棉田地膜回收打捆機關鍵參數設計及試驗探析

張海春 龔冠豪 郭紅娟 蔣永新 劉旋峰 牛長河

（新疆農業科學院 農業機械化研究所，烏魯木齊 830091）

棉田地膜回收作為一種生態環保技術，對農業種植經濟效益提升以及農村生態平衡發展有著非常重要的作用。但是，結合當前農業種植中地膜回收及其技術的研究現狀來看，存在的問題情況還比較突出。因此，結合現有的農田種植回收打捆技術，進行棉田地膜回收打捆機及其關鍵參數設計試驗研究，具有十分顯著的價值和意義。

1 棉田地膜回收與利用現狀分析

棉花作為我國種植的主要經濟作物，我國很多地區都有較大規模的種植。地膜覆蓋栽培技術是實現棉花種植產量以及效益提升的有效技術，在棉花栽培與種植中應用較為廣泛。有關研究顯示，在使用地膜覆蓋栽培技術進行棉花種植后，某地區的棉花產量和效益成倍增長，由此可見，地膜覆蓋栽培技術在棉花種植與發展中的重要作用。值得注意的是，地膜覆蓋栽培技術在大規模的棉花種植中應用較多，并且棉花栽培與種植中對地膜使用及消耗量也非常大，因此棉田殘留地膜對農田的污染也比較突出。針對農田殘留地膜及其污染，當前主要的解決方式為焚燒或者是進行再回收利用。但是，再回收利用的效率較低，而回收殘膜的自然堆放造成空間占用，或者是在大風等自然環境影響下會產生二次污染。隨著我國社會經濟的發展，人們的生態環境意識不斷提升，對農田地膜殘留的回收利用研究的關注及重視程度越來越高。在這種情況下，以YEM-1.5型農田殘膜回收打包聯合作業機等為代表的地膜回收打包技術在農田地膜回收中逐漸應用實現，也為本文研究的開展提供了一定的基礎支持。

當前，多數地區的棉田殘膜回收利用是運用熱解等簡單再生利用技術，新技術和新工藝的引進相對較少，而在傳統的簡單回收加工與利用工藝技術下，其經濟效益提升并不明顯，因此，棉田殘膜的回收價格較低，在綜合成本及效益影響下，棉田農戶回收地膜的積極性大幅降低。此外，棉田殘膜回收以摟耙式撿拾方式為主，以節省地膜回收成本，卻導致回收地膜中雜質較多。同時，地膜回收加工企業的技術水平低，成本高，回收地膜占地面積大，這對其回收利用影響十分顯著。在這種情況下，有必要開展棉田地膜回收技術的創新研究，以期在實現其回收利用價值提升的同時，實現棉田地膜回收生態環保等綜合效益的提升。

2 棉田地膜回收打捆機關鍵參數設計與試驗分析

2.1 棉田地膜回收打捆機的技術原理

目前，農田地膜打捆機以圓捆和方捆兩種打捆形式為主。其中，方捆式農田地膜打捆機在工作中將地膜由喂料機向壓縮室喂送，然后在預壓裝置中實現物料的壓縮處理，在達到預定壓力標準后進行穿針打結，最終形成具有整齊規格的壓縮殘膜捆包，在整個回收捆包過程中，由打捆機的液壓密度控制系統實現打捆物料的密度監測與控制；而圓捆式地膜打捆機利用鋼制輥筒組成圓周形的打捆室，地膜由圓周排列的鋼制輥筒室通過自傳作用形成捆狀結構，實現地膜回收打包。一般情況下，圓捆式地膜打捆機回收打包的地膜直徑及寬度分別為500mm與700mm，其密度在140～220kg/m3。結合這一技術原理，本文以圓捆式地膜打捆機為例，結合其工作原理，對其在地膜回收中的關鍵參數設計進行分析，并通過試驗對其地膜回收應用效果進行研究。圓捆式地膜打捆機的結構如圖1所示。

圖1 圓捆式地膜打捆機結構

工作運行中，圓捆式地膜打捆機通過鋼輥平臺進行地膜打捆處理，并且在打捆達到一定量的情況下，通過報警系統進行報警提示。根據報警提示，捆繩器進行工作啟動，將打捆好的地膜在液壓系統的動力輸送下進行捆綁卸載。

2.2 關鍵參數設計

根據地膜打捆機結構組成及工作原理分析，可以得出，在地膜打捆機運行中，設置的關鍵參數主要包括：打捆機的輥筒轉動速度、地膜打捆的具體尺寸、地膜打捆的重量與密度、地膜喂入數量、捆繩消耗量、打捆以及輸送的功率大小等。

2.2.1 輥筒轉動速度設計

設計地膜打捆機的輥筒轉動速度時，人們要結合地膜打捆機工作中的動力支持與提供情況，其動力一般由拖拉機提供。因此，筆者以東方紅1254型拖拉機為例分析，其后轉動軸的轉速一般維持在1000r/min，結合圓捆式地膜打捆機的動力傳動方式，在脫膜滾筒轉速為160～200r/min的情況下，其輥筒轉速按照1:1.5的比例設計，最終確定為 240～ 300r/min。

2.2.2 地膜打捆的具體尺寸、重量與密度設計

設計地膜打捆機地膜打捆的尺寸、重量與密度等參數時，人們可以先測量單個地膜打捆的重量和尺寸大小，然后按照式（1）計算地膜打捆密度。通過計算分析，最終可確定其地膜打捆密度、重量、體積參數分別為145kg/m3和20kg、0.138m3。

式中，ρ為地膜打捆的密度值；Gk為地膜打捆的重量；Vk為地膜打捆的體積。

2.2.3 地膜喂入量和捆繩消耗量設計

對于地膜喂入量和捆繩消耗量，人們可以分別按照式（2）和式（3）計算獲取。打捆機的地膜喂入量Q要根據回收地膜重量Ghc、打捆損失地膜重量Gcs、打捆地膜重量Gk、喂入時間tck等參數來確定，而捆繩消耗量則與單位體積的地膜捆繩消耗量Ga和單個打捆地膜捆繩消耗量Gks等有關。

2.3 試驗分析

根據上述分析，將地膜打捆機的輥筒轉速設置為250～300r/min，同時將打捆機作業前進速度設置為4～6km/h，而松土齒入土深度設定為5～10cm，同時進行一定的干擾因素設定，對其地膜打捆收凈率Ws和成捆率β分別進行試驗測試和計算分析，計算可按式（4）、式（5）進行。結果顯示，地膜打捆機輥筒轉速設定為280r/min、機具前進速度設定為5km/h、松土齒入土深度控制在6～8cm時，其正常工作狀態下能夠實現尺寸大小為700mm×500mm、單捆重量為20kg的地膜打捆工作，達到6個/h的工作效率，并且其打捆回收的成捆率最大，雜質含量最低，綜合效益最為顯著。

式中，Gmq、Gmh分別為回收前后的地膜總質量；Iz、Ic分別為總捆數和成捆數。

3 結語

本文結合地膜打捆回收現有技術及工作原理，對棉田地膜回收打捆機關鍵參數設計進行分析。同時，通過試驗對設計參數有效性進行驗證，以期為棉田地膜回收打捆機參數設計實踐和有關研究提供參考。