棉稈粉碎與摟膜聯合作業機田間作業性能試驗分析

田辛亮 ，趙 巖 ，2※，顏利民 ，2，溫浩軍 ，2

（1.石河子大學機械電氣工程學院，新疆 石河子 832000；2.農業部西北農業裝備重點實驗室）

0 引言

地膜覆蓋種植技術因具有良好的增溫保墑、防病抗蟲、抑制雜草生長等作用，得到廣泛的應用[1～2]。隨著農田殘膜含量增加，污染逐步加劇，殘膜回收問題受到高度重視[3～5]。覆膜種植技術在國外已有300多年的應用歷史，歐美、日本等發達國家均采用高強度地膜，利用卷膜機具完成收膜作業，回收率高[6～7]。目前新疆地區廣泛應用的棉田殘膜回收機具為立桿式彈齒摟膜機，該機型結構簡單，故障率低，作業行進速度快，但存在許多問題。如殘膜回收率低于50%、不能回收窄行中的殘膜、卸膜頻繁，嚴重影響作業效率。

為解決上述問題，本文設計了棉稈粉碎及摟膜聯合作業機，重點研究以下幾個方面：摟膜部件增加了浮動功能的小窄行摟膜彈齒，進一步提升殘膜回收率；機具采用大尺寸摟膜彈齒，增加物料存儲空間；通過拖拉機后輸出液壓控制液壓缸伸縮，實現自動卸膜，彌補現有立桿式摟膜機的不足。

1 整機結構

圖1 棉稈粉碎與摟膜聯合作業機

棉稈粉碎及摟膜聯合作業機主要由三點懸掛裝置、動力傳輸系統、棉稈粉碎裝置、棉稈輸送裝置、摟膜機構、卸膜裝置以及機架等部分組成，如圖1所示；其中棉稈粉碎裝置主要包括刀軸、刀片、限深輪等組成；棉稈輸送裝置包括攪龍、攪龍軸固定板等組成；摟膜機構包括彈齒、彈簧、固定架等部分組成；卸膜機構包括卸膜擋板、液壓系統等部分組成。

2 田間試驗

2.1 試驗目的

為了檢驗棉稈粉碎與摟膜聯合作業機的合理性與可靠性，比較在不同機具前進速度、不同彈齒組數、不同彈齒入土深度下棉稈粉碎與摟膜聯合作業機的殘膜回收率，從而確定機具的最優工作參數組合。

2.2 試驗條件

2017年9-10月在石河子145團三分場十二連進行了整機試驗，試驗面積為4 hm2。試驗地土壤類型為灰漠土，土壤堅實度為350 kPa，土壤表層含水率為15.1%。配套拖拉機選用約翰迪爾1 204，動力88.3kW，牽引速度5～6 km/h。按照石河子市具有代表性的棉花種植模式，具體參數如表1所示。

表1 棉花種植模式

2.3 試驗設計

通過對棉稈粉碎及摟膜聯合作業機進行定量分析，確定了棉稈粉碎及摟膜聯合作業機試驗指標為殘膜回收率。為了簡化試驗、減少試驗次數，本試驗在前期工作的基礎上，考察機具的作業性能及參數。試驗選用3因素3水平正交試驗，3個因素依次為：機具前進速度A、彈齒組數B、彈齒入土深度C。在不考慮這3個因素之間交互作用的情況下找出這些因素對殘膜回收率的最優參數組合，表2為試驗因素水平。

表2 試驗因素及水平

3 試驗數據與分析

3.1 試驗結果

把試驗參數條件和試驗結果指標依次填入L9（33）正交表中，試驗結果如表3所示。

表3 試驗結果

其中：ki為各影響因素3個水平的平均值，R值表示試驗指標變化的幅度。R值越大，該因素對試驗指標的影響越大；R值越小，該因素對試驗指標的影響越小[8]。通過分析可知，殘膜回收率最優工作參數組合為A2B2C2。

3.2 試驗分析

由方差分析知機具前進速度、彈齒組數、彈齒入土深度對殘膜回收率影響顯著，結合表3對殘膜回收率的影響主次為機具前進速度＞彈齒入土深度＞彈齒組數。最優組合水平為A2B2C2，即機具前進速度為1.5 m/s，彈齒組數為12組，彈齒入土深度為20 mm。通過直觀分析可知隨機具前進速度增大殘膜回收率先增大后減小，是因為機具前進速度過大導致漏膜現象加劇，導致殘膜回收率降低。

表4 正交試驗結果的方差分析

3.3 試驗驗證

對最優組合A2B2C2進行試驗驗證。結果如表5所示，機具殘膜回收率平均達到90.1%，高于國際中對于殘地膜回收機殘膜回收率高于80%的要求。

表5 驗證試驗結果

4 結論

本文對棉稈粉碎與摟膜聯合作業機作業性能進行試驗，當機具前進速度為1.5 m/s，彈齒組數為12組，彈齒入土深度為20 mm時，平均殘膜回收率為90.4%，滿足殘膜回收機械作業標準。