機收農田殘膜混合物膜雜分離機械的研究與發展

麥爾耶姆·艾薩

本文對機收農田殘膜混合物膜雜分離機械的研究與發展進行分析，最先針對機收農田殘膜混合物膜雜分離的要求進行闡述與分析，之后以國內外研究現狀作為主要的基礎，對現今我國的膜雜分離機械總體設計與零部件設計進行分析，旨在提升機收農田殘膜混合物膜雜分離機械的運行質量與效率，進而有效提升農田種植率。

農田在種植時，為了提高產量，通常會使用地膜進行覆蓋。但是在使用完成之后，需要將機收農田中的地膜收集撤掉。在該過程中，由于殘膜混合物的處理與收集技術不佳，會導致周邊的環境污染，而且殘膜也得不到良好的使用，對于種植業以及能源回收不具有良好的效果。因此需要加強殘膜混合物膜雜分離機械的研究，對殘膜起到良好的回收作用。

一、機收農田殘膜混合物膜雜分離要求

我國的地膜回收利用起步較晚，目前每年的廢舊地膜產量高達3000 萬噸，約占全世界廢棄金屬礦產資源總量的1/3，這些廢棄的金屬礦產資源大部分被用于生產建材、鋼鐵、有色冶金、化工、機械及建筑材料等行業，同時也產生了巨大的環境污染。由于我國目前還沒有殘膜回收利用技術及產品產業化開發，導致大量的廢舊地膜沒有得到有效的回收和利用，造成了嚴重的浪費和環境污染。據統計，每年有大約3 億噸廢舊農用地膜未被回收利用或不完全分解降解而殘留于土壤中，約占農作物播種面積的40%。我國每年使用的廢棄農用殘膜約為6000 萬噸，其中殘留在農田土壤中的殘膜總量達8000 萬噸。由于廢舊農用殘膜中含有大量有毒有害物質和難降解有機物質，因此造成了嚴重的生態污染和環境破壞現象。我國廢舊農用殘膜回收機械化作業程度較低，由于地膜殘留后會嚴重影響農作物生長，降低作物產量和品質。據統計2009 年我國一年就有3 億噸殘留在土壤中未被分解降解的地膜污染環境。因此研制開發高效、低成本、無污染、可連續作業、適應性強的殘膜回收機械和裝置是我國農膜回收機械化實現技術突破與產業化應用所面臨重要課題。據統計我國每年農膜損失量約為3 億噸（含焚燒），而且農膜對農作物生長造成不良影響，農民收入以及農民生活水平提高都有很大負面影響。

二、機收農田殘膜混合物膜雜分離機械研究與發展

1、膜雜分離機械研究現狀

①國外研究現狀

國外在機收農田的殘膜混合物膜雜分離機械研究方面的進度相對較慢，因為在國外種植業中，其采用地膜來對種植地進行保護，該種地膜在實際的應用中具備良好的保護性，且厚度足夠，在回收殘膜的過程中能夠遺留較少的雜物，并且回收率較高，回收后的膜分離需求不大，因此在膜雜分離機械方面的探究與發展相對不足。

②國內研究現狀

國內針對膜雜分離機械的研究已相對成熟，能夠通過不同的手段針對膜雜分離機械進行更新研究。在實際的研究中，主要可以分為風選分離以及水洗分離兩種模式。其中風選分離方式是通過氣流的懸浮特性以及氣壓差來分離膜雜。而水洗分離則是根據水中不同的物體漂浮特性來進行分離。其中風選分離機械中主要使用到風機以及輸送部件。在實際操作過程中，風機可以將殘膜混合物吹向滾筒，由于風力的懸浮特性，能夠讓膜雜分離開。而水洗分離需要將混合物放入到分離裝置中，借助水體漂浮作用，在噴射作用下實現自身的狀態變化，實現膜雜分離。

2、整體總機設計方案

①工作原理

我國現有農用殘膜回收機械主要是在原有農用殘膜拋灑播撒機和殘膜機基礎上改進設計和開發制造出了專用于聯合收獲機使用的系列農用殘膜回收機和農膜雜分離機械設備以及專用機具等系列產品，其主要工作原理是：通過傳動機構將農膜堆或殘膜拋灑裝置中的殘膜（包括地膜垃圾、殘膜塊、碎殘物）進行強制破碎分離成小于3mm 左右顆粒或粉狀固體雜質后進行分離處理。

②總體結構

機收農田殘膜混合物膜雜分離機械總體結構主要由滾筒、機架、動力系統，以及分離裝置等組成。該機設計合理，功能齊全，能夠將各種類型的殘膜、地膜及殘土有效地進行分離，實現了殘膜回收機械化作業。同時，該機采用了先進的控制系統和液壓系統，可以方便進行檢修和維護。另外，本機還具有整機重量輕、體積小，安裝方便等特點。但是膜雜分離裝置的設計是通過機械結構實現將膜和膜雜分離，在不影響使用效果的前提下可以有效的解決二次污染問題，同時也有利于提高機器使用壽命。由于膜雜分離裝置采用了機械結構設計的方式，可使膜與膜之間相互碰撞而造成二次污染。但使用過程中也存在著一些問題。由于回收物是濕的，在收集后由于高溫和高壓也會導致膜上吸附的雜質脫落下來進入空氣導致二次污染。另外膜雜分離裝置采用機械結構，在操作過程中存在一定的危險性；由于設備的密封性差，可能會造成操作人員或者其他機械發生意外等影響正常工作。

3、零部件設計

①收膜裝置

將殘膜混合物與各種雜質分離開來，是當前提高地膜回收率、實現地膜清潔生產的關鍵。殘膜混合物與各種雜質不能分離開來，就無法從根本上解決問題，從而不能實現地膜清潔生產。在這個過程中，需要對膜上附著的各種顆粒、殘膜等物質進行分選、脫雜處理。該系列機械可在土壤和作物上直接進行作業，無需對土壤、作物進行復雜的加工和分離。該系列機械可采用振動分選系統對作物殘膜、雜草等混合物進行分選收集，實現了殘膜級的連續分離；并以機械為核心，通過對土壤、作物上附著的各種雜質進行深度處理去除農膜等各種雜質，可實現農膜及殘布清潔生產和清潔回收。

采用膜分離技術回收廢舊地膜，可實現膜的回收、運輸和利用一體化，避免了廢膜的二次污染。采用膜分離技術回收廢舊地膜對農業生產有重大意義，可以有效保護土壤環境，降低地膜殘留對我國生態環境的影響。采用膜分離機對殘膜進行分離、收集、運輸和利用，將殘膜混合物與雜質分開，可有效避免由于物理、化學方法收集過程中產生的二次污染。對于使用機械破碎回收廢舊地膜的機械設備而言，采用非連續式粉碎方式將其破碎至小于5mm 大小后，將其送入殘膜機進行收集處理；對于使用連續式收購方法處理廢舊地膜而言，在對機器進行粉碎時必須將其粉碎至小于3mm 左右才可以進行回收，否則容易使機器產生堵塞等問題。連續式殘膜收集一體機通過液壓系統自動控制，工作時，先通過輸送鏈將殘膜和薄膜混合物送入到粉碎機中，粉碎機開蓋后自動將殘膜混合物輸送進集撿器里。粉碎機內的粉碎室內裝有高速旋轉粉碎刀片，可以將殘膜和薄膜混合物以一定速度粉碎成直徑小于5mm 的碎塊，然后送入集撿器內進行收集，這樣可以實現連續化作業。該系列產品采用了PLC 控制，機械設計合理，安全可靠；工作效率高，一次可完成回收廢舊地膜和粉碎廢料2 次作業；操作簡單，安全可靠，不傷手、不污染環境、不損壞耕地、操作簡單等特點。

②臺架裝置

機收農田殘膜混合物膜雜分離機械臺架裝置，采用斜撐桿將整個機體支撐在底座上。斜撐桿由二個斜撐桿槽組成，各槽中有四根支柱，之間通過二根斜撐桿連接。一、二、三槽支撐架分別由兩個斜撐桿槽和一根斜撐桿槽組成，各斜撐桿通過二根立柱與二槽支承在一起。支撐架由二個立柱支承，在一根立柱上裝上橫撐和豎撐，橫支下面裝有橫撐。四個立柱支承各設一只斜撐的頂端設有水平調整裝置，可在兩個支點之間調節高度。四個立柱支承均為對稱結構，其側方和頂部分別設一個水平調整桿。五個立柱支承均采用圓鋼管作材料，底部設有4cm×8cm 的墊塊和一個底腳螺栓固定在底座上。五個立柱支承均采用四根圓鋼管和兩根方木做材料的支撐架來支撐機體。機身安裝后為便于拆卸和維修，在機體下面設有兩支斜撐桿的斜撐桿槽和一根方木作支撐架。斜撐的斜度可根據需要調節，可調范圍為4°-15°。為便于拆卸和維修，每個立柱上還設有一個固定螺絲。底座為高8cm的圓柱形，底座上設有二個直徑分別是10cm 和20cm 的螺栓孔。每根立柱上可裝一只橫撐，橫柱下面還設有一只橫撐槽孔，每只橫撐桿下面設有一個橫柱孔。橫撐和橫柱孔距立柱高度均為8cm，斜撐槽和立柱支承的距離為20cm。機體安裝后，每個立柱上各安裝一個方木，之間用螺栓連接。

橫撐和豎撐通過可調連接件與立柱支承焊接在一起，橫桿上的可調節裝置可以調整兩個橫撐的高度。橫撐和豎桿之間的高度調節器裝有可調連接件，可通過旋轉調節手柄來調節兩個橫撐和豎撐的高度。橫撐、豎桿之間的連接部位為一個螺母，上有三個螺栓，分別與三個可調連接件相結合，螺母下面有墊圈，下面還有一個螺母座。該裝置的主要特征在于：橫、豎桿間采用可調連接件與立柱支承焊接在一起，橫、豎桿之間安裝高度調節器；橫撐處兩支橫撐中間裝有一個可調整手柄；橫撐處三支橫撐中間裝有兩只可調連接件；橫撐處兩支斜撐中間裝有一只可調節高度的螺絲。

③輸送裝置機構

輸送裝置是其中傳動箱包括一臺傳動軸，一只帶有傳動鏈輪的皮帶輪和一只具有導向齒的帶輪（即行走齒條），皮帶輪上設有一組齒輪（即行走齒條）。動力輸出系統：由電機、變速裝置和動力換擋變速箱組成，其變速裝置包括一個帶有齒輪的軸和一個帶有皮碗機構來驅動齒輪。傳動系統：由鏈輪變速箱同步器2、離合器等組成：其中同步器由二只帶傳動齒輪組成；驅動系統包括電機以及離合器1 和離合器2，其主要作用是使變速箱內的發動機與傳動軸通過同步帶驅動齒輪嚙合，從而將變速箱內的傳動系統傳遞給各驅動電機來推動車輛前進；變速裝置：有兩只皮帶輪，一只帶有皮碗機構來驅動兩只皮帶輪。

④分離裝置結構

目前國內外常用的膜材料有聚丙烯、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯等材質，常用塑料為PVDF 樹脂，采用PVDF 樹脂作為原料生產出來的膜材具有低收縮率、高強度、耐老化特性，適用于化工行業廢水的預處理。通過不同方式的過濾，對含有懸浮物等污染物的水進行預處理，將其降至可以循環利用的水平，以滿足后續處理系統工藝條件的要求。通過反滲透膜處理工藝，可對各種工業用水和市政生活用水進行深度凈化與回用。用于城市供水管網末梢的節水灌溉，提高了水資源的利用率。利用超濾膜過濾技術，可以處理生活污水和工業廢水。通過膜分離技術來達到污水資源化的目的，該技術在化工行業廢水處理中得到了廣泛采用。利用膜分離技術可以有效地回收和再利用化工廢水中的有用物質，包括有機物和無機物，回收成本低。機械膜分離技術是一種應用廣泛的水處理技術，被廣泛用于工業、農業和日常生活用水等領域。采用膜過濾的方法來處理廢水，既可以減少廢水處理費用，又可以提高處理效率。機械膜過濾技術具有很多優點：它可以在短時間內有效地除去水中的懸浮物、有機物、細菌等有害物質；同時還可通過機械膜法對不同成分的水中進行分離。此外，這種方法還具有操作簡單、不受水源水質限制等優點。

膜雜分離裝置采用了具有自清洗功能的過濾方式，從而可以在分離前就對分離裝置進行清洗。該裝置采用了新型的自清洗過濾系統，該系統能自動保持其過濾效果并能保證其工作過程中不會因為物料吸附而降低其過濾效果。機械膜雜分離裝置由于自身結構設計及加工制造上的特點，因而具有良好的防塵性能、耐高溫性能、防堵塞性能；在生產過程中，由于采用了防堵技術對過濾介質進行沖洗，使得機械膜雜分離設備具有良好的防塵效果。膜雜分離裝置作為一種新型的分離設備，已在農業上得到了廣泛應用。同時，根據國內外研究現狀，膜雜分離裝置具有較好的發展前景。機收農田殘膜混合物膜雜分離機械膜雜分離裝置是由兩臺（一高、一低）分離機組成的，分離出的殘膜混合物從高處進入下置的集料收集箱。兩臺分離機分別是：一臺高分離機和一臺低分離機。高分離機由刮板、鏈輪鏈傳動裝置、鏈板驅動裝置；低分離機采用雙鏈條傳動，鏈輪固定在高分離機上，鏈條通過齒輪直接與鏈條嚙合運動。兩臺分離機收獲的殘膜混合物都是由一個輸送箱運至收集箱，然后分別進入不同的輸送箱、分揀盒內，經輸送箱內的傳送帶將殘膜混合物送至不同收集容器。兩臺分離機都是由電機帶動，在正常工作狀態下（無負載）不會產生噪音，在工作狀態下會發出低噪聲或雜音。該設備能夠有效保證機械運行時沒有噪聲和振動產生并將其消除；能夠有效減少機器磨損，延長機器使用壽命；能夠有效提高機器工作效率、降低能耗、減少物料損失。

該機可根據需要配置不同的分離機，滿足不同作業要求；可根據用戶需求配備不同規格的收集容器（圓筒狀），用于收集玉米秸稈等多種生物質殘膜，便于進行二次利用；該機在分離過程中無物料飛濺，不會對環境造成污染。該機可加裝光電檢測裝置，用于檢測篩分過程中的殘膜混合物的濃度，以便進行調整和報警。由于采用液壓驅動，在正常工作狀態下，系統不產生振動、噪聲，不會出現機械部件的損傷和磨損，降低了物料損失、延長了機器使用壽命。傳動形式為鏈條式+鏈輪；傳動距離較遠。由于是由兩臺機器聯合作業，提高了工作效率，增加了作業量，增加了產量。分離效果好：分離出來的殘膜混合物顆粒細小均勻，破碎率高（破碎后能達到95%以上），殘膜的長度一般在5-10cm 之間。分離效果好：使用該裝置能將作物秸稈、雜草和麥秸等完全分離開來，避免了二次污染。操作簡單，勞動強度低：采用機械驅動方式，操作非常簡單方便，沒有復雜的裝置和零件組裝等工序過程。維修方便：該裝置可以對分離后的物料進行單獨分開放置。適應性強：本產品可在農田中進行作業，無需擔心環境的影響。

總而言之，機收農田殘膜混合物膜雜分離機械的研究與應用需要加強，以提升農田中殘膜的處理效率，因此需要就膜雜分離機械的研究以及發展情況進行全面分析，就其總體結構設計以及主要零部件的設計進行分析，將其中運行原理與殘膜處理的效果明確，為后續的機收農田殘膜混合物的發展提供參考。