分体式秸秆粉碎与残膜回收机的研制

赵鹏达，李占涛，鲍玉鑫，许江涛，谢 悦

（新疆天鹅现代农业机械装备有限公司，新疆五家渠 831300）

0 引言

地膜覆盖栽培技术具有增温保墒、有效抑制杂草和病虫害、改善作物生长环境和提质增收等作用[1-2]。随着农田覆膜面积的逐年增加，未能及时回收的残膜在土壤中累积，残留的地膜不仅对环境造成了污染，同时对土壤理化性质和作物生长产生极大的影响，不利于农业的可持续发展[3]。

残膜机械化回收已成为我国当前治理残膜污染的主要技术，机械式残膜回收机主要包括：筛网式、弹齿式、齿链式、钉齿式和滚筒式等类型[4-5]。但现阶段残膜回收机还存在结构复杂，可靠性不足等问题，亟需一种可靠性高、适应不同地况的秸秆粉碎还田残膜回收一体机。

在现有秸秆粉碎还田和残膜回收技术的基础上，针对新疆机采棉种植模式和棉田地膜覆盖情况，本文设计一种分体式棉秆粉碎还田和残膜回收一体机，实现棉秸秆粉碎还田和残膜回收联合作业，秸秆二次粉碎还田。

采用模块化车架，集成秸秆粉碎、侧抛式绞龙还田装置、外置式凸轮弹齿辊筒仿形装置、行走部件和大容积膜箱，并借助齿轮箱、减速箱等传动系统，提升了整机的传动效率和可靠性；凸轮弹齿辊筒分别仿形，降低了整机的复杂度，提升了还田效果，利于残膜脱膜和检修维护；箱门采用连杆结构控制开合，减少驱动装置。

1 整机结构及工作原理

1.1 整机结构

秸秆粉碎残膜回收一体机由分体式机架、齿轮箱传动系统、秸秆粉碎还田装置、仿形装置、残膜回收装置、液压系统和行走系统等部分组成，其结构如图1。整机采用模块化设计，其中秸秆粉碎装置由滑靴、弹簧、侧抛部、打秆辊和绞龙组成，残膜回收装置由集膜箱、连杆、箱门、凸轮弹齿辊筒和抛膜辊组成。

图1 秸秆粉碎残膜回收一体机整机结构图

1.2 工作原理

秸秆粉碎残膜回收机由拖拉机牵引，作业时可根据拖拉机型号调整悬挂点和牵引架高度，拖拉机后输出轴通过万向节将动力传递至分动箱，再由分动箱将动力分别传送至前机架秸秆粉碎装置和主机架残膜回收装置的变速箱。

采用分体式机架，车架分为前挂架、中箱体和后支架，前挂架用于布置分动箱、上下传动轴及悬挂秸秆粉碎部，中箱体布置凸轮弹齿辊筒、抛膜辊、变速箱及行走仿形部，后部支架用于安装膜箱及其翻转开合机构，各部分独立，利于维护保养及后续的升级改造。整机传动采用分动箱和变速箱的组合传动方案，分动箱和变速箱均采用一进两出的结构，其中分动箱两出通过上传动轴，下传动轴分别输出至下齿轮箱、上齿轮箱，再由齿轮箱传递至秸秆粉碎部和变速箱，变速箱两出分别输出至挑膜弹齿辊筒和抛膜辊，变速箱设置有超越离合器，防止急停时机具损坏。

秸秆粉碎部通过弹簧挂接至前挂架上，两侧安装滑靴，随地形高低单独仿形，动力输入部分设置有超越离合器，防止急停或过载造成机具损坏；并设有打秆辊和绞龙，打秆辊采用Y型甩刀，并按动平衡需求螺旋分布，打碎后秸秆落入绞龙壳体，绞龙端部设置有粉碎部和抛送部，秸秆经绞龙输送至机体侧方，经过粉碎后，通过侧抛部侧抛还田。残膜回收装置的凸轮弹齿辊筒工作时弹齿转至地面时伸出辊筒，将残膜从田地中挑出，转至与抛膜辊交接处弹齿缩回至接近水平状态，此时薄膜与弹齿无钩挂现象，利于脱膜，辊筒采用中心闭合的结构形式，弹齿整体外置，避免伸缩齿造成的缠绕和堵塞，同时利于维护保养。抛膜采用长叶片抛膜辊，配合壳体，在高转速情况下，形成负压区，将薄膜吸入后部的集膜箱；采用大容积集膜箱，箱体通过转轴连接在箱体支架上，并通过油缸翻转倒膜，箱门通过连杆联动，无需另增驱动装置，膜箱整体采用大孔网面，利于残膜与土壤的分离。

行走仿形部件由前仿形臂和后行走臂组合构成，二者由油缸连接在一起，形成一个稳固的三角形，再通过挑膜部支座连接至中箱体下部，将凸轮弹齿辊筒置于仿形辊和轮胎中间，实现仿形效果；油缸钢杆端部设置有调节垫板，可根据地况不同增减，调整挑膜弹齿入土深度；前仿形臂前侧设置有限位块，行走时油缸伸出，前仿形臂顶住限位块，后行走臂支起轮胎，同时前仿形臂中设置有限位槽，防止倒车时向后倾倒，油缸设置安全锁，行走转运时落下，防止油缸失效。

2 技术特点

2.1 整机特点

2.1.1 整机利于维护保养及后续的升级改造

车架的整体采用分体式，各部独立，秸秆粉碎部可单独拆装使用；打秆部件不使用的情况下，可单独拆下，仅使用挑膜辊筒部，适应不同地区的农艺要求；凸轮弹齿辊筒中心封闭，弹齿外置，利于脱膜和检修维护。

2.1.2 整机仿形效果好、工作效率高

秸秆粉碎部和挑膜抛送部分别独立仿形，避免一体的仿形机构造成仿形滞后的问题，提升整机的仿形效果，前者靠弹簧和滑靴实现仿形，后者靠仿形臂与行走臂集成仿形，弹齿可调节入土深度；采用大容积集膜箱，减少倒膜次数，箱体通过转轴连接在箱体支架上，并通过油缸翻转倒膜，箱门通过连杆联动，无需另增驱动装置，膜箱整体采用大孔网面，利于残膜与土壤的分离，提升工作效率。

2.1.3 整机结构布局合理、可靠性高

整机所有运动部件均由护罩防护，防止残膜杂质等缠绕、污染运动部件，导致可靠性降低；动力传动的形式及布局合理，传动系统集成，主要通过齿轮箱和传动轴传动，可靠性高；凸轮弹齿辊筒采用辊筒中心封闭式，弹齿整体外置；凸轮弹齿辊筒仿形集成在行走机构中，简化了整机的结构，提升了整机的可靠性；膜箱箱门采用连杆结构，随膜箱翻转开合，减少驱动机构，提升整机的可靠性。

2.2 主要技术参数

分体式秸秆粉碎残膜回收机主要技术参数如下：

外形尺寸（长×宽×高，mm）5 580×3 380×2 290

结构形式 分体式

悬挂方式 可调式悬挂

配套动力（kW）102

工作幅宽（mm）2 050

收集箱容积（m）32

作业速度（km·h-）1≥10

3 田间试验

3.1 试验条件

2021年10月在新疆兵团第六师102团选择棉花已收获、滴灌带已回收的棉田进行粉碎还田和残膜回收试验（图2），试验地种植模式为1膜3行，理论种植密度12500株/667m2，地膜宽度2050mm，厚度为0.01mm。

图2 粉碎还田和残膜回收试验

3.2 试验方法

按照GB/T 25412-2010《残地膜回收机》[6]、NY/T 1227-2006《残地膜回收机作业质量》的要求进行田间试验[7]，试验地测区长度为100m，作业速度为10km·h-1。

3.3 试验结果

经试验，分体式秸秆粉碎残膜回收机作业性能结果见表1。

表1 试验结果

试验结果表明：此残膜回收机可靠性好，作业效率高，残膜回收率为92%、缠膜率为1%，均符合GB/T25412-2010《残地膜回收机》的指标要求。整机在作业过程中运行平稳，无壅土现象，结构设计合理，工作阻力小，捡拾分离效果好，拾净率高，可靠性好，收后废膜集中堆放，便于后期清理。

4 结论

（1）该秸秆粉碎与残膜回收机采用分体式机架，各部件模块化拼装，各部分独立，利于维护保养及后续的升级改造。

（2）该秸秆粉碎与残膜回收机设置行走仿形部，仿形臂与行走臂集成仿形，弹齿可调节入土深度，避免一体的仿形机构造成仿形滞后的问题，提升整机的仿形效果，采用大容积集膜箱，工作效率高。

（3）秸秆粉碎和残膜回收作业，工作效率高，结构设计合理，可靠耐用。田间试验表明，残膜回收率为92%、缠膜率为1%，作业性能指标符合残膜回收机标准要求，能够实现废旧地膜回收的机械化作业，具有很好的推广应用前景。