分體式秸稈粉碎與殘膜回收機的研制

趙鵬達，李占濤，鮑玉鑫，許江濤，謝 悅

（新疆天鵝現代農業機械裝備有限公司，新疆五家渠 831300）

0 引言

地膜覆蓋栽培技術具有增溫保墑、有效抑制雜草和病蟲害、改善作物生長環境和提質增收等作用[1-2]。隨著農田覆膜面積的逐年增加，未能及時回收的殘膜在土壤中累積，殘留的地膜不僅對環境造成了污染，同時對土壤理化性質和作物生長產生極大的影響，不利于農業的可持續發展[3]。

殘膜機械化回收已成為我國當前治理殘膜污染的主要技術，機械式殘膜回收機主要包括：篩網式、彈齒式、齒鏈式、釘齒式和滾筒式等類型[4-5]。但現階段殘膜回收機還存在結構復雜，可靠性不足等問題，亟需一種可靠性高、適應不同地況的秸稈粉碎還田殘膜回收一體機。

在現有秸稈粉碎還田和殘膜回收技術的基礎上，針對新疆機采棉種植模式和棉田地膜覆蓋情況，本文設計一種分體式棉稈粉碎還田和殘膜回收一體機，實現棉秸稈粉碎還田和殘膜回收聯合作業，秸稈二次粉碎還田。

采用模塊化車架，集成秸稈粉碎、側拋式絞龍還田裝置、外置式凸輪彈齒輥筒仿形裝置、行走部件和大容積膜箱，并借助齒輪箱、減速箱等傳動系統，提升了整機的傳動效率和可靠性；凸輪彈齒輥筒分別仿形，降低了整機的復雜度，提升了還田效果，利于殘膜脫膜和檢修維護；箱門采用連桿結構控制開合，減少驅動裝置。

1 整機結構及工作原理

1.1 整機結構

秸稈粉碎殘膜回收一體機由分體式機架、齒輪箱傳動系統、秸稈粉碎還田裝置、仿形裝置、殘膜回收裝置、液壓系統和行走系統等部分組成，其結構如圖1。整機采用模塊化設計，其中秸稈粉碎裝置由滑靴、彈簧、側拋部、打稈輥和絞龍組成，殘膜回收裝置由集膜箱、連桿、箱門、凸輪彈齒輥筒和拋膜輥組成。

圖1 秸稈粉碎殘膜回收一體機整機結構圖

1.2 工作原理

秸稈粉碎殘膜回收機由拖拉機牽引，作業時可根據拖拉機型號調整懸掛點和牽引架高度，拖拉機后輸出軸通過萬向節將動力傳遞至分動箱，再由分動箱將動力分別傳送至前機架秸稈粉碎裝置和主機架殘膜回收裝置的變速箱。

采用分體式機架，車架分為前掛架、中箱體和后支架，前掛架用于布置分動箱、上下傳動軸及懸掛秸稈粉碎部，中箱體布置凸輪彈齒輥筒、拋膜輥、變速箱及行走仿形部，后部支架用于安裝膜箱及其翻轉開合機構，各部分獨立，利于維護保養及后續的升級改造。整機傳動采用分動箱和變速箱的組合傳動方案，分動箱和變速箱均采用一進兩出的結構，其中分動箱兩出通過上傳動軸，下傳動軸分別輸出至下齒輪箱、上齒輪箱，再由齒輪箱傳遞至秸稈粉碎部和變速箱，變速箱兩出分別輸出至挑膜彈齒輥筒和拋膜輥，變速箱設置有超越離合器，防止急停時機具損壞。

秸稈粉碎部通過彈簧掛接至前掛架上，兩側安裝滑靴，隨地形高低單獨仿形，動力輸入部分設置有超越離合器，防止急停或過載造成機具損壞；并設有打稈輥和絞龍，打稈輥采用Y型甩刀，并按動平衡需求螺旋分布，打碎后秸稈落入絞龍殼體，絞龍端部設置有粉碎部和拋送部，秸稈經絞龍輸送至機體側方，經過粉碎后，通過側拋部側拋還田。殘膜回收裝置的凸輪彈齒輥筒工作時彈齒轉至地面時伸出輥筒，將殘膜從田地中挑出，轉至與拋膜輥交接處彈齒縮回至接近水平狀態，此時薄膜與彈齒無鉤掛現象，利于脫膜，輥筒采用中心閉合的結構形式，彈齒整體外置，避免伸縮齒造成的纏繞和堵塞，同時利于維護保養。拋膜采用長葉片拋膜輥，配合殼體，在高轉速情況下，形成負壓區，將薄膜吸入后部的集膜箱；采用大容積集膜箱，箱體通過轉軸連接在箱體支架上，并通過油缸翻轉倒膜，箱門通過連桿聯動，無需另增驅動裝置，膜箱整體采用大孔網面，利于殘膜與土壤的分離。

行走仿形部件由前仿形臂和后行走臂組合構成，二者由油缸連接在一起，形成一個穩固的三角形，再通過挑膜部支座連接至中箱體下部，將凸輪彈齒輥筒置于仿形輥和輪胎中間，實現仿形效果；油缸鋼桿端部設置有調節墊板，可根據地況不同增減，調整挑膜彈齒入土深度；前仿形臂前側設置有限位塊，行走時油缸伸出，前仿形臂頂住限位塊，后行走臂支起輪胎，同時前仿形臂中設置有限位槽，防止倒車時向后傾倒，油缸設置安全鎖，行走轉運時落下，防止油缸失效。

2 技術特點

2.1 整機特點

2.1.1 整機利于維護保養及后續的升級改造

車架的整體采用分體式，各部獨立，秸稈粉碎部可單獨拆裝使用；打稈部件不使用的情況下，可單獨拆下，僅使用挑膜輥筒部，適應不同地區的農藝要求；凸輪彈齒輥筒中心封閉，彈齒外置，利于脫膜和檢修維護。

2.1.2 整機仿形效果好、工作效率高

秸稈粉碎部和挑膜拋送部分別獨立仿形，避免一體的仿形機構造成仿形滯后的問題，提升整機的仿形效果，前者靠彈簧和滑靴實現仿形，后者靠仿形臂與行走臂集成仿形，彈齒可調節入土深度；采用大容積集膜箱，減少倒膜次數，箱體通過轉軸連接在箱體支架上，并通過油缸翻轉倒膜，箱門通過連桿聯動，無需另增驅動裝置，膜箱整體采用大孔網面，利于殘膜與土壤的分離，提升工作效率。

2.1.3 整機結構布局合理、可靠性高

整機所有運動部件均由護罩防護，防止殘膜雜質等纏繞、污染運動部件，導致可靠性降低；動力傳動的形式及布局合理，傳動系統集成，主要通過齒輪箱和傳動軸傳動，可靠性高；凸輪彈齒輥筒采用輥筒中心封閉式，彈齒整體外置；凸輪彈齒輥筒仿形集成在行走機構中，簡化了整機的結構，提升了整機的可靠性；膜箱箱門采用連桿結構，隨膜箱翻轉開合，減少驅動機構，提升整機的可靠性。

2.2 主要技術參數

分體式秸稈粉碎殘膜回收機主要技術參數如下：

外形尺寸（長×寬×高，mm）5 580×3 380×2 290

結構形式 分體式

懸掛方式 可調式懸掛

配套動力（kW）102

工作幅寬（mm）2 050

收集箱容積（m）32

作業速度（km·h-）1≥10

3 田間試驗

3.1 試驗條件

2021年10月在新疆兵團第六師102團選擇棉花已收獲、滴灌帶已回收的棉田進行粉碎還田和殘膜回收試驗（圖2），試驗地種植模式為1膜3行，理論種植密度12500株/667m2，地膜寬度2050mm，厚度為0.01mm。

圖2 粉碎還田和殘膜回收試驗

3.2 試驗方法

按照GB/T 25412-2010《殘地膜回收機》[6]、NY/T 1227-2006《殘地膜回收機作業質量》的要求進行田間試驗[7]，試驗地測區長度為100m，作業速度為10km·h-1。

3.3 試驗結果

經試驗，分體式秸稈粉碎殘膜回收機作業性能結果見表1。

表1 試驗結果

試驗結果表明：此殘膜回收機可靠性好，作業效率高，殘膜回收率為92%、纏膜率為1%，均符合GB/T25412-2010《殘地膜回收機》的指標要求。整機在作業過程中運行平穩，無壅土現象，結構設計合理，工作阻力小，撿拾分離效果好，拾凈率高，可靠性好，收后廢膜集中堆放，便于后期清理。

4 結論

（1）該秸稈粉碎與殘膜回收機采用分體式機架，各部件模塊化拼裝，各部分獨立，利于維護保養及后續的升級改造。

（2）該秸稈粉碎與殘膜回收機設置行走仿形部，仿形臂與行走臂集成仿形，彈齒可調節入土深度，避免一體的仿形機構造成仿形滯后的問題，提升整機的仿形效果，采用大容積集膜箱，工作效率高。

（3）秸稈粉碎和殘膜回收作業，工作效率高，結構設計合理，可靠耐用。田間試驗表明，殘膜回收率為92%、纏膜率為1%，作業性能指標符合殘膜回收機標準要求，能夠實現廢舊地膜回收的機械化作業，具有很好的推廣應用前景。