玉米大垄双行种植模式下残膜回收机的结构设计与研究

2018-10-10许光明王浩宇牛云鹏于振华许正余

农业与技术 2018年17期

许光明王浩宇牛云鹏于振华许正余

（吉林省农业机械研究院，吉林长春 130000）

1 残留地膜的危害

“大垄双行膜下滴灌”作为一种成熟的种植模式，已经在干旱少雨地区得到了大面积推广，仅吉林省已经推广了66.7万hm2。极大促进了粮食增产，农民增收，调动农民的生产积极性。在增产增收的同时，由于大量地膜的不能被完整的回收，造成了严重的环境污染问题。据估算，按4kg/667m2计算，保守估计，光是吉林省推广的66.7万hm2，地膜残留就达到了4000万kg，地膜残留危害很大，残膜碎片影响了土壤对外界水分养分的吸收，阻碍了土壤与外界的空气交换，使土壤中的微生物难以存活，破坏了土壤中的团粒结构，最终使土壤板结。残膜污染严重的地方会造成土地的盐碱化，使农作物难以生长。由于残膜影响作物根系的生长，阻碍作物对水分和养分的吸收，使作物的产量下降。有资料表明：连续3a残膜没有清理的地块，小麦产量下降2%～3%；玉米产量下降10%左右；棉花产量下降10%～15%。

2 国内外残膜回收机发展现状

2.1 国外的地膜回收机发展现状

目前发达国家主要采用2种方式：使用光降解膜、生物降解膜、植物纤维降解膜：使用厚度大，抗拉强度大、耐老化的薄膜，一般能用2～3a。利于机械回收，所以国外的残膜回收机结构比较简单。

2.2 国内的残膜回收机发展现状及存在的问题

自20世纪90年代以来，国内科研机构开发成功了20余种型号的残膜回收机。主要有以下几种形式：伸缩杆捡拾滚筒式、弹齿式拾膜方式、铲式起茬方式、灭茬收膜一体作业机。

现有残膜回收机有的回收率低，有的结构过于复杂，有的能耗过大不经济，有的分离效果不好，有的受地域、种植品种、种植模式限制，都有一定的局限性。

因此急需开发一款适合东北垄作玉米“大垄双行”种植模式下残膜回收机。

3 整体设计方案

机具总体方案的设计基于残膜特性分析、调研、了解国内现有残膜回收机基本性能和参数基础上，针对国内现有机具的优缺点，吸取有关残膜回收机具的使用经验，结合吉林省实际而确定如下设计方案。

针对玉米茬的特点，起膜部分采用铲刀式结构，单由1个整体铲变成2个分体的铲，角度可调。

中部输送改为1层链板输送结构，减少小块残膜在输送过程中掉落。

增加了分离滚筒结构，实现根茬、残膜与泥土分离。

图1 残膜回收机结构简图

后部设有集膜茬箱，收集从滚筒分离出来的根茬和残膜。

前后设有4个行走限深轮，都能自由调节高度。

与拖拉机连接采用悬挂式，动力来源于拖拉机动力输出轴。

4 关键结构设计

4.1 起膜铲的设计

残膜回收率的高低关键取决于起膜铲能不能把地表和埋在地里的膜铲起，起膜铲的设计很关键。经过理论计算和试验分析，确定了铲刀结构和主要参数。

4.1.1 切土角τ，碎土角α的确定

图2 铲刀入土角度示意图ι刃角 τ切土角 Δα隙角

由图2可知，τ=i+Δα，刃角i为刀板底刃的磨角。i角越小，切断能力越强。但刃角太小时，刃口太薄，易磨钝，切削强度差，易残缺，考虑到铲断作物根系和中耕部件除草铲角度，i角取值20～25°。隙角Δα是刀板的切土隙角，Δα过小，直接影响铲刀的入土性能，特别是刃口磨钝后不易入土，经过试验，Δα取值范围为7～10°。则τ=i+Δα=27～35°。

碎土角α越大，越有利于残膜、根茬与土壤的分离。但是α过大会使牵引阻力明显增大。另外，覆膜地区大都干旱少雨，土壤以砂质土为主，对α角碎土作用要求较低，经过试验，对于玉米茬地α角选为20～35°。又因为当τ=α时，铲刀作业效果好，所以经过试验确定 τ=25，α=25。

4.1.2 起膜铲性能参数试验

试验目的是验证理论上确定的铲刀能否满足起膜、起茬要求，并且使牵引力较小，以及碎土角α，起土角η，推土角γ对牵引阻力的影响。根据理论分析结果，设计加工8片铲刀，各参数是在理论分析基础上确定的，对取值范围进行不同的组合，进行起膜、起茬性能做对比试验。