牛長河，石 鑫※，蔣永新，楊會民 ，喬園園

（1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，新疆 烏魯木齊 830091；2.農(nóng)業(yè)部林果棉與設(shè)施農(nóng)業(yè)裝備科學(xué)觀測實(shí)驗(yàn)站）

0 引言

地膜覆蓋栽培技術(shù)自20世紀(jì)70年代末引入中國以來被大面積推廣[1-2]，目前新疆棉花種植地膜膜覆蓋率達(dá)100%，使用后的地膜殘留在地表及地表以下對作物根系的生長造成很大影響，目前針對地膜殘留問題，我國多家科研院所和高校分別研制了不同類型的殘膜回收機(jī)，殘膜回收機(jī)的推廣目前已經(jīng)解決了將廢舊地膜從地表及地表下清理出來的問題，但回收后的廢舊地膜含有大量雜質(zhì)，如秸稈、根茬、泥土等，不能直接重復(fù)再利用，大部分都被隨意堆放、掩埋、焚燒，對環(huán)境造成二次污染。因此如何對回收后的廢舊地膜再利用成了當(dāng)前亟待解決的問題[3-7]。本文針對上述問題為實(shí)現(xiàn)廢舊地膜與雜質(zhì)的有效分離，設(shè)計(jì)了廢舊地膜雜質(zhì)風(fēng)選裝置，實(shí)現(xiàn)廢舊地膜的再加工,研制的地膜雜質(zhì)分離設(shè)備可與廢舊地膜再造粒生產(chǎn)線配套使用，組成完整的廢舊地膜綜合利用加工生產(chǎn)線,通過試驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)具的各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

1 整機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)

廢舊地膜雜質(zhì)風(fēng)選裝置整機(jī)主要由機(jī)架、篩筒、托輪、風(fēng)機(jī)、電機(jī)、入料斗、篩筒、雜質(zhì)出料口、廢舊地膜出料口等組成。篩筒支撐于機(jī)架上，在電機(jī)的帶動下能夠繞自身的軸線轉(zhuǎn)動，篩筒上均布設(shè)有直徑為3 cm的小孔，其內(nèi)壁上設(shè)置有螺旋葉片，篩筒前端與風(fēng)機(jī)風(fēng)管的出風(fēng)口相連，入料斗位于風(fēng)管出風(fēng)口上，廢舊地膜出料斗位于旋轉(zhuǎn)篩筒末端，雜質(zhì)出料口位于篩筒前端的正下方，秸稈根茬輸送帶和細(xì)小雜物輸送帶位于機(jī)架底部（圖1）。

圖1 廢舊地膜雜質(zhì)風(fēng)選裝置結(jié)構(gòu)示意

1.2 工作原理

由于我國多采用厚度為0.008（±0.003）mm的地膜，地膜抗拉強(qiáng)度低，經(jīng)一個(gè)作業(yè)季回收時(shí)地膜已嚴(yán)重老化、斷裂，呈長條狀并與秸稈、根茬等纏繞在一起，無法回收時(shí)直接分離，目前使用的播前和耕后棉田殘膜回收機(jī)，大多是將廢舊地膜連同棉秸稈、根茬、雜草一起回收，回收后再進(jìn)行廢舊地膜和雜質(zhì)分離。本課題組設(shè)計(jì)的廢舊地膜雜質(zhì)風(fēng)選裝置采用風(fēng)選法分離地膜，分離之前先將地膜與秸稈、根茬的混合物剪切粉碎，切斷長度為40～60 mm，以便于后期分離使用。

作業(yè)時(shí)，電機(jī)帶動篩筒旋轉(zhuǎn)，混合物料經(jīng)入料斗喂入篩筒內(nèi)，篩筒內(nèi)壁上設(shè)置螺旋葉片，螺旋葉片分成兩段，前段螺旋的主要作用是將大量的秸稈和根茬推送至雜質(zhì)出料口，后段螺旋翻轉(zhuǎn)攪拌混合物料，不斷將混合物料帶起至篩筒上方，同時(shí)再次把少量的秸稈根茬等雜質(zhì)輸送至螺旋前段。由于混合物料在空氣介質(zhì)中受力后的運(yùn)動規(guī)律不同，密度最小的地膜被吹向篩筒末端，由地膜出料口送出；密度較大的秸稈、根茬落至篩筒的中部，再由螺旋葉片從旋轉(zhuǎn)篩筒的前端推出，經(jīng)秸稈根茬輸送帶輸出；細(xì)小的秸稈和泥土從篩筒的篩孔中漏下，經(jīng)細(xì)小雜物輸送帶輸出，從而實(shí)現(xiàn)物料的分離[8-9]。

2 主要技術(shù)參數(shù)

整機(jī)尺寸（長×寬×高，mm） 3750×1200×2100

整機(jī)重量（kg） 1 000

膜中含雜率（%） ≤10

生產(chǎn)率（kg/h） ≥ 250

3 試驗(yàn)及分析

2017年9-10月在尉犁縣選擇收獲后的棉花地，采用殘膜回收機(jī)將廢舊地膜連同秸稈、根茬、土壤的混合物集堆裝箱，后期在尉犁縣匯豐塑業(yè)有限公司完成樣機(jī)的試驗(yàn)，試驗(yàn)前選用混合物料1.5 t，先將混合物料投入剪切式物料粉碎機(jī)，進(jìn)行剪切破碎，將長條狀的廢舊地膜破碎成塊狀，秸稈破碎成小段，破碎長度為40-60 mm。安裝并調(diào)試樣機(jī)，使其正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖2 分離前的物料

通過前期大量基礎(chǔ)試驗(yàn)研究分析得出影響廢舊地膜與雜質(zhì)篩分效果的主要因素包括篩筒轉(zhuǎn)速、風(fēng)管出口風(fēng)速及物料喂入量，試驗(yàn)分別選用篩筒轉(zhuǎn)速30 r/min、40 r/min、50 r/min，風(fēng)管出口風(fēng)速 10 m/s、15 m/s、20 m/s，喂入量為 200kg/h、250 kg/h、300kg/h采用正交試驗(yàn)法進(jìn)行試驗(yàn)，以膜中含雜率和雜中含膜率為試驗(yàn)指標(biāo)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，試驗(yàn)如下：

表1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

通過試驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析得出篩筒轉(zhuǎn)速為30 r/min和風(fēng)管出口風(fēng)速為15 m/s，喂入量為250 kg/h，試驗(yàn)后膜中含雜率為8.8%，雜中含膜率為0.1%，試驗(yàn)效果最佳。

4 結(jié)論

針對如何處理回收后的廢舊地膜，如何能有效再利用廢舊地膜的問題，設(shè)計(jì)了廢舊地膜與雜質(zhì)風(fēng)選裝置，通過試驗(yàn)驗(yàn)證當(dāng)機(jī)具篩筒轉(zhuǎn)速為30 r/min、風(fēng)管出口風(fēng)速為15 m/s、喂入量為250 kg/h時(shí)，試驗(yàn)后膜中含雜率為8.8%，雜中含膜率為0.1%，試驗(yàn)效果最佳，機(jī)具的各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。