棉秆粉碎与搂膜联合作业机田间作业性能试验分析

田辛亮 ，赵 岩 ，2※，颜利民 ，2，温浩军 ，2

（1.石河子大学机械电气工程学院，新疆 石河子 832000；2.农业部西北农业装备重点实验室）

0 引言

地膜覆盖种植技术因具有良好的增温保墒、防病抗虫、抑制杂草生长等作用，得到广泛的应用[1～2]。随着农田残膜含量增加，污染逐步加剧，残膜回收问题受到高度重视[3～5]。覆膜种植技术在国外已有300多年的应用历史，欧美、日本等发达国家均采用高强度地膜，利用卷膜机具完成收膜作业，回收率高[6～7]。目前新疆地区广泛应用的棉田残膜回收机具为立杆式弹齿搂膜机，该机型结构简单，故障率低，作业行进速度快，但存在许多问题。如残膜回收率低于50%、不能回收窄行中的残膜、卸膜频繁，严重影响作业效率。

为解决上述问题，本文设计了棉秆粉碎及搂膜联合作业机，重点研究以下几个方面：搂膜部件增加了浮动功能的小窄行搂膜弹齿，进一步提升残膜回收率；机具采用大尺寸搂膜弹齿，增加物料存储空间；通过拖拉机后输出液压控制液压缸伸缩，实现自动卸膜，弥补现有立杆式搂膜机的不足。

1 整机结构

图1 棉秆粉碎与搂膜联合作业机

棉秆粉碎及搂膜联合作业机主要由三点悬挂装置、动力传输系统、棉秆粉碎装置、棉秆输送装置、搂膜机构、卸膜装置以及机架等部分组成，如图1所示；其中棉秆粉碎装置主要包括刀轴、刀片、限深轮等组成；棉秆输送装置包括搅龙、搅龙轴固定板等组成；搂膜机构包括弹齿、弹簧、固定架等部分组成；卸膜机构包括卸膜挡板、液压系统等部分组成。

2 田间试验

2.1 试验目的

为了检验棉秆粉碎与搂膜联合作业机的合理性与可靠性，比较在不同机具前进速度、不同弹齿组数、不同弹齿入土深度下棉秆粉碎与搂膜联合作业机的残膜回收率，从而确定机具的最优工作参数组合。

2.2 试验条件

2017年9-10月在石河子145团三分场十二连进行了整机试验，试验面积为4 hm2。试验地土壤类型为灰漠土，土壤坚实度为350 kPa，土壤表层含水率为15.1%。配套拖拉机选用约翰迪尔1 204，动力88.3kW，牵引速度5～6 km/h。按照石河子市具有代表性的棉花种植模式，具体参数如表1所示。

表1 棉花种植模式

2.3 试验设计

通过对棉秆粉碎及搂膜联合作业机进行定量分析，确定了棉秆粉碎及搂膜联合作业机试验指标为残膜回收率。为了简化试验、减少试验次数，本试验在前期工作的基础上，考察机具的作业性能及参数。试验选用3因素3水平正交试验，3个因素依次为：机具前进速度A、弹齿组数B、弹齿入土深度C。在不考虑这3个因素之间交互作用的情况下找出这些因素对残膜回收率的最优参数组合，表2为试验因素水平。

表2 试验因素及水平

3 试验数据与分析

3.1 试验结果

把试验参数条件和试验结果指标依次填入L9（33）正交表中，试验结果如表3所示。

表3 试验结果

其中：ki为各影响因素3个水平的平均值，R值表示试验指标变化的幅度。R值越大，该因素对试验指标的影响越大；R值越小，该因素对试验指标的影响越小[8]。通过分析可知，残膜回收率最优工作参数组合为A2B2C2。

3.2 试验分析

由方差分析知机具前进速度、弹齿组数、弹齿入土深度对残膜回收率影响显著，结合表3对残膜回收率的影响主次为机具前进速度＞弹齿入土深度＞弹齿组数。最优组合水平为A2B2C2，即机具前进速度为1.5 m/s，弹齿组数为12组，弹齿入土深度为20 mm。通过直观分析可知随机具前进速度增大残膜回收率先增大后减小，是因为机具前进速度过大导致漏膜现象加剧，导致残膜回收率降低。

表4 正交试验结果的方差分析

3.3 试验验证

对最优组合A2B2C2进行试验验证。结果如表5所示，机具残膜回收率平均达到90.1%，高于国际中对于残地膜回收机残膜回收率高于80%的要求。

表5 验证试验结果

4 结论

本文对棉秆粉碎与搂膜联合作业机作业性能进行试验，当机具前进速度为1.5 m/s，弹齿组数为12组，弹齿入土深度为20 mm时，平均残膜回收率为90.4%，满足残膜回收机械作业标准。