馬鈴薯收獲機械的研究現狀及其存在的問題

陳海亮

摘 要：馬鈴薯在一些國家是主要的糧食作物，在我國也廣泛種植，但是由于馬鈴薯果實生長在地下，因此給收獲帶來一定難度，人工收獲不僅效率低，勞動強度大，而且成本也高。本文闡述了國內馬鈴薯收獲機械的研究現狀和存在的問題，并憧憬了未來馬鈴薯收獲機的發展。

關鍵詞：馬鈴薯收獲機械 挖掘鏟 明薯率

中圖分類號：THl32 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）07（b）-0091-01

馬鈴薯是世界上僅次于小麥、水稻、玉米的第四大糧食作物，原產于南美的安第斯山脈，目前已廣泛種植于世界各地，我國是世界第一大馬鈴薯生產消費大國，在馬鈴薯產業發展中，機械裝備特別是收獲機械發揮著重要的作用，馬鈴薯收獲機械的研制與推廣，有力地推動馬鈴薯產業全面可持續發展，對確保糧食安全、促進農民增收、振興農村區域經濟具有重要的戰略意義。[1]而當前馬鈴薯收獲勞動強度大、難度高，機械化收獲水平不足20%，遠低于國際 70%的水平。而人工收獲作業會造成馬鈴薯單產水平低、產品質量差等問題，國內迫切需求價格合理、可靠性高的馬鈴薯收獲機，滿足日益發展的馬鈴薯產業需求。[1]

甘肅農業大學的李輝設計了一種小型分離輪式馬鈴薯挖掘機。[2]李輝首先調研了我國馬鈴薯的種植模式，我國馬鈴薯種植模式是小行距平作與大行距壟作的形式共存，平作行距在40～55 cm之間，壟作在60～90 cm之間。我國多數地區采用單行或雙行高壟栽培的模式，一般壟高10～15 cm，壟距l00 cm左右，并且明確了馬鈴薯的收獲要求，包括：挖掘深度、傷署率等，確定了設計的總體方案。根據馬鈴薯收獲機的主要參數、馬鈴薯的生產情況和收獲要求，設計關鍵部件，包括：挖掘鏟、分離器、機架和傳動裝置。挖掘鏟的設計參數主要是鏟長、鏟寬、柵條間距和入土角，分離器主要是確定分離指桿的長度及個數和分離輪的轉速，傳動部分鏈輪、齒輪的設計計算。最后進行田間實驗，并進行分析，實驗表明該機對馬鈴薯的損傷率大，不能達到農業要求，平均損傷為6.53%。[2]雖然實驗驗證該機器由于對馬鈴薯的損傷率大而不能作為馬鈴薯收獲機械，但是李輝的設計方法和設計思想值得我們借鑒，可以基于這種研究方法而改進創新。造成馬鈴薯損傷率較大的原因可能有以下兩點原因：（1）挖掘鏟的入土角太大，導致挖掘鏟對土壤及薯塊的作用力較大，從而傷薯。（2）分離器線速度太快，導致馬鈴薯在運送到薯箱的過程中上下振動顛簸“受傷”。

內蒙古農業大學的顧麗霞對4SW-170型馬鈴薯挖掘機擺動篩分離過程的仿真研究，通過對馬鈴薯挖掘機擺動蹄分離過程的仿真分析，在現有的馬鈴薯收獲機研究基礎上，引進新型的設計方法，在改進設計過程中能夠縮短生產周期，提高效率，減輕勞動強度。顧麗霞分析了擺動篩的結構和分離過程，并對物料在擺動篩上的運動進行了理論分析，同時對擺動篩和不規則的馬鈴薯的三維實體建模，進而利用ANSYS對馬鈴薯模型進行有限元分析。顧麗霞還建立了設計的樣機的模型，進行仿真實驗。通過仿真分析，明確了擺動篩在空載狀態下的運動規律，并得到馬鈴薯在篩分過程中的運動規律，且當篩面傾角一定時，馬鈴薯之間的碰撞在一定程度上促使了馬鈴薯與土壤的分離。[3]

甘肅農業大學工學院石林榕等研制與試驗了一種圓盤柵式馬鈴薯挖掘機，這種樣機主要是針對國內馬鈴薯收獲機械在收獲過程中存在的薯塊土壤分離不完全、易于堵塞、振動大和功耗過大等問題。研制設計的一個難點是要很好地讓薯土分離且要減少馬鈴薯的損傷率。圓盤柵分離裝置由軸孔、柵架、加固環、旋薯柵組成。挖掘作業期間土薯崛起物以速度一定速度將導薯條拋起，特征尺寸小于桿條間隙的土塊會掉到地上，這樣薯土就分離了。其他薯土和莖葉等隨圓盤柵逆時針輸送向上，在離心力和重力的作用下薯土塊會在柵面半徑方向依質量小大依次分布，同時薯土在向上輸送的過程中與圓盤柵欄不斷滾動錯位，大量土壤會在這個過程中掉落，形成第二次土薯分離。[4]基于避免機前壅土、減少傷薯率和提高明薯率這樣的設計要求，根據拖拉機的行駛速度和各地馬鈴薯的生長情況和規模，得到圓盤柵旋轉角速度。田間試驗表面挖掘機工作過程中，薯塊分離良好，且明薯率高，傷薯率低，各個環節都沒有發生堵塞現象。石林榕等還把圓盤柵式與撥指輪式馬鈴薯挖掘機進行試驗比較，結果表明圓盤柵式馬鈴薯挖掘機較撥指輪式馬鈴薯挖掘機明薯率高1.5%、傷薯率低0.3%。[4]

中國農業大學工學院的劉寶等設計了MZPH-820型單行馬鈴薯收獲機，首先針對該收獲機的主要部件進行了設計，包括挖掘鏟及其角度調節機構，然后確定了挖掘鏟及懸臂板結構參數，同時還分析了減阻及防堵的機理，為后續設計打下基礎。劉寶等還設計了導向限深裝置及支撐行走輪。導向限深輪的作用是設置并穩定挖掘深度，合理控制土壤掘起量，避免挖掘鏟切傷薯塊，通過鎮壓作用使壟內土壤及部分土塊產生松碎、錯動。限深輪的深度是通過調節裝置上的螺母來調節的。桿條鏈式抖動升運裝置的主要原理是通過抖動輪的抖動作用使土塊分離破碎，從而使小于桿條間隙的土塊掉落到地上，但是抖動也會增加馬鈴薯的受傷率。[5]

我國各地馬鈴薯種植的農藝要求不一樣，因此很難研制一種標準規格的馬鈴薯收獲機，這也是目前國內市場上各種規格的收獲機都有的原因。農田的環境都比較惡劣，馬鈴薯收獲機在這樣的條件下工作，零部件易損壞。因此應增強收獲機械的結構，提高其性能，以延長其使用壽命，減少維護費用。我們還需要加強對收獲機關鍵部件的基礎性能研究，包括：挖掘鏟進入土層時的受力分析、馬鈴薯收到挖掘鏟和土壤共同作用力的結果，降低馬鈴薯所受的力是減小其受損率的一個重要方法，這樣有利于改善機器的結構，提高其工作性能。馬鈴薯收獲機在不久的未來一定會更快、更健全地發展，希望一些性價比高的收獲機能走入尋常老百姓家，給廣大群眾帶來福利。

參考文獻

[1] 邵世祿，萬芳新，魏宏安，等.我國馬鈴薯收獲機械研制與發展的研究[J].中國農機化，2010（3）：35-39.

[2] 李輝.小型分離輪式馬鈴薯挖掘機的設計[D].甘肅：甘肅農業大學，2010.

[3] 顧麗霞.4SW-170型馬鈴薯挖掘機擺動篩分離過程的仿真研究[D].內蒙古：內蒙古農業大學，2012.

[4] 石林榕，吳建民，趙武云，等.圓盤柵式馬鈴薯掘機的研制與試驗[J].農業工程學報，2012，28（24）：15-21.

[5] 劉寶，張東興，李晶.MZPH-820型單行馬鈴薯收獲機設計[J].農業機械學報，2009，40（5）：82-85.endprint