1MSF-2型立秆式地膜回收机的设计及试验研究

任　萍，罗　昕，缑海啸，胡　斌

(石河子大学 机械电气工程学院，新疆 石河子　832000)



1MSF-2型立秆式地膜回收机的设计及试验研究

任萍，罗昕，缑海啸，胡斌

(石河子大学 机械电气工程学院，新疆 石河子832000)

摘要：为解决秋收后棉田的地膜回收率低、适应性差、人工卸膜效率低及强度大等技术问题，研制了一种具有自动对行、起膜边、动态仿形搂膜及自动卸膜等功能的立秆式地膜回收机。田间试验结果表明：该机搂膜齿入土角度在20°～30°、搂膜齿安装间距为70mm、作业平均作业速度为7.4km/h的情况下，地膜回收率为90.2%，生产效率可达到5hm2/h，各指标均达到设计要求。

关键词：棉花；地膜回收机；残膜回收率；生产效率；正交实验

0引言

覆膜种植是新疆棉花的主要种植模式[1]，但随着覆膜年限的增长，地膜残留带来的环境污染日益明显[2]。机械回收是治理地膜污染的主要方式，现有的地膜回收机按工作形式可分为两大种类：一是秸秆还田和地膜回收联合作业机[3-4]，造价成本高、功耗大、适应性较差，作业时所搂的地膜夹杂大量秸秆，破坏了秸秆还田有机肥有效再利用[5]，并没有得到应用与推广。二是膜与秆分开处理的搂膜机[6-7]。由于其结构简单、成本低、搂膜效率较高，生产应用较普遍；但该机采用整体仿形，人工卸膜，始终存在作业适应性差、地膜回收率低及人工卸膜强度大等技术问题。

2014年，石河子大学研制了一种具有单体动态仿形搂膜、自动卸膜和折翼运输功能的新型搂膜机(专利公开号：201410229064.9)，较好地解决了上述技术问题。

1整机设计与作业原理

1.1整机设计

该机由悬挂机架和4组独立收膜卸膜的单体组成，每组单体由双立轴四杆机构、双排弹齿搂膜机构、液力式转轴卸膜机构、仿形护禾板，以及起膜边机构等零部件所组成。其结构如图1所示。

1悬挂主梁　2.双立轴四杆仿形机构　3.双排弹齿搂膜机构

每两组单体组合完成一幅膜的回收，每组单体通过四杆机构与主梁连接，具有随地面起伏的仿形和自动对行仿形的功能，不同数量的单体组合可以满足不同作业幅宽或行数的要求。

1.2工作原理

该机适用于机采棉种植模式的秋后立秆(茎秆切碎还田前)作业。样机与51.5～66.2kW拖拉机配套/通过三点悬挂联接，拖拉机的液压系统通过液压管连接卸膜油缸。作业时，拖拉机牵引机具利用棉秸秆与仿形护板相互作用产生的力引导双立轴四杆仿形机构带动搂膜部件对准每幅膜，同时引导边膜起膜盘准确扎进覆土的膜边，然后通过具有动态仿形功能的搂膜部件将行间地膜和已起出的膜边地膜搂起；每隔一定距离将收集一定量的地膜通过液压自动卸落机构将地膜卸于地膜打包作业带上，完成自动对行、起膜边、仿形地膜及自动脱膜等工序。

1.3主要技术参数

地膜回收机主要技术参数如表1所示。

表1　地膜回收机主要技术参数

2试验研究

试验依据JB/T 10363《农田废膜捡拾机》和《农业机械实验规范和程序》相关规定[8-9]，以作业效率和地膜回收率为评价指标，对2MLF-2型立秆式地膜回收机的实际作业性能进行测试研究。

2.1试验准备

1)实验仪器：卷尺(0～10m)、数字式石英电子秒表(0.000 1～99 999s)、DT-1002A电子秤(Max=1 000g，d=0.01g)和相机。

2)配套动力：选用雷沃M800H-D轮式拖拉机，标定功率59kW、悬挂装置型式为后置三点悬挂。要求拖拉机状态良好、驾驶员驾驶技术熟练，并了解地膜回收机的使用与要求。

3)机具准备：选用2MLF-2型地膜回收机，要求结构完整，各个联接件牢固，液压输出稳定，工作状态良好。

4)试验棉田基本情况：试验地为机采棉种植模式下的秋收后棉田，采用膜下滴灌技术，滴管带已回收；地面平整，有少量碎石，机具平均作业速度为4.3～7.4km/h；土壤类型为粘土，土壤坚实度为398kPa，土壤体积含水率19.46%；前茬作物为棉花，未清理；地膜宽度2 050mm，厚度0.008mm；秸秆株距100mm，秸秆行距660mm；秸秆高度700～800mm。田间管理按照北疆棉区高产田要求进行。

5)测试区确定：沿作业地块长宽方向的中线，将其划为4块，以对角的两块随机选取6个测试区，每个测试区在同一作业行上，长度为20m，在地头和地尾处分别预留出10m掉头区域，测试区两端用标杆做好标记。测点采用五点法，从测区的4个地角沿对角线，在1/4～1/8对角线长度范围内随机确定4个作业后测点的位置；然后在作业后的4个测点附近不重复的区域再选出4个作业前测点。

2.2评价指标测试方法

2.2.1地膜回收率

由人工捡拾4个测试点内未收起的地膜，运用质量法，将各测点取出的地膜去除尘土和水分后称其质量。选取4个测试点进行重复试验，每次试验后记录相关数据，最后取4次试验的平均值。

地膜回收率为

式中C—地膜回收率(%)；

W—作业后残留地膜质量(g)；

W0—作业前地膜质量(g)。

2.2.2机具的小时生产率

机具的小时生产率

W=0.1Bv

式中W—机组的小时生产率(hm2/h)；

B—机组的构造幅宽(m)；

v—机组的平均作业速度(km/h)。

2.3试验因素和水平范围

在秋后棉田的残膜回收作业中，影响残膜回收率的主要作业因素有：①搂膜齿入土角度。根据理论分析及设计要求，搂膜齿入土深度在10°～35°范围内。②机具作业速度。选取拖拉机在慢Ⅰ挡、快Ⅰ挡、快Ⅱ挡的平均作业速度4.2、5.8、7.4km/h。③安装回收边膜的起膜盘装置。④搂膜齿安装间距。根据作业幅宽的设计要求，安装间距在40～100mm范围内。试验因素水平值选取如表2所示。

2.4正交试验结果统计与分析

根据试验因素与水平选用选取L9(34)正交表对试验数据进行极差分析，将因素C虚拟1个水平，据经验知：安装膜边起膜盘比不安装起膜盘的回收效果好，故虚拟第2水平安排在第1列，因素B、A、D依次安排在第2、3、4列。

试验统计利用MINITAB数据处理软件，统计结果如表3所示，极差分析结果如图2所示。其中，极差越大，说明该因素的水平改变对试验指标的影响越大，为最主要因素[10]。方差分析结果如表4所示。

表2　正交试验因素与水平

表3　正交试验方案与试验结果

A.表示搂膜齿入土角度；B.表示机具作业速度；C.表示膜边起膜盘；D.表示搂膜齿安装间距。

图2　各因素水平对性能指标的影响

方差来源平方和自由度均方F比P值显著性A1.62021.62011.8770.201*B5.16722.5831.1960.543C51.307125.6530.7500.546D54.427227.21312.5990.195*误差2.16012.160总和114.6808

*表示显著。

2.4.1地膜回收机性能各指标的最佳组合分析

由表3结果可得：影响残膜回收率的四个因素较优组合为C2 B3 A1D2，残膜回收率为90.2%。生产效率只随作业速度的加快而升高。当平均作业速度为7.4km/h时，生产效率为5hm2/h。

2.4.2利用极差分析方法分析因素各水平对残膜回收机性能指标的影响关系

1)针对性能指标残膜回收率，随着搂膜齿入土角度A的增大而减小，减小的幅度愈来愈小；随着机具作业速度B的增大而增大，增的幅度越来越小；安装比未安装膜边起膜盘C的残膜回收率高；随着搂膜齿安装间距D的变化先增大后减小。

2)针对性能指标机具作业效率，受机具作业速度与机具幅宽的影响，残膜回收机的幅宽为6 950mm，固定不变，机具作业效率随机具作业速度的增加而增大。

2.4.3由方差分析方法确定各因素对地膜回收机残膜回收率的影响顺序

1)如表4所示：搂膜齿入土角度和搂膜齿安装间距对残膜回收率有显著影响；机具作业速度和是否安装膜边起膜盘对残膜回收率的影响不显著。

2)4个因素对于性能指标残膜回收率的影响主次是D、A、B、C，因素的较优水平组合是D2A1B3C2。即搂膜齿安装间距为70mm，搂膜齿入土角度为20°～30°，机具作业速度7.4km/h，未安装膜边起膜盘。

3结论

1)该机一次作业可完成自动对行、起边膜、仿形搂膜和自动卸膜等功能。田间试验表明：该机在搂膜齿入土角度在20°～30°、搂膜齿安装间距为70mm、平均作业速度7.4km/h作业时，地膜回收率达到90.2%，且生产效率最高，可达到5hm2/h。

2)通过田间试验观察发现残膜回收的3点问题：①安装起膜盘的地膜回收率略高，但差异不显著。分析其原因，当膜边压土太厚或板结严重时，起膜盘将边膜从土中拔起并推成窄条，不易被搂膜齿搂起，影响了地膜回收率。②土壤表面的软硬度对搂膜机作业效果影响显著，特别是棉田被拖拉机轮胎压出很深的轮辙硬化后。③搂膜齿在高速作业时出现弹跳，难于入土，地膜回收率明显下降。

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[9]王金铃，郭向谦.农业机械试验规范和程序[M].北京:机械工业出版社，1993:1-3.

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Abstract ID:1003-188X(2016)03-0106-EA

Design and Field Experiment Research on the 1MSF-2 Plastic Flim Recycling Machine

Ren Ping, Luo Xin, Gou Haixiao, Hu Bin

(Machinery and Electricity Engineering College，Shihezi University，Shihezi 832000，China)

Abstract：To solve the technical problem of low plastic film recycling rate, poor adaptability, low efficiency and big intensity artificial unloading residual plastic film on residual plastic film in cotton field after the autumn harvest, a plastic film recycling machine with the functions of separate individual imitation entering the cotton lines, stirring up the side of plastic film, automatic dynamic raking and unloading the plastic film has been developed.Field experiment results show that the angles of raking plastic film tooth into field within the scope of 20° to 30°;the installation distance of raking plastic film tooth is 70mm;and the average operating speed is 7.4 km/h.When the machine with the three configurations, the plastic film recycling rate was 90.2%,the production efficiency could reach 5 hm2/ h.Each indicator could achieve the design requirements.

Key words：cotton; plastic film recycling machine; residual plastic film recovery; production efficiency; orthogonal test

文章编号：1003-188X(2016)03-0106-04

中图分类号：S223.5

文献标识码：A

作者简介：任萍(1988-),女，陕西渭南人，硕士研究生，(E-mail) 461983250@qq.com。通讯作者：罗昕(1969-)，女，四川隆昌人，教授，硕士生导师，(E-mail)lx_mac@shzu.edu.cn。

基金项目：新疆生产建设兵团重大科技专项(2014AA002)；农业部行业专项(201503105)

收稿日期：2015-03-16