帶式殘膜揉搓打包機設計與試驗

王 征，王吉奎,2，唐永飛，羅勇軍

帶式殘膜揉搓打包機設計與試驗

王 征1，王吉奎1,2※，唐永飛1，羅勇軍1

（1. 石河子大學機械電氣工程學院，石河子 832003； 2. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部西北農(nóng)業(yè)裝備重點實驗室，石河子 832003）

針對國內現(xiàn)有殘膜回收機械作業(yè)時不能打包，回收的殘膜松散，導致殘膜轉運和存放不方便、易隨風飄散造成二次污染等問題，研究設計了一種帶式殘膜揉搓打包機。該打包機主要由揉搓機構、浮動式喂入機構、傳動系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)等部分組成。該揉搓機構是帶式殘膜揉搓打包機的核心部件，在張緊機構和浮動式喂入機構輔助下，將回收的殘膜揉搓打包。通過對主要工作部件的設計，確定了揉搓機構和浮動式喂入機構的結構尺寸參數(shù)，并對殘膜包的形成過程進行分析，確定了影響打包質量的主要因素為打包室方位角和打包帶表面形態(tài)。田間試驗表明：在打包帶適度張緊的條件下，打包室方位角為-5.0°～2.5°，打包帶表面為波紋面，打包帶線速度為2.0 m/s時，殘膜成包率為100%，殘膜包密度在88.5～92.1 kg/m3之間；在回收殘膜含雜相同的情況下，殘膜包密度與打包帶線速度有關，打包帶線速度越大，殘膜包密度越大，但打包帶線速度超過2.5 m/s以后，殘膜包密度增加趨勢減緩。帶式殘膜揉搓打包機結構簡單、使用方便、滿足殘膜打包技術的要求，研究結果對新型殘膜打包機的研制提供參考。

農(nóng)業(yè)機械；設計；殘膜；打包機；揉搓機構；浮動式喂入機構

0 引 言

中國使用鋪膜種植技術已有近40 a時間，鋪膜種植面積和地膜使用量均居世界第一，但使用后的地膜一直沒能及時有效回收，常年在田間積累，給農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境造成嚴重的“白色污染”[1-5]。機械化回收地膜是解決農(nóng)田地膜污染的有效手段，目前已有多種類型殘膜回收機，部分殘膜回收機已達到較高的殘膜回收率[6-10]。然而，現(xiàn)有機型回收的殘膜堆集松散、占用空間大、給后續(xù)殘膜裝卸、拉運和存放造成不便，且松散的殘膜易隨風飄散，造成二次污染[11-15]。若將殘膜及時打包，則回收的殘膜包裹密實、體積小、且不易松散，可為回收殘膜的后續(xù)處理帶來較大便利[16-21]。因此，在作業(yè)過程中對殘膜邊回收邊打包，有助于殘膜污染的綜合治理，是機械化回收殘膜的發(fā)展方向。

國外使用的地膜厚度較大，殘膜強度較高，回收時大多采用簡單纏繞的方式將殘膜打成膜輥[22-24]。國內郭笑歡等研制了全膜雙壟溝廢膜撿拾打捆機，該機采用鋼輥打包（捆）裝置將殘膜打包[25]；張海春等在4JLM-1800（A）型殘膜回收機的基礎上加裝鋼輥打包（捆）裝置，研制成棉田地膜回收打包一體機[26]；張愛民等研究了一種能夠將殘膜和根茬一起回收并打捆的棉田殘茬廢膜收集打捆機[27]；赫鵬亮等研究設計了一種殘膜液壓打包成型系統(tǒng)[17]；新疆農(nóng)墾科學院機械裝備研究所研制了一款CMJY-1500型農(nóng)田殘膜撿拾打包聯(lián)合作業(yè)機，可同時完成殘膜撿拾、清理與壓縮打包作業(yè)[6]。

現(xiàn)有殘膜打包機借鑒已有秸稈或牧草打包（捆）技術，存在機具結構復雜、造價高、與現(xiàn)有殘膜回收機配套性差等問題。針對國內殘膜回收打包作業(yè)要求，本文利用殘膜易揉搓成輥這一特性，設計了一種帶式殘膜揉搓打包機，分析了殘膜包形成過程，并進行了田間性能試驗。

1 整機結構與工作原理

1.1 整機結構

帶式殘膜揉搓打包機由揉搓機構、浮動式喂入機構、傳動系統(tǒng)、連接板、側板和液壓油缸組成，其結構示意圖如圖1所示。其中揉搓機構由前后2組打包帶、支撐輥、張緊機構和側板組成，2組打包帶分別繞在對應的上支撐輥、下支撐輥和張緊輥上。張緊機構將打包帶張緊后，在2個打包帶之間形成一個V型槽，該V型槽即是打包室。打包室上端開口寬度大，為打包機進料口，下端開口寬度?。ㄗ鳂I(yè)狀態(tài)），為打包機出料口。浮動式喂入機構主要由喂入輥、U型支撐架、帶滑槽座軸承和壓緊彈簧組成，喂入輥壓在與上支撐輥相接觸的后打包帶上側。液壓油缸設在前、后兩側側板之間。

1.拉桿 2.前打包帶 3.上支撐輥 4.傳動系統(tǒng) 5.連接板 6.喂入輥 7.U型支撐架 8.壓板 9.螺桿 10.壓緊彈簧 11.帶滑槽座軸承 12.后打包帶 13.液壓油缸 14.張緊輥 15.張緊支架 16.張緊裝置 17.側板 18.打包室 19.下支撐輥 20.支撐桿 21.擋板

1.2 工作原理

作業(yè)時，在傳動系統(tǒng)帶動下，前后打包帶繞上、下支撐輥和張緊輥逆時針轉動，喂入輥在后打包帶摩擦力作用下順時針轉動?；厥盏臍埬ぢ涞轿谷胼伝蚝蟠虬鼛蟼?，隨著后打包帶和喂入輥的轉動，殘膜被夾持在喂入輥和后打包帶之間，由打包機進料口進入打包室，沿后打包帶下落到打包室底部。在工作狀態(tài)下，打包機出料口開口寬度較小，殘膜被擋在打包室底部，在重力作用下夾在2個打包帶之間。由于打包室兩側打包帶運動方向相反，在摩擦作用下，前側打包帶帶動殘膜向上運動，后側打包帶帶動殘膜向下運動，殘膜受到兩側打包帶的揉搓作用，并旋轉形成圓柱形殘膜包芯。隨著打包作業(yè)的進行，喂入打包室的殘膜不斷纏繞在包芯上，包芯直徑不斷增大，最終形成殘膜包。在此過程中，殘膜包直徑的增大使打包帶的張緊度變大，從而使打包帶對殘膜包的擠壓揉搓作用增強，殘膜包的密度也隨之增大。當殘膜包的直徑達到設定值時，打包帶停止轉動，通過操作液壓系統(tǒng)，使打包機出料口張開，在重力作用下，殘膜包從打包室內掉落，完成一次打包。

1.3 主要技術參數(shù)

帶式殘膜揉搓打包機主要技術參數(shù)如表1所示。

表1 帶式殘膜揉搓打包機主要技術參數(shù)

2 主要部件設計

2.1 揉搓機構

揉搓機構是帶式殘膜揉搓打包機的核心部件，作業(yè)時，進入打包室的殘膜在揉搓機構作用下形成殘膜包。該機構由前打包帶、后打包帶、上支撐輥、下支撐輥、側板和張緊機構組成，張緊機構上有張緊輥。為方便與現(xiàn)有殘膜回收機配套和殘膜包的搬運，打包機形成的最大殘膜包直徑=0.5 m。

2.1.1 打包室結構參數(shù)的確定

打包室是形成殘膜包的空間，作業(yè)過程中，殘膜進入打包室后在兩側打包帶的作用下旋轉，形成圓柱狀包芯。包芯在打包帶的作用下繼續(xù)旋轉，由于殘膜具有粘附性，隨后進入打包室的殘膜不斷纏繞在旋轉包芯上，形成殘膜包。因此，包芯的形成是實現(xiàn)揉搓打包的關鍵環(huán)節(jié)，而殘膜的受力情況對包芯的形成有直接影響。

開始作業(yè)時，殘膜由進料口進入V型打包室并堆積在其底部，此時喂入打包室的殘膜質量與體積較小，兩側打包帶形變可以忽略不計，殘膜在打包室底部受力如圖2所示。

根據(jù)圖2，殘膜在水平和豎直方向的受力為

由式（1）可得打包帶對殘膜的壓力為

殘膜受到的轉動力矩為

式中為殘膜受到的轉動力矩，N/m；為殘膜包芯至打包帶的距離，m。

將式（2）代入式（3）可得：

殘膜受到的轉動力矩越大，堆積在打包室底部的殘膜越容易轉動形成殘膜包芯。由式（4）可知，殘膜受到的轉動力矩與打包室方位角、打包室夾角以及打包帶表面形態(tài)有關。由（4）式分別對和求偏導數(shù)。通過分析可知當其他參數(shù)一定時，力矩隨和的減小而增大，且的變化對力矩值影響最大。因此，為增大力矩，首先考慮減小打包室方位角。為方便實際操作，選取打包室方位角=0°（通過橫向轉動打包機即可改變打包室方位角的大?。?，即打包室內前打包帶呈豎直狀態(tài)。

當打包室方位角=0°時，由（4）式對求偏導數(shù)，通過分析可知轉動力矩隨摩擦系數(shù)值增大而增大。故可通過改變打包帶表面形態(tài)來增大力矩。

1.前打包帶 2.上支撐輥 3.張緊輥 4.后打包帶 5.下支撐輥 6.殘膜

注：為水平方向；為豎直方向；1為前打包帶對殘膜的支持力，N；2為后打包帶對殘膜的支持力，N；1為前打包帶與殘膜間的摩擦力，N；2為后打包帶與殘膜間的摩擦力，N；為打包室方位角，(°)；為打包室夾角，(°)；為殘膜的重力，N；1為打包室上端前后打包帶間隙；2為打包室底部前后打包帶間隙；為后打包帶與水平方向的夾角，(°)；為打包帶線速度，m?s-1。

1.Front balling belt 2.Upper supporting roller 3. Tensioning roller 4.Back balling belt 5. Lower supporting roller 6.Residual film

Note:is the horizontal direction;is the vertical direction;1is the supporting force of the front balling belt to the residual film, N;2is the supporting force of the back balling belt to the residual film, N;1is the friction force between the front balling belt and the residual film, N;2is the friction force between the back balling belt and the residual film, N;is the azimuth of the balling room, (°);is the angle of the balling room, (°);is the gravity of the residual film, N;1is the gap between the front and back of the upper end of the balling room;2is the gap between the front and back of the bottom of the balling room r;is the angle between the back balling belt and the horizontal direction, (°) ;is the linear speed of the balling belt, m?s-1.

圖2 殘膜在打包室底部的受力示意圖

Fig.2 Schematic diagram of residual film force at the bottom of the baling room

由于殘膜包芯的密實度與打包帶對包芯的壓力有關。由式（2）可知，打包帶對殘膜的壓力隨打包室方位角、打包室夾角的減小而增大。因此，為增大殘膜包芯的密實度，打包室方位角和打包室夾角的取值應較小。在打包室方位角確定的情況下，打包室夾角的取值與打包機進料口寬度大小有關。為防止殘膜在喂入過程中堵塞打包機進料口，結合殘膜物料層的厚度，取進料口寬度1=150 mm（打包室上端前、后打包帶間隙），則打包室夾角=15°。為防止殘膜從打包室底部掉落和前后打包帶磨損，作業(yè)狀態(tài)下打包機出料口寬度2=2 mm（打包室底部前、后打包帶間隙）。

為防止落在后打包帶上的殘膜掉落，后打包帶與水平方向的夾角應小于殘膜與打包帶表面的摩擦角，通過試驗殘膜與光面打包帶間的摩擦角在35°～45°之間，殘膜與波紋面打包帶的摩擦角在40°～50°之間。考慮到實際作業(yè)過程中殘膜會受到氣流作用力的影響，結合試驗，取后打包帶與水平方向的夾角=25°。

2.1.2 張緊機構

張緊機構的作用是使打包帶保持一定的張緊度，一方面防止打包帶打滑，另一方面使殘膜包持續(xù)受壓，保證殘膜包的密實度。本設計采用彈性張緊機構，該機構由張緊輥和設在張緊輥兩側的張緊輥支架、張緊彈簧、擋板、銷軸、導桿和張緊螺母等組成，其結構如圖3所示。張緊輥支架一端鉸接在打包機側板下端，另一端通過帶座球面軸承聯(lián)接在張緊輥軸端，張緊彈簧設在張緊支架的中部，通過調整張緊螺母位置來調節(jié)彈簧的壓縮量，進而調節(jié)打包帶的張緊度。

1.銷子 2.擋板 3.導桿 4.張緊彈簧 5.張緊螺母 6.耳板 7.張緊輥 8.張緊支架 9.銷軸

打包帶在上支撐輥與打包帶間的摩擦力作用下轉動，該摩擦力大小與打包帶的張緊度有關，因此，作業(yè)前張緊彈簧應有一定的預壓縮量，使打包帶適度張緊，確保上支撐輥能帶動打包帶轉動。隨著打包作業(yè)的進行，殘膜包直徑逐漸增大，打包帶受殘膜包的擠壓而變形，導致打包帶對殘膜包的包角增大，打包室兩側的打包帶長度增加，從而使張緊輥向打包室靠攏，隨之帶動張緊支架壓縮彈簧。經(jīng)試驗分析，形成直徑=500 mm的圓柱形殘膜包，打包室內前、后打包帶的長度變形量各約為200 mm，張緊彈簧的長度依據(jù)打包前、后張緊支架的擺動量和彈簧的安裝位置確定。彈簧的彈簧系數(shù)越大，打包帶的張緊度越大，打包帶作用于殘膜包的壓力就越大，形成的殘膜包越密實。但打包帶受到的張緊力越大，作業(yè)中打包帶受到的磨損越大，影響打包帶的使用壽命。根據(jù)打包機整體結構尺寸和田間試驗效果，本文設計選用碳素彈簧鋼絲Ⅰ類C級彈簧[28]，自由長度為250 mm，中徑為25 mm，線直徑為5 mm，彈簧總圈數(shù)為25圈，有效圈數(shù)為20圈，當彈簧壓縮量為20～35 mm時，作業(yè)過程中打包帶未出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，機具作業(yè)效果較好。

2.2 浮動式喂入機構

一般情況下，殘膜回收分為起膜、收膜和脫膜3個過程，其中脫膜是將收起的殘膜從殘膜回收裝置上脫取下來。試驗中發(fā)現(xiàn)，脫下的殘膜受脫膜裝置和氣流等因素的影響，下落位置不確定，殘膜有可能在進料口發(fā)生堵塞。另外，若殘膜被連片收起且殘膜片較長，當殘膜前段進入打包室并繞在殘膜包上而殘膜片后段仍在殘膜回收裝置上未被脫下來時，由于打包帶線速度較快，進入打包機的殘膜會拉拽未脫下的殘膜，在反向作用力下，殘膜包直徑較小時會被拽出打包室，影響打包效果。浮動式喂入機構的作用是使脫下的殘膜強制有序喂入打包室，確保打包作業(yè)可靠。

因后打包帶轉動時將殘膜帶入打包室，故將浮動式喂入機構設在與上支撐輥相接觸的后打包帶上側。該機構主要由喂入輥、U型支撐架、壓緊彈簧、帶滑槽座的軸承和壓板組成，其結構如圖4所示。U型支撐架設在打包機兩側連接板上，喂入輥軸端通過帶滑槽座軸承安裝在U型支撐架內，軸承座上側有壓緊彈簧，壓板設在壓緊彈簧上端。在壓緊彈簧和重力作用下，喂入輥緊貼在后打包帶上。上支撐輥為主動輥，轉動時帶動后打包帶運動，進而帶動喂入輥轉動，喂入輥轉動可在后打包帶上側上下浮動。

1.喂入輥 2.U型支撐架 3.螺桿 4.壓板 5.壓緊彈簧 6.帶滑槽座軸承

殘膜夾在打包帶與喂入輥之間進入打包室，故殘膜喂入速度與打包帶線速度相等。因回收的殘膜下落位置不確定，殘膜可能掉落在進料口前打包帶上，隨著前打包帶的轉動，殘膜夾在前打包帶與擋板之間，導致殘膜不能順利喂入打包室，造成堵塞。為此，可增大喂入輥的直徑，使其在豎直方向遮住打包室入口，掉落在進料口處的殘膜落在喂入輥上，并隨著喂入輥的轉動及時進入打包室。參照打包機進料口寬度和打包帶寬度，取喂入輥直徑=330 mm，喂入輥長度=2 000 mm。

3 殘膜包形成過程分析

殘膜包芯形成后，包芯只有在打包帶的揉搓作用下轉動時，喂入打包室的殘膜才能不斷纏繞在殘膜包芯上，最終形成殘膜包。通過殘膜包形成過程分析，確定影響殘膜包轉動的條件。開始作業(yè)時，殘膜包芯從打包室底部開始形成，初始直徑小，殘膜包芯的回轉中心靠近打包室下側，隨著殘膜包芯直徑逐漸增大，殘膜包芯回轉中心由打包室底部向上移動，當包芯的中心與打包室中心重合時，殘膜包直徑達到最大值。若打包帶勻速運動（一般情況下，配套殘膜回收機的作業(yè)速度為6.0 km/h，考慮到殘膜有一定彈性，確定打包帶線速度為殘膜回收機作業(yè)速度的1.2倍），打包室方位角=0°，殘膜包為圓柱形且不考慮打包帶變形時，殘膜包芯的受力分析如圖5所示。

由受力分析可知，前、后打包帶對殘膜包芯的支持力3、4和殘膜包的重力相對殘膜包芯回轉中心點的力矩均為0。若殘膜包芯在打包帶表面做純滾動，打包帶與殘膜包芯間的摩擦力為靜摩擦力；若殘膜包芯在打包帶表面有滑動，則打包帶與殘膜包芯間的摩擦力為滑動摩擦力。因滑動摩擦力小于最大靜摩擦力，結合殘膜包實際受力情況，取殘膜包芯與打包帶間的摩擦力為滑動摩擦力。

1.前打包帶 2.后打包帶 3.殘膜包芯

注：3為前打包帶對殘膜包芯的支持力，N；4為后打包帶對殘膜包芯的支持力，N；3為前打包帶對殘膜包芯的滾動阻力，N；4為后打包帶對殘膜包芯的滾動阻力，N；為殘膜包芯回轉中心；1′為前打包帶與殘膜包芯間的滑動摩擦力，N；2′為后打包帶與殘膜包芯間的滑動摩擦力，N。

1. Front balling belt 2. Back balling belt 3. Residual film core

Note:3is the supporting force of the front balling belt to the residual film core, N;4is the supporting force of the back balling belt to the residual film core, N;3is the rolling resistance of the front balling belt to the residual film core, N;4is the rolling resistance of the back balling belt to the residual film core, N;is the rotation center of the residual film core;1′ is the sliding friction force of the front balling belt to the residual film core, N;2′ is the sliding friction force of the back balling belt to the residual film core, N.

圖5 殘膜包芯受力示意圖

Fig. 5 Stress diagram of residual film core

由受力分析得殘膜包芯受到的轉動力矩1為

由殘膜包芯在水平和豎直方向上受力分析可得：

由式（6）可得打包室內兩側打包帶對殘膜包芯的壓力為

將式（7）代入式（5）得殘膜包芯受到的轉動力矩：

因殘膜包芯與打包帶間的滑動摩擦系數(shù)大于滾動阻力系數(shù)[29]，即1。由式（8）可知，在前后打包帶的揉搓作用下殘膜包芯受到的轉動力矩1﹥0，即殘膜包芯可以在打包帶的作用下旋轉。由此可知在打包室方位角=0°，殘膜包芯受到的轉動力矩1﹥0時，可以實現(xiàn)殘膜揉搓打包作業(yè)。

另外，由于殘膜柔軟，殘膜包芯受壓易變形，處于V型打包室的殘膜包芯不可能是圓柱形（近似楔形），殘膜包芯在打包帶上的滾動阻力增大，使殘膜包轉動力矩減小，影響殘膜包芯轉動。為確保殘膜包芯轉動，需增大殘膜包芯的轉動力矩，分析式（8）可知，在打包室方位角一定時，改變打包帶的表面形態(tài)可以增大力矩1，提高打包作業(yè)可靠性。

4 田間試驗

4.1 試驗條件

于2019年10月在新疆石河子市143團收獲后的棉田進行帶式殘膜揉搓打包機田間作業(yè)性能試驗，該打包機與夾指鏈式殘膜回收機[12]配套使用。試驗棉田為機采棉的種植模式（660 mm（寬）+100 mm（窄）），地面較為平整，滴灌帶已回收，土壤松軟，地表土壤含水率為11.23%，單次作業(yè)6行（1膜6行種植模式），地膜的厚度為0.008 mm，幅寬為2 050 mm，秸稈高度在700～900 mm，棉株密度為4.5～5.5萬株/hm2?？紤]到機具作業(yè)效率和實際經(jīng)濟效益，機組的作業(yè)速度為6.0 km/h，配套動力由約翰迪爾904拖拉機提供。試驗場景如圖6所示。

圖6 田間試驗

4.2 試驗方法

受田間試驗環(huán)境和時間的限制，本試驗采用單因素試驗方法。根據(jù)前文分析和預試驗結果，選取打包室方位角、打包帶表面形態(tài)和打包帶線速度為試驗因素，殘膜成包率和殘膜包密度為試驗指標。試驗過程參考《GB/T 14290-1993 圓草捆打捆機試驗方法》進行[30]。

打包帶的工作表面分為光面和波紋面，材質為PVC，其與殘膜間的摩擦系數(shù)分別為0.78和1.1；打包室方位角的取值范圍為?5°～5°；打包帶線速度取值范圍為1.0～3.0 m/s（通過更換傳動鏈輪，改變打包機的傳動比實現(xiàn)），適度張緊打包帶，使支撐輥能帶動打包帶轉動。依據(jù)前期試驗結果，試驗時固定其中2個因素，改變第3個因素的取值水平，每個水平連續(xù)打包5個，采用精密電子秤測其質量，采用米尺測其長度和直徑，結果取平均值。

殘膜成包率由下式計算：

式中c為殘膜成包率，%；c為每個水平內累計形成殘膜包數(shù)；a為每個水平內累計散包數(shù)。

殘膜包的密度由下式計算：

式中為殘膜包的密度，kg/m3；為殘膜包的長度，m；為殘膜包的直徑，m。為殘膜包的質量，kg。

根據(jù)預試驗，殘膜包直徑越大，殘膜包越密實。對于不規(guī)則的圓柱形殘膜包，殘膜包兩端較小，對試驗結果影響較小，因此將其向殘膜包中部折疊，分別取殘膜包直徑最大處和處理后的殘膜包長度作為密度試驗值。

4.3 試驗結果與分析

打包帶線速度為2 m/s、打包室方位角為0°時，分別采用光面打包帶和波紋打包帶面，試驗得到殘膜包10個，散包0個，殘膜成包率為100%；更換打包帶前后殘膜包的密度變化不大，在88.5～91.2 kg/m3之間，殘膜包密度試驗結果如表2所示。

打包帶線速度為2 m/s、分別采用光面打包帶和波紋面打包帶、改變打包室方位角，當打包室方位角在?5°～2.5°測試時，得到殘膜包40個，散包0個，殘膜成包率為100%；當打包室方位角大于2.5°時，出現(xiàn)散包以及不打包現(xiàn)象。這是由于打包室方位角增大，殘膜所受的轉動力矩減小，導致作業(yè)時出現(xiàn)散包或者不打包；殘膜包的密度變化范圍在89.2～92.1 kg/m3之間，殘膜成包率及殘膜包密度試驗結果如表3所示。

打包室方位角為0°、分別采用光面打包帶和波紋面打包帶、改變打包帶線速度，試驗得到殘膜包50個，散包0個，殘膜成包率為100%。在其他因素不變的情況下，殘膜包密度隨打包帶線速度的增大而增大；當線速度大于2.5 m/s后，殘膜包密度增加趨勢減緩。殘膜包密度試驗結果如表4所示。

由試驗結果可知，影響殘膜成包率的主要因素是打包室方位角，在此試驗的條件下，當打包室方位角在?5.0°～2.5°時，成包率為100%。在打包帶初始張緊度一定的情況下，殘膜包的密度與打包帶的線速度有關，線速度越大，殘膜包密度越大，但增大到一定值后增幅減小。田間試驗表明：當機具作業(yè)速度為6.0 km/h、打包室方位角=0°、打包帶線速度為2 m/s、采用波紋面打包帶時，帶式殘膜揉搓打包機的殘膜成包率為100%，殘膜包密度在88.5～92.1 kg/m3之間，滿足打包機的田間作業(yè)性能要求。機具在田間連續(xù)作業(yè)過程中性能良好，浮動式喂入機構可確保殘膜有序喂入打包室，未出現(xiàn)不打包現(xiàn)象。張緊機構可保證殘膜包的密實度，并減少打包帶的磨損，各部件功能與作業(yè)效果均達到了設計的預期。

因田間情況比較復雜，測試時受風力作用的影響，樣機工作過程中有少量殘膜飄掛在脫膜裝置和打包機外殼上，導致殘膜不能喂入打包機，影響了殘膜的打包效果。本次試驗只在現(xiàn)有的結構參數(shù)下對樣機進行了性能驗證試驗，未深入探究打包機在不同結構與作業(yè)參數(shù)組合下的作業(yè)效果，因此在后續(xù)的研究中還需進行打包機結構與作業(yè)參數(shù)的優(yōu)化試驗，進一步提高帶式殘膜揉搓打包機及整機的作業(yè)效果。

5 結 論

1）在打包帶張緊、前后打包帶線速度相同的情況下，影響帶式殘膜揉搓打包機成包率的主要因素是打包室方位角，其次是打包帶表面形態(tài)。為保證試驗結果可靠，打包室方位角為0°，打包帶選用波紋面打包帶。

2）殘膜包密度與打包帶的張緊度、打包室夾角和打包帶的線速度有關，打包帶的張緊度越大、打包室夾角越小、打包帶線速度越大，則殘膜包密度越大。

3）田間試驗表明，當機具作業(yè)速度為6.0 km/h、打包室方位角為0°、打包帶線速度為2 m/s、采用波紋面打包帶時，帶式殘膜揉搓打包機的殘膜成包率為100%，形成的殘膜包密度在88.5～92.1 kg/m3之間。

帶式殘膜揉搓打包機與現(xiàn)有殘膜回收機配套使用，在邊收膜邊打包的作業(yè)模式下，機具各部件運轉良好，工作平穩(wěn)，未發(fā)生堵塞、纏繞問題，殘膜打包效果良好，滿足對回收殘膜打包的田間作業(yè)要求。

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Design and test of the belt-type residual film rubbing and baling machine

Wang Zheng1, Wang Jikui1,2※, Tang Yongfei1, Luo Yongjun1

(1.832003,;2.832003,)

There are some problems existing in the domestic residual film recycling machinery, such as unable to bale, recovered film was loose, which leads to inconvenient transportation and storage, and easy to drift with the wind, resulting in secondary pollution and so on. In order to solve these problems, the belt-type residual film rubbing and baling machine was designed. The machine mainly consisted of rubbing mechanism, floating feeding mechanism, transmission system and hydraulic system, etc. The rubbing mechanism mainly consisted of front and back baling belts, support rollers, side plates and tensioning mechanism, etc. The baling belts rotated counterclockwise around the upper and lower support rollers, and the tension roller under the driving of the transmission system. The floating feeding mechanism mainly consisted of feeding roller, U-shaped support frame, bearing with sliding seat, and compression spring, etc. It was fixed to the upper end of the connecting plate, and the feeding roller rotated clockwise under the frictional force of the back baling belt. Through the design of the rubbing mechanism and the force analysis of the residual film, the structural dimension parameters of the baling room were determined, which contained the azimuth of the baling room was 0°, the angle of the baling room was 15°, the gap between the front and back of the upper end of the baling room was 15 mm, the gap between the front and back of the bottom of the baling roomwas 2 mm, the angle between the back baling belt and the horizontal direction was 25°, and the baling belt used PVC conveyor belt. The function of tension mechanism was to make the baling belt keep a certain degree of tension, so as to prevent the belt from slipping, keep the residual film bale baling under continuous pressure, and ensure the compactness of the residual film bale. Through the mechanical analysis of the formation of the residual film bale, the mechanical equation of the residual film core in the baling room was obtained, and then the rotational torque equation of the residual film core was derived. Finally, the field test of the baling machine was carried out. The results showed that the main factors affecting the baling quality were the azimuth of the baling room and the surface morphology of baling belt. The filed test showed that under the conditions of moderate tension of the baling belt, the azimuth angle of the baling room was -5° to 2.5°, the surface of balling belt was corrugated and the linear speed of the baling belt was 2.0 m/s, and the baling rate of the residual film was 100%, the density variation range of the residual film bale was 88.5 to 92.1 kg/m3. When the recovered residual film contained the same impurities, the density of the residual film bale was related to the linear speed of the baling belt, and the higher the linear speed, the higher the density of the residual film bale. However, when the linear speed exceeds 2.5 m/s, the increasing trend of the density slowed down. The research could provide reference for the development of a new type residual film baling machine.

agricultural machinery; design; residual film; baling machine; rubbing mechanism; floating feeding mechanism

王 征，王吉奎，唐永飛，等. 帶式殘膜揉搓打包機設計與試驗[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2020，36(19)：11-18.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.19.002 http://www.tcsae.org

Wang Zheng, Wang Jikui, Tang Yongfei, et al. Design and test of the belt-type residual film rubbing and baling machine[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(19): 11-18. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.19.002 http://www.tcsae.org

2020-05-05

2020-07-20

國家自然科學基金資助項目（51465050）；石河子大學成果轉化與技術推廣計劃項目（CGZH201907）

王征，研究方向為農(nóng)業(yè)機械裝備創(chuàng)新與性能設計。Email：761065289@qq.com

王吉奎，博士，教授，主要從事農(nóng)業(yè)機械化工程研究。Email：shzwjk@126.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2020.19.002

S223.5

A

1002-6819(2020)-19-0011-08