新疆农机化2021年第3期
doi:10.13620/jki.issn1007-7782.2021.03.003
中图分类号:S225.71文献标识码:A羟甲基丙烯酰胺
0引言
马铃薯地膜全域覆盖膜上覆土栽培技术被广泛应用于西北黄土高原旱区[1]，但关于该技术的挖掘及残膜回收机具较少。本文基于TRIZ创新理论研发了马铃薯挖掘与残膜回收联合作业机，可一次完成马铃薯挖掘和残膜捡拾，减小作业成本，实现地膜污染防治和作业效率提升，促进旱作马铃薯生产可持续发展[2]。1整机结构与工作原理1.1整机结构 如图1，该机具由机架、传动系统、挖掘装置、薯土分离装置、薯膜分离装置、残膜回收装置、可调地轮等构成。 图1马铃薯挖掘与残膜回收一体机结构
1.机架
2.挖掘装置
3.可调地轮等构
4.残膜回收装置
5.薯膜分离装置
6.薯土分离装置
7.传动系统
1.2工作原理
该机采用三点悬挂，作业时挖掘装置将薯土膜掘
文章编号:1007-7782(2021)03-0010-03
基于TRIZ创新理论的马铃薯挖掘与残膜回收一体机卷膜
装置的设计
刘小龙，张华※，赵武云，孙伟，李辉，李红岭
(甘肃农业大学机电工程学院，甘肃兰州730070)
摘要：针对西北旱区马铃薯全膜苗带覆土覆栽培技术残膜回收困难的问题，基于T R I Z创新理论设计了残膜回收装置，解决了卸膜困难的问题，提高了残膜回收作业效率。田间试验表明，在机组行走速度为3km/h时，马铃薯挖掘与残膜回收一体机残膜回收率为93.5%，作业指标达到行业标准要求。
关键词：马铃薯；挖掘；残膜回收;T R I Z
Design of Film rolling Device of Potato Digging and Residual Film Recycling Integrated Machine Based on
TRIZ Innovative Theory
LI U X i aol ong,Z H A N G H ua※,Z H A O W uyun,SU N W ei,LI H ui,LI H ongl i ng
(College of Mechanical and Electrical Engineering,Gansu Agricultural University,Lanzhou,730070,Gansu,China) Abstract:A i m i ng att he di f f i cul t i esi n r es i dualf i l m r ecycl i ng ofpot at o f ul lf i l m s eedl i ng and s oi lcover i ng cul t i vat i on t echnol ogy
i n ar i d zone i n nor t hw es t er n C hi na,a r es i dualf i l m r ecycl i ng devi ce w asdes i gned bas ed on T R I Z i nnovat i ve t heor y t o s ol ve t he
di f f i cul t i esi n f i l m unl oadi ng and i m pr ove t he w or k ef f i ci ency ofr es i dualf i l m r ecycl i ng.T he r es ul toff i el d t es ti ndi cat est hatt he r es i dualf i l m r ecycl i ng r at e oft hi sdevi ce i s93.5%w hen t he dr i vi ng s peed i s3km/h,t he oper at i on i ndex oft hi sdevi ce hasm et t he r equi r em ent soft he i ndus t r y s t andar d.
Key words:Pot at o;D i ggi ng;R es i dualf i l m r ecycl i ng;T R I Z
修回日期:2021-02-12
基金项目：北方马铃薯生产全程机械化科研基地(西北地区)项目(2017-A2621-620602-G1302-011)；西北黄土丘陵旱区根茎类作物高效低阻挖掘技术及配套装备研发
通讯作者：张华
1
2
3
4
56
7
·开发研究·
起，分离装置对薯土进行分离，薯块穿过二级薯膜分离装置铺放在地表，残膜和膜上土壤经过二级薯膜分离装置送至残膜回收装置的上方，实现膜、薯和膜上土的分离，掉下的残膜被挑膜针扎取并缠绕到锥形辊筒上实现残膜回收，当残膜缠绕到和卷膜针旋转直径大小相同时卸掉残膜，继续作业。
1.3技术参数
机具尺寸(长×宽×高,m)
配套动力(kW)
工作幅宽(m)
挂接方式
生产率(hm2/h)
残膜回收率(%)
2基于TRIZ理论卷膜卸膜装置的创新设计2.1问题描述
现有残膜回收装置存在的问题：残膜回收装置作业时将残膜缠绕在锥形卷膜辊筒上，当缠绕到一定直径时要进行停机卸膜，才能达到残膜回收的目的，但在卸膜时出现卸膜困难。
2.2问题分析
应用TRIZ创新理论对马铃薯挖掘与残膜回收一体机的关键部件残膜回收装置进行因果分析，得出卸膜困难的原因有：滚筒转速过高、滚筒形状不合理、滚筒表面太粗糙、螺纹长度过长、卷膜针表面太粗糙。2.3解决问题
2.3.1分析技术矛盾1
奥运知识根据因果分析解决如何降低挑膜针与残膜之间的摩擦力。根据矛盾矩阵表，确定改善的参数为力，恶化参数为形状；对应的创新原理有预先作用原理、抛弃和再生原理、物理或化学参数改变原理、复合材料原理。
根据分析及到的物理或化学参数改变原理启发，得到卷膜针方案：原挑膜针为Φ20圆钢和M12螺纹焊接而成，现将圆钢圆柱面改为锥形面，减小了挑膜针与残膜之间的摩擦力[3]，如图2。
图2挑膜针
2.3.2分析技术矛盾2
根据因果分析解决如何减小卷膜筒表面与残膜的摩擦力。根据矛盾矩阵表，确定改善的参数为力，恶化参数为可制造性；对应的创新原理有分割原理、机械振动原理、动态特性原理、热膨胀原理。
根据分析到的分割原理启发，得到卷膜装置方案：将原来的整体式卷膜筒改为两段式卷膜筒并保证整体长度不变，而单个卷膜筒的长度减小使得残膜与卷膜筒的接触面积减小，从而减小卷膜筒与残膜之间的摩擦力，如图3。
图3分段卷膜辊筒
2.3.3分析物理矛盾
定义物理矛盾为现系统采用一个无锥度小直径的卷膜筒，作业时可以缠绕收集更多的残地膜，但在卸膜时出现了缠绕过紧无法顺利卸膜，则:
选择参数为锥度，实现技术系统理想状态，参数锥度在卷膜时要求锥度要小，在卸膜时要求锥度要大。
卷膜时间和卸膜时间这两个时间段作业有先后顺序因此不交叉，可以应用时间分离。
时间分离推荐的创新原理有：动态特性原理、抛弃或再生原理、预先作用原理、事先防范原理、曲面化原理等[4]。
图4变径卷膜辊筒
根据物理矛盾分析，应用动态特性原理得到方案：将原来的定直径卷膜筒改为变直径卷膜筒，在卷膜时卷膜筒的直径保持一定，此时卷膜筒的锥度为0，有利于均匀缠绕残地膜；在卸膜时拉动滑套使卷膜筒一端的直径变小，此时卷膜筒成为一个锥形，有利于卸膜。本方案现场改造方便，改造成本不高，具有很高的可行性，如图4。
图5残膜回收装置结构示意
2.4确定最终方案及结论
猴王出世教学设计(下转第17页)
2.8×1.43×1.13 22.05~29.4 1.1
后三点悬挂0.16~0.25≥
92
(上接第11页)发展导报
经方案综合评价，最终将卷膜装置设计为两段小锥度卷膜辊，挑膜齿设计为倒锥型小头带螺纹，卷膜装置结构如图5。
3田间试验
试验所用地膜为当地常用的厚度为0.012mm、宽度为1200mm黑地膜，试验地位于甘肃省定西市陇西县福星镇庞家岔村，是马铃薯全膜苗带覆土种植模式的典型区域，土壤类型为黄绵土，含水率为15.5% ~18.1%。该试验地于2020年4月20日覆膜播种, 2020年10月15日进行机具试验，参照GB/25412-
2010《残地膜回收机》和NY/1130-2006《马铃薯收获机》进行性能试验[5]，试验结果见表1。
表2残膜回收率试验结果(%)
试验结果表明，样机运行稳定，当作业速度为3~5km/h 时，残膜回收率均值为93.5%，达到相关标准。
4结论
(1)基于TRIZ创新理论对残膜回收装置进行了创新设计，解决了卸膜困难的问题，提高了残膜回收作业效率。
(2)田间试验表明，在机组行走速度为3km/h时，马铃薯挖掘与残膜回收一体机残膜回收率为93.5%，满足马铃薯残膜回收技术基本要求。
图6田间试验
参考文献:
[1]孙伟，王虎存，赵武云，等.残膜回收型全膜覆土垄播马铃薯挖若男和她的儿女们
掘机设计与试验[J].农业机械学报,2018,49(9):105-114. [2]辛尚龙，戴飞，赵武云，等.马铃薯挖掘与残膜回收一体机的改
进设计与试验[J].中国农业大学学报,2017,22(11):164-172.
[3]张钦，贾云龙，赵祥云，等.基于TRIZ理论的120阀用双头
螺柱改进方案[J].大连交通大学学报,2021,42(1):92-95.
[4]樊华.创新思维与方法导论[M].南京大学出版社:2019,07,283.
[5]戴飞，郭笑欢，赵武云，等.帆布带式马铃薯挖掘—残膜回收联合作业机设计与试验[J].农业机械学报,2018,49(3):104-113.
序号1 2 3 4 5均值试验数值
93.5霍夫曼系数
95.4
92.7
93.1
92.8
93.5
技术要求
≥80
作业过程中，机具与拖拉机悬挂连接。苗期搂膜作业时，护板前端可增加V型分禾器，以保护棉株。拖拉机在地头前段对准行距，放下后悬挂臂，驾驶员将液压手柄置于浮动位置。随拖拉机前进过程中，起膜铲现将膜边从土中挑出，随后棉株先被护板分流而进入两护板之间被保护起来，后置的两排搂膜耙进行搂膜。此时地膜的强度和韧性较好，膜面上的杂物较少，两块护板之间的搂膜弹齿和护板形成U型槽，搂起的地膜在两排弹齿间自动集成圆滚，作业一定行程后,U型槽内地膜集满，此时升起后悬挂臂，自动脱模机构由于悬挂臂的位移差，通过两边传动自动退膜。秋季搂膜作业，可不安装V
型分禾器，此时棉株不需要保护，仅需将棉株分流进入两块护板之间不影响残膜回收即可，其余工作流程同苗期搂膜。
总之，苗期对地膜进行回收，地膜覆盖时间较短，其老化较轻，膜上的枝叶及土壤较少，此时地膜的回收效率高，回收效果较好，但受水资源及灌溉条件制约明显，揭膜后需要有水源保证，否则在干旱地区会因水分的大量蒸发未能及时灌溉造成干旱，同时揭膜后需要及时进行中耕除草作业或喷施除草剂，防治草害的发生。
参考文献:
[1]于振华，许光明，王浩宇，牛云鹏，曹文龙.残膜回收机拢膜装置
受力及模态分析[J].南方农机,2021,52(7):70-71. [2]许光明，王浩宇，牛云鹏，于振华，杨帆，许正余.浅谈国内外残
膜回收机的发展现状与趋势[J].农业与技术,2020,40(20):81-83.
[3]刘琦，蒋鑫.国内残膜回收机构性能分析[J].农业与技术,2020,40 (17):68-70.
[4]李焕春.农田地膜污染防治方法[N].农业科技报,2020-09-14 (7).
[5]辛岩，牛长河.沙湾县废旧地膜回收利用经验、存在问题及建
议[J].新疆农机化,2020(4):33-35.
[6]刘绍锋，任倩.破解残膜之害的途径及建议[J].农机科技推广, 2020(8):35-36+41.
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