废旧地膜杂质风选装置的设计及试验

牛长河，石 鑫※，蒋永新，杨会民 ，乔园园

（1.新疆农业科学院农业机械化研究所，新疆 乌鲁木齐 830091；2.农业部林果棉与设施农业装备科学观测实验站）

0 引言

地膜覆盖栽培技术自20世纪70年代末引入中国以来被大面积推广[1-2]，目前新疆棉花种植地膜膜覆盖率达100%，使用后的地膜残留在地表及地表以下对作物根系的生长造成很大影响，目前针对地膜残留问题，我国多家科研院所和高校分别研制了不同类型的残膜回收机，残膜回收机的推广目前已经解决了将废旧地膜从地表及地表下清理出来的问题，但回收后的废旧地膜含有大量杂质，如秸秆、根茬、泥土等，不能直接重复再利用，大部分都被随意堆放、掩埋、焚烧，对环境造成二次污染。因此如何对回收后的废旧地膜再利用成了当前亟待解决的问题[3-7]。本文针对上述问题为实现废旧地膜与杂质的有效分离，设计了废旧地膜杂质风选装置，实现废旧地膜的再加工,研制的地膜杂质分离设备可与废旧地膜再造粒生产线配套使用，组成完整的废旧地膜综合利用加工生产线,通过试验验证机具的各项指标均达到设计要求。

1 整机结构及工作原理

1.1 结构

废旧地膜杂质风选装置整机主要由机架、筛筒、托轮、风机、电机、入料斗、筛筒、杂质出料口、废旧地膜出料口等组成。筛筒支撑于机架上，在电机的带动下能够绕自身的轴线转动，筛筒上均布设有直径为3 cm的小孔，其内壁上设置有螺旋叶片，筛筒前端与风机风管的出风口相连，入料斗位于风管出风口上，废旧地膜出料斗位于旋转筛筒末端，杂质出料口位于筛筒前端的正下方，秸秆根茬输送带和细小杂物输送带位于机架底部（图1）。

图1 废旧地膜杂质风选装置结构示意

1.2 工作原理

由于我国多采用厚度为0.008（±0.003）mm的地膜，地膜抗拉强度低，经一个作业季回收时地膜已严重老化、断裂，呈长条状并与秸秆、根茬等缠绕在一起，无法回收时直接分离，目前使用的播前和耕后棉田残膜回收机，大多是将废旧地膜连同棉秸秆、根茬、杂草一起回收，回收后再进行废旧地膜和杂质分离。本课题组设计的废旧地膜杂质风选装置采用风选法分离地膜，分离之前先将地膜与秸秆、根茬的混合物剪切粉碎，切断长度为40～60 mm，以便于后期分离使用。

作业时，电机带动筛筒旋转，混合物料经入料斗喂入筛筒内，筛筒内壁上设置螺旋叶片，螺旋叶片分成两段，前段螺旋的主要作用是将大量的秸秆和根茬推送至杂质出料口，后段螺旋翻转搅拌混合物料，不断将混合物料带起至筛筒上方，同时再次把少量的秸秆根茬等杂质输送至螺旋前段。由于混合物料在空气介质中受力后的运动规律不同，密度最小的地膜被吹向筛筒末端，由地膜出料口送出；密度较大的秸秆、根茬落至筛筒的中部，再由螺旋叶片从旋转筛筒的前端推出，经秸秆根茬输送带输出；细小的秸秆和泥土从筛筒的筛孔中漏下，经细小杂物输送带输出，从而实现物料的分离[8-9]。

2 主要技术参数

整机尺寸（长×宽×高，mm） 3750×1200×2100

整机重量（kg） 1 000

膜中含杂率（%） ≤10

生产率（kg/h） ≥ 250

3 试验及分析

2017年9-10月在尉犁县选择收获后的棉花地，采用残膜回收机将废旧地膜连同秸秆、根茬、土壤的混合物集堆装箱，后期在尉犁县汇丰塑业有限公司完成样机的试验，试验前选用混合物料1.5 t，先将混合物料投入剪切式物料粉碎机，进行剪切破碎，将长条状的废旧地膜破碎成块状，秸秆破碎成小段，破碎长度为40-60 mm。安装并调试样机，使其正常运转。

图2 分离前的物料

通过前期大量基础试验研究分析得出影响废旧地膜与杂质筛分效果的主要因素包括筛筒转速、风管出口风速及物料喂入量，试验分别选用筛筒转速30 r/min、40 r/min、50 r/min，风管出口风速 10 m/s、15 m/s、20 m/s，喂入量为 200kg/h、250 kg/h、300kg/h采用正交试验法进行试验，以膜中含杂率和杂中含膜率为试验指标，进行数据分析，试验如下：

表1 试验数据

通过试验和数据分析得出筛筒转速为30 r/min和风管出口风速为15 m/s，喂入量为250 kg/h，试验后膜中含杂率为8.8%，杂中含膜率为0.1%，试验效果最佳。

4 结论

针对如何处理回收后的废旧地膜，如何能有效再利用废旧地膜的问题，设计了废旧地膜与杂质风选装置，通过试验验证当机具筛筒转速为30 r/min、风管出口风速为15 m/s、喂入量为250 kg/h时，试验后膜中含杂率为8.8%，杂中含膜率为0.1%，试验效果最佳，机具的各项指标均达到设计要求。