廢舊地膜雜質風選裝置的設計及試驗

牛長河，石 鑫※，蔣永新，楊會民 ，喬園園

（1.新疆農業科學院農業機械化研究所，新疆 烏魯木齊 830091；2.農業部林果棉與設施農業裝備科學觀測實驗站）

0 引言

地膜覆蓋栽培技術自20世紀70年代末引入中國以來被大面積推廣[1-2]，目前新疆棉花種植地膜膜覆蓋率達100%，使用后的地膜殘留在地表及地表以下對作物根系的生長造成很大影響，目前針對地膜殘留問題，我國多家科研院所和高校分別研制了不同類型的殘膜回收機，殘膜回收機的推廣目前已經解決了將廢舊地膜從地表及地表下清理出來的問題，但回收后的廢舊地膜含有大量雜質，如秸稈、根茬、泥土等，不能直接重復再利用，大部分都被隨意堆放、掩埋、焚燒，對環境造成二次污染。因此如何對回收后的廢舊地膜再利用成了當前亟待解決的問題[3-7]。本文針對上述問題為實現廢舊地膜與雜質的有效分離，設計了廢舊地膜雜質風選裝置，實現廢舊地膜的再加工,研制的地膜雜質分離設備可與廢舊地膜再造粒生產線配套使用，組成完整的廢舊地膜綜合利用加工生產線,通過試驗驗證機具的各項指標均達到設計要求。

1 整機結構及工作原理

1.1 結構

廢舊地膜雜質風選裝置整機主要由機架、篩筒、托輪、風機、電機、入料斗、篩筒、雜質出料口、廢舊地膜出料口等組成。篩筒支撐于機架上，在電機的帶動下能夠繞自身的軸線轉動，篩筒上均布設有直徑為3 cm的小孔，其內壁上設置有螺旋葉片，篩筒前端與風機風管的出風口相連，入料斗位于風管出風口上，廢舊地膜出料斗位于旋轉篩筒末端，雜質出料口位于篩筒前端的正下方，秸稈根茬輸送帶和細小雜物輸送帶位于機架底部（圖1）。

圖1 廢舊地膜雜質風選裝置結構示意

1.2 工作原理

由于我國多采用厚度為0.008（±0.003）mm的地膜，地膜抗拉強度低，經一個作業季回收時地膜已嚴重老化、斷裂，呈長條狀并與秸稈、根茬等纏繞在一起，無法回收時直接分離，目前使用的播前和耕后棉田殘膜回收機，大多是將廢舊地膜連同棉秸稈、根茬、雜草一起回收，回收后再進行廢舊地膜和雜質分離。本課題組設計的廢舊地膜雜質風選裝置采用風選法分離地膜，分離之前先將地膜與秸稈、根茬的混合物剪切粉碎，切斷長度為40～60 mm，以便于后期分離使用。

作業時，電機帶動篩筒旋轉，混合物料經入料斗喂入篩筒內，篩筒內壁上設置螺旋葉片，螺旋葉片分成兩段，前段螺旋的主要作用是將大量的秸稈和根茬推送至雜質出料口，后段螺旋翻轉攪拌混合物料，不斷將混合物料帶起至篩筒上方，同時再次把少量的秸稈根茬等雜質輸送至螺旋前段。由于混合物料在空氣介質中受力后的運動規律不同，密度最小的地膜被吹向篩筒末端，由地膜出料口送出；密度較大的秸稈、根茬落至篩筒的中部，再由螺旋葉片從旋轉篩筒的前端推出，經秸稈根茬輸送帶輸出；細小的秸稈和泥土從篩筒的篩孔中漏下，經細小雜物輸送帶輸出，從而實現物料的分離[8-9]。

2 主要技術參數

整機尺寸（長×寬×高，mm） 3750×1200×2100

整機重量（kg） 1 000

膜中含雜率（%） ≤10

生產率（kg/h） ≥ 250

3 試驗及分析

2017年9-10月在尉犁縣選擇收獲后的棉花地，采用殘膜回收機將廢舊地膜連同秸稈、根茬、土壤的混合物集堆裝箱，后期在尉犁縣匯豐塑業有限公司完成樣機的試驗，試驗前選用混合物料1.5 t，先將混合物料投入剪切式物料粉碎機，進行剪切破碎，將長條狀的廢舊地膜破碎成塊狀，秸稈破碎成小段，破碎長度為40-60 mm。安裝并調試樣機，使其正常運轉。

圖2 分離前的物料

通過前期大量基礎試驗研究分析得出影響廢舊地膜與雜質篩分效果的主要因素包括篩筒轉速、風管出口風速及物料喂入量，試驗分別選用篩筒轉速30 r/min、40 r/min、50 r/min，風管出口風速 10 m/s、15 m/s、20 m/s，喂入量為 200kg/h、250 kg/h、300kg/h采用正交試驗法進行試驗，以膜中含雜率和雜中含膜率為試驗指標，進行數據分析，試驗如下：

表1 試驗數據

通過試驗和數據分析得出篩筒轉速為30 r/min和風管出口風速為15 m/s，喂入量為250 kg/h，試驗后膜中含雜率為8.8%，雜中含膜率為0.1%，試驗效果最佳。

4 結論

針對如何處理回收后的廢舊地膜，如何能有效再利用廢舊地膜的問題，設計了廢舊地膜與雜質風選裝置，通過試驗驗證當機具篩筒轉速為30 r/min、風管出口風速為15 m/s、喂入量為250 kg/h時，試驗后膜中含雜率為8.8%，雜中含膜率為0.1%，試驗效果最佳，機具的各項指標均達到設計要求。