瓜类作物地膜捡拾机的设计与优化--以甘肃民勤县为例.pdf

1722023 年 10 月下Agricultural Mechanization Synthetic Study农机化综合研究瓜类作物地膜捡拾机的设计与优化以甘肃民勤县为例徐吉伟1，段振佼2，杨成达3（1.民勤县农业广播电视学校，甘肃 武威 733399；2.民勤县种业中心，甘肃 武威 733399；3.民勤县成达顺圆农机具制造有限公司，甘肃 武威 733399）摘要：【目的】地膜捡拾机是一种用于捡拾农田地膜的设备，它在农业生产中具有重要的应用价值。本研究旨在进行地膜捡拾机的设计与优化，以提高地膜捡拾的效率和准确性。【方法】研究团队对地膜捡拾机的定义、功能和应用价值进行了概述，对地膜捡拾机的结构和工作原理进行了分析和优化，探索了地膜捡拾机的智能化设计和性能优化方式，并对地膜捡拾机的推广应用和发展前景进行了展望。【结果】本团队所设计的地膜捡拾机比其他各种仅靠振动筛分的机构的残膜回收率有较大的提高，采用多点采样分析的方法进行检验证明，残膜回收率高达99.75%，不低于95%，符合现有的农艺要求。【结论】本研究能为地膜捡拾机的应用和发展提供有益的参考。不断优化和改进地膜捡拾机的设计和性能，有利于提高农业生产效率，促进农村经济的发展，帮助农民增收致富，推动农业现代化的进程。关键词：地膜捡拾机；智能化设计；性能优化中图分类号：S223.5 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1672-3872.2023.20.0451 研究背景与研究意义农田地膜是一种用于覆盖土地的塑料薄膜，可以有效地保护作物，提高产量，节约用水。在收获农作物后，需要及时捡拾地膜，以免对土壤和环境造成污染。传统的地膜捡拾工作需要投入大量人力和时间，成本高且效率低下。因此，设计一种高效、智能化的地膜捡拾机对于农业生产具有重要意义1。1.1 研究背景民勤县地处河西走廊东北部，东西北三面被腾格里和巴丹吉林两大沙漠包围，民勤属温带大陆性干旱气候区，年均降水量113.2 mm，年均蒸发量2 675.6 mm，大约是年均降水量的24倍。近年来，民勤县立足“生态功能型”和“农业优先型”县域经济发展定位，坚持将蜜瓜产业作为富民增收的主导产业，着力在扩规模、延链条、创品牌、提效益上求突破，2022年全县蜜瓜生产面积达20万亩、产量达50万t。民勤县已成为全国优质蜜瓜核心产区，被誉为“中国蜜瓜之乡”。民勤是极度缺水的地区，绝大多数农作物须覆膜种植。2022年全县蜜瓜种植面积达20万亩，地膜年使用量超1 400 t。蜜瓜采用开沟覆膜种植，地块沟壑交错，不适宜机械作业，长期以来，一直没有研发出适宜的地膜捡拾机械，废旧地膜捡拾以人工捡拾为主，捡拾效率低下。为解决瓜类作物废旧地膜机械捡拾难题，民勤县成达顺圆农机具制造有限公司拟开展相关领域的技术研究，研发适宜瓜类作物废旧地膜捡拾机械，并进行示范推广。该机具研发成功后，将破解废旧地膜捡拾机械化程度低的瓶颈制约，提高废旧农膜捡拾率，助推蜜瓜产业绿色生态高质量发展。1.2 研究意义进行地膜捡拾机的设计与优化，有助于提高地膜捡拾的效率和准确性，减轻人力劳动强度，推动农业生产的智能化和现代化。目前，已有关于地膜捡拾机的研究和应用。一些研究聚焦于地膜捡拾机的结构和工作原理，探索不同类型的地膜捡拾机的适用范围和优缺点。还有一些研究关注于地膜捡拾机的智能化设计和性能优化，通过引入传感器和控制系统，实现地膜捡拾的自动化和智能化。然而，目前仍然存在一些挑战和问题，比如地膜捡拾机的精准性和稳定性需要进一步提升，智能化设计还需结合实际应用场景进行优化2。地膜捡拾机的设计与优化将为农业生产提供一种高效、节能、智能化的解决方案，有助于提高农业生产的效率和质量。此外，地膜捡拾机的智能化设计也将推动农业生产向智能化、现代化的方向发展，为农民提供更便利、舒适的工作环境。因此，本研究具有重要的理论和实践意义。2 瓜类作物地膜捡拾机的概述2.1 地膜捡拾机的定义和功能地膜是一种用于覆盖土地的塑料薄膜，可以有作者简介：徐吉伟（1987），男，甘肃民勤人，硕士研究生，农艺师，研究方向为农业技术推广。2023 年 10 月下173Agricultural Mechanization Synthetic Study农机化综合研究效地保护作物，提高产量，节约用水。在收获农作物后，需要及时捡拾地膜，以免对土壤和环境造成污染。地膜捡拾机是一种专门用于捡拾农田地膜的农业机械设备。它可以自动捡拾农田中使用过的地膜，并将其收集起来。传统的地膜捡拾工作需要耗费大量人力和时间，效率低下。因此，设计一种高效、智能化的地膜捡拾机对于农业生产具有重要意义3。2.2 地膜捡拾机的应用价值地膜捡拾机具有重要的应用价值。首先，地膜捡拾机的应用可以大大提高地膜捡拾的效率和准确性，减轻农民的劳动强度，提高生产效率。其次，地膜捡拾机的智能化设计可以实现自动化捡拾地膜，减少人力投入，节约成本。最后，地膜捡拾机的研究和应用还有助于推动农业生产的现代化和智能化，促进农村经济的发展和农民收入的提高。因此，地膜捡拾机的研究具有重要的理论和实践价值4。3 地膜捡拾机的设计原理和构成如图1、图2所示，这款地膜捡拾机的主体结构是一个机架1，其前端配备了与拖拉机连接的牵引板3，两侧则装有地轮5，这里的地轮5可以有一对或两对。机架1的前上方安装有传动箱2，传动箱2的前端延伸出与拖拉机动力输出轴相连的传动轴，侧面则延伸出横向传动轴，通过皮带或链条等传动装置将动力传递给各个运动部件。在机架1的前下方设置有一排土铲4，土铲4的后方装有一对传送带6。再往后是固定在机架1上的筛分器7，筛分器7的后方装有集装箱8，筛分器7的后上方有一个风扇10，风扇10的上方有一根抛送管9，抛送管9的末端与集装箱8的上口相对。1.机架；2.传动箱；3.牵引板；4.土铲；5.地轮；6.传送带；7.筛分器；8.集装箱；9.抛送管；10.风扇。图1地膜捡拾机正面图筛分器7包含一个水平放置的筛盘，筛盘由多根钢筋焊接的多孔筛片构成，下方固定有转轴，转轴通过筛盘架安装在机架上，并通过传动轮与传动部件相连。在筛盘的上方设置有多根短钢筋制成的向斜上方伸展的破碎爪。1.机架；2.传动箱；3.牵引板；4.土铲；5.地轮；7.筛分器；8.集装箱。图2地膜捡拾机底图筛盘的上方有一个由筛网围成的筛网圈，筛网圈的上口敞开，且后侧面向后上方倾斜，筛网圈的下部固定在机架1上。筛网圈的上方安装有一个护置，护置由一块前低后高的倾斜板面围成的拱状体构成，其后侧开口与风扇10相对。传送带6装在机架1的前下部，两头由链轮带动，之间可以采用支钢筋构成有缝隙的面，可以对物料进行初步的筛分。当然，这种传送带6也可以是密闭的，所有物料都送入筛分器7进行筛分。风扇10有一块竖立的底板，底板的一侧装有三片扇叶，底板的另一侧设有风扇轴，风扇轴装在风扇支架上，风扇转轴通过传动轮与动力机相传动。风扇装在筛网圈的后上方，开动以后，对筛网圈及护置之间的空间产生负压，吸引物料随风进入抛送管9抛出。机架1前下方安装的土铲4有多片刀，铲刀安装后即为前低后高的斜面，各个铲刀之间留有缝隙。每个铲刀前部一侧有一斜边，与另一侧的直边构成尖锋，尖锋根部通过圆弧内收，使得后面的部分变窄，从而使两片相邻铲刀之间的间隙加大。铲刀的下面通过一片立板支撑，立板上下折边通过螺栓分别与上面的铲刀以及下面的横梁相固定，横梁两端与机架1固连。在土铲4的上方装有多个拨爪，拨爪的形式有多种，图中仅列举一种：多支拨爪装在一个转轴周围，转轴在动力的带动下转动，拨爪即可把铲刀上面的物料拨向传送带6。当然，这种结构仅在物料流动不畅的情况下选用，否则可以不用。工作时，把这种机具挂接在拖拉机的后面，拖拉机的动力输出轴通过传动箱变速后，再把动力分别传到筛分器7、风扇10、传送带6等处。机架1前下部的土铲4把耕层的土壤连同残膜、杂草茬子等物料铲起，难以切割的杂草茬子等杂物通过铲刀之间的缝隙流走，其余物料靠惯力抛向后面的传送带6，传送带6把物料送到筛分器7内，物料在转动的筛盘上面被粉碎，较轻的膜片被风扇吸引向上运行并被抛送管9甩出落入集装箱8，较重的土块及杂物从筛盘落下。1742023 年 10 月下Agricultural Mechanization Synthetic Study农机化综合研究经过多次实验证明，这种设备比其他各种仅靠振动筛分的机构的残膜回收率有较大的提高，采用多点采样分析的方法进行检验证明，残膜回收率高达99.75%，不低于95%，符合现有的农艺要求。4 地膜捡拾机的推广应用和发展前景4.1 地膜捡拾机的应用场景和推广前景地膜捡拾机作为一种智能化的农业机械设备，具有广泛的应用场景和推广前景。首先，地膜捡拾机在农业生产中可以广泛应用于地膜捡拾工作，能够大幅提高地膜捡拾的效率和准确性，减轻人力劳动强度。其次，地膜捡拾机可以适用于不同类型的地膜，包括塑料地膜、光热地膜等，具有较强的适应性和灵活性。此外，地膜捡拾机的智能化技术和自动化控制，使其具备更广阔的应用前景，可以在农田管理、作物种植和环境保护等领域发挥重要作用5。4.2 应用地膜捡拾机的预期效益1）经济效益：研发、生产的瓜类作物地膜捡拾机经济效益显著，按每台机具年作业面积1 000亩计算，亩节约生产成本36元，创经济效益3.6万元。通过新机具、新技术的示范、推广应用，民勤县成达顺圆农机具制造有限公司在原有的基础上继续研发推广，预计在2024年加大残膜回收机的研发力度，生产推广残膜回收机30台，对回收的地膜再加工利用，创造更多的经济价值。2）社会效益：机械化残膜捡拾技术及机具的推广应用，可提高民勤县瓜类作物废旧地膜机械化捡拾水平，进一步解放生产力，减轻农民的劳动强度，缩短残膜捡拾的作业时间，节约的劳动力可转入其他产业创造更好的效益。同时，项目的实施，将会辐射和带动周边地区高效节水农业快速发展6。3）环境效益：农业生产地膜覆盖技术，在提高农作物单产上发挥了积极作用，但长期使用地膜对土地造成了严重的污染，影响到农业生产的可持续发展。土壤中的残膜降低了土壤的渗透性能，土壤含水量下降，减弱了耕地的抗旱能力，使作物吸收水分、养分的能力降低，导致作物减产。同时，残膜造成灌水不均匀和养分分配不均，土壤通气性能降低，影响土壤微生物活动和正常土壤结构形成，最终降低土壤肥力水平。项目的实施，通过机械化残膜回收作业，进一步提高废旧农膜捡拾效率，提升“白色污染”治理水平，保护农田生态环境，推进农业绿色生态高质量发展7。4.3 地膜捡拾机的发展趋势和未来展望随着农业生产的现代化和智能化发展，地膜捡拾机将呈现出以下几个发展趋势。首先，地膜捡拾机将更加注重节能减排和环境保护，采用更加环保的动力源和材料，降低对环境的影响。其次，地膜捡拾机将更加智能化和自动化，引入先进的感知技术和智能控制系统，实现更加精准的操作和管理8。再次，地膜捡拾机将向着多功能和全自动化方向发展，实现多种作业功能的集成和一键式操作，提高工作效率和灵活性。最后，地膜捡拾机将更加注重与其他农机设备的联动，实现农田管理和农业生产的全面智能化9。在未来，地膜捡拾机作为农业生产的重要装备，将在推动农业生产现代化、提高生产效率和保护环境方面发挥越来越重要的作用。研究团队对地膜捡拾机的未来发展充满信心，并期待它为农业生产带来更多的便利和效益10。5 结语民勤县瓜类作物地膜捡拾机的设计与优化是一个具有重要意义和实际应用价值的研究课题。通过不断优化和改进地膜捡拾机的设计和性能，可以提高农业生产效率，促进农村经济的发展，帮助农民增收致富，推动农业现代化的进程。相信在不久的将来，地膜捡拾机将成为农田作业中不可或缺的重要工具，为农民的农业生产带来更多便利。参考文献：1 王天果，程兴田，潘卫云，等.甘肃省玉米种植模式地膜减量与机械化捡拾技术研究J.农业机械，2022(7)：94-96.2 冯丽蓉.武威市凉州区特色农业发展问题及对策研究D.重庆：重庆三峡学院，2023.3 王昭宇，陈学庚，颜利民，等.随动式残膜回收机起膜捡拾机构设计与试验J.农业机械学报，2021，52(4)：80-90.4 冯应建，刘海，陆海玲，等.酒泉市肃州区废旧地膜机械化捡拾现状及存在的问题J.农业科技与信息，2021(23)：48-49.5 玉春燕.新型农业机械推广对农业发展的影响分析J.南方农机，2022，53(7)：156-159.6 刘艳霞.中国农村地膜残留污染现状及治理对策思考D.西安：西北农林科技大学，2014.7 秦璐.新时代我国乡村绿色发展研究D.沈阳：沈阳师范大学，2023.8 张平，翟改霞，李凤鸣，等.农田残膜捡拾机试验研究J.农机化研究，2016，38(8)：164-168.9 李莉.我国农村产业融合的动力机制与收入效应研究D.太原：山西财经大学，2022.10 冯源.简易农田废旧地膜捡拾机的研究设计J.农机使用与维修，2016(4)：9-10.