薯抖動(dòng)升運(yùn)裝置有效輸運(yùn)距離為1 300 mm，升運(yùn)寬度為900 mm；抖動(dòng)輪選用三頭型，其大節(jié)圓半徑為R=58 mm，小節(jié)圓半徑為r=36 mm，能夠使升運(yùn)鏈實(shí)現(xiàn)22 mm的理論振動(dòng)幅值。

圖4 土薯抖動(dòng)升運(yùn)裝置示意圖Fig.4 Schematic diagrams of soil-potato dither conveyor device1.導(dǎo)向撐鏈輪 2.托鏈輪 3.升運(yùn)鏈 4.驅(qū)動(dòng)輪 5.抖動(dòng)輪

升運(yùn)線速度、抖動(dòng)輪轉(zhuǎn)速及抖動(dòng)頻率對于“膜-土-薯”復(fù)合體的疏松分離起著至關(guān)重要的作用，是影響土薯抖動(dòng)升運(yùn)裝置作業(yè)性能的關(guān)鍵參數(shù)。

其中，土薯抖動(dòng)升運(yùn)裝置升運(yùn)最低線速度[13]為

(5)

其中

式中vmin——升運(yùn)最低線速度，m/sg——重力加速度，取9.8 m/s2K——系數(shù)

由式(5)計(jì)算得出：K=0.62，vmin=0.96 m/s。

因此，土薯抖動(dòng)升運(yùn)裝置升運(yùn)線速度不應(yīng)當(dāng)小于0.96 m/s，與此同時(shí)土薯抖動(dòng)升運(yùn)裝置升運(yùn)線速度還應(yīng)與整機(jī)的前進(jìn)作業(yè)速度相匹配。升運(yùn)線速度過小會(huì)減小“膜-土-薯”復(fù)合體的提升速度，產(chǎn)生物料擁堵現(xiàn)象，降低聯(lián)合作業(yè)機(jī)工作效率；升運(yùn)線速度過大會(huì)導(dǎo)致“膜-土-薯”復(fù)合體疏松分離效果變差，降低整機(jī)明薯率與殘膜回收率。試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)整機(jī)前進(jìn)作業(yè)速度為0.50～0.55 m/s，匹配的土薯抖動(dòng)升運(yùn)裝置升運(yùn)線速度v為1.0～1.1 m/s時(shí)，整機(jī)土薯升運(yùn)作業(yè)效果較佳。因此，土薯抖動(dòng)升運(yùn)裝置相關(guān)重要參數(shù)均在此條件下確定。

土薯抖動(dòng)升運(yùn)裝置中被動(dòng)式抖動(dòng)輪轉(zhuǎn)速與升運(yùn)線速度、抖動(dòng)輪周長的關(guān)系[13]為

(6)

其中

式中n——抖動(dòng)輪轉(zhuǎn)速，r/minL1——抖動(dòng)輪周長，m

由式(6)計(jì)算得出抖動(dòng)輪周長L1=0.3 m，抖動(dòng)輪轉(zhuǎn)速n為200～220 r/min。

在土薯抖動(dòng)升運(yùn)裝置中，當(dāng)抖動(dòng)輪類型及其轉(zhuǎn)速確定情況下，對應(yīng)的抖動(dòng)頻率為

(7)

式中f——抖動(dòng)頻率，HzZ——抖動(dòng)輪凸頂數(shù)，取3

由式(7)計(jì)算得出f為10.0～11.0 Hz。

因此，當(dāng)聯(lián)合作業(yè)機(jī)田間工作前進(jìn)速度為0.50～0.55 m/s時(shí)，土薯抖動(dòng)升運(yùn)裝置相應(yīng)的升運(yùn)線速度可達(dá)1.0～1.1 m/s，裝置選取周長為0.3 m的三頭型抖動(dòng)輪，其轉(zhuǎn)速在200～220 r/min之間，對應(yīng)抖動(dòng)頻率保持在10.0～11.0 Hz之間，能夠?qū)崿F(xiàn)22 mm的理論振動(dòng)幅值，在此作業(yè)參數(shù)條件下整機(jī)土薯升運(yùn)性能良好。

2.3 浮動(dòng)式氣力卷膜裝置

2.3.1 結(jié)構(gòu)組成與工作原理

如圖5所示，浮動(dòng)式氣力卷膜裝置安裝在土薯抖動(dòng)升運(yùn)裝置上端部，主要由卷膜驅(qū)動(dòng)輥、卷膜從動(dòng)輥、卷膜輥、浮動(dòng)滑槽架、氣流導(dǎo)膜板、升運(yùn)導(dǎo)膜桿及離心式風(fēng)機(jī)等組成。當(dāng)整機(jī)田間作業(yè)時(shí)，地輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)并通過鏈條II將動(dòng)力傳遞至卷膜驅(qū)動(dòng)輥處，卷膜驅(qū)動(dòng)輥端部同軸安裝有兩個(gè)同類型鏈輪，并將動(dòng)力通過鏈條I傳遞至卷膜從動(dòng)輥處(均為順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度ω2=ω3=15 rad/s)，卷膜輥在其輥軸兩側(cè)掛接的預(yù)緊彈簧、卷膜驅(qū)動(dòng)輥和卷膜從動(dòng)輥的共同作用下產(chǎn)生相對逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖5 浮動(dòng)式氣力卷膜裝置結(jié)構(gòu)圖Fig.5 Structure diagram of floating pneumatic curl-up film mechanism1.升運(yùn)鏈 2.地輪 3.鏈條I 4.卷膜驅(qū)動(dòng)輥 5.浮動(dòng)滑槽架 6.氣流導(dǎo)膜板 7.卷膜輥 8.卷膜從動(dòng)輥 9.鏈條II 10.升運(yùn)導(dǎo)膜桿 11.離心式風(fēng)機(jī)

為保證卷膜從動(dòng)輥能夠?qū)㈦x心式風(fēng)機(jī)高速氣流吹送過來的殘膜瞬時(shí)抓取送移，卷膜從動(dòng)輥表面圓周陣列設(shè)置有8組紋桿元件；氣流導(dǎo)膜板下端部與卷膜驅(qū)動(dòng)輥形成閉合區(qū)域，上端部沿著卷膜輥頂部切線方向延伸，通過氣流導(dǎo)膜板與離心式風(fēng)機(jī)的風(fēng)送配合，既實(shí)現(xiàn)了殘膜的順向引導(dǎo)卷收，又降低了薯秧、土壤與殘膜的混合夾雜程度；卷膜輥由4組弧形葉片組成，與其左、右軸套配合安裝，當(dāng)殘膜纏繞至預(yù)定厚度時(shí)可將兩邊的軸套與葉片分離，并將弧形葉片直接從殘膜卷中抽出，完成卸膜作業(yè)。

2.3.2 作業(yè)過程分析

浮動(dòng)式氣力卷膜裝置作業(yè)過程如圖6所示，當(dāng)“膜-土-薯”復(fù)合體經(jīng)階梯挖掘鏟疏松作用并沿著升運(yùn)鏈向上提升輸送時(shí)，疏松的復(fù)合體物料在整機(jī)前進(jìn)速度、升運(yùn)鏈速度的作用下先沿著升運(yùn)導(dǎo)膜桿向上運(yùn)移，其中薯塊、大量土壤在重力影響下，沉降至整機(jī)土薯抖動(dòng)升運(yùn)裝置上并向后運(yùn)輸；此時(shí)連片或大塊狀的殘膜仍然留在升運(yùn)導(dǎo)膜桿上，并進(jìn)一步沿著升運(yùn)導(dǎo)膜桿向上運(yùn)移。

圖6 浮動(dòng)式氣力卷膜裝置作業(yè)過程Fig.6 Operation process of floating pneumatic curl-up film mechanism1.風(fēng)機(jī)氣流 2.卷膜從動(dòng)輥 3.浮動(dòng)滑槽架 4.卷膜輥 5.氣流導(dǎo)膜板 6.卷膜驅(qū)動(dòng)輥 7.田間殘膜 8.升運(yùn)導(dǎo)膜桿

整機(jī)田間作業(yè)過程中發(fā)現(xiàn)，大部分殘膜纏繞回收時(shí)以間斷大塊狀存在，僅少量殘膜呈連片狀態(tài)[16]。當(dāng)殘膜為間斷的大塊狀升運(yùn)至導(dǎo)膜桿尾部弧形脫膜齒部位時(shí)，受到沿著該弧形脫膜齒公法線方向風(fēng)機(jī)高速氣流的吹送與引導(dǎo)，殘膜在卷膜從動(dòng)輥上紋桿的摩擦牽引，及卷膜輥兩側(cè)預(yù)緊彈簧力、卷膜驅(qū)動(dòng)輥的輔助作用下不斷傳輸，最終依靠離心式風(fēng)機(jī)氣流、氣流導(dǎo)膜板的輔助導(dǎo)向及卷膜輥的纏繞轉(zhuǎn)動(dòng)完成殘膜回收(殘膜與卷膜輥之間的摩擦因數(shù)約為0.20)；當(dāng)殘膜為少量連片狀時(shí)，風(fēng)機(jī)高速氣流仍然起到對殘膜進(jìn)入浮動(dòng)式氣力卷膜裝置的引導(dǎo)作用，但當(dāng)連片狀殘膜進(jìn)入裝置內(nèi)部后，離心式風(fēng)機(jī)部分氣流由于受到連片狀殘膜阻擋難以從正面方向進(jìn)入導(dǎo)膜板下端部與卷膜驅(qū)動(dòng)輥形成閉合區(qū)域，使得大量高速氣流換向從卷膜輥纏繞拉伸殘膜的左右端部空隙進(jìn)入閉合區(qū)域，實(shí)現(xiàn)對殘膜兩側(cè)的風(fēng)送式輔助作業(yè)，同樣在氣流導(dǎo)膜板作用下完成相同作業(yè)原理的殘膜回收。

2.3.3 浮動(dòng)卷膜裝置機(jī)構(gòu)參數(shù)

如圖7所示，浮動(dòng)卷膜裝置主要由卷膜從動(dòng)輥、卷膜驅(qū)動(dòng)輥及卷膜輥組成，三者的滾筒半徑均為r1=r2=r3=75 mm。裝置中卷膜驅(qū)動(dòng)輥與卷膜從動(dòng)輥轉(zhuǎn)速相同，卷膜輥在其輥軸兩側(cè)掛接彈簧預(yù)緊力的作用下產(chǎn)生相反方向的轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖7 浮動(dòng)卷膜裝置Fig.7 Device of floating curl-up film1.氣流導(dǎo)膜板 2.浮動(dòng)滑槽架 3.卷膜從動(dòng)輥 4.卷膜驅(qū)動(dòng)輥5.預(yù)緊彈簧 6.卷膜輥 7.田間殘膜

為保證升運(yùn)導(dǎo)膜桿運(yùn)移的殘膜能及時(shí)被卷膜輥卷起，且避免因卷膜輥轉(zhuǎn)速過慢或過快引起的地膜滯留堵塞或拉斷現(xiàn)象，需保證在相同時(shí)間內(nèi)地輪前進(jìn)距離應(yīng)與卷膜輥卷起的地膜長度一致。由于卷膜輥始終被緊壓在卷膜驅(qū)動(dòng)輥與卷膜從動(dòng)輥上，因此三者的輪緣線速度相等[17]；當(dāng)浮動(dòng)卷膜裝置如圖7a進(jìn)行殘膜卷膜前空載狀態(tài)時(shí)，卷膜輥與卷膜驅(qū)動(dòng)輥、卷膜從動(dòng)輥中心連線夾角α4取65°，可得

ω2r2=ω3r3=ω4r1

(8)

式中ω4——卷膜輥空載角速度，rad/s

由式(8)計(jì)算得出卷膜輥空載角速度ω4=15 rad/s。

當(dāng)浮動(dòng)卷膜裝置如圖7b進(jìn)行殘膜卷膜作業(yè)時(shí)，卷膜輥直徑為變量，可得

(9)

(10)

F1=K1b2

(11)

式中ω′4——卷膜后卷膜輥角速度，rad/sr′1——纏繞了殘膜后的卷膜輥半徑，mm

α4——卷膜輥空載時(shí)與卷膜驅(qū)動(dòng)輥、卷膜從動(dòng)輥中心連線夾角，(°)，取65°

α5——卷膜后卷膜輥與卷膜驅(qū)動(dòng)輥、卷膜從動(dòng)輥中心連線夾角，(°)

b1——卷膜厚度，mm

b2——卷膜輥在浮動(dòng)滑槽內(nèi)向上的浮動(dòng)位移，mm

F1——彈簧預(yù)緊力，N

K1——倔強(qiáng)系數(shù)，取1 350 N/m

按照試驗(yàn)計(jì)算，每回收0.5 hm2地殘膜卷膜厚度約為25 mm，要求當(dāng)達(dá)到該厚度時(shí)進(jìn)行卸膜，即b1≤25 mm，計(jì)算中卷膜厚度取最大值25 mm。

由式(9)～(11)計(jì)算得出殘膜卷膜回收作業(yè)完成后卷膜輥與卷膜驅(qū)動(dòng)輥、卷膜從動(dòng)輥中心連線夾角α5=53.7°，卷膜輥在浮動(dòng)滑槽內(nèi)向上的浮動(dòng)位移b2=25 mm，卷膜滿載后卷膜輥角速度ω′4=11.25 rad/s，彈簧預(yù)緊力F1=33.75 N。

因此，由參數(shù)確定結(jié)果可以看出：當(dāng)浮動(dòng)卷膜裝置從開始卷膜至卸膜作業(yè)時(shí)，卷膜輥與卷膜驅(qū)動(dòng)輥、卷膜從動(dòng)輥中心連線夾角由65°減小至53.7°，卷膜輥在浮動(dòng)滑槽內(nèi)向上浮動(dòng)高度為25 mm，卷膜輥的角速度由15 rad/s降低至11.25 rad/s，卷膜輥與浮動(dòng)滑槽架相連接彈簧預(yù)緊力為33.75 N，確保浮動(dòng)卷膜裝置不發(fā)生殘膜滯留堵塞、拉斷及卷膜打滑現(xiàn)象。

2.3.4 離心式風(fēng)機(jī)關(guān)鍵參數(shù)

離心式風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速n1、風(fēng)量Q、風(fēng)機(jī)全壓p是決定離心式風(fēng)機(jī)作業(yè)性能的重要參數(shù)，其中離心式風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速n1=1 200 r/min；按照試驗(yàn)過程中升運(yùn)導(dǎo)膜桿弧形脫膜齒處的殘膜質(zhì)量為4.5～5.1 g計(jì)算，殘膜懸浮速度為2.0～2.4 m/s[18]。由于田間收回的殘膜覆有部分泥土、夾雜薯秧等雜質(zhì)，因此實(shí)際風(fēng)機(jī)氣流速度應(yīng)高于臨界殘膜懸浮風(fēng)度，風(fēng)機(jī)氣流速度v1越大對氣流吹送導(dǎo)膜越有利，但消耗功率隨之增大，綜合考慮風(fēng)機(jī)氣流速度v1取3.2 m/s。離心式風(fēng)機(jī)氣流出口設(shè)計(jì)為矩形，其橫截面尺寸為180 mm×360 mm(長×寬)，可得風(fēng)機(jī)氣流出口面積A=0.065 m2。

離心式風(fēng)機(jī)風(fēng)量Q計(jì)算式[19]為

Q=v1A

(12)可計(jì)算得出離心式風(fēng)機(jī)風(fēng)量Q=0.21 m3/s。

離心式風(fēng)機(jī)全壓p計(jì)算式為

p=pd+ps

(13)

其中

式中ps——離心式風(fēng)機(jī)出口靜壓，Pa，利用排氣試驗(yàn)裝置測得離心式風(fēng)機(jī)工作時(shí)的出口靜壓ps=173.5 Pa

pd——?dú)饬鞒隹趧?dòng)壓，Pa

ρ——空氣密度，取1.2 kg/m3

由式(13)可計(jì)算得出離心式風(fēng)機(jī)氣流出口動(dòng)壓pd=6.1 Pa，全壓p=179.6 Pa。

2.3.5 地輪行走作業(yè)條件分析

浮動(dòng)式氣力卷膜裝置中卷膜驅(qū)動(dòng)輥、從動(dòng)輥及卷膜輥的作業(yè)動(dòng)力皆由聯(lián)合作業(yè)機(jī)地輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)，地輪在田間行走出現(xiàn)的附著能力差(行走打滑)或受阻強(qiáng)度大而無法轉(zhuǎn)動(dòng)均對作業(yè)效果產(chǎn)生重要影響，因此，需要對地輪田間行走產(chǎn)生不滑動(dòng)的滾動(dòng)條件進(jìn)行分析計(jì)算。

圖8 地輪受力示意圖Fig.8 Force diagrams of wheel1.輪輞 2.輪爪 3.田間土壤

如圖8a所示，聯(lián)合作業(yè)機(jī)地輪由半徑r4為230 mm的鋼制輪輞及輪爪組成，12組輪爪以地輪回轉(zhuǎn)中心O點(diǎn)為基準(zhǔn)均布排列，則地輪輪爪與其垂直中心線的夾角α6為15°。當(dāng)整機(jī)前進(jìn)作業(yè)時(shí)，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)行走的地輪需克服田間土壤、軸承摩擦力矩及地輪帶動(dòng)其他部件所需扭矩等的阻礙作用(阻力矩為Mt)，以地輪輪爪OB扎入田間土壤B點(diǎn)瞬間狀態(tài)建立方程，獲得能使地輪產(chǎn)生不滑動(dòng)的滾動(dòng)條件[20]

(14)

其中

Rmax=frW

(15)

式中P1——地輪所受的拉力，NRmax——地輪滾動(dòng)時(shí)與土壤支撐面接觸力的水平分力之和最大值，N

W——聯(lián)合作業(yè)機(jī)地輪所承受的載荷，取2 600 N

kc——地輪滾動(dòng)時(shí)土壤支撐面接觸力的水平分力之和、鉛垂分力之和交點(diǎn)與地輪垂直中心線的距離，m

h——地輪滾動(dòng)時(shí)土壤支撐面接觸力的水平分力之和、鉛垂分力之和交點(diǎn)與地輪水平中心線的距離，m

fr——輪爪入土后地輪滾動(dòng)摩擦因數(shù)，取0.60

由圖8b幾何關(guān)系可以得出

(16)

由式(14)～(16)計(jì)算得出能使地輪田間行走產(chǎn)生不滑動(dòng)的滾動(dòng)條件為

即整機(jī)田間作業(yè)時(shí)，地輪所受到的拉力應(yīng)當(dāng)小于或等于1 560 N，地輪需克服田間土壤、軸承摩擦力矩及其帶動(dòng)卷膜驅(qū)動(dòng)輥、從動(dòng)輥及卷膜輥轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力扭矩應(yīng)小于191.9 N·m。

3 田間試驗(yàn)與分析

3.1 試驗(yàn)條件

2015年10月，在甘肅省定西市安定區(qū)香泉鎮(zhèn)進(jìn)行了馬鈴薯收獲與氣力輔助殘膜回收聯(lián)合作業(yè)機(jī)田間作業(yè)性能試驗(yàn)。試驗(yàn)用地尺寸為300 m×80 m，土壤為黃綿土，含水率約為13.6%，馬鈴薯種植品種為新大坪，采用大壟雙行覆膜種植模式，如圖9a所示，其中壟體高為180～200 mm，壟體寬為800～850 mm，種植行距為400 mm，兩壟體中心線位置相距1 200 mm，結(jié)薯深度為100～120 mm。聯(lián)合作業(yè)機(jī)田間作業(yè)回收黑色殘膜厚度為0.01 mm、寬度為1 200 mm，按照馬鈴薯大壟雙行機(jī)械化起壟覆膜種植作業(yè)農(nóng)藝要求，壟體兩側(cè)覆土厚度為30～40 mm，膜上覆土厚度為35～45 mm，因此，田間回收殘地膜幾乎全部被土壤、薯秧翻埋覆蓋，故在馬鈴薯收獲與氣力輔助殘膜回收聯(lián)合作業(yè)機(jī)工作前，試驗(yàn)地預(yù)先進(jìn)行殺秧處理不會(huì)對覆蓋地膜造成較大損傷，試驗(yàn)地況如圖9b所示。

圖9 試驗(yàn)地示意圖Fig.9 Schematic diagrams of experiment field1.大壟壟體 2.壟溝 3.馬鈴薯薯秧 4.薯塊

3.2 試驗(yàn)方法

按照樣機(jī)預(yù)期實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)功能，結(jié)合國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 25412—2010《殘地膜回收機(jī)》和NY/T 648—2002《馬鈴薯收獲機(jī)質(zhì)量評價(jià)技術(shù)規(guī)范》規(guī)定的試驗(yàn)方法進(jìn)行馬鈴薯收獲與氣力輔助殘膜回收聯(lián)合作業(yè)機(jī)田間作業(yè)性能試驗(yàn)(如圖10所示)，聯(lián)合作業(yè)機(jī)動(dòng)力選取東方紅-300型拖拉機(jī)，標(biāo)定功率為22.1 kW，整機(jī)作業(yè)速度控制在1.8～2.0 km/h。其中，選取殘膜回收率、明薯率、傷薯率作為試驗(yàn)現(xiàn)場能夠體現(xiàn)整機(jī)工作性能的測試指標(biāo)，同時(shí)考察階梯挖掘鏟、土薯抖動(dòng)升運(yùn)裝置、浮動(dòng)式氣力卷膜裝置的工作運(yùn)轉(zhuǎn)情況。

圖10 田間作業(yè)性能試驗(yàn)Fig.10 Field performance test of combined operation machine

規(guī)定試驗(yàn)小區(qū)以單一壟體寬度(800～850 mm)為基準(zhǔn)，測定區(qū)長度為20 m，試驗(yàn)小區(qū)在試驗(yàn)地中隨機(jī)選取，馬鈴薯收獲與殘膜回收試驗(yàn)重復(fù)10次，試驗(yàn)結(jié)果取10次試驗(yàn)測定指標(biāo)的平均值。其中，殘膜回收率、明薯率、傷薯率計(jì)算式[21-23]為

(17)

(18)

(19)

其中

m=m2+m3+m4

式中T1——?dú)埬せ厥章剩?m1——聯(lián)合作業(yè)機(jī)回收殘膜的質(zhì)量(卷膜輥上殘膜質(zhì)量)，g

m0——試驗(yàn)小區(qū)覆蓋地膜總質(zhì)量，g

T2——明薯率，%

T3——傷薯率，%

m——總薯質(zhì)量，kg

m2——明薯質(zhì)量，kg

m3——傷薯質(zhì)量，kg

m4——埋薯質(zhì)量和漏挖薯質(zhì)量，kg

3.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

馬鈴薯收獲與氣力輔助殘膜回收聯(lián)合作業(yè)機(jī)田間試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 田間試驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Result of field experiment %

由試驗(yàn)結(jié)果可以得出，馬鈴薯收獲與氣力輔助殘膜回收聯(lián)合作業(yè)機(jī)殘膜回收率(91.6%)、明薯率(96.8%)及傷薯率(2.3%)均達(dá)到國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，能夠?qū)崿F(xiàn)馬鈴薯挖掘集條鋪放與殘膜回收的聯(lián)合作業(yè)過程。階梯挖掘鏟與“膜-土-薯”復(fù)合體的高性能疏松行為接觸，保證了三者后續(xù)的二次有效分離；氣力輔助殘膜回收既降低了傳統(tǒng)收獲工藝配套下機(jī)具的進(jìn)地次數(shù)，又協(xié)同薯塊挖掘的同時(shí)及時(shí)完成殘膜回收，減少了田間表面覆蓋物的滯留，間接提高了作業(yè)機(jī)明薯率，降低了回收殘膜的含雜率；土薯抖動(dòng)升運(yùn)裝置運(yùn)行平穩(wěn)，在升運(yùn)鏈末端樹脂橡膠減速護(hù)欄的配合作用下有效降低收獲作業(yè)時(shí)的傷薯率；浮動(dòng)式氣力卷膜裝置工作過程可靠，能夠隨著“卷膜-卸膜”作業(yè)過程進(jìn)行其動(dòng)態(tài)工作參數(shù)的不斷適應(yīng)與調(diào)整，依靠離心式風(fēng)機(jī)高速氣流、氣流導(dǎo)膜板的吹送導(dǎo)向及卷膜輥的轉(zhuǎn)動(dòng)纏繞最大限度完成殘膜回收。

試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)整機(jī)作業(yè)速度保持在1.8～2.0 km/h范圍內(nèi)時(shí)，殘膜回收率較高且相對穩(wěn)定；當(dāng)聯(lián)合作業(yè)機(jī)前進(jìn)速度過高時(shí)，“膜-土-薯”復(fù)合體與階梯挖掘鏟相互作用時(shí)間縮短不能夠充分疏松分離，殘膜在升運(yùn)導(dǎo)膜桿弧形脫膜齒處有較大量的滯留，地輪產(chǎn)生滑移，影響殘膜進(jìn)入浮動(dòng)式氣力卷膜裝置的及時(shí)性與準(zhǔn)確性；當(dāng)?shù)剌嗈D(zhuǎn)速增加后，卷膜輥速度相繼提高，在纏繞過程中對殘膜產(chǎn)生撕扯而發(fā)生斷裂，進(jìn)而影響殘膜回收的連續(xù)性與膜片的完整性。因此，有待于后續(xù)進(jìn)一步試驗(yàn)優(yōu)化。殘膜回收過程表明，由于馬鈴薯大壟雙行起壟覆膜種植模式的特殊農(nóng)藝要求(壟體兩側(cè)覆土厚度為30～40 mm，膜上覆土厚度為35～45 mm)，掩埋于壟體表面土壤內(nèi)的黑色地膜保持基本完整，這也是保證浮動(dòng)式氣力卷膜裝置工作過程可靠、殘膜回收率高的主要原因之一。

4 結(jié)論

(1)通過對階梯挖掘鏟、土薯抖動(dòng)升運(yùn)裝置及浮動(dòng)式氣力卷膜裝置重要作業(yè)部件進(jìn)行設(shè)計(jì)與選型，并完成其關(guān)鍵參數(shù)計(jì)算確定，研制了馬鈴薯收獲與氣力輔助殘膜回收聯(lián)合作業(yè)機(jī)，該機(jī)能夠較好解決田間馬鈴薯薯塊與覆蓋地膜同步機(jī)械化聯(lián)合回收的作業(yè)難題。

(2)采用所設(shè)計(jì)的階梯挖掘鏟通過不同的鏟體傾角，能夠?qū)崿F(xiàn)將“膜-土-薯”復(fù)合體充分挖掘疏松，保證復(fù)合體物料后續(xù)的二次有效分離；土薯抖動(dòng)升運(yùn)裝置抖動(dòng)頻率合理，升運(yùn)速度穩(wěn)定，可實(shí)現(xiàn)“膜-土-薯”復(fù)合體的充分分離與輸送，并在其后置樹脂橡膠減速護(hù)欄的配合作用下有效降低聯(lián)合作業(yè)機(jī)傷薯率；通過對地輪田間行走產(chǎn)生不滑動(dòng)的滾動(dòng)條件進(jìn)行分析計(jì)算，確保浮動(dòng)式氣力卷膜裝置工作過程可靠，能夠隨著“卷膜-卸膜”作業(yè)過程對其動(dòng)態(tài)工作參數(shù)進(jìn)行適應(yīng)與調(diào)整，最大限度完成殘膜回收。

(3)田間試驗(yàn)表明，馬鈴薯收獲與氣力輔助殘膜回收聯(lián)合作業(yè)機(jī)作業(yè)后殘膜回收率為91.6%，明薯率為96.8%，傷薯率為2.3%，田間性能試驗(yàn)指標(biāo)均達(dá)到了國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，試驗(yàn)結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。

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7 謝建華，侯書林，付宇，等. 殘膜回收機(jī)彈齒式拾膜機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析與試驗(yàn)[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2013，44(增刊1)：94-99. XIE Jianhua, HOU Shulin, FU Yu, et al. Motion analysis and experiment on spring-tooth mulching plastic film collector[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2013, 44(Supp.1):94-99. (in Chinese)

8 李斌，王吉奎，胡凱，等. 殘膜回收機(jī)順向脫膜機(jī)理分析與試驗(yàn)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2012，28(21)：23-28. LI Bin, WANG Jikui, HU Kai, et al. Analysis and test of forward film removing mechanism for polythene film collector[J]. Transactions of the CSAE, 2012, 28(21):23-28. (in Chinese)

9 楊麗，張東興，侯書林，等. 玉米苗期地膜回收機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)分析與試驗(yàn)[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2010，41(12)：29-34. YANG Li, ZHANG Dongxing, HOU Shulin, et al. Analysis of structural parameters and experiment of plastic film collector for corn fields during seedling period[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2010, 41(12):29-34. (in Chinese)

10 王學(xué)農(nóng)，史建新，郭俊先，等. 懸掛式棉稈粉碎還田摟膜機(jī)摟膜機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2008，24(1)：135-140. WANG Xuenong, SHI Jianxin, GUO Junxian, et al. Experimental study and design on film raking mechanism of hanging film raker with cotton-stalk crushing and returning to field[J]. Transactions of the CSAE, 2008, 24(1):135-140. (in Chinese)

11 呂釗欽，張磊，張廣玲，等. 鏈條導(dǎo)軌式地膜回收機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2015，31(18)：48-54. Lü Zhaoqin, ZHANG Lei, ZHANG Guangling, et al. Design and test of chain guide rail-type plastic film collector[J]. Transactions of the CSAE, 2015, 31(18):48-54. (in Chinese)

12 李勇，趙武云，戴飛，等. 馬鈴薯挖掘與殘膜回收聯(lián)合作業(yè)機(jī)的研制與試驗(yàn)[J]. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2016，42(1)：102-107. LI Yong, ZHAO Wuyun, DAI Fei, et al. Development and experiment of combined operation machine for potato harvesting and plastic film collecting[J]. Journal of Hunan Agricultural University: Natural Sciences, 2016, 42(1):102-107. (in Chinese)

13 中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院. 農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(下冊)[M]. 北京：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社，2007.

14 魏宏安，王蒂，連文香，等. 4UFD-1400 型馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)的研制[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2013，29(1)：11-17. WEI Hongan, WANG Di, LIAN Wenxiang, et al. Development of 4UFD-1400 type potato combine harvester[J]. Transactions of the CSAE, 2013, 29(1):11-17. (in Chinese)

15 呂金慶，田忠恩，楊穎，等. 4U2A 型雙行馬鈴薯挖掘機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2015，31(6)：17-24. Lü Jinqing, TIAN Zhongen, YANG Ying, et al. Design and experimental analysis of 4U2A type double-row potato digger[J]. Transactions of the CSAE, 2015, 31(6):17-24. (in Chinese)

16 張佳喜，王學(xué)農(nóng)，張麗，等. 農(nóng)田地膜拉伸性能變化對纏繞式回收的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2015，31(20)：41-47. ZHANG Jiaxi, WANG Xuenong, ZHANG Li, et al. Effects of mechanical tensile properties of plastic film on plastic recycling method[J]. Transactions of the CSAE, 2015, 31(20):41-47. (in Chinese)

17 楊麗，劉佳，張東興，等. 棉花苗期地膜回收機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J/OL]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2010，41(增刊)：73-77. YANG Li, LIU Jia, ZHANG Dongxing, et al. Design and experiment of plastic film collector for cotton fields during seedling period[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2010, 41(Supp.):73-77. (in Chinese)

18 李斌. 后置鏈齒耙式殘膜回收機(jī)工作機(jī)理研究[D]. 石河子：石河子大學(xué)，2013. LI Bin. Research on residual film recycling mechanism of rear chain harrowmachine[D]. Shihezi: Shihezi University, 2013.(in Chinese)

19 胡凱，王吉奎，李斌，等. 棉稈粉碎還田與殘膜回收聯(lián)合作業(yè)機(jī)研制與試驗(yàn)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2013，29(19)：24-32. HU Kai, WANG Jikui, LI Bin, et al. Development and experiment of combined operation machine for cotton straw chopping and plastic film collecting[J]. Transactions of the CSAE, 2013, 29(19):24-32. (in Chinese)

20 北京農(nóng)業(yè)工程大學(xué). 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)(上冊)[M]. 北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1994.

21 吳建民，李輝，孫偉，等. 撥指輪式馬鈴薯挖掘機(jī)試驗(yàn)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2011，27(7)：173-177. WU Jianmin, LI Hui, SUN Wei, et al. Experiment on poke finger wheel type potato digger[J]. Transactions of the CSAE, 2011, 27(7):173-177. (in Chinese)

22 GB/T 25412—2010 殘地膜回收機(jī)[S]. 2010.

23 NY/T 648—2002 馬鈴薯收獲機(jī)質(zhì)量評價(jià)技術(shù)規(guī)范[S]. 2002.

Design and Experiment of Combined Operation Machine for Potato Harvesting and Plastic Film Pneumatic Auxiliary Collecting

DAI Fei1ZHAO Wuyun1SUN Wei1WU Zhengwen2SONG Xuefeng1LI Yong1

(1.CollegeofEngineering,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou730070,China2.GansuWuweiBusinessFlourishesAgriculturalMachineryManufacturingCo.,Ltd.,Wuwei733018,China)

According to the problems of field plastic film pollution caused by the cultivation pattern of potato big ridge double line which was promoted in large area in Northwest China, the combined operation machine for potato harvesting and plastic film pneumatic auxiliary collecting was designed, which had synchronous implementation function of potato harvesting and plastic film pneumatic collecting. Based on design and selection of key operation parts for the prototype, the structure and operation parameters of ladder digging blade, soil-potato dither conveyor device and floating pneumatic curl-up film mechanism were determined. The operation process of floating pneumatic curl-up film mechanism was analyzed and the conditions to make sure that the floating pneumatic curl-up film mechanism did not produce the phenomenon of plastic film remained and jam, tensile and skid were achieved, the conditions of wheel did not slip but rolling in the field were analyzed and calculated. For the relevant work performance test of prototype, the field experiment results showed that when the operation speed of the combined operation machine was 1.8～2.0 km/h, the plastic film collecting ratio was 91.6%, the obvious ratio of potato was 96.8% and the injury ratio of potato was 2.3%, which met the relevant work quality evaluation specification requirements, and also the experiment results met the design requirements of combined operation machine. The research achievement would provide an important reference for root-tuber crop collecting machine development under plastic film mulching cultivation.

potato； plastic film pneumatic auxiliary collecting； harvesting； combined operation machine

10.6041/j.issn.1000-1298.2017.01.009

2016-01-24

2016-02-19

農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201503105)和甘肅省科技重大專項(xiàng)計(jì)劃項(xiàng)目(143NKDJ018)

戴飛(1987—)，男，講師，主要從事北方旱區(qū)作物生產(chǎn)裝備工程研究，E-mail: daifei@gsau.edu.cn

趙武云(1966—)，男，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事旱區(qū)農(nóng)業(yè)工程技術(shù)與裝備研究，E-mail: zhaowy@gsau.edu.cn

S223.5

A

1000-1298(2017)01-0064-09