程方平，庹洪章，易文裕, 2，王攀，楊昌敏，趙幫泰

(1. 四川省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究設(shè)計(jì)院，成都市，610066；2. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部丘陵山地農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都市，610066)

0 引言

地膜覆蓋栽培技術(shù)具有增溫保墑、抑制雜草生長、提高水分利用率和作物產(chǎn)量等作用，為我國農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增效作出了重大貢獻(xiàn)[1-3]。連年使用的地膜老化、破碎及回收不徹底導(dǎo)致殘留在土壤中的殘膜逐年累積，殘膜所造成的農(nóng)作物減產(chǎn)率將大于由地膜覆蓋技術(shù)引起的農(nóng)作物增產(chǎn)率[4-5]。農(nóng)田殘膜回收和治理工作難度較大，為農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展留下安全隱患。棉花生產(chǎn)機(jī)械化和殘膜污染治理研究專家陳學(xué)庚院士指出，目前我國棉田殘膜治理存在的核心問題有收凈率低、含雜率偏高、回收機(jī)械可靠性差、殘膜的資源化利用困難、缺少成熟的降解膜產(chǎn)品等[6]。

為降低地膜殘留土壤的影響，除了從限制地膜厚度、可降解性方面著力，我國學(xué)者投入了大量精力進(jìn)行了多種結(jié)構(gòu)形式的理論研究和試驗(yàn)，研制出了多種類型的殘膜回收機(jī)，推動(dòng)了殘膜污染的治理，也成為當(dāng)前解決殘膜回收的主要技術(shù)裝備。本文從殘膜回收的起膜、撿拾、脫膜、卸膜、清雜等作業(yè)環(huán)節(jié)，介紹了殘膜回收機(jī)械的研究現(xiàn)狀和特點(diǎn)。分析了棉田殘膜回收機(jī)械的應(yīng)用情況，存在耕層殘膜回收率低、膜雜分離效率低、作業(yè)部件適應(yīng)性不強(qiáng)、作業(yè)質(zhì)量不穩(wěn)定等問題。從殘膜、秸稈、土壤的特性和生產(chǎn)實(shí)際，提出了研發(fā)全耕層地膜回收機(jī)具、改進(jìn)膜雜分離裝置、創(chuàng)新作業(yè)部件仿形技術(shù)、提高智能監(jiān)控水平的研發(fā)方向。

1 發(fā)展殘膜回收機(jī)械的必要性

我國農(nóng)用塑料薄膜使用量穩(wěn)中有降，但仍然保持2 000 kt以上，僅2019年就使用了2 407 kt。在棉花的種植過程中，對(duì)農(nóng)膜的使用量較大。棉花作為我國主要的農(nóng)作物，最近幾年播種面積穩(wěn)中有降，始終保持在3 000 khm2以上，2020年產(chǎn)量達(dá)到5 910 kt，為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和物資保障作出了重要貢獻(xiàn)。

從政策層面看，國家出臺(tái)了多種措施緩解乃至解決地膜污染問題。除了補(bǔ)貼殘膜回收，2017年農(nóng)業(yè)農(nóng)村部啟動(dòng)農(nóng)膜回收行動(dòng)，出臺(tái)了強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)GB 13735—2017《聚乙烯吹塑農(nóng)用地面覆蓋薄膜》，提高了地膜厚度、力學(xué)性能、耐候性能方面的要求，其中規(guī)定地膜厚度不得小于0.010 mm。2020年農(nóng)業(yè)農(nóng)村部再次發(fā)布《農(nóng)用薄膜管理辦法》，要求“農(nóng)用薄膜使用者應(yīng)當(dāng)在使用期限到期前撿拾田間的非全生物降解農(nóng)用薄膜廢棄物，交至回收網(wǎng)點(diǎn)或回收工作者，不得隨意棄置、掩埋或者焚燒”。殘膜仍然需要進(jìn)行機(jī)械回收。

從技術(shù)層面看，我國科技工作者研發(fā)了各種可降解地膜，生物降解地膜主要有光-生物可降解地膜和全生物可降解地膜[7]。目前仍然存在使用成本較高和效果不好等問題。機(jī)械回收的成本是當(dāng)前能夠承受的，也是現(xiàn)實(shí)的解決手段。隨著PE地膜的持續(xù)使用和土壤殘膜含量的增加，在快速降解地膜普及使用前，要解決歷史存量和新增地膜殘留問題，使用機(jī)械回收是非常必要的。

2 棉田殘膜回收機(jī)械的研究現(xiàn)狀

1978年農(nóng)牧漁業(yè)部通過對(duì)外科技交流自日本引進(jìn)了地膜覆蓋栽培技術(shù)[8]，作為一項(xiàng)新的農(nóng)業(yè)栽培技術(shù)，在多個(gè)作物品種和區(qū)域進(jìn)行了大量試驗(yàn)。地膜節(jié)水、保溫、增產(chǎn)的作用受到廣大群眾的歡迎[9]，開啟了我國地膜發(fā)展史。由于地膜覆蓋栽培技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，地膜需求猛增，成為第四大農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料。由于生產(chǎn)地膜的原料資源非常匱乏，為了解決不斷增長的需求與地膜原料短缺的問題，生產(chǎn)的地膜的厚度一直在減薄，既滿足了需求，也降低了使用成本。曾經(jīng)地膜的國家標(biāo)準(zhǔn)降到了0.008 mm(GB 13735—1992)，20世紀(jì)80年代一度出現(xiàn)厚度僅為0.003 mm的地膜產(chǎn)品。

國外使用地膜種植的時(shí)間較早，為減少地膜殘留污染，根據(jù)各自實(shí)際情況制定了相關(guān)的法律法規(guī)促進(jìn)地膜回收。制定了較高的地膜厚度標(biāo)準(zhǔn)，限制了地膜最薄厚度，其中日本(JIS K6781—1994)為0.017 mm，美國(ASTM D4397—02)為0.02 mm，歐洲(EN 13206—2017)為0.024 mm。較厚的地膜為在回收時(shí)仍然具有較高的抗拉強(qiáng)度，因此大多采用卷收機(jī)械回收地膜，結(jié)構(gòu)較為簡單，主要研究集中在解決地膜清雜和卷膜速度匹配等問題。

美國的Kimball設(shè)計(jì)了一種聯(lián)合作業(yè)地膜回收機(jī)，主要由起膜裝置、清掃裝置、卷膜裝置、集膜箱構(gòu)成。作業(yè)時(shí)首先將膜上作物收割，起膜裝置疏松膜邊土壤，地膜由撿拾機(jī)構(gòu)將地膜從地表拉起，經(jīng)清掃裝置上密布的毛刷和空氣噴嘴清理和吹掃膜面雜質(zhì)，然后輸送到集膜箱中，回收后的地膜比較完整和干凈。

澳大利亞的 Rocca設(shè)計(jì)了一種地膜回收機(jī)，主要包括起膜機(jī)構(gòu)、清雜機(jī)構(gòu)、卷膜機(jī)構(gòu)。起膜機(jī)構(gòu)將地膜和土壤分離，通過振動(dòng)式柵條傳送地膜并抖掉部分膜面上的雜草等雜質(zhì)，由卷膜輥纏繞卷收殘膜，卷膜輥由兩個(gè)錐形管構(gòu)成，便于卸膜。其滾筒的旋轉(zhuǎn)速度可根據(jù)塑料覆蓋物回收器的前進(jìn)速度和地膜卷的直徑進(jìn)行調(diào)節(jié)。

我國由于種植過程中地膜覆蓋時(shí)間長、地膜薄、強(qiáng)度低，較少使用國外常用的纏繞式回收[10]，從殘膜采用機(jī)械回收的工作環(huán)節(jié)來看，不同工作原理的殘膜回收機(jī)略有不同，大多機(jī)型包括了起膜、拾膜、脫膜、集膜、清雜等主要工序。

地膜覆蓋技術(shù)，改變了農(nóng)業(yè)的種植模式，還改變了我國一些農(nóng)作物的種植區(qū)劃分布，使原本不宜在旱寒區(qū)種植的農(nóng)作物可以正常種植，較為典型的是新疆棉花的大面積種植并占主要地位。在增產(chǎn)增效，保障作物生產(chǎn)的同時(shí)，地膜污染的副作用開始顯現(xiàn)。殘膜回收機(jī)械研發(fā)和應(yīng)用得到了高度重視，涌現(xiàn)出了大批各種類型的殘膜回收機(jī)械。

2.1 起膜裝置

起膜是殘膜回收的首要環(huán)節(jié)，直接影響了后續(xù)作業(yè)環(huán)節(jié)及回收率、回收質(zhì)量。起膜裝置將土層中的殘膜和土壤挑起或者鏟起，為拾膜作業(yè)提供前置條件。起膜裝置在殘膜回收機(jī)中有對(duì)表層中間殘膜、土壤覆蓋的邊膜和較深的耕層殘膜的起膜。起膜裝置有獨(dú)立作用的，也有起膜和拾膜一體的。起膜裝置特點(diǎn)見表1。

表1 殘膜回收機(jī)起膜裝置Tab. 1 Loosen film device of residual film recycling machine

由于土壤覆蓋、秸稈和雜物混合殘膜，彈齒式起膜裝置極易漏膜和纏繞，且易受秸稈影響，主要在表層殘膜的回收裝置上應(yīng)用。研究人員針對(duì)起膜裝置研制了多種結(jié)構(gòu)和形式，康建明等[11]設(shè)計(jì)了一種梳齒式起膜裝置，采用Design-Expert響應(yīng)面分析軟件，對(duì)影響起膜率的起膜鏟結(jié)構(gòu)參數(shù)和作業(yè)參數(shù)進(jìn)行了非線性的優(yōu)化，并根據(jù)農(nóng)田種植實(shí)際特點(diǎn)，在起膜裝置上增設(shè)了可以改變桿齒入土角度和長度的調(diào)節(jié)裝置[12]，提高了起膜裝置的適應(yīng)性和靈活性，試驗(yàn)起膜率達(dá)到91.2%。經(jīng)優(yōu)化改進(jìn)，起膜鏟自適應(yīng)自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置[13]，能夠根據(jù)田間土地的地形情況，通過控制系統(tǒng)自適應(yīng)調(diào)節(jié)起膜鏟的入土深度。這種梳齒式起膜裝置受入土角的影響較大，在地面不平時(shí)地膜容易擁堵。由于梳齒存在固有間距，當(dāng)?shù)啬て茡p或者強(qiáng)度較低時(shí)容易漏膜。

謝建華等[14]研制了一種圓盤碎土起膜裝置，包括了碎土圓盤和起膜圓盤。根據(jù)圓盤碎土裝置的工作原理及特點(diǎn)建立了圓盤碎土的力學(xué)模型，采用ANSYS分析軟件進(jìn)行了仿真分析和試驗(yàn)，邊膜帶出率達(dá)85%以上。這種起膜裝置采用先碎土后通過釘齒起膜，圓盤碎土的同時(shí)也破損了脆弱的地膜，降低了邊膜的起膜率。張佳喜等[15]針對(duì)秋后邊膜強(qiáng)度下降、土壤覆蓋難以回收的問題，研究了不同結(jié)構(gòu)邊膜鏟的工作性能，設(shè)計(jì)了性能較好的單翼鏟，這種結(jié)構(gòu)減少了擠壓和釘齒穿刺，邊膜起膜的完整率較好，起膜率最高達(dá)95.4%，為邊膜起膜裝置提供了新的選擇。殘膜回收機(jī)[16]增加了邊膜鏟，還在邊膜撿拾帶的外側(cè)面上設(shè)有用于扎起邊膜的邊膜扎齒，在回收中間地表膜的同時(shí)還能高效回收邊膜。

張攀峰[17]設(shè)計(jì)了一種旋耕釘齒式起膜裝置，研究了釘齒的固定頻率和釘齒在土壤中工作的變形和應(yīng)力參數(shù)，為犁地后耕層碎片化殘膜進(jìn)行回收提供了新的選擇，但由于釘齒在穿刺和起膜時(shí)，殘膜緊貼釘齒上難以卸膜，大量殘膜堆積在釘齒上，最優(yōu)作業(yè)參數(shù)時(shí)殘膜回收率僅為74%。孫岳等[18]研制了刀片旋轉(zhuǎn)式起膜裝置，并進(jìn)行了起膜機(jī)理分析與試驗(yàn)，研究了刀片位置參數(shù)和工作參數(shù)對(duì)起膜率、后續(xù)彈齒輸膜效果的影響。這種起膜刀片在整個(gè)作業(yè)幅寬內(nèi)布置，將幅寬內(nèi)的土壤和地膜刨起拋向拾膜裝置，起膜率可達(dá)89%，但是含土、含雜量高，影響后續(xù)拾膜和清雜。

2.2 拾膜裝置

拾膜裝置需要配合起膜裝置使用，拾膜裝置需要防止漏膜，是殘膜回收的核心部件。拾膜裝置的結(jié)構(gòu)有夾持式、氣吸式和桿齒式(包括彈齒式、伸縮桿齒式、鏈齒式)，拾膜裝置特點(diǎn)見表2。

侯書林等[19]根據(jù)彈齒式拾膜裝置的工作過程和特性，結(jié)合工作軌跡要求，建立了彈齒拾膜裝置和脫膜裝置的運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)軌跡模擬，為機(jī)構(gòu)性能分析和結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化改進(jìn)提供了參考。這種拾膜裝置對(duì)入土角度、深度要求較高，容易漏膜。陳發(fā)等[20-21]對(duì)弧型齒殘膜撿拾滾筒拾膜的機(jī)理的研究，探索了弧型拾膜齒的排布、滾筒轉(zhuǎn)速和入土深度和機(jī)具的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，為拾膜裝置的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。對(duì)固定凸輪殘膜撿拾機(jī)構(gòu)進(jìn)行了力學(xué)分析，建立了凸輪機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型, 為減少凸輪磨損、提高可靠性提供了新的方法。謝建華等[22]對(duì)弧形齒滾扎式拾膜機(jī)構(gòu)進(jìn)行了研究，將拾膜分解為扎膜和挑膜兩個(gè)過程，通過撿拾地膜過程進(jìn)行非線性有限元?jiǎng)恿W(xué)仿真分析，在拾膜滾筒外后側(cè)增加彈齒，形成弧形齒滾扎式拾膜機(jī)構(gòu)，解決了地膜被板結(jié)土壤覆蓋導(dǎo)致釘齒上膜困難和拾膜釘齒作業(yè)時(shí)漏撿的問題，殘膜撿拾率達(dá)90%。

表2 殘膜回收機(jī)拾膜裝置Tab. 2 Collect film device of residual film recycling machine

對(duì)于殘膜表層回收的研究和應(yīng)用相對(duì)較多，而殘膜回收作業(yè)中耕層回收的難度和成本較高，研究較少。史增錄等[23]針對(duì)耕層內(nèi)的殘膜的強(qiáng)度低、覆蓋深的問題，研究了釘齒相對(duì)于地面的運(yùn)動(dòng)軌跡、釘齒齒尖位移和速度變化曲線等，試驗(yàn)結(jié)果滿足耕層作業(yè)要求，通過增大釘齒撿拾區(qū)長度，減少釘齒相鄰余擺線間的距離利于挑膜，耕層殘膜收膜率達(dá)71.7%。但在動(dòng)力學(xué)分析中未將土壤、根茬對(duì)殘膜的粘結(jié)力、壓力和阻力等考慮到受力分析中，通過進(jìn)一步深入研究，史增錄等[24]研制的一種具有旋耕機(jī)構(gòu)和拾膜裝置的殘膜回收機(jī)，能夠增加殘膜回收作業(yè)深度，改善作業(yè)效果。

2.3 脫膜裝置

由于殘膜易碎、纏繞和吸附等物理特性，脫膜工序成為殘膜回收作業(yè)的關(guān)鍵，脫膜裝置及時(shí)將桿、齒、鏈上拾起的殘膜脫卸，防止在工作部件上纏繞、堆集，便于連續(xù)循環(huán)作業(yè)。脫膜裝置特點(diǎn)見表3。

表3 殘膜回收機(jī)脫膜裝置Tab. 3 Stripping film device of residual film recycling machine

李斌等[25]針對(duì)一種鏈齒式殘膜回收機(jī)脫不凈的問題，進(jìn)行了順向脫膜機(jī)理分析與試驗(yàn)，通過響應(yīng)曲面分析尋優(yōu)，得到順向脫膜裝置的優(yōu)化結(jié)構(gòu)及作業(yè)參數(shù)。由于順向脫膜的作用方式，降低了殘膜與鏈齒耙的粘吸貼附，有效避免了在脫膜過程中產(chǎn)生纏繞，脫膜率可達(dá)98%。

張學(xué)軍等[26]針對(duì)耕層殘膜易碎、膜土粘結(jié)、殘膜碎片回收難的問題，在一種鏈齒式殘膜回收機(jī)[27]上設(shè)計(jì)了與撿拾裝裝置轉(zhuǎn)向相反的膜土摩擦分離帶，進(jìn)行了逆向脫膜機(jī)理分析與試驗(yàn)，殘膜在摩擦帶反向運(yùn)動(dòng)作用下回收到集膜箱中，實(shí)現(xiàn)膜土分離。逆向摩擦帶脫膜裝置簡單可靠，但是脫膜含土率達(dá)34%。

明光等[28]針對(duì)夾持輸送式殘膜回收機(jī)將撿拾機(jī)構(gòu)與氣吹式脫膜機(jī)構(gòu)結(jié)合，分析了脫膜氣流力場的大小和方向，為脫膜機(jī)構(gòu)氣力分析借鑒。郭文松等[29]針對(duì)梳齒式殘膜回收機(jī)，針對(duì)氣吸式脫膜機(jī)構(gòu)，建立了殘膜氣吸脫膜的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。

除了脫膜結(jié)構(gòu)和原理的局限性，殘膜特性(力學(xué)性能、懸浮速度、吸附特性等)對(duì)脫膜的影響較大。蔡賀[30]針對(duì)夾持式殘膜回收機(jī)物理脫膜與氣力脫膜的各自特點(diǎn)，結(jié)合殘膜特性，研究了機(jī)械與氣力復(fù)合脫膜裝置，脫膜率達(dá)94.8%。但同時(shí)還需要克服氣流擾動(dòng)對(duì)脫膜的影響，有待進(jìn)一步的研究。

2.4 集膜裝置

將殘膜機(jī)條或者堆放在田間，容易被風(fēng)吹散后造成二次污染，集膜裝置將膜土分離后的殘膜收集或者卷集緊縮，便于運(yùn)輸和下一步的再利用。集膜裝置主要有散膜裝箱、打包和卷膜。集膜裝置特點(diǎn)見表4。

表4 殘膜回收機(jī)集膜裝置Tab. 4 Gather film device of residual film recycling machine

趙巖等[31]研制了一種撿拾和打包聯(lián)合作業(yè)殘膜回收機(jī)，結(jié)合離心與振動(dòng)分離，降低殘膜雜質(zhì)含量，提高物料壓縮比的同時(shí)減小打包壓縮阻力，最后通過液壓系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)將殘膜打包壓縮成方塊形狀進(jìn)行儲(chǔ)運(yùn)，為回收殘膜的集中處理與重復(fù)利用提供了有效的裝備支撐。

楊松梅等[32]在隨動(dòng)式殘膜回收機(jī)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種帶式卷膜裝置，建立了卷膜直徑、速比、傾角等影響因素與膜卷密度之間的數(shù)學(xué)模型，分析優(yōu)化了工作參數(shù)組合，提高了回收機(jī)膜卷的緊實(shí)度。卷膜裝置關(guān)鍵是解決速度匹配問題，卷膜裝置隨著膜卷直徑的增大，如果卷膜角速度不變將導(dǎo)致殘膜纏繞線速度增大，易造成殘膜拉斷。由佳翰等[33]在后翻式卷膜裝置及殘膜回收機(jī)上，采用翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、卷膜半軸機(jī)構(gòu)、壓緊部件配合的卷膜裝置，通過驅(qū)動(dòng)半軸從纏好的殘膜卷中抽離，實(shí)現(xiàn)打卷、翻落工作。

2.5 清雜裝置

回收后的殘膜含有大量雜物，回收利用加工成本高，收益低，導(dǎo)致企業(yè)不愿收，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)殘膜的回收利用。殘膜的膜雜分離裝置主要有為兩大類(表5)：一類是在田間進(jìn)行殘膜回收作業(yè)時(shí)直接進(jìn)行膜雜分離；另一類是將殘膜回收集中后再使用膜雜分離裝置進(jìn)行膜雜分離，有風(fēng)選法[31, 34-36]、振動(dòng)法[37-38]、浮力漂選法[39-40]、靜電吸附法[41]等，但是都很難實(shí)現(xiàn)膜雜分離且效率不高。

表5 殘膜回收機(jī)清雜裝置Tab. 5 Cleaning device of residual film recycling machine

由于殘膜破碎、吸附和纏繞等特性，后續(xù)進(jìn)行膜雜分離比較困難、成本高。因此，在田間進(jìn)行膜雜分離非常必要。 張慧明等[42]針對(duì)殘膜回收時(shí)在田間同步進(jìn)行膜雜分離問題，設(shè)計(jì)了一種隨動(dòng)式殘膜回收與秸稈粉碎聯(lián)合作業(yè)機(jī)，可將膜面翻轉(zhuǎn)180°而清除雜質(zhì)。為進(jìn)一步明確隨動(dòng)式殘膜回收機(jī)清雜系統(tǒng)作業(yè)參數(shù)對(duì)殘膜回收作業(yè)性能的影響，蔣德莉等[43]對(duì)工作原理、條件及膜雜分離影響因素的分析，得到了各因素與試驗(yàn)指標(biāo)之間的數(shù)學(xué)模型和影響膜雜分離率的主次因素，為清雜作業(yè)參數(shù)的優(yōu)化提供了借鑒。陳學(xué)庚等[44]研發(fā)了一種隨動(dòng)式殘膜回收機(jī)，殘膜撿拾機(jī)構(gòu)為隨動(dòng)式，配合差速清雜機(jī)構(gòu)，不需外加動(dòng)力驅(qū)動(dòng)即可對(duì)膜面上雜質(zhì)進(jìn)行自動(dòng)清理。

3 存在問題

殘膜回收機(jī)械類型的研制和應(yīng)用技術(shù)需要從土壤條件、殘膜位置(表層、耕層)、殘膜強(qiáng)度、秸稈情況等綜合考慮，還需要從作業(yè)成本、回收率、含雜率以及后期儲(chǔ)運(yùn)和再利用情況考慮性價(jià)比。各科研院所和企業(yè)針對(duì)具體種植條件、農(nóng)藝特點(diǎn)和地膜特性研發(fā)和改進(jìn)了多種殘膜回收機(jī)械棉田殘膜回收機(jī)械存在以下問題。

1) 耕層殘膜回收率低。由于殘膜和土壤黏在一起，很難分離，特別是黏質(zhì)土壤中殘膜較砂質(zhì)土壤中的更加難于分離回收，大大增加了機(jī)械化回收殘膜的難度。耕層中的殘膜隨著地膜連年覆蓋種植，耕層殘膜不斷累積和年限增加而老化，且由于作業(yè)機(jī)械的反復(fù)碾壓和撕裂，殘膜碎片化程度嚴(yán)重，和土壤混為一體，回收更難。

2) 膜雜分離效率低。目前，農(nóng)田殘膜通過機(jī)械化回收時(shí)極易與土壤、秸稈等雜質(zhì)纏繞、吸附，機(jī)械化分離較難，人工分離效率低、成本高，給后續(xù)資源化利用帶來較大的困難和成本。堆放在田間地頭或者填埋、焚燒也是新的污染。

3) 作業(yè)部件適應(yīng)性不強(qiáng)。棉田機(jī)采作業(yè)后，由于地表被碾壓，車轍較深。現(xiàn)有殘膜回收機(jī)作業(yè)部件缺少仿形或自動(dòng)控制作業(yè)高度等功能，在低洼處回收過程中入土過深，易將土層夾裹在殘膜當(dāng)中，影響殘膜回收質(zhì)量甚至損壞機(jī)具。

4) 作業(yè)質(zhì)量不穩(wěn)定。在殘膜回收作業(yè)過程中環(huán)境惡劣，特別是具有秸稈粉碎功能的聯(lián)合作業(yè)機(jī)，塵土、秸稈漫天飛揚(yáng)，機(jī)手很難實(shí)時(shí)掌握作業(yè)狀況，機(jī)具的作業(yè)質(zhì)量很大程度上依賴于機(jī)手操作經(jīng)驗(yàn)和水平，難以充分發(fā)揮殘膜回收機(jī)的性能，影響機(jī)械回收的質(zhì)量和效率。

4 棉田殘膜回收機(jī)械發(fā)展趨勢(shì)

殘膜的回收治理，應(yīng)該采取“遏制增量，減少存量”的辦法，盡力做好當(dāng)季殘膜的回收，提高殘膜回收率，遏制殘膜增量。加大對(duì)耕層殘膜回收，減少耕層殘膜的存量。

1) 研發(fā)全耕層地膜回收機(jī)具，從根本上解決全耕層殘膜回收的技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)“遏制增量，減少存量”。根據(jù)不同耕層的殘膜空間分布特點(diǎn)、殘膜面積大小分布特點(diǎn)和殘膜形態(tài)分布特點(diǎn)研制針對(duì)性作業(yè)部件，根據(jù)殘膜污染的實(shí)際情況，采用分層作業(yè)或者一體作業(yè)機(jī)械，實(shí)現(xiàn)全耕層回收。

2) 改進(jìn)新型膜雜分離裝置。膜雜分離直接影響殘膜回收后的可利用性和污染治理的可持續(xù)性。殘膜的強(qiáng)度、碎片大小、纏繞程度各不相同，難以使用一種方法實(shí)現(xiàn)膜雜分離，需要綜合各自特點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，針對(duì)性地研制膜雜分離裝置。根據(jù)實(shí)際情況選取合適的田間膜雜分離和收后集中膜雜分離作業(yè)措施。

3) 創(chuàng)新作業(yè)部件仿形技術(shù)。針對(duì)棉田機(jī)采后地表車轍深，機(jī)具作業(yè)時(shí)易下陷，易將土層夾裹在殘膜中，影響殘膜回收質(zhì)量甚至損壞機(jī)具等問題，綜合傳感器監(jiān)測、液壓傳動(dòng)技術(shù)、自動(dòng)控制等技術(shù)開展殘膜回收智能仿形裝置以及仿形智能控制系統(tǒng)的研究，使其能夠根據(jù)地表實(shí)際情況自適應(yīng)調(diào)整作業(yè)高度，提高起膜作業(yè)質(zhì)量。

4) 提高智能監(jiān)控水平。由于殘膜回收機(jī)作業(yè)時(shí)環(huán)境惡劣，視線不佳。特別是帶秸稈粉碎功能的聯(lián)合作業(yè)機(jī)，導(dǎo)致塵土、秸稈碎片漫天飛揚(yáng)，機(jī)手難以掌握作業(yè)狀況。研制合適的狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測傳感器和信息處理技術(shù)，實(shí)時(shí)反饋?zhàn)鳂I(yè)狀態(tài)，便于機(jī)手對(duì)殘膜回收機(jī)作業(yè)參數(shù)(作業(yè)速度、油門大小、卸膜時(shí)間等)進(jìn)行調(diào)整，提升殘膜回收作業(yè)的信息化水平，有效提高殘膜回收作業(yè)質(zhì)量和效率。

5 結(jié)語

隨著20世紀(jì)70年代地膜在中國的普及，地膜污染問題逐漸顯露，隨之回收機(jī)械也開始了研制和應(yīng)用。由于地膜較薄且老化破碎，土壤和秸稈等雜物混合，地膜回收成為一個(gè)難以解決的老問題?，F(xiàn)有回收機(jī)械類型也較多，從起膜、拾膜、脫膜、集膜、清雜等各環(huán)節(jié)均有多種結(jié)構(gòu)，也各有特點(diǎn)。殘膜的回收不能只關(guān)注某一環(huán)節(jié)的效率提高，需要從回收、利用、作業(yè)成本和環(huán)境治理等綜合考慮。

目前，使用PE地膜覆蓋仍是棉花種植的主要生產(chǎn)方式，在PE地膜被替代之前，解決棉田殘膜污染問題還是需要采用機(jī)械化回收來解決。同時(shí)需要從環(huán)境治理和資源回收的角度配套法律法規(guī)，加強(qiáng)地膜使用的回收管理。制定地膜生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，增強(qiáng)地膜的可回收性和可降解性。