棉田地膜回收打捆機關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計及試驗探析

張海春 龔冠豪 郭紅娟 蔣永新 劉旋峰 牛長河

（新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)機械化研究所，烏魯木齊 830091）

棉田地膜回收作為一種生態(tài)環(huán)保技術(shù)，對農(nóng)業(yè)種植經(jīng)濟效益提升以及農(nóng)村生態(tài)平衡發(fā)展有著非常重要的作用。但是，結(jié)合當(dāng)前農(nóng)業(yè)種植中地膜回收及其技術(shù)的研究現(xiàn)狀來看，存在的問題情況還比較突出。因此，結(jié)合現(xiàn)有的農(nóng)田種植回收打捆技術(shù)，進行棉田地膜回收打捆機及其關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計試驗研究，具有十分顯著的價值和意義。

1 棉田地膜回收與利用現(xiàn)狀分析

棉花作為我國種植的主要經(jīng)濟作物，我國很多地區(qū)都有較大規(guī)模的種植。地膜覆蓋栽培技術(shù)是實現(xiàn)棉花種植產(chǎn)量以及效益提升的有效技術(shù)，在棉花栽培與種植中應(yīng)用較為廣泛。有關(guān)研究顯示，在使用地膜覆蓋栽培技術(shù)進行棉花種植后，某地區(qū)的棉花產(chǎn)量和效益成倍增長，由此可見，地膜覆蓋栽培技術(shù)在棉花種植與發(fā)展中的重要作用。值得注意的是，地膜覆蓋栽培技術(shù)在大規(guī)模的棉花種植中應(yīng)用較多，并且棉花栽培與種植中對地膜使用及消耗量也非常大，因此棉田殘留地膜對農(nóng)田的污染也比較突出。針對農(nóng)田殘留地膜及其污染，當(dāng)前主要的解決方式為焚燒或者是進行再回收利用。但是，再回收利用的效率較低，而回收殘膜的自然堆放造成空間占用，或者是在大風(fēng)等自然環(huán)境影響下會產(chǎn)生二次污染。隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們的生態(tài)環(huán)境意識不斷提升，對農(nóng)田地膜殘留的回收利用研究的關(guān)注及重視程度越來越高。在這種情況下，以YEM-1.5型農(nóng)田殘膜回收打包聯(lián)合作業(yè)機等為代表的地膜回收打包技術(shù)在農(nóng)田地膜回收中逐漸應(yīng)用實現(xiàn)，也為本文研究的開展提供了一定的基礎(chǔ)支持。

當(dāng)前，多數(shù)地區(qū)的棉田殘膜回收利用是運用熱解等簡單再生利用技術(shù)，新技術(shù)和新工藝的引進相對較少，而在傳統(tǒng)的簡單回收加工與利用工藝技術(shù)下，其經(jīng)濟效益提升并不明顯，因此，棉田殘膜的回收價格較低，在綜合成本及效益影響下，棉田農(nóng)戶回收地膜的積極性大幅降低。此外，棉田殘膜回收以摟耙式撿拾方式為主，以節(jié)省地膜回收成本，卻導(dǎo)致回收地膜中雜質(zhì)較多。同時，地膜回收加工企業(yè)的技術(shù)水平低，成本高，回收地膜占地面積大，這對其回收利用影響十分顯著。在這種情況下，有必要開展棉田地膜回收技術(shù)的創(chuàng)新研究，以期在實現(xiàn)其回收利用價值提升的同時，實現(xiàn)棉田地膜回收生態(tài)環(huán)保等綜合效益的提升。

2 棉田地膜回收打捆機關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計與試驗分析

2.1 棉田地膜回收打捆機的技術(shù)原理

目前，農(nóng)田地膜打捆機以圓捆和方捆兩種打捆形式為主。其中，方捆式農(nóng)田地膜打捆機在工作中將地膜由喂料機向壓縮室喂送，然后在預(yù)壓裝置中實現(xiàn)物料的壓縮處理，在達到預(yù)定壓力標(biāo)準(zhǔn)后進行穿針打結(jié)，最終形成具有整齊規(guī)格的壓縮殘膜捆包，在整個回收捆包過程中，由打捆機的液壓密度控制系統(tǒng)實現(xiàn)打捆物料的密度監(jiān)測與控制；而圓捆式地膜打捆機利用鋼制輥筒組成圓周形的打捆室，地膜由圓周排列的鋼制輥筒室通過自傳作用形成捆狀結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)地膜回收打包。一般情況下，圓捆式地膜打捆機回收打包的地膜直徑及寬度分別為500mm與700mm，其密度在140～220kg/m3。結(jié)合這一技術(shù)原理，本文以圓捆式地膜打捆機為例，結(jié)合其工作原理，對其在地膜回收中的關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計進行分析，并通過試驗對其地膜回收應(yīng)用效果進行研究。圓捆式地膜打捆機的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 圓捆式地膜打捆機結(jié)構(gòu)

工作運行中，圓捆式地膜打捆機通過鋼輥平臺進行地膜打捆處理，并且在打捆達到一定量的情況下，通過報警系統(tǒng)進行報警提示。根據(jù)報警提示，捆繩器進行工作啟動，將打捆好的地膜在液壓系統(tǒng)的動力輸送下進行捆綁卸載。

2.2 關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計

根據(jù)地膜打捆機結(jié)構(gòu)組成及工作原理分析，可以得出，在地膜打捆機運行中，設(shè)置的關(guān)鍵參數(shù)主要包括：打捆機的輥筒轉(zhuǎn)動速度、地膜打捆的具體尺寸、地膜打捆的重量與密度、地膜喂入數(shù)量、捆繩消耗量、打捆以及輸送的功率大小等。

2.2.1 輥筒轉(zhuǎn)動速度設(shè)計

設(shè)計地膜打捆機的輥筒轉(zhuǎn)動速度時，人們要結(jié)合地膜打捆機工作中的動力支持與提供情況，其動力一般由拖拉機提供。因此，筆者以東方紅1254型拖拉機為例分析，其后轉(zhuǎn)動軸的轉(zhuǎn)速一般維持在1000r/min，結(jié)合圓捆式地膜打捆機的動力傳動方式，在脫膜滾筒轉(zhuǎn)速為160～200r/min的情況下，其輥筒轉(zhuǎn)速按照1:1.5的比例設(shè)計，最終確定為 240～ 300r/min。

2.2.2 地膜打捆的具體尺寸、重量與密度設(shè)計

設(shè)計地膜打捆機地膜打捆的尺寸、重量與密度等參數(shù)時，人們可以先測量單個地膜打捆的重量和尺寸大小，然后按照式（1）計算地膜打捆密度。通過計算分析，最終可確定其地膜打捆密度、重量、體積參數(shù)分別為145kg/m3和20kg、0.138m3。

式中，ρ為地膜打捆的密度值；Gk為地膜打捆的重量；Vk為地膜打捆的體積。

2.2.3 地膜喂入量和捆繩消耗量設(shè)計

對于地膜喂入量和捆繩消耗量，人們可以分別按照式（2）和式（3）計算獲取。打捆機的地膜喂入量Q要根據(jù)回收地膜重量Ghc、打捆損失地膜重量Gcs、打捆地膜重量Gk、喂入時間tck等參數(shù)來確定，而捆繩消耗量則與單位體積的地膜捆繩消耗量Ga和單個打捆地膜捆繩消耗量Gks等有關(guān)。

2.3 試驗分析

根據(jù)上述分析，將地膜打捆機的輥筒轉(zhuǎn)速設(shè)置為250～300r/min，同時將打捆機作業(yè)前進速度設(shè)置為4～6km/h，而松土齒入土深度設(shè)定為5～10cm，同時進行一定的干擾因素設(shè)定，對其地膜打捆收凈率Ws和成捆率β分別進行試驗測試和計算分析，計算可按式（4）、式（5）進行。結(jié)果顯示，地膜打捆機輥筒轉(zhuǎn)速設(shè)定為280r/min、機具前進速度設(shè)定為5km/h、松土齒入土深度控制在6～8cm時，其正常工作狀態(tài)下能夠?qū)崿F(xiàn)尺寸大小為700mm×500mm、單捆重量為20kg的地膜打捆工作，達到6個/h的工作效率，并且其打捆回收的成捆率最大，雜質(zhì)含量最低，綜合效益最為顯著。

式中，Gmq、Gmh分別為回收前后的地膜總質(zhì)量；Iz、Ic分別為總捆數(shù)和成捆數(shù)。

3 結(jié)語

本文結(jié)合地膜打捆回收現(xiàn)有技術(shù)及工作原理，對棉田地膜回收打捆機關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計進行分析。同時，通過試驗對設(shè)計參數(shù)有效性進行驗證，以期為棉田地膜回收打捆機參數(shù)設(shè)計實踐和有關(guān)研究提供參考。