3种残膜回收机的作业性能对比试验研究

严 伟，胡志超，游兆延，徐弘博，张德高，周新星，吴 努

(1.南通大学 机械工程学院，江苏 南通 226019；2.农业部 南京农业机械化研究所，南京 210014)



3种残膜回收机的作业性能对比试验研究

严 伟1，2，胡志超2，游兆延2，徐弘博2，张德高2，周新星1，2，吴 努1

(1.南通大学 机械工程学院，江苏 南通 226019；2.农业部 南京农业机械化研究所，南京 210014)

通过对我国残膜回收机械调查分析，针对目前多数残膜回收机可靠性差、缠膜率高、拾净率低等现状，选择了常用的1MLC-110型、1MCS-100型和2MCL-150型残膜回收机械作为试验研究对象。通过对这3种残膜回收机的田间作业性能对比试验，分析了各机型的主要收获指标：拾净率、缠膜率、作业效率。结果表明：1MCS-100型残膜回收机的性能优于1MLC-110型和2MCL-150型残膜回收机。经3种残膜回收机的对比试验分析，为残膜回收机的理论研究与优化设计提供了参考，也为残膜回收机的研制开发提供新的思路。

残膜回收机；作业性能；对比试验

0 引言

近年来，由于不断加大对农村农业产业结构的调整力度，地膜覆盖种植技术在提高粮食产量、增加农民收入、追求经济效益中得到大面积推广。地膜覆盖栽培在带来显著经济效益的同时，由于覆膜年限的不断增长及覆盖面积的不断扩大,使用过的地膜有很大一部分不能彻底的回收，逐年积累，滞留在农田里的残膜致使大面积的耕地遭到严重污染,甚至在许多地区形成“白色污染”[1-4]，残膜回收刻不容缓。当前，残膜回收的主要研究内容和发展方向已从人工回收残膜转变为机械化回收残膜。本文通过对国内残膜回收机的广泛调研分析，对现阶段应用较多的残膜回收机的主要类型及其性能特点进行了差异性分析。

目前，国内的残膜回收机种类较多。根据国家标准，农用残膜机械化回收主要分为两类：一是苗期残膜回收机。由于地膜使用时间短,各方面性能良好,有利于残膜回收,残膜回收以后,同时进行中耕作业。二是收获后残膜回收机。收获后的地膜使用时间较长，破损比较严重，残膜回收比较困难。作物收获后,其在耕、整地的同时将田间的残膜收起或下茬作物播种前将田间的残膜收起[5-8]。

本文介绍的是收获后残膜回收机，以本单位研制且已经广泛应用的3种机型为例：第1种是以2MCL-150型为代表的铲链组合式残膜回收机，即挖掘铲固定在设备前部，后部配有卷链式的分离输送装置；第2种是以1MCS-100型为代表的铲筛组合式残膜回收机，即挖掘铲固定在设备前部，后部配有前后抖动的栅条筛作为分离装置；第3种是以1MLC-110型为代表的链齿式残膜回收机，即挖掘铲固定在前部，后部配有链齿式的挑膜装置。残膜回收机在中国起步相对较晚，相关研究还比较少。因此，对现有残膜回收机进行相应的田间对比试验和性能分析有着重要的意义，也可为进一步改进和研制适合中国国情的残膜回收机械提供依据[9-11]。

1 3种残膜回收机的特性

选用1MLC-110型残膜回收机、1MCS-100型残膜回收机和2MCL-150型残膜回收机进行对比试验。这3种残膜回收机是国内目前残膜回收机械的主要类型，也是当前农村使用较多机型的代表。

1.1 1MLC-110型残膜回收机的构造与工作原理

1MLC-110型残膜回收机为链齿组合式残膜回收机主要由起膜机构、拾膜机构、卸膜机构及集膜机构4部分组成，如图1所示。其工作原理及工作过程为：残膜回收机悬挂于拖拉机的后部，由拖拉机动力输出轴通过万向节传送到收获机，经过变速箱和齿轮带动拾膜杆齿与脱膜辊转动；工作中，由松土铲将残膜与泥土分离，同时拾膜齿将分离的残膜挑起，经链齿传动斜向上输送，由脱膜辊将拾膜齿上的残膜脱入集膜箱内，完成收膜。

1.2 1MCS-100型残膜回收机的构造与工作原理

1MCS-100型为铲筛组合式残膜回收机主要由挖掘铲、振动筛及集膜筐3部分组成,如图2所示。其工作原理及工作过程为：残膜回收机悬挂于拖拉机的后部，由拖拉机动力输出轴通过万向节传送到收获机，经变速箱输出轴带动偏心凸轮与连杆机构运动，由连杆机构带动振动筛振动；工作中，挖掘铲将挖起的膜土向后输送至振动筛，振动筛进行膜土分离，同时将分离后的残膜向后输送至集膜筐内，完成收膜。

1.悬挂架 2.变速箱 3.角度调节杆 4.固定架 5.输膜链条 6.脱膜辊支架调节杆 7.拾膜齿 8.脱膜辊支架 9.叶轮 10.集膜箱 11.密封帆布 12.托板弹簧 13.限位杆 14.托板 15.起膜铲 16.地轮 17.机架图1 1MLC-110型残膜回收机结构简图Fig.1 Structural diagram of 1MLC-110 type residue plastic film collector

1.挖掘铲 2.机架 3.传动装置 4.偏心块 5.限深轮 6.振动筛 7.集膜筐图2 1MCS-100型残膜回收机结构简图Fig.2 Structural diagram of 1MCS-100 type residue plastic film collector

1.3 2MCL-150型残膜回收机的构造与工作原理

2MCL-150型残膜回收机为铲链组合式残膜回收机主要由挖掘铲、输送链杆及集膜筐3部分组成,如图3所示。其工作原理及工作过程为：残膜回收机悬挂于拖拉机后方，由拖拉机动力输出轴通过万向节传送到收获机，经过变速箱输出轴带动带轮传动，从而带动链杆传动；工作中，输送链杆将挖掘铲挖起的膜土向上输送，在输送过程中利用链杆间距进行膜土分离，同时利用击振装置进行进一步的膜土分离，分离好的残膜经链杆输送至集膜筐内，完成收膜。

1.挖掘铲 2.限深装置 3.变速箱 4.张紧装置 5.机架 6.V型带 7.护罩 8.集膜筐 9.链杆 10击振装置图3 2MCL-150型残膜回收机结构简图Fig.3 Structural diagram of 2MCL-150 type residue plastic film collector

2 田间性能对比试验

田间试验是残膜回收机研制与改进的重要依据。在田间试验中，选择的试验田各方面条件需比较均匀，尽量避免土壤的成分、硬度、湿度等因素对试验产生影响[12-13]。2015年10月，在辽宁锦州义县收获后的花生地进行残膜回收试验，试验地为垄作花生单垄双行种植模式，所覆膜为厚度0.008mm的黑膜，垄宽900mm,覆膜宽度680mm，垄高11mm。

2.1 试验目的

通过3种残膜回收机的田间性能试验，在相同条件下分别测定3种残膜回收机的缠膜率、拾净率、作业效率，并对比试验结果。综合分析3种机型的试验结果，指出试验中存在的问题，为后续残膜回收机的理论研究与优化设计提供参考。

2.2 测区和测点位置的确定

将选取的试验田块分为3块，每块铺设相同厚度与长度的农用地膜，3款机具分别在每块田地进行试验，测区长度不少于100m，宽度应满足机具3个往返行程的工作宽度。

测点采用五点法[14-17]，从测区4个地角沿对角线，在1/8～1/4对角线长度范围内随机确定4个测点的位置，再加上该对角线的交点，作为作业前的5个测点。然后，在作业前的5个测点附近但不重复的区域再选取5个测点，作为作业后的5个测点；测点长度5m，宽度为一个膜幅[18]。

2.3 拾净率、缠膜率、作业效率的测定

分别将两个测区内作业前、后的各5个测点，分别取出表层残地膜与深层残地膜，表层残地膜深度为0～100mm，深层残地膜为100～150mm。将各测点按层取出的残地膜洗净晾干后称其质量，求其平均值。按式(1)分别计算表层拾净率和深层拾净率，有

(1)

式中J—拾净率(%)；

W—作业后的表层或深层残地膜质量(g)；

W0—作业前的表层或深层残地膜质量(g)。

分别测定两个行程，将通过测定区时在集膜箱内残地膜与机器上缠绕的地膜收集，分别洗净后称其质量，按式(2)计算回收机缠膜率，有

(2)

式中C—缠膜率(%)；

m1—测区内缠绕在机器上地膜的质量(g)；

m2—测区内集膜箱内残地膜的质量(g)。

测定机器在1h内所完成的收膜面积，按式(3)计算作业效率。

(3)

式中η—作业效率(hm2/h)；

t—机具作业时间(h)；

w3—机具在t时间内完成的收膜面积(hm2)。

2.4 试验结果

试验结果如表1所示。由表1可看出：1MCS-100型残膜回收机在作业过程中，由于筛面采用锯齿条加杆条结构形式，振动筛的松破土、输膜性能好，膜土分离效果也好，不易壅土，工作可靠性高；收获后的残膜易于回收利用。该机型结构紧凑、工作稳定、适应性强、操作使用方便、捡拾效率高，符合残膜回收机作业质量要求。

1MLC-110型残膜回收机在弹齿入土拾膜过程中，漏膜现象比较严重，帆布在一定程度上防止掉膜现象，但是壅土、带土，工作不够稳定；脱膜辊在脱膜过程中形成自缠绕现象，而且弹齿在回转运动过程中回带脱膜辊上的膜，收获后的残膜含土率高，回收利用率低。该机型残膜拾净率不高，作业效率低，适应性一般。

2MCL-150型残膜回收机在作业过程中，挖掘铲将膜土铲起，靠分离链杆将膜土抖松、分离，在向上方输送中残膜容易掉落，且膜土分离效果一般；分离好的残膜易缠绕在链杆上，形成回带现象；收集后的残膜含土率较高需二次分离。该机型工作稳定、作业效率高、适应性良好，但拾净率较低。

2.5 结果分析

由表1及图4～图11可以看出：对于表层拾净率来说，1MCS-100型残膜回收机表层拾净率最高且稳定性最好，2MCL-150型残膜回收机次之，1MLC-110型残膜回收机较差；且1MLC-110型残膜回收机波动幅度较大，呈不稳定状态。对于深层拾净率来说，1MCS-100型残膜回收机深层拾净率最高且变化幅度不大，2MCL-150型次之，1MLC-110型较差；1MLC-110型与2MCL-150型残膜回收机深层拾净率较低，且波动幅度较大，呈不稳定状态；对于缠膜率来说，1MCS-100型最低且稳定性最好，2MCL-150型相对较好，1MLC-110型缠膜率最高并有较大波动；对于作业效率来说，2MCL-150型最好，1MCS-100型次之，1MLC-110型最差。3种机型作业效率相对稳定。

图4 3种残膜回收机表层拾净率平均值对比Fig.4 Comparison of mean surface recycle rates for three types of residue plastic film collectors

图5 3种残膜回收机深层拾净率平均值对比Fig.5 Comparison of mean deep recycle rates for three types of residue plastic film collectors

图6 3种残膜回收机缠膜率平均值对比Fig.6 Comparison of mean wrap rates for three types of residue plastic film collectors

图7 3种残膜回收机作业效率平均值对比Fig.7 Comparison of mean field efficiency for three types of residue plastic film collectors

图8 3种残膜回收机表层拾净率对比Fig.8 Comparison of surface recycle rates for three types of residue plastic film collectors

图9 3种残膜回收机深层拾净率对比Fig.9 Comparison of deep recycle rates for three types of residue plastic film collectors

图10 3种残膜回收机缠膜率对比Fig.10 Comparison of wrap rates for three types of residue plastic film collectors

图11 3种残膜回收机作业效率对比Fig.11 Comparison of field efficiency for three types of residue plastic film collectors

3 结论

1)这3种残膜回收机配套动力均为覆膜种植地区拥有量最多的小四轮拖拉机，易于推广，基本能够适应当前覆膜种植农户的收获需求。从作业效率来说，3种残膜回收机均相对稳定，没有较大幅度波动。其中，2MCL-150型残膜回收机在作业中收两垄，作业效率最高；1MCS-100型残膜回收机次之；1MLC-110型残膜回收机最差。

2)实际作业效果。1MCS-100型由于采用挖掘输送一体以及振动筛加锯齿条结构形式，实现了膜土分离与残膜输送一次完成，残膜的通过性好、缠膜率低，锯齿筛碎土能力强，没有壅土现象；收好的残膜含土率较低，便于回收利用，整体收膜效果好。1MCL-150型残膜回收机是先挖掘后通过分离链杆进行膜土分离，分离好的残膜向上输送至集膜筐。但是，实际工作效果来看，链杆膜土分离效果一般，链杆存在缠膜、回带现象；输膜过程中碎膜容易从链杆之间掉落，整体收膜效果良好。1MLC-110型残膜回收机采用先松坡土后拾膜形式，拾膜齿在拾膜过程中存在漏膜、回带膜现象；并且膜土分离效果较差，壅土现象比较严重，脱膜辊缠膜现象严重，收好的残膜含土率高，需二次分离，整体收膜效果较差。建议用户在选型中重点以1MCS-100型与1MCL-150型残膜回收机为主，重点选用1MCS-100型残膜回收机，不建议用户选用1MLC-110型残膜回收机。在研究和开发新型残膜回收机时，重点考虑整体挖掘与输送的组合作业形式，同时加大1MCS-100型残膜回收机作业幅宽，提升作业效率。

3)3种残膜回收机受覆膜作物种类、种植模式和土壤类型的影响较大，普遍存在对不同地区、不同作物、不同覆膜模式适应性差的问题。3种机具作业方式相对简单，但是机具操作人员需要一定技术水平，需经过专业的培训或指导，在后续残膜回收机的研发与推广应用中应给予一定关注。

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Comparative Experimental Study on Working Performance of Three Kinds of Residue Plastic Film Collectors

Yan Wei1,2,Hu Zhichao2,You Zhaoyan2,Xu Hongbo2,Zhang Degao2,Zhao Xinxing1,2,Wu Nu1

(1.College of Mechanical,Nantong University,Nantong 226019,China; 2.Nanjing Research Institute of Agricultural Mechanization,Nanjing 210014,China)

The mechanization level of residue plastic film collector is lower than those of other crops, and it is concluded that the reliability is worse, the wrap rate is higher and the recycle rate is lower, through investigation and analyses of the mechanized harvesters for residue plastic film at present in China. Three types of residue plastic film collectors, i.e., 1MLC-110,1MCS-100 and 2MCL-150 residue plastic film collectors were selected as research objects. Through comparative field experiment on the performances of the three types of residue plastic film collectors, the dominant factors including wrap rate, recycle rate and field efficiency, which control residue plastic film collector targets, were analyzed. Experimental results prove that the performance of 1MCS-100 type residue plastic film collector is superior to those of the 1MLC-110 and 2MCL-150 residue plastic film collectors The results of comparative test and the analyses of the three types of residue plastic film collectors, provide the basis for theoretical research and optimized design of residue plastic film collectors, and also offer new methods for research and development of residue plastic film collectors. Moreover, the study provides better

for popularization and application of these kinds of residue plastic film collectors.

residue plastic film collector; working performance; comparative experiment

2016-03-11

公益性行业(农业)科研专项(201503105_08)

严 伟(1991-)，男，江苏宿迁人，硕士研究生，(E-mail)974916120@qq.com。

吴 努(1957-)，男，江苏南通人，教授，硕士生导师，(E-mail)m99yzy99@163.com。

S233.5

A

1003-188X(2017)03-0197-06