棉田地膜回收打捆机关键参数设计及试验探析
2018-03-30张海春龚冠豪郭红娟蒋永新刘旋峰牛长河
张海春 龚冠豪 郭红娟 蒋永新 刘旋峰 牛长河
（新疆农业科学院 农业机械化研究所，乌鲁木齐 830091）
棉田地膜回收作为一种生态环保技术，对农业种植经济效益提升以及农村生态平衡发展有着非常重要的作用。但是，结合当前农业种植中地膜回收及其技术的研究现状来看，存在的问题情况还比较突出。因此，结合现有的农田种植回收打捆技术，进行棉田地膜回收打捆机及其关键参数设计试验研究，具有十分显著的价值和意义。
1 棉田地膜回收与利用现状分析
棉花作为我国种植的主要经济作物，我国很多地区都有较大规模的种植。地膜覆盖栽培技术是实现棉花种植产量以及效益提升的有效技术，在棉花栽培与种植中应用较为广泛。有关研究显示，在使用地膜覆盖栽培技术进行棉花种植后，某地区的棉花产量和效益成倍增长，由此可见，地膜覆盖栽培技术在棉花种植与发展中的重要作用。值得注意的是，地膜覆盖栽培技术在大规模的棉花种植中应用较多，并且棉花栽培与种植中对地膜使用及消耗量也非常大，因此棉田残留地膜对农田的污染也比较突出。针对农田残留地膜及其污染，当前主要的解决方式为焚烧或者是进行再回收利用。但是，再回收利用的效率较低，而回收残膜的自然堆放造成空间占用，或者是在大风等自然环境影响下会产生二次污染。随着我国社会经济的发展，人们的生态环境意识不断提升，对农田地膜残留的回收利用研究的关注及重视程度越来越高。在这种情况下，以YEM-1.5型农田残膜回收打包联合作业机等为代表的地膜回收打包技术在农田地膜回收中逐渐应用实现，也为本文研究的开展提供了一定的基础支持。
当前，多数地区的棉田残膜回收利用是运用热解等简单再生利用技术，新技术和新工艺的引进相对较少，而在传统的简单回收加工与利用工艺技术下，其经济效益提升并不明显，因此，棉田残膜的回收价格较低，在综合成本及效益影响下，棉田农户回收地膜的积极性大幅降低。此外，棉田残膜回收以搂耙式捡拾方式为主，以节省地膜回收成本，却导致回收地膜中杂质较多。同时，地膜回收加工企业的技术水平低，成本高，回收地膜占地面积大，这对其回收利用影响十分显著。在这种情况下，有必要开展棉田地膜回收技术的创新研究，以期在实现其回收利用价值提升的同时，实现棉田地膜回收生态环保等综合效益的提升。
2 棉田地膜回收打捆机关键参数设计与试验分析
2.1 棉田地膜回收打捆机的技术原理
目前，农田地膜打捆机以圆捆和方捆两种打捆形式为主。其中，方捆式农田地膜打捆机在工作中将地膜由喂料机向压缩室喂送，然后在预压装置中实现物料的压缩处理，在达到预定压力标准后进行穿针打结，最终形成具有整齐规格的压缩残膜捆包，在整个回收捆包过程中，由打捆机的液压密度控制系统实现打捆物料的密度监测与控制；而圆捆式地膜打捆机利用钢制辊筒组成圆周形的打捆室，地膜由圆周排列的钢制辊筒室通过自传作用形成捆状结构，实现地膜回收打包。一般情况下，圆捆式地膜打捆机回收打包的地膜直径及宽度分别为500mm与700mm，其密度在140～220kg/m3。结合这一技术原理，本文以圆捆式地膜打捆机为例，结合其工作原理，对其在地膜回收中的关键参数设计进行分析，并通过试验对其地膜回收应用效果进行研究。圆捆式地膜打捆机的结构如图1所示。
图1 圆捆式地膜打捆机结构
工作运行中，圆捆式地膜打捆机通过钢辊平台进行地膜打捆处理，并且在打捆达到一定量的情况下，通过报警系统进行报警提示。根据报警提示，捆绳器进行工作启动，将打捆好的地膜在液压系统的动力输送下进行捆绑卸载。
2.2 关键参数设计
根据地膜打捆机结构组成及工作原理分析，可以得出，在地膜打捆机运行中，设置的关键参数主要包括：打捆机的辊筒转动速度、地膜打捆的具体尺寸、地膜打捆的重量与密度、地膜喂入数量、捆绳消耗量、打捆以及输送的功率大小等。
2.2.1 辊筒转动速度设计
设计地膜打捆机的辊筒转动速度时，人们要结合地膜打捆机工作中的动力支持与提供情况，其动力一般由拖拉机提供。因此，笔者以东方红1254型拖拉机为例分析，其后转动轴的转速一般维持在1000r/min，结合圆捆式地膜打捆机的动力传动方式，在脱膜滚筒转速为160～200r/min的情况下，其辊筒转速按照1:1.5的比例设计，最终确定为 240～ 300r/min。
2.2.2 地膜打捆的具体尺寸、重量与密度设计
设计地膜打捆机地膜打捆的尺寸、重量与密度等参数时，人们可以先测量单个地膜打捆的重量和尺寸大小，然后按照式（1）计算地膜打捆密度。通过计算分析，最终可确定其地膜打捆密度、重量、体积参数分别为145kg/m3和20kg、0.138m3。
式中，ρ为地膜打捆的密度值；Gk为地膜打捆的重量；Vk为地膜打捆的体积。
2.2.3 地膜喂入量和捆绳消耗量设计
对于地膜喂入量和捆绳消耗量，人们可以分别按照式（2）和式（3）计算获取。打捆机的地膜喂入量Q要根据回收地膜重量Ghc、打捆损失地膜重量Gcs、打捆地膜重量Gk、喂入时间tck等参数来确定，而捆绳消耗量则与单位体积的地膜捆绳消耗量Ga和单个打捆地膜捆绳消耗量Gks等有关。
2.3 试验分析
根据上述分析，将地膜打捆机的辊筒转速设置为250～300r/min，同时将打捆机作业前进速度设置为4～6km/h，而松土齿入土深度设定为5～10cm，同时进行一定的干扰因素设定，对其地膜打捆收净率Ws和成捆率β分别进行试验测试和计算分析，计算可按式（4）、式（5）进行。结果显示，地膜打捆机辊筒转速设定为280r/min、机具前进速度设定为5km/h、松土齿入土深度控制在6～8cm时，其正常工作状态下能够实现尺寸大小为700mm×500mm、单捆重量为20kg的地膜打捆工作，达到6个/h的工作效率，并且其打捆回收的成捆率最大，杂质含量最低，综合效益最为显著。
式中，Gmq、Gmh分别为回收前后的地膜总质量；Iz、Ic分别为总捆数和成捆数。
3 结语
本文结合地膜打捆回收现有技术及工作原理，对棉田地膜回收打捆机关键参数设计进行分析。同时，通过试验对设计参数有效性进行验证，以期为棉田地膜回收打捆机参数设计实践和有关研究提供参考。
