馬鈴薯收獲機(jī)械的研究與發(fā)展

金英慧

（遼寧省農(nóng)機(jī)質(zhì)量監(jiān)督管理站，遼寧 沈陽 110034）

馬鈴薯收獲機(jī)械的研究與發(fā)展

金英慧

（遼寧省農(nóng)機(jī)質(zhì)量監(jiān)督管理站，遼寧 沈陽 110034）

本文介紹了馬鈴薯收獲機(jī)的類型及特點(diǎn)，簡述了國內(nèi)外馬鈴薯收獲機(jī)械的研究狀況，分析了我國馬鈴薯收獲機(jī)械發(fā)展中存在的主要問題，提出了發(fā)展對策及建議，為我國馬鈴薯收獲機(jī)械的研究與發(fā)展提供參考。

馬鈴薯收獲機(jī)械；研究；發(fā)展

馬鈴薯屬于薯類作物的一種，據(jù)統(tǒng)計2000年全世界的薯類作物總種植面積為5 149萬公頃，總產(chǎn)量為67 467萬噸，全世界薯類生產(chǎn)國有140多個，主要分布在亞洲、非洲、歐洲及美洲等地。近年來，馬鈴薯的用途和地位已經(jīng)發(fā)生了變化，如在我國其既是糧食，又是飼料和工業(yè)原料。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，對馬鈴薯的種植、收獲和產(chǎn)后加工等各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)越來越重視［1］。例如以往收獲環(huán)節(jié)完全靠人工，勞動強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低，因而各類馬鈴薯輔助收獲機(jī)械得到了廣泛的關(guān)注。

一、馬鈴薯收獲機(jī)械的類型及特點(diǎn)

以收獲工藝過程和完成程度劃分，馬鈴薯收獲機(jī)械可分為挖掘犁、挖掘機(jī)和聯(lián)合收獲機(jī)。此外，莖葉收獲的機(jī)械也可單獨(dú)劃為一類。

1.挖掘犁

挖掘犁是一種較為簡單實用的挖掘機(jī)具，如圖1所示。通過用挖掘犁實現(xiàn)薯塊與土壤分離的同時，實現(xiàn)把大部分薯塊翻到地表，然后再輔以人工完成收獲工作。

2.挖掘機(jī)

挖掘機(jī)是在挖掘犁上附加分離部件組成，按分離方式，可分為拋擲輪式、升運(yùn)鏈?zhǔn)胶驼駝雍Y式。

（1）拋擲輪式挖掘機(jī)

拋擲輪式挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)如圖2所示。其工作時挖掘鏟將土垡掘起，通過拋擲輪撥齒的作用，將土垡拋到機(jī)器一側(cè)，使薯塊散落于地表，為避免薯塊過于分散，挖掘機(jī)在工作時都帶有擋簾。

拋擲輪上撥齒的連接形式有剛性連接和鉸接連接兩種。撥齒剛性連接的拋擲輪有圓柱形和圓錐形，如圖2所示。具有鉸接式撥齒的拋擲輪，沒有撥齒的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，并可分為偏心輪式和滑桿式兩種。其中，前者撥齒傾角在整個運(yùn)動過程中保持不變，后者在運(yùn)動過程中撥齒左右擺動，即拋擲輪轉(zhuǎn)一周時，撥齒擺動一次。具有撥齒導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的挖掘機(jī)能夠縮小薯塊拋扔距離和減少薯塊的損傷。

圖1 雙行馬鈴薯挖掘犁

（2）升運(yùn)鏈?zhǔn)酵诰驒C(jī)

升運(yùn)鏈?zhǔn)酵诰驒C(jī)的結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。其以桿條為升運(yùn)機(jī)構(gòu)，當(dāng)挖掘鏟將薯塊同土壤一并送至桿條上，通過邊抖動邊輸送的方式，把大部分泥土從桿條間篩下，以分離出薯塊后在機(jī)器后部鋪放成條，薯塊挖出后為便于用人工或機(jī)器撿拾和裝運(yùn)，機(jī)器裝有固定式或者可調(diào)開度的集條器。有的挖掘機(jī)還設(shè)有橫向集條輸送器，后面有時配掛帶有選別臺的拖車，在這里用人工排除莖葉和雜物，把薯塊裝入袋中。

圖2 拋擲輪式挖掘機(jī)

圖3 升運(yùn)鏈?zhǔn)酵诰驒C(jī)

（3）振動篩式挖掘機(jī)

振動篩式挖掘機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖4所示，由兩個篩子前后配置組成分離機(jī)構(gòu)。挖掘鏟位于第一個篩的前端，由曲柄連桿機(jī)構(gòu)使之振動。其工作過程與升運(yùn)鏈?zhǔn)较嗨啤?/p>

振動式挖掘鏟的牽引阻力比固定式挖掘鏟小40%-50%，若將振動消耗的能量計算在內(nèi)，實際上總功率消耗并不少；相比較而言吊掛篩的振動式挖掘機(jī)分離能力強(qiáng)，同時工作時振動強(qiáng)烈，因而要求機(jī)架及相關(guān)部件能抗劇烈震動。

3.聯(lián)合收獲機(jī)

聯(lián)合收獲機(jī)是挖掘機(jī)的進(jìn)一步改進(jìn)，通過增設(shè)相關(guān)工作部件以完善馬鈴薯收獲的全部工序。其將挖掘帶薯塊的土垡，分離碎土、土塊和石頭，把排除莖葉和雜物的薯塊裝袋連接起來一次完成，還可將成袋的薯塊直接裝到運(yùn)輸車上。此外，薯類作物收獲機(jī)也可用來撿拾在地上鋪放成條的薯塊。

圖4 采用吊掛篩的振動式挖掘機(jī)

圖5 升運(yùn)鏈?zhǔn)铰?lián)合收獲機(jī)

以分離部件的型式劃分，聯(lián)合收獲機(jī)可分為升運(yùn)鏈?zhǔn)健[動篩式和滾筒篩式，如圖5、圖6和圖7所示。其應(yīng)用效果受土壤條件影響較大，土壤疏松則會完成作業(yè)質(zhì)量產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效果。在土壤黏、石頭多和雜草多的情況下，其效果則不盡人意。此時可增設(shè)人工選別臺，通過人工輔助清理作業(yè)。近年來，一些聯(lián)合收獲機(jī)開始采用光電選別裝置，用于分離薯塊中的石頭和土塊。另外，廣泛應(yīng)用液壓來控制機(jī)器轉(zhuǎn)向和工作部件的升降，個別的還設(shè)有液壓調(diào)平機(jī)構(gòu)，以適應(yīng)在坡地上的作業(yè)。

二、國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r

1.國外馬鈴薯收獲機(jī)械發(fā)展?fàn)顩r

圖6 擺動篩式聯(lián)合收獲機(jī)

圖7 滾筒篩式聯(lián)合收獲機(jī)

馬鈴薯收獲機(jī)的研究可以從1868年埃格柏特·考比林斯基算起，其設(shè)計制造了一個簡易的挖掘犁，而馬鈴薯收獲機(jī)械的飛速發(fā)展期實際也就是100多年的歷史［2］。目前歐美研制的聯(lián)合收割機(jī)的顯著特點(diǎn)是功率大、工藝全，一次可以完成切秧、挖掘、分離、篩選、分級和提升卸料等收獲作業(yè)各個環(huán)節(jié)。另一個顯著特點(diǎn)是專用化、標(biāo)準(zhǔn)化和系列化。世界著名的農(nóng)機(jī)公司都在歐美，如：美國的LENCO公司、DoubleL公司、CRARY公司，德國的格力莫（GRMME）公司、ROPA公司，比利時的AVR公司、DEWULF公司，意大利的MAC公司等［3］。

各公司生產(chǎn)的產(chǎn)品基本上都實現(xiàn)了品種全、成系列。一般有自走式和牽引式兩種。這類產(chǎn)品的基本工作原理并沒有根本的發(fā)展，各個廠家主要是將成熟的技術(shù)應(yīng)用到聯(lián)合收割機(jī)上，如：自動化控制、液壓系統(tǒng)等技術(shù)的集成，同時，提高薯塊分離效率以及減少薯塊損傷等也為各個廠家所探索追求的目標(biāo)，展開了深入研究。近年來，隨著GPS技術(shù)的民用普及，聯(lián)合收割機(jī)加裝GPS定位系統(tǒng)，輔以地理信息系統(tǒng)以進(jìn)一步實現(xiàn)收獲面積的自動生成、產(chǎn)量的自動分析。如Standen的產(chǎn)品以集機(jī)械、液壓和電控為一體為其顯著的技術(shù)特征，CRARY公司產(chǎn)品的突出特點(diǎn)是配備了大容量的風(fēng)力清選系統(tǒng)，AMAC公司則以操縱靈活舒適所見長［4］。

與歐美相比較，亞洲只有中日韓在研究生產(chǎn)一些小型馬鈴薯收獲機(jī)械。如韓國高山機(jī)械公司的單行馬鈴薯收獲機(jī)，日本的根菜收獲機(jī)械的設(shè)計思路主要來自于馬鈴薯收獲機(jī)。

雖然，國外的一些廠家的產(chǎn)品發(fā)展至今日已趨成熟，但是我國幅員遼闊，環(huán)境差異大，尚很難從這些產(chǎn)品選出一款產(chǎn)品能適應(yīng)我國不同地區(qū)的耕地條件和農(nóng)藝要求。另外，國外產(chǎn)品一般都價格昂貴、作業(yè)成本高，造成了推廣難度大，同時售后服務(wù)及相關(guān)配件供應(yīng)渠道不暢等現(xiàn)實問題都不同程度的存在。

2.國內(nèi)馬鈴薯收獲機(jī)械發(fā)展?fàn)顩r

中國馬鈴薯收獲機(jī)的發(fā)展是在仿制的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國不同地域的特點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)，以適應(yīng)不同的生產(chǎn)需求。按鋪放方式可分為側(cè)輸與后輸兩種方式，如中機(jī)美諾公司的1700型馬鈴薯收獲機(jī)是一種具有代表性的側(cè)輸機(jī)型，其結(jié)構(gòu)簡單緊湊，可連續(xù)完成挖掘、分離和側(cè)向鋪放作業(yè)，但沒有設(shè)計升運(yùn)裝車部件。后輸機(jī)型主要是仿造TIP公司的牽引式兩行后輸出收獲機(jī)，采用獨(dú)立小鏟，碎土效果較好，尾部設(shè)有前后運(yùn)動的振動篩，可進(jìn)行二次分離，總體而言，這種機(jī)型實用性和性價比較好，市場上較受用戶歡迎，但由于材料及工藝差距，在作業(yè)時經(jīng)常發(fā)生故障［5］。

近年來，通過充分吸收國外先進(jìn)技術(shù)，中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院設(shè)計了一種功能較為齊全的馬鈴薯收獲機(jī)，可針對壟作或平作馬鈴薯進(jìn)行挖掘、分土、摘薯、排莖，還可進(jìn)行集薯和堆放等作業(yè)，具有較好地推廣應(yīng)用前景。

中機(jī)美諾的1710型是一種獲得市場認(rèn)可的牽引式馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)，該機(jī)實現(xiàn)了挖掘、輸送、分離、除秧、升運(yùn)、裝車的一次完成，其綜合了挖掘機(jī)和分段收獲機(jī)，提高了工作效率，降低了塊莖損傷。

目前國內(nèi)馬鈴薯收獲機(jī)市場上的主流產(chǎn)品仍以中小型為主，產(chǎn)品的提升空間廣闊，尤其是在自走式馬鈴薯收獲機(jī)的研發(fā)方面我國還基本處于空白階段［6-7］。

三、存在的主要問題

由于我國在馬鈴薯收獲機(jī)方面的研究還處于起步階段，總體水平不高，也缺乏系統(tǒng)性，大部分產(chǎn)品還是屬于照貓畫虎的仿制，設(shè)計機(jī)理不清晰，性能不能得到發(fā)揮，產(chǎn)品適應(yīng)性差、標(biāo)準(zhǔn)化程度低，機(jī)械動力消耗大，機(jī)具功能單一，且基本不能適用多種情況地塊，由于不成系列，各產(chǎn)品之間的機(jī)械參數(shù)五花八門，部件之間的互換更是無從談起，給用戶造成了極大的不便。

目前市場上大部分機(jī)具僅僅具有挖掘功能，即使部分產(chǎn)品具有分離、清選和輸送功能，但性能較差，可靠性低，所以挖掘出來的馬鈴薯都需人工撿拾，由于馬鈴薯的收獲期短，因而功能單一的收獲機(jī)械的實際利用率較低，加之制造質(zhì)量較差，使用可靠性不足，使用時故障多，降低了收獲效率，用戶因投資回收期長而積極性不高，限制了其進(jìn)一步推廣。

四、發(fā)展對策及建議

1.強(qiáng)化功能集成，提高機(jī)具適應(yīng)性

我國馬鈴薯種植面積廣，不同地區(qū)的土壤差別很大，加之地塊類型復(fù)雜，因而應(yīng)強(qiáng)化適應(yīng)性，研制開發(fā)可適用于多種地塊的馬鈴薯收獲機(jī)械，用盡可能少的機(jī)型滿足各地區(qū)的不同要求。要系統(tǒng)地消化吸收國外先進(jìn)技術(shù)，優(yōu)化集成挖掘、分離、清選和輸送功能，形成馬鈴薯收獲機(jī)系列產(chǎn)品。

2.進(jìn)一步完善馬鈴薯收獲機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)

馬鈴薯收獲機(jī)械的通用性和互換性差，其根本原因還是我國在馬鈴薯收獲機(jī)械方面的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)不夠系統(tǒng)、完善，要制定統(tǒng)一的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，提高機(jī)具零部件的通用性和互換性的研究和管理，規(guī)范生產(chǎn)市場，避免重復(fù)研究。

3.加大科研投入力度

馬鈴薯收獲機(jī)械復(fù)雜，設(shè)計、工藝要求難度大，由于起步晚，缺乏系統(tǒng)全面的研究實驗，我國的馬鈴薯收獲機(jī)械多數(shù)為仿制國外機(jī)型，但對原型機(jī)的設(shè)計機(jī)理不清晰，致使在用戶使用過程中出現(xiàn)問題，不能找到有效的根本解決方案，嚴(yán)重制約了用戶對該機(jī)械的使用積極性。因此，應(yīng)進(jìn)一步加大相關(guān)科研的投入力度，在保證技術(shù)創(chuàng)新資金充裕的同時，強(qiáng)化試驗和推廣環(huán)節(jié)，采取多種優(yōu)惠政策，加大設(shè)備的購置補(bǔ)貼等，加快機(jī)具的推廣使用，保障科研和生產(chǎn)企業(yè)的投入回報，不斷改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計和制作水平，不斷提高可靠性和適用性，盡快實現(xiàn)良性循環(huán)。

五、結(jié)論

我國馬鈴薯種植面積已超過500萬公頃，是世界上最大的馬鈴薯生產(chǎn)國，也是最大的馬鈴薯消費(fèi)國，在幾大作物生產(chǎn)中，馬鈴薯從種到收，尤其是收獲，勞動強(qiáng)度最大，損失率也最大。在保持種植面積的前提下不斷提高產(chǎn)量，降低勞動強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，沒有機(jī)械化作支撐是辦不到的。因而全面系統(tǒng)地開展研究和探討適合我國的馬鈴薯收獲機(jī)械，以加快升級換代的步伐，適應(yīng)市場需求，具有重要意義。

［1］中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院.農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計手冊（下冊）［M］. 北京：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社，2007.

［2］Cz.卡那沃依斯基. 收獲機(jī)械［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社：1983

［3］史明明，魏宏安，胡忠強(qiáng)等.國內(nèi)外馬鈴薯收獲機(jī)械產(chǎn)品現(xiàn)狀調(diào)查［J］. 農(nóng)業(yè)機(jī)械，2013（7）：100-105.

［4］賈晶霞，姜貴川，王楠等. 國內(nèi)外馬鈴薯收獲機(jī)械研究進(jìn)展［J］. 農(nóng)業(yè)機(jī)械，2012（14）： 13-14.

［5］初旭宏，黃丙申.馬鈴薯收獲機(jī)械存在的主要問題及解決辦法［J］.農(nóng)機(jī)使用與維修，2010（1）：46-47.

［6］王海軍，曹玉.馬鈴薯收獲機(jī)適用性影響因素分析與實證［J］. 農(nóng)機(jī)化研究，2013（12）：15-19.［7］魯勁屏. 馬鈴薯收獲機(jī)械質(zhì)量現(xiàn)狀分析［J］. 農(nóng)機(jī)質(zhì)量與監(jiān)督，2008（1）：28-29.

Study and Development of Potato Harvest Machinery

JIN Ying-hui

（Liaoning Provincial Agricultural Machinery Quality Supervision station， Shenyang， Liaoning 110034， China）

Study on potato harvest machinery is significant for improving service behavior of implementing

potato harvest machinery； study； development

S223.5

A

1008—6129（2015）03—0079—04

（責(zé)任編輯 馬 驊）

2015—03—13

金英慧（1967—），遼寧沈陽人，遼寧省農(nóng)機(jī)質(zhì)量監(jiān)督管理站，高級工程師。

mechanized harvest of potato. This paper introduces the types and characteristic of potato harvest machinery，summarizes the study actuality and development of potato harvest machinery at home and abroad， analyzes the main problems in the development of potato harvest machinery in China， and points out some development suggestions.