现状及存在问题Word格式文档下载.docx

1、大量棉秆留在地里对来年的耕作造成很大影响，为了第二年的农业生产，须对棉秆进行适当处理。目前对棉秆的处理方法主要有以下四种：（1）将棉秆直接翻入土壤中；（2）将棉秆粉碎还田；（3）应用拔棉秆机械将棉秆拔出，运到田外；（4）人工拔棉秆。将棉秆直接翻入土壤中，棉秆不易腐烂，耕地时大量棉秆堆积，将极大的增加机具牵引阻力。棉秆粉碎还田目前应用最广泛，但是采用棉秆粉碎还田后，由于棉根仍留在棉田内，播种时容易插入穴播器，造成播种孔阻塞，影响播种质量。人工拔棉秆每0.06hm2用工0.5个，费时费力效率很低，只能适用于小块棉田7。本课题的目的在于将拔棉秆技术与残膜回收技术相结合，生产一种一机多用的农业机械，从

2、而减少农机下地次数，降低棉田作业成本，最终达到提高生产效率的目的。1.2 田间地膜特性分析秋后地膜在田间分布情况如图1-1所示，在地表分布的情况主要包括以下两种： 一种是相对比较完整的地膜（序号2），这部分地膜为压在两边土壤中的部分。铺膜时1、土壤 2、压入土壤中地膜 3、根茬 4、根茬周围地膜 5、根茬间地膜图1-1 地表残膜分布图为了使整个地膜固定，将两边地膜压入土中，这部分地膜避免了阳光照射与风化，所以秋后收膜时，这部分地膜的强度依然很好，抗拉性较强，比较容易收起来。另一部分地膜为地表残膜，包括根茬周围地膜（序号4）和根茬间地膜（序号5）。这部分地膜由于暴露在地表，经过较长时间的阳光照射

3、，风化严重比较脆弱，抗拉性较差，容易破碎。尤其是根茬周围地膜，存在破裂口，地膜受拉后容易从该处开始撕裂。1.3 国内机械化收膜发展现状 由于特殊国情，我国地膜应用存在两个特点：一是地膜厚度一般在0.0050.008mm之间，成本较低，强度较差；二是多数地区是作物收获后收膜，地膜在田间停留时间较长，长时间氧化后易破碎，为机械化收膜增加了难度。 从八十年代应用地膜技术起，我国农机工作者就开始了对残膜回收机械的研制，先后研制成残膜回收类机械多达三十多种。主要代表机型有以下几种。（1）卷膜筒式残膜回收机，如：新疆研制的MSM3、4MSM3型苗期残膜回收机和东北农业大学研制的MS2型玉米苗期收膜机等。苗

4、期残膜回收机在玉米、棉花等作物中耕作业时揭膜回收，此时，由于地膜使用时间短，破损不严重，有利于收膜，残膜收起后，同时进行中耕作业。两种机具残膜回收率均在85以上，单机生产率在0.3hm2/h，伤苗率在1以下，配套动力18.38kw，小四轮拖拉机就可满足条件。这两种机型均是利用轮上带齿的卷膜辊将起膜铲铲起的残膜挑起收集。其收膜工作部件不需动力驱动，结构简单、使用调整方便、工作可靠、伤苗率低。工作中，在地头需要人工卷膜和人工脱膜，因此收膜效率较低。 （2）偏心弹齿残膜回收机，如1SM型，该机存在碎膜现象较为严重，膜与杂质混收，脱膜需停机等缺点。 （3）弹齿式残膜回收机，如3JM-100型，该机与小

5、四轮配套，该类残膜回收机的特点是依靠固定在皮带上的弹齿捡膜，但弹齿式残膜回收机制造困难，需要解决的技术难题集中在将残膜与弹齿分离。 （4）气吸式残膜回收机，如4MQ1.5型，该机回收率高且不伤苗，但需要用四轮拖拉机输出动力带动风机及一些关键部件，成本较高，农民无法接受，不符合中国国情。1.4 残膜回收工艺分析1.4.1苗期收膜工艺与机具苗期揭膜是在浇头水前揭去地膜，此时揭膜容易，且有利于中耕和施肥，但不适于滴灌的地块。揭膜后由于水分蒸发过大造成干旱，使棉花滴水周期缩短34天，所以滴灌棉花头水前不宜揭膜。近年来，膜下滴灌技术的推广面积在不断扩大，苗期收膜工艺已基本不被棉农所采用。苗期残膜回收机具

6、代表机型有：新疆农科院农机化所研制的MSM3型苗期残膜回收机、新疆兵团农机推广站和兵团农八师134团研制的CSM130B型齿链式悬挂收膜机等。这几种机具残膜回收率均在85以上，单机生产率0.3hm2/h，伤苗率1以下，配套动力为18.38kW小四轮拖拉机。这几种机型均是利用轮上带齿的卷膜轮将起膜铲铲起的残膜挑起收集。其收膜工作部件不需动力驱动，结构简单、使用调整方便、工作可靠、伤苗率低、收净率和生产率较高。1.4.2耕后的残膜回收工艺与机具耕后的残膜回收可分为耕层内残膜回收与播前整地残膜回收二种。耕层内回收残膜是对苗期或秋后没有回收干净的残膜或历年累积的残膜进行清捡。目前这种残膜回收工艺主要有

7、：（1）钉齿式残膜清捡机和犁配套使用，这种清捡装置结构简单、成本低，可在犁地的同时回收耕层内的残膜，适用于沙土或沙壤土。但捡拾的残膜缠绕在钉齿辊上越缠越大，脱膜困难，脱膜将影响耕地作业效率。 （2）气吹式耕层内残膜回收工艺，残膜回收机工作时，先由捡膜辊将残膜捡起，使残膜脱离地面，再由风机鼓风，通过气流吹送到输送风道，悬浮的残膜沿风道出口进入收膜箱的网袋中，收满的网袋扎口，卸下放在地头。播前整地残膜回收工艺所用机具结构简单、造价低、作业幅宽大、效率高，一次作业可完成残膜、棉根、大土块的清理，为棉花播种创造条件，所以它是新疆棉田广泛采用的残膜回收工艺。耕后残膜回收机具包括：（1）集条系列残膜回收机

8、，该系列残膜集条机有密齿单排、疏密两排齿（多排齿）等多种机型，用于播种前5cm土层内的残膜回收。它只能回收大块残膜，对碎膜则无能为力。（2）CM-2.6型地表残膜回收机，兵团农六师芳草湖总场研制的CM2.6型地表残膜回收机用15kW以上的小四轮半悬挂，主要适用于春播前耙耱保墒后待播地表面上残膜回收，可将地表深13cm土壤的残膜、秸秆收集起来，可以替代人工清洁棉田，残膜回收率在80 以上，工作幅宽3m，日工效20hm2以上。每公顷可收回残膜52.5kg 左右。（3）分流式平土残膜收回机，兵团130团机械厂研制的IPLM分流式平土残膜回收机是在分流式平土框架基础上增加了回收残膜装置，其特点是平土、

9、碎土、保墒、整地、耙地、自动脱卸残膜等同时进行，驾驶员一人操作就能完成平地、残膜回收联合作业，残膜回收率80 左右。（4）清田整地联合作业机，塔里木大学研制的清田整地联合作业机在犁地后、播种前作业，可一次完成清理残膜、残茬和碎土整地作业。工作时该机将耕地表层10cm内的残膜、残茬和部分土壤铲起，通过拖拉机动力传输带动振动筛将残膜、残茬分离并输送到集膜箱，同时完成碎土作业，达到良好的整地质量。由于该机关键部件为振动筛，因此，筛孔孔型的设计对于土壤类型的适应性有较大影响，在田间试验中也证实了这点。该机残膜收净率接近90。1.4.3 秋后收膜（耕前地表残膜回收）工艺与机具1.4.3.1 新疆棉田的秋

10、后残膜回收工艺（1）秸秆粉碎+搂秆（搂膜）集条+ 捡拾装车工艺。该工艺多采用立式秸秆粉碎还田机先将棉秆粉碎，接着用指盘式牧草楼草机将粉碎后的棉秆和残膜集条，最后用捡拾机捡拾装车（或人工装车）运出棉田。由于没有松土和铲根作业，残膜大都埋在土中，所以该残膜回收工艺的残膜回收率不高。（2）秸秆粉碎+ 铲根+ 搂秆（搂膜）集条+捡拾装车工艺。该工艺多采用立式秸秆粉碎还田机先将棉秆粉碎并同时进行铲根、松土作业，接着用指盘式牧草楼草机将粉碎后的棉秆和残膜集条，最后用捡拾机捡拾装车（或人工装车）运出棉田。该工艺提高了残膜回收率。（3）拔棉秆+ 搂棉秆（搂残膜） +捡拾装车工艺。该工艺是先用辊刀式拔杆器入土5

11、8cm将棉秆连根拔起，然后将棉秆输送到刀辊后方，并将残膜揭出地面，再由集堆机构将棉秆和残膜搂堆，最后用捡拾机捡拾装车（或人工装车）运出棉田。该机的主要问题是：拔秆刀辊直径较大，易造成薄膜破碎，不易回收；刀辊与轴承座之间的间隙使棉秆和膜在作业过程中缠绕，刀辊的旋转阻力增加，缩短轴承与传动链条的寿命；棉秆、土壤和残膜搂集成堆后相互混杂，难以分离，使得棉秆和残膜的再利用很困难。（4）秸秆粉碎还田（铲根） +搂残膜+捡拾装车工艺。该工艺是首先由位于联合作业机最前端的甩刀式棉秆粉碎机的甩刀将棉秆粉碎，并通过输料筒将粉碎后的棉秆抛向后方，铲根刀将棉根铲断并松土起膜；然后，弹齿搂集棉根和残膜，当搂集弹齿所搂

12、集的棉根和残膜达到预定的体积后，驾驶员通过卸料拉秆拉起搂集弹齿将棉根和残膜的混合物卸下。最后用捡拾机捡拾装车（或人工装车）运出棉田。 （5）秸秆粉碎还田及残膜回收联合作业工艺。该工艺把抛送式棉秆粉碎还田机布置在残膜回收装置前端与残膜回收装置一起组成一牵引整体。棉秆粉碎刀辊在粉碎棉秆的同时将被粉碎的棉秆撒到地表，与此同时，残膜捡拾装置将残膜捡入残膜箱，机具到地头将残膜箱中的残膜卸下。（6）拔棉秆残膜回收联合作业工艺。该工艺首先由位于联合作业机最前端的拔秆装置将棉根铲切、拔起并将棉秆抛向后方，接着，残膜回收装置将残膜捡入残膜箱，机具到地头将残膜箱中的残膜卸下。该工艺可使棉秆粉碎还田或棉秆收获和残膜

13、回收二项作业一次完成，旨在降低棉农购机成本和作业费用。1.4.3.2秋后残膜回收机 （1）4FSZ残膜联合回收机，兵团农垦科学院农机所在1994年研制了4FSZ残膜联合回收机，该机将秸秆粉碎装置和残膜回收装置分别悬挂在拖拉机的前后，在秸秆粉碎还田的同时回收残膜。（2） 4JSM-1800棉秆粉碎还田及残膜回收联合作业机，由新疆农科院农机化所等单位联合研制的4JSM-1800棉秸秆还田及残膜回收联合作业机采用秸秆粉碎还田和残膜回收联合作业，可进行棉秆粉碎还田、松土、挑膜、脱膜、送膜、集装作业，可使两项作业一次完成，既减少了作业费用，又节约了时间。（3）气吸式残膜回收机，塔里木农垦大学设计了气吸式

14、残膜回收机，残膜回收机由拖拉机牵引，动力输出轴驱动风机产生强气流。采用正压输送原理，气流管内高速气流压动输送管的气流流动，在吸嘴处产生负压，将残膜吸入输送管内。铲刀将覆压于地面的残膜铲起，以利于气流吸送。（4）气吹式秋后残膜回收机，新疆农业大学设计了气吹式秋后残膜回收机，该机工作原理为起膜铲先将压在土壤内的残膜挑起，再由切膜辊将残膜切成约13cm20cm的膜块，捡膜辊齿入土并向前运动，地表的膜被搂着向前运动，当捡膜辊齿转出地表时，由略向前弯的齿尖将膜块挑起，挑起的膜块在风机产生的气流作用下，经风道而吹至集膜袋。该机的主要特点是：膜的破损程度不影响回收机的性能，工作部件不易缠膜，收集到集膜袋内的

15、残膜不会二次染污，且便于运输。（5）勾拉式残膜清除机，塔里木大学设计了勾拉式残膜清除机，其主要工作部件是J形勾拉秆，其动作控制由桃形槽轮、星形转轮、控制轴和轮周轴完成。在田间作业时，圆切刀首先对土壤及地表残膜进行切割，目的是把大块残膜切成一定尺寸的小块以利于后道工序作业，防止残膜太长或太宽缠绕在工作部件上。工作时，随着轮式拖拉机的行进， J型勾拉杠插入土表勾住残膜，平移一定距离后， J型勾拉秆做圆周运动提起残膜，运动到预定位置脱放残膜，胶板分离轮对J型勾拉杠秆脱放的残膜进行刮送，最后，残膜经由输送器输送至收集箱。（6） 4JSM-1800型抛送式棉秆粉碎还田及残膜回收联合作业机，新疆农科院农机

16、化所等单位联合研制了4JSM-1800型抛送式棉秆粉碎还田及残膜回收联合作业机。该机刀辊主轴水平安装，粉碎刀辊高速回转，将秸秆粉碎并抛向拣拾滚筒的后面，接着残膜拣拾滚筒拣拾残膜。这种残膜回收机在残膜回收前清理了棉秆，提高了残膜回收机的工作性能。（7） 4SJ-1.6型残膜回收与秸秆粉碎还田机，新疆农垦科学院等单位联合研制了4SJ-1.6型残膜回收与秸秆粉碎还田机。该机在作物收获后、耕地前回收地表残膜。机器工作时，先由秸秆粉碎机的甩刀将棉秆粉碎成长100mm左右的段状，而后抛入搅龙，由搅龙将棉秆抛在机器旁边，为后续收膜工序提供一个干净的工作面；随后收膜机的起膜部件将残膜从土中挑起，输送叶轮将残膜

17、抛送到集膜箱。在田间试验中，土壤类型对该机收净率有一定的影响。（8）悬挂式耕前棉秆粉碎还田及残膜回收联合作业机，新疆农科院农机化所等单位联合研制了悬挂式耕前棉秆粉碎还田及残膜回收联合作业机。该机的粉碎刀辊在粉碎棉秆并将被粉碎的棉秆抛出越过残膜回收装置撒到地表的同时铲断棉根，后挂的搂膜机构搂集棉根和残膜，当搂集弹齿所搂集的棉根和残膜达到预定的体积后，驾驶员通过卸料拉秆拉起搂集弹齿将棉根和残膜的混合物卸下。1.5 降解膜的发展生物降解膜和光降解膜是通过改变地膜的化学组成成分，利用土壤生物及光合作用的原理来实现地膜的自然降解，减少或根除残留地膜对农业生产的影响。降解地膜露地部分一般在铺膜后50天左右

18、达到初裂期，铺膜后70天左右达到大裂期，在作物收获后降解地膜基本上达到粉块状，再经过耕翻后露出地表的地膜可迅速降解。根据对降解膜在棉花栽培技术中的应用效果来看，降解地膜在初裂期与普通地膜相比，耕作层低温日平均增高0.170.43，土壤含水量增加24个百分点，随着降解地膜的进一步分解，其增温保湿性将逐步低于普通地膜，但土壤通透性增强。降解地膜初裂期前，因其增温保湿性比普通地膜强，所以棉花苗期生长较快。大裂期后，田间荫蔽度增加，加上此时普遍灌头水，降解地膜增温而有利于棉花根系的生长发育，此时棉花生长稳健。 降解地膜降解后残留物不会影响来年农作物的生长发育，随其有机质的不断降解、腐化，可在一定程度上

19、培肥地力。所以，合理有效推广应用降解地膜，不但不会造成农作物减产，反而可大大降低地膜对环境的污染，是治理白色污染重要而有效的方法之一。但是降解膜成本相对较高，目前难以广泛应用。1.6 国外发展现状日本的土壤主要是火山灰土，土质疏松，而且地膜强度大、覆盖期相对短（1.5-3个月），清除时可保持较大片块，利于收膜。以色列是研究残膜回收机起步较早的国家之一，所用地膜较厚、强度高， 铺膜主要用于种子发芽出苗期的保墒保温，作物出苗后即开始利用收卷机来回收残膜， 地膜在田间停留时间较短，有足够的强度保证收卷时不会破碎，易于整膜回收利用，效果较好。欧美国家为防止残膜污染危害， 一方面推广使用高强度、耐老化地

20、膜， 可以连续使用 2-3年，采用收卷式回收地膜；另一方面，积极开发研制新型地膜，如可降解地膜，使残膜经一定时期自动分解成无害物质混入土壤。在地膜回收机方面，由于国外实际应用的地膜较厚，回收时，地膜还有较大的强度，所以国外地膜回收机一般结构比较简单，主要由起膜铲和卷膜辊组成，残膜成卷回收后便于处理和再应用。过去欧美日本等发达国家对棉秆的处理主要是将棉秆翻入土地或者粉碎还田，但是随着能源的日益紧张，生物能源的开发利用早已引起世界各国政府和科学家的关注。因此，棉秆的回收利用也越来越得到推广，有许多国家都制定了相应的开发研究计划，例如，日本的阳光计划、印度的绿色能源工程、美国的能源农场和巴西的酒精能

21、源计划等发展计划。其它诸如丹麦、荷兰、德国、法国、加拿大、芬兰等国，多年来一直在进行各自的研究与开发，并形成了各具特色的生物能源研究与开发体系，拥有各自的技术优势。1.7 目前新疆棉田残膜回收存在的问题1.7.1残膜回收机具的功能还不够完善 （1）残膜回收机具工作部件还存在缠绕问题。无论是卷膜轮卷膜还是挑膜齿挑起送入集膜箱，由于运动部件的作用，膜的粘附及静电的作用，都会引起缠绕。工作时，一旦发生缠绕，会越缠越多，最终导致机具无法正常连续工作，严重时甚至还会损坏机具。因此，在机械收膜中，脱膜环节对于保证机械的连续正常工作至关重要。为解决脱膜过程中的缠绕问题，先后出现十余种解决方案（获实用新型专利

22、），但在实际使用中多数因结构复杂、故障率高等原因而没有得到推广。（2）膜与茎秆、叶片、杂草混杂及壅土问题还没有解决。ISM5型密排弹齿残膜回收耙， SMJ2型残膜回收集条机虽能将地表残膜回收，但膜与茎秆、叶片、杂草混杂问题无法解决，造成2次污染。如果能将残膜与杂草分开，则纯净的残膜可以回收再利用，从而提高经济效益，且减轻机器的负荷，提高集膜箱的有效容积。（3）耕后地块的残膜回收率还不高。在耕后地块中的残膜大都是碎膜，提高残膜回收率的难度较大，目前广泛应用的集条系列残膜回收机的残膜回收率较低。为防止搂膜机工作时漏膜，提高残膜回收率就要加大搂膜弹齿的密度，但弹齿的密度越大壅土就越严重。为解决这一问

23、题，一些设计采用多排弹齿搂膜，虽在一定程度上缓解了这一矛盾，但还没有从根本上解决这一问题。1.7.2残膜回收机具故障率较高采用伸缩扒杆滚筒机构的残膜回收机在使用过程常遇到以下问题：伸缩扒杆一旦碰到石块等硬物造成弯曲变形后缩不回去，使杆齿卡死在扒杆与滚筒的伸缩处，影响部件正常工作，进而导致整个滚筒全部停止工作；工作一段时间后，扒杆与滑动运动副的间隙增大，残膜常夹持在间隙处，膜越夹越多，最后导致扒杆不能伸缩。弧型齿捡膜滚筒在结构上有较大改善，捡膜齿与滚筒的伸缩处不存在运动副，滚筒在此处不受力，有较大的间隙。当弧型挑膜齿受到石块、棉秆根冲击力产生不大变形后，杆齿也能缩回滚筒内，不致引起残膜回收机停止

24、工作。但当冲击力很大时也会发生捡膜齿弯曲变形，最后导致捡膜齿不能伸缩，捡膜齿折断的事也时有发生。1.7.3残膜回收联合作业机动力消耗较大由于残膜回收联合作业机一次要完成二项以上的田间作业，仅1 幅4行棉秆粉碎还田就要消耗30 kW以上的动力，滚筒式捡膜装置以及脱膜机构的驱动都需要拖拉机提供动力，松土、起边膜也要消耗一定的动力。1.7.4残膜回收机具还不能适应不同的棉田环境由于新疆棉区分布较广，南北疆气候、土质有很大的差异，主要表现在： 不同地块土壤硬度差异大，这就造成残膜回收机捡膜齿的工作状况有较大差异，入土深度不一； 不同地块土壤湿度差异大，从而造成了残膜回收机工作阻力的差异，有时产生不同程

25、度的壅土； 由于气候、土壤、肥力及棉花品种的差异造成棉秆密度、高度差异大，棉秆粉碎还田机具的动力消耗差异大，拔棉秆残膜回收联合作业机也很难适应这种棉田环境。1.7.5残膜回收作业时间短对于秋后拾膜，11月中旬以后棉花才收获完毕，接着要秋耕翻，残膜来不及捡拾就被翻入耕层，有些地区由于收获较晚，还来不及秋耕就进入冬季，残膜只能等到来年春耕时再处理。对于播前收膜，新疆3月中、下旬开始春耕， 4月初就要春播，春耕春播时间短，土地耙平后就要抢墒播种，如果此时再进行播前收膜，在时间和机力上都非常紧张。 综上所述，治理残膜污染、保护农田生态环境将是地膜覆盖种植技术持续发展的关键所在。因此，研制一种性能可靠、

26、效率高的残膜回收机具，使残膜能够有效的回收已成为我们当前亟待解决的问题。1.8 本课题研究内容 目前国内研究的残膜回收机械大部分只具有收膜功能，而且效果不理想，难以达到农户要求。新疆农机化所研制的4JSM1800棉秸秆还田及残膜回收联合作业机将残膜回收及棉秆粉碎还田作业相结合，实现了多功能作业。但是该机组消耗动力大，价格较高，不适合中小农户。另外将棉秆粉碎还田后，难以实现棉秆的回收利用。因此，研制一种将残膜回收和棉秆收获结合为一体的功率消耗相对较小的联合作业机，在新疆有广阔的市场前景。本课题重点将克服已有残膜回收机的缺点和不足，着重解决棉秆回收与提高残膜回收率的问题。棉秆回收后可有多种用途，有

27、利于增加农民收益，同时，提高残膜回收的效率，从而有效的控制“白色污染”，促进农业的可持续发展。本课题主要研究以下内容：（1）先从宏观上设计机器的整体结构，确定机器的外形及整体尺寸，然后再针对局部结构和零件进行攻关和改进。 （2）通过研究借鉴其他机械产品及各类拔棉秆机械和残膜回收机械的优点，将合理先进的技术应用到棉秆集堆及残膜回收联合作业机上。 （3）拔棉秆机构和抛棉秆机构的设计。通过实验确定提辊、拨秆轮、抛秆轮的转速；合理设计提辊、拨秆轮、抛秆论三者的位置关系；确定提辊、拨秆轮、抛秆轮三者的尺寸大小及结构。 （4）输送机构的设计。通过试验与理论计算相结合的方法设计输送带的结构、转速、倾斜角度等

28、参数，使棉秆能够顺利被输送到机架后方。 （5）捡膜机构的设计。设计出凸轮机构，使弹齿在凸轮轨道的作用下完成将地表残膜挑起的动作；设计出刮膜机构，使弹齿上的残膜能够被顺利刮入膜箱。（6）拖斗的设计。（7）研究棉秆集堆机构和残膜回收机构的特点，通过合理设计将棉秆集堆机构与残膜回收机构组合，实现联合作业。采用提辊式方法实现拔棉秆，配合弹齿式收膜，完成两种功能的优化组合，实现联合作业，并尽可能采用中小功率拖拉机带动。1.9 研究方法采用理论分析和试验研究相结合的方法，对棉秆集堆及残膜回收联合作业机进行设计（图1-2）。理论分析采用力学分析方法，找出棉秆抗拉力范围及地膜抗拉范围；通过模拟试验，找出各机构的运动参数，设计出能够实现棉秆集堆与残膜回收的联合作业机。研究步骤如下：（1）通过查文献、田间实地考察、调研等多种方法初步确定设计方案；（2）采用solidworks绘图软件进行三维设计，并对设计结果进行必要的分析；（3）对关键部件进行设计，并制造出试验模型，在室内进行原理试验；（4）室内试验成功的基础上，对整机进行田间试验，验证设计方案，找出存在问题，有针对性的解决。图1-2设计流程图