风筛式土壤残膜分离装置的设计与试验分析

赵　磊，马少辉

(1．塔里木大学 机械电气化工程学院，新疆 阿拉尔　843300；2．新疆维吾尔自治区普通高等学校现代农业工程重点实验室，新疆 阿拉尔　843300)



风筛式土壤残膜分离装置的设计与试验分析

赵磊1,2，马少辉1,2

(1．塔里木大学 机械电气化工程学院，新疆 阿拉尔843300；2．新疆维吾尔自治区普通高等学校现代农业工程重点实验室，新疆 阿拉尔843300)

摘要：为了解决耕层残膜回收率低的问题，设计了风筛式土壤残膜试验平台装置，并采用双曲柄机构来减小装置的振动性。对土壤残膜进行了无气流条件下的筛分试验，分析了各因素对筛分率的影响，优选了振动筛参数组合。试验结果表明：当曲柄转速为180r/min、筛面倾角为6°、鱼鳞筛开角为20°时，筛分装置有较高的残膜筛分率，即为87.67%。

关键词：残膜；筛分装置；筛分试验；筛分率

0引言

地膜覆盖栽培技术自20世纪70年代末引人我国以来，因具有显著增加作物产量的特点，深受广大农民欢迎。在带来较高经济效益的同时,废旧地膜也产生了严重的白色污染。调查测算表明：连续覆膜3年的棉田,地表有大小碎片47.3块/m2，折算有残膜52.1kg/hm2；耕层30cm内有残膜56.6块/m2，折算有残膜57.9kg/hm2；两者合计有残膜110kg/hm2[1]。残膜积累在土壤中，致使农业环境遭到严重的污染，破坏了农田的生态环境，破坏土壤的物理和化学结构[2-3]。目前，残膜回收机回收的大都是保存完整性比较好或大块的残膜，主要针对土壤表层(0~5cm)的地膜回收问题设计的，残膜回收率在80%左右[4-7]；而残留在耕层内的残膜不能完全被清除，“白色污染”不能彻底治理。根据残膜质量较轻的物理特性，设计风筛式土壤残膜分离装置，利用气流的作用来收集被分离的残膜。同时，对所设计的装置在无气流条件下进行试验分析，来优化参数，以达到最佳的筛选回收效果，为进一步研制风筛式残膜回收机械提供参考依据。

1试验装置的设计

1.1　工作原理

为了防止物料在前端有较厚的堆积层，导致负荷较大、堵死筛孔，要求筛子一端能反复地把物料抛起；同时，对于风筛式土壤残膜分离筛来说，更有利于气流从筛子前端吹向筛子尾部。土壤相对于薄膜较重，一般处于底层，有利于土壤筛分出去。由于部分土壤已从筛面前部筛分出，筛面中后部土壤厚度逐渐变薄，质量较前部轻。为了增加土壤与筛面的接触机会，使土壤在筛面上相对滑动而充分筛除，要求筛子中、后部振幅相对小一些。因此，采用前后吊杆不等长来实现，前吊杆(短吊杆)位于风机出风口处，后吊杆(长吊杆)位于残膜等杂余出口处[8]。

1.2　结构设计

为平衡振动筛运动时的惯性力、减小振动、提高土壤残膜筛分效率、提高振动筛装置的稳定性和寿命，设计采用双曲柄式振动筛装置，运动初相位角相差180°，相错半个周期。土壤残膜筛分装置结构简图如图1所示。其中，偏心轮旋转带动连杆转动，连杆带动摇杆7、10，从而实现筛体的往复运动。筛面采用鱼鳞筛，筛面长度为1 500mm，筛面与水平面夹角设为可调式。

1.电机　2.皮带　3.偏心轮　4.连杆　5.风机

2试验方案

此试验是针对有物料、无气流情况下的试验。试验中选定的3个主要的振动筛参数为曲柄转速、振动筛倾角及鱼鳞筛开角，其他对振动筛可能产生影响的因素(如曲柄长度、喂入量、土壤含水率等)都被控制在某一水平。通过预试验，得出曲柄的转速取值范围为115~210r/min，而210r/min时振动筛的振动性较大。在无气流情况下对土膜混合物进行试验，3因素分别取3个水平，因素水平表如表1所示。考虑因素之间的交互作用，选用正交表L27(313)，试验条件中土壤取自棉田耕地后播种前耕层0~15cm深度的土壤15kg(经测定含水率为12.8%)，振动时间为10s。由于振动筛筛面后区残膜量是风筛试验振动筛参数选择的重要参考因素，因此需对后区残膜量进行统计分析。经过试验得出振动筛筛面后区残膜含量和残膜筛分率数据如表2所示。

表1　因素水平表

表2　试验数据分析计算

续表2

3试验分析[9-10]

3.1　极差分析

通过表2可以看出：对后区残膜量的影响大小顺序依次为A、C、(A×B)1、B、(A×C)2、(B×C)1、(B×C)2、(A×C)1、(A×B)2；对总筛分率影响的主次顺序为C、B、(A×B)1、(B×C)1、(A×B)2、(A×C)1、(B×C)2、(A×C)2、A。后区残膜量的方差分析如表3所示，残膜筛分率的方差分析如表4所示。

3.2　方差分析

由表3、表4可知：A对后区残膜量影响最显著，对残膜的总筛分率影响较小；B对两者的影响均较小；C对两者的影响都较显著。考虑有较高的残膜总筛分率的情况下，为有利于风筛试验和残膜收集而把后区残膜量作为因素主次的评定标准，则3个因素的主次顺序为C、A、B。从表2中各个因素的均值中可知较高的水平为C1、C2、A3、A2、B1、B2，结合上述极差分析和k值，优选出有利于后面风筛试验的3个组合，分别为A3B1C2、A3B1C1、A2B3C2。

表3　后区残膜量的方差分析表

表4　残膜筛分率的方差分析表

4结论

1)当曲柄转速大于210r/min时，筛分装置的振动性较大，不利于筛分试验，影响装置的使用寿命。

2)在无气流的情况下，当曲柄转速为180r/min、筛面倾角为6°、鱼鳞筛开角为20°时，筛分装置有较高的残膜筛分率，即为87.67%。

3)试验表明：影响残膜在筛面上分布情况的因素依次为鱼鳞筛开角、曲柄转速、筛面倾角。为提高风筛式残膜回收率，需进一步考虑风机安装参数、土壤湿度及喂入量等参数的影响，来确定最佳参数组合。

参考文献：

[1]侯书林，胡三媛，孔建铭.国内残膜回收机研究现状[J].农业工程学报，2002，18(3)：186-188．

[2]王福义.农用残地膜回收机械发展概述[J].农业科技与装备，2012(9)：44-45，48．

[3] 张佳喜，谢建华.国内外地膜应用及回收装备的发展现状[J].农机化研究，2013，35(12)：237-240．

[4] 王鹏，曹卫彬.新疆兵团残膜机械化回收现状分析[J].农机化研究，2013，35(9)：237-242．

[5] 薛文瑾，王春耀.卷模式棉花苗期残膜回收机的设计[J].农业机械学报，2005，36(3)：147-149．

[6] 杨丽，刘佳，张东兴，等．棉花苗期地膜回收机设计与试验[J]．农业机械学报，2010，41(S):73-77．

[7] 王吉奎，付威，王卫兵，等．SMS-1500 型秸秆粉碎与残膜回收机的设计[J]．农业工程学报，2011，27(7):168-172．

[8] 袁佳平，汪裕安，顾永康.农业机械的设计和计算[M].北京：中国农业机械出版社，1983:353．

[9] 任露泉. 试验设计及其优化[M].北京：科学出版社，2009:16-17．

[10]郑少华，姜奉华. 试验设计与数据处理 [M].北京：中国建材工业出版社，2004:52-53．

Abstract ID:1003-188X(2016)10-0174-EA

Design and Experiment Analysis on Wind Sieve Soil Residual Film Separating Device

Zhao Lei1,2， Ma Shaohui1,2

(1.College of Mechanic and Electrical Engineering，Tarim University，Alar 843300，China；2.Xinjiang Uygur Autonomous Region General Institutes of Higher Education Key Lab of Modern Agriculture Engineering，Alar 843300，China)

Abstract：In order to solve the problem of low recovery of topsoil residual film, designed wind screen type soil residual film test platform devices, and double crank mechanism to reduce the vibration of the device. Soil residual film screening tests conducted under no flow conditions, Analyzed the influence of various factors on screening rates, preferably the shaker parameter combinations. The test results showed that: when the crank speed is 180r/min, the screen surface inclination of 6°, scale sieve opening angle of 20° the screening device has a higher rate of residual film screening, it is 87.67%.

Key words：residual film； screening device； screening test； recovery

中图分类号：S225.39

文献标识码：A

文章编号：1003-188X(2016)10-0174-04

作者简介：赵磊(1988-)，男，河南驻马店人，硕士研究生，(E-mail)zziazhaolei@163.com。通讯作者：马少辉(1976-)，男(回族)，新疆喀什人，副教授，硕士生导师，(E-mail)ngynj@sina.com。

基金项目：国家自然科学基金项目(51265049)

收稿日期：2015-09-17