蔬菜地膜回收機的設(shè)計與試驗研究

李 岑 ，張智優(yōu) ，2，全臘珍 ，2，謝培庚 ，2，廖 配 ，楊思遠 ，胡躍騰

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院，湖南 長沙 410128；2.湖南省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備工程技術(shù)研究中心，湖南 長沙 410128）

蔬菜地膜覆蓋是我國正在逐步推廣的一項農(nóng)業(yè)技術(shù)。但因為南方田間土壤含水率過高，作業(yè)后殘留地膜更多的以碎片化、小塊狀的形式存在，回收不易，導(dǎo)致大量殘膜滯留于土地表面，影響到作物的正常生長發(fā)育。目前，國內(nèi)采用的收膜方式多為輪齒式、氣吸式和齒鏈?zhǔn)降龋瑢τ谛K狀地膜回收率不高，且經(jīng)常會發(fā)生卡膜和脫膜困難的現(xiàn)象。為此，本項目針對以上地膜回收機存在的問題及南方農(nóng)田作業(yè)所面臨的實際情況，結(jié)合相關(guān)農(nóng)藝，為提高小塊狀地膜的回收率，設(shè)計和研究了一種適合南方丘陵山區(qū)作業(yè)的蔬菜地膜回收機，并針對該樣機的前進速度、起膜鏟入土角度和不同面積大小的殘膜進行了正交試驗。

1 總體結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 整機結(jié)構(gòu)的設(shè)計及原理

蔬菜地膜回收機如圖1所示，按功能分為松膜、起膜、卷膜和摟膜4部分。

圖1 蔬菜殘膜回收機的結(jié)構(gòu)

本次研究設(shè)計的蔬菜地膜回收機，在田間作業(yè)時，地膜回收機前進，先將鼓膜直桿置于地膜和地面之間，通過松膜軸反向旋轉(zhuǎn)運動，可使鼓膜直桿繞松膜軸的轉(zhuǎn)動軸線轉(zhuǎn)動向上鼓動地膜，使地膜與地面分離。鼓膜直桿旋轉(zhuǎn)運動帶動地膜向后方的起膜裝置運動，保證地膜能夠順利的被起膜裝置向上提升。起膜鏟通過螺栓固定在機架上，其在壓縮彈簧和仿形塊的幫助下仿地形的同時將塑料薄膜鏟起，塑料薄膜沿著起膜鏟結(jié)構(gòu)形狀運動至卷膜輥下，扎膜齒挑起塑料薄膜使其隨卷膜輥旋轉(zhuǎn)，塑料薄膜一點點纏繞在卷膜輥上；固定于機架上的耙式耙齒可以對起卷膜作業(yè)完成后的塑料薄膜進行再回收；當(dāng)卷膜輥上纏滿塑料薄膜時，使用美工刀沿卷膜輥上軸向劃槽切割，將薄膜人工取下。

1.2 關(guān)鍵部件設(shè)計

1.2.1 松膜裝置的設(shè)計

松膜裝置置于地膜和地面之間，結(jié)合南方土壤特點，南方氣候潮濕田間殘膜經(jīng)過長時間的風(fēng)吹雨淋出現(xiàn)不同程度的破碎和腐蝕，加上此時塑料薄膜被土塊積壓不易撿拾。為此松膜裝置可通過松膜軸轉(zhuǎn)動，使鼓膜直桿繞松膜軸的轉(zhuǎn)動軸線轉(zhuǎn)動向上鼓動地膜，保證地膜與地面分離，鼓膜直桿的鼓動作用使地膜在與地面分離時的受力均勻，不易損壞地膜，尤其利于殘破地膜與地面的整體分離，可提高殘破地膜的收凈率。

圖2 松土裝置

1.2.2 卷膜裝置的設(shè)計

卷膜裝置是蔬菜地膜回收機的的主要工作部件之一，南方作業(yè)區(qū)，地膜碎片化程度大，多以小塊狀的形式堆積于田間，因此扎膜齒的排列和分布情況也要力圖撿拾更多的碎膜與小塊狀地膜。設(shè)計出具有良好回收效果的卷膜裝置對地膜回收機的撿拾工作尤其是針對破碎化程度較高的殘膜撿拾工作起著關(guān)鍵作用。這里選擇齒針的長度為600mm、半徑為10mm的鋼筋，除此之外，扎膜針的分布應(yīng)盡可能密集一些，經(jīng)實驗對比扎膜針以間距b為80mm的方式在卷膜輥上均勻分布。間距太大不利于卷膜裝置對于碎膜的撿拾，太小與其他工作部件容易發(fā)生干涉。

圖3 卷膜裝置

2 試驗材料及方法

2.1 試驗材料

試驗對象為從瀏陽實驗基地帶回的塑料殘膜，2017年9月～2018年3月在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)機械實訓(xùn)中心進行了樣機的室內(nèi)試驗，試驗對象為厚度為0.006mm、0.01 mm的殘膜碎片，經(jīng)前期實驗測定其平均延展率分別達到113.44%和59.02%。

2.2 試驗方法與評價指標(biāo)

試驗采用多因素正交試驗。考察機具前進速度、起膜鏟入土角度、殘膜面積大小對收膜性能的影響，以殘膜回收率作為評價指標(biāo)，依據(jù)殘膜回收機要求規(guī)定。殘膜回收率須大于80%。試驗過程中每組重復(fù)5次測定。

2.3 正交試驗

考慮到各參數(shù)的相互影響，為進一步研究機具作業(yè)過程中起膜鏟角度、機具前進速度和殘膜面積大小三個因素在統(tǒng)一體系下的殘膜回收情況，選擇三因素三水平正交表來安排試驗。因素水平見表1。

表1 試驗因素水平編碼表

為了減少不必要的試驗，更確切地尋求最佳的組合。根據(jù)試驗結(jié)果進行綜合分析，確定了正交試驗的水平因素，進行殘膜回收性能正交試驗。試驗結(jié)果見表3。

各因素水平影響主次：在本次試驗中，各因素的從主到次的順序為C（殘膜面積大小）、A（機具前進速度）、C（起膜鏟入土角度）。

優(yōu)選方案：優(yōu)方案是指在所做的試驗范圍內(nèi)，各因素較優(yōu)的水平組合。在本次試驗中，試驗指標(biāo)時收膜率，指標(biāo)越大越好，所以應(yīng)挑選每個因素的K1，K2，K3中最大的值對應(yīng)的那個水平，由于：

表2 正交試驗結(jié)果

A 因素列：K1＞K2＞K3

B 因素列：K2＞K3＞K1

C 因素列：K3＞K2＞K1

所以優(yōu)選的方案為A1B2C3。

圖4為收膜率大小變化曲線圖：以試驗指標(biāo)ki作為縱坐標(biāo)，因素水平作為橫坐標(biāo)，畫出因素與指標(biāo)關(guān)系圖。

圖4 因素變化與收膜率大小變化曲線圖

3 結(jié)論

蔬菜地膜回收機滿足南方種植區(qū)的作業(yè)條件，針對作物播前或收獲后土地表層的滯留塑料薄膜回收，不同面積碎膜回收率均達到80%以上，在一定程度上提高了小塊狀碎膜撿拾率，該機具可有效清理膜上兩邊覆土，在保證地膜完整性的同時方便后面部件的起膜工作。該款機型具有操作簡單、安全方便、工作效率高和不易堵塞等優(yōu)點。