馬鈴薯收獲機(jī)械的研究現(xiàn)狀及其存在的問(wèn)題

陳海亮

摘 要：馬鈴薯在一些國(guó)家是主要的糧食作物，在我國(guó)也廣泛種植，但是由于馬鈴薯果實(shí)生長(zhǎng)在地下，因此給收獲帶來(lái)一定難度，人工收獲不僅效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且成本也高。本文闡述了國(guó)內(nèi)馬鈴薯收獲機(jī)械的研究現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題，并憧憬了未來(lái)馬鈴薯收獲機(jī)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：馬鈴薯收獲機(jī)械 挖掘鏟 明薯率

中圖分類號(hào)：THl32 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(chǎn)于南美的安第斯山脈，目前已廣泛種植于世界各地，我國(guó)是世界第一大馬鈴薯生產(chǎn)消費(fèi)大國(guó)，在馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展中，機(jī)械裝備特別是收獲機(jī)械發(fā)揮著重要的作用，馬鈴薯收獲機(jī)械的研制與推廣，有力地推動(dòng)馬鈴薯產(chǎn)業(yè)全面可持續(xù)發(fā)展，對(duì)確保糧食安全、促進(jìn)農(nóng)民增收、振興農(nóng)村區(qū)域經(jīng)濟(jì)具有重要的戰(zhàn)略意義。[1]而當(dāng)前馬鈴薯收獲勞動(dòng)強(qiáng)度大、難度高，機(jī)械化收獲水平不足20%，遠(yuǎn)低于國(guó)際 70%的水平。而人工收獲作業(yè)會(huì)造成馬鈴薯單產(chǎn)水平低、產(chǎn)品質(zhì)量差等問(wèn)題，國(guó)內(nèi)迫切需求價(jià)格合理、可靠性高的馬鈴薯收獲機(jī)，滿足日益發(fā)展的馬鈴薯產(chǎn)業(yè)需求。[1]

甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)的李輝設(shè)計(jì)了一種小型分離輪式馬鈴薯挖掘機(jī)。[2]李輝首先調(diào)研了我國(guó)馬鈴薯的種植模式，我國(guó)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(guó)多數(shù)地區(qū)采用單行或雙行高壟栽培的模式，一般壟高10～15 cm，壟距l(xiāng)00 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(shè)計(jì)的總體方案。根據(jù)馬鈴薯收獲機(jī)的主要參數(shù)、馬鈴薯的生產(chǎn)情況和收獲要求，設(shè)計(jì)關(guān)鍵部件，包括：挖掘鏟、分離器、機(jī)架和傳動(dòng)裝置。挖掘鏟的設(shè)計(jì)參數(shù)主要是鏟長(zhǎng)、鏟寬、柵條間距和入土角，分離器主要是確定分離指桿的長(zhǎng)度及個(gè)數(shù)和分離輪的轉(zhuǎn)速，傳動(dòng)部分鏈輪、齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算。最后進(jìn)行田間實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)行分析，實(shí)驗(yàn)表明該機(jī)對(duì)馬鈴薯的損傷率大，不能達(dá)到農(nóng)業(yè)要求，平均損傷為6.53%。[2]雖然實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該機(jī)器由于對(duì)馬鈴薯的損傷率大而不能作為馬鈴薯收獲機(jī)械，但是李輝的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)思想值得我們借鑒，可以基于這種研究方法而改進(jìn)創(chuàng)新。造成馬鈴薯?yè)p傷率較大的原因可能有以下兩點(diǎn)原因：（1）挖掘鏟的入土角太大，導(dǎo)致挖掘鏟對(duì)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(dǎo)致馬鈴薯在運(yùn)送到薯箱的過(guò)程中上下振動(dòng)顛簸“受傷”。

內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)的顧麗霞對(duì)4SW-170型馬鈴薯挖掘機(jī)擺動(dòng)篩分離過(guò)程的仿真研究，通過(guò)對(duì)馬鈴薯挖掘機(jī)擺動(dòng)蹄分離過(guò)程的仿真分析，在現(xiàn)有的馬鈴薯收獲機(jī)研究基礎(chǔ)上，引進(jìn)新型的設(shè)計(jì)方法，在改進(jìn)設(shè)計(jì)過(guò)程中能夠縮短生產(chǎn)周期，提高效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。顧麗霞分析了擺動(dòng)篩的結(jié)構(gòu)和分離過(guò)程，并對(duì)物料在擺動(dòng)篩上的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了理論分析，同時(shí)對(duì)擺動(dòng)篩和不規(guī)則的馬鈴薯的三維實(shí)體建模，進(jìn)而利用ANSYS對(duì)馬鈴薯模型進(jìn)行有限元分析。顧麗霞還建立了設(shè)計(jì)的樣機(jī)的模型，進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。通過(guò)仿真分析，明確了擺動(dòng)篩在空載狀態(tài)下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并得到馬鈴薯在篩分過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，且當(dāng)篩面傾角一定時(shí)，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(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院石林榕等研制與試驗(yàn)了一種圓盤柵式馬鈴薯挖掘機(jī)，這種樣機(jī)主要是針對(duì)國(guó)內(nèi)馬鈴薯收獲機(jī)械在收獲過(guò)程中存在的薯塊土壤分離不完全、易于堵塞、振動(dòng)大和功耗過(guò)大等問(wèn)題。研制設(shè)計(jì)的一個(gè)難點(diǎn)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(huán)、旋薯柵組成。挖掘作業(yè)期間土薯崛起物以速度一定速度將導(dǎo)薯?xiàng)l拋起，特征尺寸小于桿條間隙的土塊會(huì)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(shí)針輸送向上，在離心力和重力的作用下薯土塊會(huì)在柵面半徑方向依質(zhì)量小大依次分布，同時(shí)薯土在向上輸送的過(guò)程中與圓盤柵欄不斷滾動(dòng)錯(cuò)位，大量土壤會(huì)在這個(gè)過(guò)程中掉落，形成第二次土薯分離。[4]基于避免機(jī)前壅土、減少傷薯率和提高明薯率這樣的設(shè)計(jì)要求，根據(jù)拖拉機(jī)的行駛速度和各地馬鈴薯的生長(zhǎng)情況和規(guī)模，得到圓盤柵旋轉(zhuǎn)角速度。田間試驗(yàn)表面挖掘機(jī)工作過(guò)程中，薯塊分離良好，且明薯率高，傷薯率低，各個(gè)環(huán)節(jié)都沒(méi)有發(fā)生堵塞現(xiàn)象。石林榕等還把圓盤柵式與撥指輪式馬鈴薯挖掘機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)比較，結(jié)果表明圓盤柵式馬鈴薯挖掘機(jī)較撥指輪式馬鈴薯挖掘機(jī)明薯率高1.5%、傷薯率低0.3%。[4]

中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院的劉寶等設(shè)計(jì)了MZPH-820型單行馬鈴薯收獲機(jī)，首先針對(duì)該收獲機(jī)的主要部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，包括挖掘鏟及其角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，然后確定了挖掘鏟及懸臂板結(jié)構(gòu)參數(shù)，同時(shí)還分析了減阻及防堵的機(jī)理，為后續(xù)設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。劉寶等還設(shè)計(jì)了導(dǎo)向限深裝置及支撐行走輪。導(dǎo)向限深輪的作用是設(shè)置并穩(wěn)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(guò)鎮(zhèn)壓作用使壟內(nèi)土壤及部分土塊產(chǎn)生松碎、錯(cuò)動(dòng)。限深輪的深度是通過(guò)調(diào)節(jié)裝置上的螺母來(lái)調(diào)節(jié)的。桿條鏈?zhǔn)蕉秳?dòng)升運(yùn)裝置的主要原理是通過(guò)抖動(dòng)輪的抖動(dòng)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(dòng)也會(huì)增加馬鈴薯的受傷率。[5]

我國(guó)各地馬鈴薯種植的農(nóng)藝要求不一樣，因此很難研制一種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的馬鈴薯收獲機(jī)，這也是目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上各種規(guī)格的收獲機(jī)都有的原因。農(nóng)田的環(huán)境都比較惡劣，馬鈴薯收獲機(jī)在這樣的條件下工作，零部件易損壞。因此應(yīng)增強(qiáng)收獲機(jī)械的結(jié)構(gòu)，提高其性能，以延長(zhǎng)其使用壽命，減少維護(hù)費(fèi)用。我們還需要加強(qiáng)對(duì)收獲機(jī)關(guān)鍵部件的基礎(chǔ)性能研究，包括：挖掘鏟進(jìn)入土層時(shí)的受力分析、馬鈴薯收到挖掘鏟和土壤共同作用力的結(jié)果，降低馬鈴薯所受的力是減小其受損率的一個(gè)重要方法，這樣有利于改善機(jī)器的結(jié)構(gòu)，提高其工作性能。馬鈴薯收獲機(jī)在不久的未來(lái)一定會(huì)更快、更健全地發(fā)展，希望一些性價(jià)比高的收獲機(jī)能走入尋常老百姓家，給廣大群眾帶來(lái)福利。

參考文獻(xiàn)

[1] 邵世祿，萬(wàn)芳新，魏宏安，等.我國(guó)馬鈴薯收獲機(jī)械研制與發(fā)展的研究[J].中國(guó)農(nóng)機(jī)化，2010（3）：35-39.

[2] 李輝.小型分離輪式馬鈴薯挖掘機(jī)的設(shè)計(jì)[D].甘肅：甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)，2010.

[3] 顧麗霞.4SW-170型馬鈴薯挖掘機(jī)擺動(dòng)篩分離過(guò)程的仿真研究[D].內(nèi)蒙古：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，2012.

[4] 石林榕，吳建民，趙武云，等.圓盤柵式馬鈴薯掘機(jī)的研制與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2012，28（24）：15-21.

[5] 劉寶，張東興，李晶.MZPH-820型單行馬鈴薯收獲機(jī)設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2009，40（5）：82-85.endprint