国内残膜回收机构性能分析

刘琦 蒋鑫

摘 要：地膜在农业生产中已经被广泛使用，因为回收不及时、不彻底而造成的残膜污染日益严重，残膜回收机由此应运而生。残膜回收机构是残膜回收机的核心部件，现有机构主要采用搂膜、筛膜和勾膜3种原理，基于这3种原理设计出不同实现形式的残膜回收机构。现有残膜回收机构尚处于探索阶段，由于残膜性质和机构结构而造成的作业问题仍然没有彻底解决，这些问题在后续新型残膜回收机构的设计中要重点考虑并加以解决。

关键词：残膜;回收机构;性能分析;问题

中图分类号：S224.9

文献标识码：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200915024

收稿日期：2020-08-04

作者简介：刘琦（1992-），男，本科，助理工程师。研究方向：农机设计与制造;通讯作者蒋鑫（1985-），男，本科，工程师。研究方向：农机设计。

地膜因为透光性好、保温性强、不透水，在增温、保水、保肥、改善土壤理化性质、提高土壤肥力、抑制杂草生长、减轻病虫害、增产增收方面具有显著优势[1]。目前已在我国农业生产中大规模应用，但是由于前期在使用过程中对残膜回收没有给予足够重视，非降解地膜的连年使用，導致碎残地膜逐年积留于土壤耕层且很难分解，既影响土壤耕作，又使作物根系生长受阻，污染土壤和生态环境，导致耕地质量下降，造成后茬作物减产，影响农产品质量[2]。随着残膜污染日益严重，残膜回收机应运而生，其中的残膜回收机构可以把田中残膜收集起来，以供机具后续进一步处理，在残膜回收作业中起到最基础作用，残膜回收机构作业效果直接影响残膜回收率和机具的使用性能。

按照农艺要求和作业时间，我国目前的残膜回收机具可以分为3类，即苗期地膜回收机具，秋后残膜回收机具，耕后播前残膜回收机具[3]。本文主要针对秋后残膜回收机具，通过对目前市场上采用比较广泛的残膜回收机构进行分析比较，找出这一机构目前仍存在的缺点，并提出改进方案。

1 国内现有残膜回收机构原理及作业效果

根据残膜回收方式的不同，现有机构回收残膜方式有搂膜、筛膜、勾膜3种。

1.1 搂膜

根据搂膜原理设计的残膜回收机构，采用悬挂到拖拉机后方，由拖拉机拖动作业的方式。通过有密排耙齿的搂耙（如图1）或带有钉齿的滚筒，在前进的过程中搂起田间的残膜。此类残膜回收机构结构简单，成本低，可靠性和回收效率高，缺点是作业方式粗放，漏膜率和缠膜率高，残膜回收率低。此外，搂耙装置由于是密排的耙齿，如果田间有较大土块或者玉米、棉花收获后田间残茬比较多，残茬或土块不仅会堵塞搂耙间隙，降低后续的残膜回收率，严重的会插入搂耙造成耙齿损坏。

虽然田间作业速度快，但由于残膜直接被搂到耙齿或钉齿上，机具没有专门的集中回收装置，因此每个作业班次都需要人工清理机具上的残膜，增加了作业时间和作业量。目前有的机具加装了卸膜格栅辅助卸膜，减少了人工卸膜的作业量，但是不能彻底解决耙齿缠膜问题。

采用搂膜原理设计的残膜回收机比较适用小地块、低成本叶菜类的残膜回收作业，不适用于收后遗留残茬较多的作物和大面积种植的地块。

1.2 筛膜

采用筛膜原理设计的残膜回收机构首先是将残膜和地中杂物一并铲起，利用残膜和杂物的不同物理性质进行筛选分离，再做进一步回收。根据筛选原理的不同，残膜回收机构又分为振动筛选和风力筛选。

1.2.1 振动筛膜

振动筛膜装置借鉴于块茎类农作物回收机械，利用残膜与杂物质量和体积的不同，在将残膜和杂物一并铲起后利用输送链运输，在运输过程中，通过在输送链上加装振动装置，将土块从输送链上筛下，残余的残膜与残茬再通过后续装置进行进一步处理。

采用振动筛膜原理的残膜回收装置，受田中土块、残茬等杂物的影响较小，可以适用大多数的土地条件，由于是将表层土壤一并铲起，其缠膜率和漏膜率相对较低。缺点是在作业过程中噪音和扬尘较大，缠绕到土块等杂质上的残膜会一并从输送链的缝隙中掉落。

1.2.2 风力筛膜

风力筛膜装置的核心是风力吸送机构，利用残膜与其它杂质质量不同的特性进行筛选回收。为了防止残膜与土块残茬缠绕无法吸起，风力筛膜前，一般会利用旋耕破碎或振动的方式对杂质，特别是土块等体积大的杂质进行初步粉碎。初步处理的残膜与杂质，在通过风力吸送装置时，质量轻的残膜被吸入回收箱，土块残茬等大质量杂质排入田中。

基于风力筛膜而研发的残膜回收机构，其拾净率由吸送机构吸力和残膜杂质分离程度决定，吸力越大，分离程度越高，拾净率越大。与其它形式的回收机构相比，风力筛膜的优势是拾净率高，缠膜率低，但其在作业过程中产生的扬尘相对较大，需通过加装护罩，控制扬尘，从而便于风力集中吸取。

1.3 勾膜

利用勾膜原理设计的残膜回收机构，其勾膜的主要部件是弹齿，装有弹齿的捡拾器或弹齿滚筒安装于残膜回收机的最前端，在机具前进的过程中，通过弹齿将田中残膜勾起，刮膜装置用以将勾在弹齿上的残膜刮下，进行收集处理。基于勾膜原理设计的残膜回收机构根据结构不同又可分为捡拾器和弹齿滚筒2类。

1.3.1 捡拾器式

捡拾器式残膜回收机构是将捡拾器加装于残膜回收机最前端，残膜回收机行进的过程中，捡拾器利用其上面的弹齿将残膜勾起。弹齿一端固定在凸轮轨道上，中间固定在圆形主动轮上，主动轮转动，一端在凸轮的约束下，另一端作伸缩运动，如图3所示。

该回收方式直接移用了捡拾器，拾净率较高，但是没有充分考虑残膜回收作业中残膜易缠绕、不容易脱离的特点，作业时残膜易缠绕堆积到弹齿上，使得弹齿无法继续勾膜，甚至堵塞捡拾器缝隙，导致捡拾器无法正常工作。

1.3.2 弹齿滚筒式

弹齿滚筒式残膜回收机构是为了解决捡拾器缠膜率高的问题，在原有捡拾器工作原理基础上改进而来的。

弹齿滚筒式回收装置的作业过程同捡拾器式相同，如图4。在结构上，弹齿滚筒的主动轮是外圈的滚筒，弹齿被安装在内部的偏心轮上，通过滚筒上的孔约束，滚筒转动带动弹齿轴转动，同时弹齿作伸缩运动，在转动到地面时弹齿伸出勾膜，在转动到滚筒高点，靠近刮膜板时弹齿缩回滚筒，与刮膜板配合将残膜脱掉。

弹齿滚筒的应用降低了机具的缠膜率，但与捡拾器相比，弹齿滚筒结构复杂，制造难度大，成本高。

2 目前残膜回收机构存在问题

2.1 残膜拾净率低

残膜回收作业条件恶劣多样。田中残膜、残茬、土块混杂，残膜多呈碎片状，或与杂物缠绕，或埋在土中，且与残茬土块相比，殘膜质轻，不容易回收;残膜应用范围广，土壤、地形等作业环境多样，覆膜的农作物种类多，不同农作物的种植方式也存在很大不同。目前残膜回收装置作业质量不高，残膜拾净率表层不低于80%，深层不低于70%的标准仍待提高。

2.2 缠膜问题有待解决

对于上述3种回收方式，缠膜率高都会大大降低作业质量。缠绕的残膜会减小弹齿间距，堵塞风口和振动筛，如果机具传动系统和运动部件缠绕大量残膜，会损坏机具零部件，无法正常工作。缠膜问题，一直是残膜回收作业的突出问题。虽然目前弹齿滚筒可以有效降低缠膜，但是在机具后续对残膜处理过程中，仍然会有残膜缠绕到其它部件上。

2.3 未能实现残膜杂质分离回收

在耕后残膜回收的过程中，玉米、棉花等农作物会夹杂大量的土块、残茬等杂质，这些杂质会损坏弹齿和旋耕刀片，堵塞振动筛，且不利于后续残膜的循环处理。因此，降低残膜回收的含杂率，探索残膜杂质的分离回收技术以提高残膜回收质量是很有必要的。

2.4 扬尘、噪音等问题

残膜回收作业不可避免会出现扬尘和噪音问题。大规模使用地膜的多是气候干旱、风沙大、温度低的地区，本身比较容易形成扬尘;残膜回收作业会将表层土壤扬起，且机具大多有振动机构，因此在作业的过程中易产生扬尘、噪音的问题。

为了减小扬尘、噪音问题，目前的残膜回收机大多加装了防尘罩，但防尘罩不便于观察机具运行情况，在有些部位容易造成残膜堆积，引发故障。

3 结论

目前国内残膜回收机构主要为搂膜、筛膜、勾膜3种原理，基于以上3种原理研发的残膜回收机，或单独采用1种机构，或在此3种原理中进行组合，回收装置后加装回收箱或打包装置，完成残膜回收作业。

核心问题仍然没有彻底解决。虽然残膜回收机市场需求量很大，但目前尚未有作业效果很好的残膜回收机，缠膜率高、拾净率低仍是需要解决的问题，且残膜回收作业之后，滞留在田中的碎膜回收难度更大，由此造成土壤污染不容忽视。

农机农艺需进一步融合。残膜回收受覆膜作物种类、种植模式和土壤类型的影响较大，普遍存在对不同地区、不同作物、不同覆膜模式适应性差的问题[4]。相同农作物在不同地区，其种植模式也有不同，多样的行距、垄距以及由此带来的不同覆膜形式，对残膜回收机适用性提出了更高要求。因此，同种农作物在种植方式上要统一，不同农作物需探索有利于同种农机作业的种植方式。而在农机开发上，作业宽幅等参数，应做到一定范围内可调，以提高适用性。

参考文献

[1] 刘艳霞.中国农村地膜残留污染现状及治理对策思考[D].杨凌：西北农林科技大学，2014.

[2]王鑫，胥国斌，任志刚，等.无公害可降解地膜对玉米生长及土壤环境的影响[J].中国生态农业学报，2007，15（01）：78-81.

[3]谢建华，侯书林，刘英超.残膜清理回收机具的研究现状及存在的问题[J].中国农机化，2012（05）：41-44.

[4]严伟，胡志超，游兆延，等.3种残膜回收机的作业性能对比试验研究[J].农机化研究，2017（03）：197-202.

（责任编辑 李媛媛）