王 茜，溫浩軍※，陳學(xué)庚，緱海嘯

（1.石河子大學(xué)機(jī)械電氣工程學(xué)院，新疆石河子832000；2.農(nóng)業(yè)部西北農(nóng)業(yè)裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）

0 引言

地膜覆蓋栽培是一種廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的先進(jìn)種植技術(shù)，具有增溫保墑、改善土壤狀況、抑制雜草生長(zhǎng)、提高作物產(chǎn)量、縮短作物生長(zhǎng)周期等作用，對(duì)我國(guó)農(nóng)作物的增產(chǎn)增效具有重要意義[1-2]。棉花作為新疆的支柱產(chǎn)業(yè)，為達(dá)到增產(chǎn)增效的目的，在播種時(shí)全部采用鋪膜種植方式。由于地膜回收技術(shù)的不成熟，無(wú)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(chǎn)殘膜污染已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急[3]。

為降低殘膜污染危害，國(guó)內(nèi)外均投入了大量人力物力來(lái)解決殘膜回收問(wèn)題并研制出了多種殘膜回收機(jī)，這類機(jī)具通常由起膜機(jī)構(gòu)、撿拾機(jī)構(gòu)、脫膜機(jī)構(gòu)和卸模機(jī)構(gòu)等部件組成，而脫膜機(jī)構(gòu)作為殘膜回收機(jī)中關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，其性能的好壞直接影響著殘膜回收率[4]。目前，我國(guó)現(xiàn)有脫膜方式主要分為人工脫膜和機(jī)械脫膜。人工脫膜工作效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，難以持久高強(qiáng)度工作，制約了機(jī)械化作業(yè)的應(yīng)用和發(fā)展，而機(jī)械化脫膜效果較差。本文在查閱文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，對(duì)殘膜回收機(jī)脫膜機(jī)構(gòu)的研究現(xiàn)狀以及存在問(wèn)題進(jìn)行分析，為脫膜機(jī)構(gòu)的進(jìn)一步研究和設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

1 國(guó)外殘膜回收機(jī)研究現(xiàn)狀

國(guó)外對(duì)于殘膜回收機(jī)的研究較早，為減少殘膜對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成的危害，在地膜的質(zhì)量及標(biāo)準(zhǔn)方面做了嚴(yán)格的管控。農(nóng)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(jī)械回收的優(yōu)點(diǎn)[11]。

由于國(guó)外生產(chǎn)應(yīng)用的地膜較厚，殘膜回收機(jī)整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，多采用卷收原理，研究側(cè)重于收卷膜部件，脫膜過(guò)程主要依靠地膜自身的抗拉特性，因此國(guó)外對(duì)脫膜裝置的研究較少。

2 國(guó)內(nèi)脫膜機(jī)構(gòu)的研究現(xiàn)狀

相較于國(guó)外，我國(guó)農(nóng)用地膜厚度在0.006~0.008 mm之間，地膜厚度、抗拉強(qiáng)度以及抗破損能力的不同造成國(guó)內(nèi)外地膜回收機(jī)關(guān)鍵部件在結(jié)構(gòu)形式上有較大差異[12]。從現(xiàn)有機(jī)具來(lái)看，不同機(jī)具有不同脫膜機(jī)理和脫膜機(jī)構(gòu)，機(jī)具的整體性能也存在差異。

2.1 彈齒式殘膜回收機(jī)脫膜機(jī)構(gòu)

彈齒式殘膜回收機(jī)脫膜機(jī)構(gòu)（圖1）主要由脫膜架和脫膜刮板等組成，機(jī)具采用脫膜刮板旋轉(zhuǎn)脫膜方式脫膜[5]。為防止脫膜機(jī)構(gòu)影響作業(yè)效果，作業(yè)前將脫膜架調(diào)至摟膜彈齒頂端。工作時(shí)，摟膜彈齒進(jìn)行地膜摟集，當(dāng)摟膜彈齒儲(chǔ)膜空間上的殘膜足夠多時(shí)，對(duì)殘膜進(jìn)行脫卸。脫膜過(guò)程中，彈齒對(duì)殘膜向上運(yùn)動(dòng)的作用力小于摩擦力時(shí)，部分膜雜混合物依靠重力脫落，同時(shí)脫膜機(jī)構(gòu)通過(guò)脫膜架帶動(dòng)脫膜刮板繞中心軸回轉(zhuǎn)將吸附在彈齒上的膜脫下，使殘膜脫落至合適區(qū)域。

圖1 脫膜機(jī)構(gòu)的工作原理

2.2 夾指鏈?zhǔn)綒埬せ厥諜C(jī)脫膜機(jī)構(gòu)

夾指鏈?zhǔn)綒埬せ厥諜C(jī)脫膜機(jī)構(gòu)（圖2）主要由刮板總成、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和膜雜分離機(jī)構(gòu)組成[6]。機(jī)具采取順向脫膜的方式，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)上安裝刮板與夾指及夾指鏈，由于刮板運(yùn)動(dòng)軌跡對(duì)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(shí)，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(zhuǎn)過(guò)上收膜輪的過(guò)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(guò)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)往復(fù)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)刮板，改變其運(yùn)動(dòng)角度，將夾指及夾指鏈間的殘膜刮落，完成脫膜作業(yè)。

圖2 夾指鏈?zhǔn)綒埬せ厥諜C(jī)結(jié)構(gòu)示意

2.3 釘齒滾筒式殘膜回收機(jī)脫膜機(jī)構(gòu)

釘齒滾筒式殘膜回收機(jī)脫膜機(jī)構(gòu)（圖3）主要由脫膜軸和脫膜罩組成[7]。通過(guò)滾筒帶動(dòng)釘齒旋轉(zhuǎn)撿拾回收殘膜，依靠撿拾機(jī)構(gòu)自身的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力以及脫膜機(jī)構(gòu)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(yè)時(shí)，葉片與撿拾滾筒運(yùn)動(dòng)方向相反，脫膜軸帶動(dòng)脫膜葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，逆向脫膜，當(dāng)撿膜釘齒上的殘膜與脫膜葉片接觸時(shí)，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(jī)構(gòu)示意

2.4 伸縮桿齒式殘膜回收機(jī)脫膜機(jī)構(gòu)

伸縮桿齒式殘膜回收機(jī)的脫膜機(jī)構(gòu)（圖4）主要由脫膜輥筒、刮板和外罩組成，彈齒固定機(jī)構(gòu)與脫膜滾筒采用偏心配置[8]。作業(yè)時(shí)，滾筒逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，彈齒在脫膜滾筒的長(zhǎng)條孔內(nèi)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)彈齒在滾筒下部伸出最長(zhǎng)時(shí)進(jìn)行挑膜作業(yè)，殘膜沿脫膜滾筒壁向上輸送，彈齒伸出長(zhǎng)度逐漸變小，送至脫膜輥筒下部，脫膜輥上設(shè)有刮板，使刮板運(yùn)動(dòng)軌跡圓與脫膜滾筒外壁圓相切，保證作業(yè)時(shí)刮板與脫膜滾筒接觸，彈齒上的殘膜順利脫下并輸?shù)矫撃ご筝?，脫膜大輥轉(zhuǎn)動(dòng)并借助外罩的作用，形成向上運(yùn)動(dòng)的氣流，使殘膜做離心運(yùn)動(dòng)，完成脫膜作業(yè)。

圖4 伸縮桿齒式殘膜回收機(jī)脫膜裝置

3 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

我國(guó)在殘膜回收機(jī)具方面的研究已有30多年，從現(xiàn)有的殘膜回收機(jī)來(lái)看，雖然種類繁多，但殘膜回收技術(shù)仍存在許多缺陷。

彈齒式殘膜回收機(jī)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(shí)彈齒易變形，發(fā)生干涉，造成脫膜困難；鏈齒式殘膜回收機(jī)適合撿拾破損程度低的殘膜，運(yùn)輸過(guò)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(fā)生纏繞，影響機(jī)具的順暢作業(yè)。釘齒滾筒式殘膜回收機(jī)解決了碎小殘膜撿拾回收問(wèn)題，但碎小殘膜易吸附于滾筒表面，導(dǎo)致脫膜機(jī)構(gòu)無(wú)法將殘膜正常脫落，殘膜纏繞機(jī)具造成堆積現(xiàn)象，影響機(jī)具穩(wěn)定性。伸縮桿齒式殘膜回收機(jī)采用偏心機(jī)構(gòu)來(lái)控制桿齒運(yùn)動(dòng)軌跡，齒桿反復(fù)收縮易與滾筒產(chǎn)生碰撞，造成部件損傷，易將殘膜帶入機(jī)構(gòu)內(nèi)部，影響脫膜效果。

4 脫膜機(jī)構(gòu)發(fā)展展望

通過(guò)研究分析我國(guó)殘膜回收機(jī)具的脫膜裝置，可以發(fā)現(xiàn)脫膜裝置的脫膜機(jī)理多為通過(guò)機(jī)械部件的相互配合完成脫膜，在脫膜過(guò)程中依靠殘膜自身重力以及脫膜機(jī)構(gòu)對(duì)殘膜的作用使其脫落。由于殘膜的物料特性以及機(jī)構(gòu)之間的相互配置關(guān)系，導(dǎo)致脫膜機(jī)構(gòu)的性能不佳，存在殘膜纏繞、機(jī)具堵塞、脫膜率底等問(wèn)題，基于此現(xiàn)狀對(duì)脫膜機(jī)構(gòu)的發(fā)展提出建議。

（1）加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)化地膜的使用。根據(jù)我國(guó)強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《農(nóng)用地膜》規(guī)范，禁止生產(chǎn)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(xué)性能以及耐候性能，使地膜在脫膜作業(yè)時(shí)符合殘膜回收機(jī)的拉扯、纏繞的工作指標(biāo)，更利于機(jī)械收膜。

（2）改善脫膜機(jī)構(gòu)的材質(zhì)。不同殘膜回收機(jī)的脫膜裝置對(duì)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(duì)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(jī)構(gòu)與整機(jī)的配合精度。加工精度的提高使脫膜機(jī)構(gòu)與機(jī)具其他部件的配合更精準(zhǔn)，避免因零部件之間的碰撞變形而導(dǎo)致部件發(fā)生磨損，引起脫膜機(jī)構(gòu)故障的發(fā)生。精確配合可提高脫膜的順暢性，保證脫膜性能的穩(wěn)定。

（4）提高脫膜機(jī)構(gòu)的自動(dòng)化水平。利用液壓技術(shù)及電子監(jiān)控技術(shù)來(lái)控制脫膜作業(yè)的穩(wěn)定性，使脫膜機(jī)構(gòu)向自動(dòng)化、智能化的方向發(fā)展，對(duì)脫膜作業(yè)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，保證脫膜過(guò)程的順暢，應(yīng)用機(jī)電液一體化的理念更利于殘膜回收機(jī)未來(lái)的發(fā)展。

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