瓜類作物地膜撿拾機的設計與優化
——以甘肅民勤縣為例

徐吉偉 ， 段振佼 ， 楊成達

（1.民勤縣農業廣播電視學校，甘肅 武威 733399；2.民勤縣種業中心，甘肅 武威 733399；3.民勤縣成達順圓農機具制造有限公司，甘肅 武威 733399）

1 研究背景與研究意義

農田地膜是一種用于覆蓋土地的塑料薄膜，可以有效地保護作物，提高產量，節約用水。在收獲農作物后，需要及時撿拾地膜，以免對土壤和環境造成污染。傳統的地膜撿拾工作需要投入大量人力和時間，成本高且效率低下。因此，設計一種高效、智能化的地膜撿拾機對于農業生產具有重要意義[1]。

1.1 研究背景

民勤縣地處河西走廊東北部，東西北三面被騰格里和巴丹吉林兩大沙漠包圍，民勤屬溫帶大陸性干旱氣候區，年均降水量113.2 mm，年均蒸發量2 675.6 mm，大約是年均降水量的24倍。近年來，民勤縣立足“生態功能型”和“農業優先型”縣域經濟發展定位，堅持將蜜瓜產業作為富民增收的主導產業，著力在擴規模、延鏈條、創品牌、提效益上求突破，2022年全縣蜜瓜生產面積達20萬畝、產量達50萬t。民勤縣已成為全國優質蜜瓜核心產區，被譽為“中國蜜瓜之鄉”。

民勤是極度缺水的地區，絕大多數農作物須覆膜種植。2022年全縣蜜瓜種植面積達20萬畝，地膜年使用量超1 400 t。蜜瓜采用開溝覆膜種植，地塊溝壑交錯，不適宜機械作業，長期以來，一直沒有研發出適宜的地膜撿拾機械，廢舊地膜撿拾以人工撿拾為主，撿拾效率低下。為解決瓜類作物廢舊地膜機械撿拾難題，民勤縣成達順圓農機具制造有限公司擬開展相關領域的技術研究，研發適宜瓜類作物廢舊地膜撿拾機械，并進行示范推廣。該機具研發成功后，將破解廢舊地膜撿拾機械化程度低的瓶頸制約，提高廢舊農膜撿拾率，助推蜜瓜產業綠色生態高質量發展。

1.2 研究意義

進行地膜撿拾機的設計與優化，有助于提高地膜撿拾的效率和準確性，減輕人力勞動強度，推動農業生產的智能化和現代化。目前，已有關于地膜撿拾機的研究和應用。一些研究聚焦于地膜撿拾機的結構和工作原理，探索不同類型的地膜撿拾機的適用范圍和優缺點。還有一些研究關注于地膜撿拾機的智能化設計和性能優化，通過引入傳感器和控制系統，實現地膜撿拾的自動化和智能化。然而，目前仍然存在一些挑戰和問題，比如地膜撿拾機的精準性和穩定性需要進一步提升，智能化設計還需結合實際應用場景進行優化[2]。

地膜撿拾機的設計與優化將為農業生產提供一種高效、節能、智能化的解決方案，有助于提高農業生產的效率和質量。此外，地膜撿拾機的智能化設計也將推動農業生產向智能化、現代化的方向發展，為農民提供更便利、舒適的工作環境。因此，本研究具有重要的理論和實踐意義。

2 瓜類作物地膜撿拾機的概述

2.1 地膜撿拾機的定義和功能

地膜是一種用于覆蓋土地的塑料薄膜，可以有效地保護作物，提高產量，節約用水。在收獲農作物后，需要及時撿拾地膜，以免對土壤和環境造成污染。地膜撿拾機是一種專門用于撿拾農田地膜的農業機械設備。它可以自動撿拾農田中使用過的地膜，并將其收集起來。傳統的地膜撿拾工作需要耗費大量人力和時間，效率低下。因此，設計一種高效、智能化的地膜撿拾機對于農業生產具有重要意義[3]。

2.2 地膜撿拾機的應用價值

地膜撿拾機具有重要的應用價值。首先，地膜撿拾機的應用可以大大提高地膜撿拾的效率和準確性，減輕農民的勞動強度，提高生產效率。其次，地膜撿拾機的智能化設計可以實現自動化撿拾地膜，減少人力投入，節約成本。最后，地膜撿拾機的研究和應用還有助于推動農業生產的現代化和智能化，促進農村經濟的發展和農民收入的提高。因此，地膜撿拾機的研究具有重要的理論和實踐價值[4]。

3 地膜撿拾機的設計原理和構成

如圖1、圖2所示，這款地膜撿拾機的主體結構是一個機架1，其前端配備了與拖拉機連接的牽引板3，兩側則裝有地輪5，這里的地輪5可以有一對或兩對。機架1的前上方安裝有傳動箱2，傳動箱2的前端延伸出與拖拉機動力輸出軸相連的傳動軸，側面則延伸出橫向傳動軸，通過皮帶或鏈條等傳動裝置將動力傳遞給各個運動部件。在機架1的前下方設置有一排土鏟4，土鏟4的后方裝有一對傳送帶6。再往后是固定在機架1上的篩分器7，篩分器7的后方裝有集裝箱8，篩分器7的后上方有一個風扇10，風扇10的上方有一根拋送管9，拋送管9的末端與集裝箱8的上口相對。

圖1 地膜撿拾機正面圖

圖2 地膜撿拾機底圖

篩分器7包含一個水平放置的篩盤，篩盤由多根鋼筋焊接的多孔篩片構成，下方固定有轉軸，轉軸通過篩盤架安裝在機架上，并通過傳動輪與傳動部件相連。在篩盤的上方設置有多根短鋼筋制成的向斜上方伸展的破碎爪。

篩盤的上方有一個由篩網圍成的篩網圈，篩網圈的上口敞開，且后側面向后上方傾斜，篩網圈的下部固定在機架1上。篩網圈的上方安裝有一個護置，護置由一塊前低后高的傾斜板面圍成的拱狀體構成，其后側開口與風扇10相對。傳送帶6裝在機架1的前下部，兩頭由鏈輪帶動，之間可以采用支鋼筋構成有縫隙的面，可以對物料進行初步的篩分。當然，這種傳送帶6也可以是密閉的，所有物料都送入篩分器7進行篩分。風扇10有一塊豎立的底板，底板的一側裝有三片扇葉，底板的另一側設有風扇軸，風扇軸裝在風扇支架上，風扇轉軸通過傳動輪與動力機相傳動。風扇裝在篩網圈的后上方，開動以后，對篩網圈及護置之間的空間產生負壓，吸引物料隨風進入拋送管9拋出。

機架1前下方安裝的土鏟4有多片刀，鏟刀安裝后即為前低后高的斜面，各個鏟刀之間留有縫隙。每個鏟刀前部一側有一斜邊，與另一側的直邊構成尖鋒，尖鋒根部通過圓弧內收，使得后面的部分變窄，從而使兩片相鄰鏟刀之間的間隙加大。鏟刀的下面通過一片立板支撐，立板上下折邊通過螺栓分別與上面的鏟刀以及下面的橫梁相固定，橫梁兩端與機架1固連。在土鏟4的上方裝有多個撥爪，撥爪的形式有多種，圖中僅列舉一種：多支撥爪裝在一個轉軸周圍，轉軸在動力的帶動下轉動，撥爪即可把鏟刀上面的物料撥向傳送帶6。

當然，這種結構僅在物料流動不暢的情況下選用，否則可以不用。工作時，把這種機具掛接在拖拉機的后面，拖拉機的動力輸出軸通過傳動箱變速后，再把動力分別傳到篩分器7、風扇10、傳送帶6等處。機架1前下部的土鏟4把耕層的土壤連同殘膜、雜草茬子等物料鏟起，難以切割的雜草茬子等雜物通過鏟刀之間的縫隙流走，其余物料靠慣力拋向后面的傳送帶6，傳送帶6把物料送到篩分器7內，物料在轉動的篩盤上面被粉碎，較輕的膜片被風扇吸引向上運行并被拋送管9甩出落入集裝箱8，較重的土塊及雜物從篩盤落下。

經過多次實驗證明，這種設備比其他各種僅靠振動篩分的機構的殘膜回收率有較大的提高，采用多點采樣分析的方法進行檢驗證明，殘膜回收率高達99.75%，不低于95%，符合現有的農藝要求。

4 地膜撿拾機的推廣應用和發展前景

4.1 地膜撿拾機的應用場景和推廣前景

地膜撿拾機作為一種智能化的農業機械設備，具有廣泛的應用場景和推廣前景。首先，地膜撿拾機在農業生產中可以廣泛應用于地膜撿拾工作，能夠大幅提高地膜撿拾的效率和準確性，減輕人力勞動強度。其次，地膜撿拾機可以適用于不同類型的地膜，包括塑料地膜、光熱地膜等，具有較強的適應性和靈活性。此外，地膜撿拾機的智能化技術和自動化控制，使其具備更廣闊的應用前景，可以在農田管理、作物種植和環境保護等領域發揮重要作用[5]。

4.2 應用地膜撿拾機的預期效益

1）經濟效益：研發、生產的瓜類作物地膜撿拾機經濟效益顯著，按每臺機具年作業面積1 000畝計算，畝節約生產成本36元，創經濟效益3.6萬元。通過新機具、新技術的示范、推廣應用，民勤縣成達順圓農機具制造有限公司在原有的基礎上繼續研發推廣，預計在2024年加大殘膜回收機的研發力度，生產推廣殘膜回收機30臺，對回收的地膜再加工利用，創造更多的經濟價值。2）社會效益：機械化殘膜撿拾技術及機具的推廣應用，可提高民勤縣瓜類作物廢舊地膜機械化撿拾水平，進一步解放生產力，減輕農民的勞動強度，縮短殘膜撿拾的作業時間，節約的勞動力可轉入其他產業創造更好的效益。同時，項目的實施，將會輻射和帶動周邊地區高效節水農業快速發展[6]。3）環境效益：農業生產地膜覆蓋技術，在提高農作物單產上發揮了積極作用，但長期使用地膜對土地造成了嚴重的污染，影響到農業生產的可持續發展。土壤中的殘膜降低了土壤的滲透性能，土壤含水量下降，減弱了耕地的抗旱能力，使作物吸收水分、養分的能力降低，導致作物減產。同時，殘膜造成灌水不均勻和養分分配不均，土壤通氣性能降低，影響土壤微生物活動和正常土壤結構形成，最終降低土壤肥力水平。項目的實施，通過機械化殘膜回收作業，進一步提高廢舊農膜撿拾效率，提升“白色污染”治理水平，保護農田生態環境，推進農業綠色生態高質量發展[7]。

4.3 地膜撿拾機的發展趨勢和未來展望

隨著農業生產的現代化和智能化發展，地膜撿拾機將呈現出以下幾個發展趨勢。首先，地膜撿拾機將更加注重節能減排和環境保護，采用更加環保的動力源和材料，降低對環境的影響。其次，地膜撿拾機將更加智能化和自動化，引入先進的感知技術和智能控制系統，實現更加精準的操作和管理[8]。再次，地膜撿拾機將向著多功能和全自動化方向發展，實現多種作業功能的集成和一鍵式操作，提高工作效率和靈活性。最后，地膜撿拾機將更加注重與其他農機設備的聯動，實現農田管理和農業生產的全面智能化[9]。

在未來，地膜撿拾機作為農業生產的重要裝備，將在推動農業生產現代化、提高生產效率和保護環境方面發揮越來越重要的作用。研究團隊對地膜撿拾機的未來發展充滿信心，并期待它為農業生產帶來更多的便利和效益[10]。

5 結語

民勤縣瓜類作物地膜撿拾機的設計與優化是一個具有重要意義和實際應用價值的研究課題。通過不斷優化和改進地膜撿拾機的設計和性能，可以提高農業生產效率，促進農村經濟的發展，幫助農民增收致富，推動農業現代化的進程。相信在不久的將來，地膜撿拾機將成為農田作業中不可或缺的重要工具，為農民的農業生產帶來更多便利。