風篩式土壤殘膜分離裝置的設計與試驗分析

趙　磊，馬少輝

(1．塔里木大學 機械電氣化工程學院，新疆 阿拉爾　843300；2．新疆維吾爾自治區普通高等學校現代農業工程重點實驗室，新疆 阿拉爾　843300)

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風篩式土壤殘膜分離裝置的設計與試驗分析

趙磊1,2，馬少輝1,2

(1．塔里木大學 機械電氣化工程學院，新疆 阿拉爾843300；2．新疆維吾爾自治區普通高等學校現代農業工程重點實驗室，新疆 阿拉爾843300)

摘要：為了解決耕層殘膜回收率低的問題，設計了風篩式土壤殘膜試驗平臺裝置，并采用雙曲柄機構來減小裝置的振動性。對土壤殘膜進行了無氣流條件下的篩分試驗，分析了各因素對篩分率的影響，優選了振動篩參數組合。試驗結果表明：當曲柄轉速為180r/min、篩面傾角為6°、魚鱗篩開角為20°時，篩分裝置有較高的殘膜篩分率，即為87.67%。

關鍵詞：殘膜；篩分裝置；篩分試驗；篩分率

0引言

地膜覆蓋栽培技術自20世紀70年代末引人我國以來，因具有顯著增加作物產量的特點，深受廣大農民歡迎。在帶來較高經濟效益的同時,廢舊地膜也產生了嚴重的白色污染。調查測算表明：連續覆膜3年的棉田,地表有大小碎片47.3塊/m2，折算有殘膜52.1kg/hm2；耕層30cm內有殘膜56.6塊/m2，折算有殘膜57.9kg/hm2；兩者合計有殘膜110kg/hm2[1]。殘膜積累在土壤中，致使農業環境遭到嚴重的污染，破壞了農田的生態環境，破壞土壤的物理和化學結構[2-3]。目前，殘膜回收機回收的大都是保存完整性比較好或大塊的殘膜，主要針對土壤表層(0~5cm)的地膜回收問題設計的，殘膜回收率在80%左右[4-7]；而殘留在耕層內的殘膜不能完全被清除，“白色污染”不能徹底治理。根據殘膜質量較輕的物理特性，設計風篩式土壤殘膜分離裝置，利用氣流的作用來收集被分離的殘膜。同時，對所設計的裝置在無氣流條件下進行試驗分析，來優化參數，以達到最佳的篩選回收效果，為進一步研制風篩式殘膜回收機械提供參考依據。

1試驗裝置的設計

1.1　工作原理

為了防止物料在前端有較厚的堆積層，導致負荷較大、堵死篩孔，要求篩子一端能反復地把物料拋起；同時，對于風篩式土壤殘膜分離篩來說，更有利于氣流從篩子前端吹向篩子尾部。土壤相對于薄膜較重，一般處于底層，有利于土壤篩分出去。由于部分土壤已從篩面前部篩分出，篩面中后部土壤厚度逐漸變薄，質量較前部輕。為了增加土壤與篩面的接觸機會，使土壤在篩面上相對滑動而充分篩除，要求篩子中、后部振幅相對小一些。因此，采用前后吊桿不等長來實現，前吊桿(短吊桿)位于風機出風口處，后吊桿(長吊桿)位于殘膜等雜余出口處[8]。

1.2　結構設計

為平衡振動篩運動時的慣性力、減小振動、提高土壤殘膜篩分效率、提高振動篩裝置的穩定性和壽命，設計采用雙曲柄式振動篩裝置，運動初相位角相差180°，相錯半個周期。土壤殘膜篩分裝置結構簡圖如圖1所示。其中，偏心輪旋轉帶動連桿轉動，連桿帶動搖桿7、10，從而實現篩體的往復運動。篩面采用魚鱗篩，篩面長度為1 500mm，篩面與水平面夾角設為可調式。

1.電機　2.皮帶　3.偏心輪　4.連桿　5.風機

2試驗方案

此試驗是針對有物料、無氣流情況下的試驗。試驗中選定的3個主要的振動篩參數為曲柄轉速、振動篩傾角及魚鱗篩開角，其他對振動篩可能產生影響的因素(如曲柄長度、喂入量、土壤含水率等)都被控制在某一水平。通過預試驗，得出曲柄的轉速取值范圍為115~210r/min，而210r/min時振動篩的振動性較大。在無氣流情況下對土膜混合物進行試驗，3因素分別取3個水平，因素水平表如表1所示。考慮因素之間的交互作用，選用正交表L27(313)，試驗條件中土壤取自棉田耕地后播種前耕層0~15cm深度的土壤15kg(經測定含水率為12.8%)，振動時間為10s。由于振動篩篩面后區殘膜量是風篩試驗振動篩參數選擇的重要參考因素，因此需對后區殘膜量進行統計分析。經過試驗得出振動篩篩面后區殘膜含量和殘膜篩分率數據如表2所示。

表1　因素水平表

表2　試驗數據分析計算

續表2

3試驗分析[9-10]

3.1　極差分析

通過表2可以看出：對后區殘膜量的影響大小順序依次為A、C、(A×B)1、B、(A×C)2、(B×C)1、(B×C)2、(A×C)1、(A×B)2；對總篩分率影響的主次順序為C、B、(A×B)1、(B×C)1、(A×B)2、(A×C)1、(B×C)2、(A×C)2、A。后區殘膜量的方差分析如表3所示，殘膜篩分率的方差分析如表4所示。

3.2　方差分析

由表3、表4可知：A對后區殘膜量影響最顯著，對殘膜的總篩分率影響較小；B對兩者的影響均較小；C對兩者的影響都較顯著。考慮有較高的殘膜總篩分率的情況下，為有利于風篩試驗和殘膜收集而把后區殘膜量作為因素主次的評定標準，則3個因素的主次順序為C、A、B。從表2中各個因素的均值中可知較高的水平為C1、C2、A3、A2、B1、B2，結合上述極差分析和k值，優選出有利于后面風篩試驗的3個組合，分別為A3B1C2、A3B1C1、A2B3C2。

表3　后區殘膜量的方差分析表

表4　殘膜篩分率的方差分析表

4結論

1)當曲柄轉速大于210r/min時，篩分裝置的振動性較大，不利于篩分試驗，影響裝置的使用壽命。

2)在無氣流的情況下，當曲柄轉速為180r/min、篩面傾角為6°、魚鱗篩開角為20°時，篩分裝置有較高的殘膜篩分率，即為87.67%。

3)試驗表明：影響殘膜在篩面上分布情況的因素依次為魚鱗篩開角、曲柄轉速、篩面傾角。為提高風篩式殘膜回收率，需進一步考慮風機安裝參數、土壤濕度及喂入量等參數的影響，來確定最佳參數組合。

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Abstract ID:1003-188X(2016)10-0174-EA

Design and Experiment Analysis on Wind Sieve Soil Residual Film Separating Device

Zhao Lei1,2， Ma Shaohui1,2

(1.College of Mechanic and Electrical Engineering，Tarim University，Alar 843300，China；2.Xinjiang Uygur Autonomous Region General Institutes of Higher Education Key Lab of Modern Agriculture Engineering，Alar 843300，China)

Abstract：In order to solve the problem of low recovery of topsoil residual film, designed wind screen type soil residual film test platform devices, and double crank mechanism to reduce the vibration of the device. Soil residual film screening tests conducted under no flow conditions, Analyzed the influence of various factors on screening rates, preferably the shaker parameter combinations. The test results showed that: when the crank speed is 180r/min, the screen surface inclination of 6°, scale sieve opening angle of 20° the screening device has a higher rate of residual film screening, it is 87.67%.

Key words：residual film； screening device； screening test； recovery

中圖分類號：S225.39

文獻標識碼：A

文章編號：1003-188X(2016)10-0174-04

作者簡介：趙磊(1988-)，男，河南駐馬店人，碩士研究生，(E-mail)zziazhaolei@163.com。通訊作者：馬少輝(1976-)，男(回族)，新疆喀什人，副教授，碩士生導師，(E-mail)ngynj@sina.com。

基金項目：國家自然科學基金項目(51265049)

收稿日期：2015-09-17