甘蔗聯(lián)合收割機(jī)技術(shù)難題分析與改進(jìn)

甘鳳祝

摘要：當(dāng)前我國(guó)甘蔗生產(chǎn)的機(jī)械化水平很低，主要是由于甘蔗聯(lián)合收割機(jī)研發(fā)技術(shù)水平低，無(wú)法解決實(shí)際生產(chǎn)中遇到的技術(shù)難題，限制了甘蔗生產(chǎn)的發(fā)展，本文分析了現(xiàn)有的甘蔗聯(lián)合收割機(jī)存在的技術(shù)難題，并提出新的設(shè)計(jì)思路和技術(shù)措施。

關(guān)鍵詞：甘蔗;聯(lián)合收割機(jī);技術(shù);難題;改進(jìn)

中圖分類號(hào)：G718 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1672-1578（2015）02-0003-02

廣西是我國(guó)產(chǎn)糖業(yè)的大省，甘蔗產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為廣西農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)支柱之一。但由于甘蔗生產(chǎn)受生產(chǎn)條件惡劣、作業(yè)情況復(fù)雜等特殊因素的制約，很難實(shí)現(xiàn)甘蔗生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，特別是收割作業(yè)過(guò)程，目前還只是停留在手工人力作業(yè)階段，大大限制了甘蔗生產(chǎn)效率的提高。甘蔗收割技術(shù)成為實(shí)現(xiàn)甘蔗生產(chǎn)機(jī)械化過(guò)程中最難的技術(shù)難題?，F(xiàn)在甘蔗的耕種收獲作業(yè)還是主要是以人力為主，從播種到收獲基本上完全依靠人力，不緊勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，還制約著整個(gè)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈生產(chǎn)的發(fā)展。由于我國(guó)生產(chǎn)甘蔗的主要產(chǎn)區(qū)是在南方，地形主要是以山地窄地為主，加上甘蔗長(zhǎng)形不規(guī)則，彎直大小高矮倒扶不齊，加大了機(jī)械收割工作的難度。筆者通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的調(diào)查研究認(rèn)為，在甘蔗機(jī)械收割中急需解決六個(gè)方面技術(shù)難題。

1.如何實(shí)現(xiàn)砍蔗破頭率低的技術(shù)要求

因?yàn)楦收崾欠N一次收三年作物，如果在機(jī)械收割中甘蔗根莖處切割口不平整，被打碎或撕裂都會(huì)破壞到根部的甘蔗苗，將會(huì)影響到第二年甘蔗的出芽率，減少收成，一般要求破頭率要控制在5﹪的范圍內(nèi)。據(jù)調(diào)查，當(dāng)前大多數(shù)的甘蔗收割機(jī)的收割切割方式，都是以高速旋轉(zhuǎn)的多片刀片平地移動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)蔗莖實(shí)現(xiàn)切割，這種切割方式的缺點(diǎn)是：①刀刃不能做得太鋒利，否則在高速旋轉(zhuǎn)的情況下碰到地中的石頭都會(huì)很快磞刃，因此刀口只能做成鈍口的刀刃，這樣在切割蔗莖時(shí)又不利于得到平整的切口;②由于是高速旋轉(zhuǎn)慢速平移刀片，同一根莖切口容易出現(xiàn)被多刀切割的情況，造成切口不平整。因此，傳統(tǒng)的切割方式破頭率一般都比較高，無(wú)法滿足生產(chǎn)實(shí)際要求。

為了減少甘蔗收割過(guò)程中的破頭率，得到平整的根莖切割口，必須要求切割刀是鋒利的，且每一根莖切割必須是一刀切斷。因此，我們可以考慮在前進(jìn)方向采用往復(fù)循環(huán)、慢速移動(dòng)的切割方式，刀片可以做成鎌刀樣，切口鋒利，實(shí)現(xiàn)一刀平整切斷甘蔗根莖。其原理就是模仿人工用鎌刀一刀砍斷根莖的方式。此種方式的缺點(diǎn)是切割機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜，甘蔗機(jī)械在收割過(guò)程中前行的移動(dòng)速度還要稍微降低一點(diǎn)，但可以基本上解決破頭率的技術(shù)難題。

2.實(shí)現(xiàn)蔗莖在甘蔗聯(lián)合收割機(jī)內(nèi)準(zhǔn)確無(wú)誤地傳送

要能自動(dòng)收割，無(wú)論是高的矮的彎的直的，還是倒著的立著的，都要能順利地實(shí)現(xiàn)從根部割斷并收集送入剝?nèi)~機(jī)構(gòu)的一系列功能。

在現(xiàn)有的甘蔗收割機(jī)中，甘蔗莖的移送都是利用橡膠滾子通過(guò)擠壓旋轉(zhuǎn)依靠摩擦力的作用傳送蔗莖，對(duì)濕的蔗莖容易出現(xiàn)打滑的情況。這種傳送方式對(duì)于平直的蔗莖一般是不成問(wèn)題的，但對(duì)于變形、彎的蔗莖卻無(wú)法順利傳送，甚至發(fā)生卡死堵莖堵塞的情況。因此以此種方式工作的甘蔗收割機(jī)一般工作十多米就會(huì)發(fā)生蔗莖堵住傳送入口的現(xiàn)象，造成無(wú)法繼續(xù)工作。

對(duì)于上述的技術(shù)難題，從一種牙簽筒按壓后自動(dòng)擠出牙簽的方式中得到啟示?？磕Σ亮Φ姆绞絺魉驼崆o會(huì)打滑，彎蔗會(huì)堵塞。如果用拉蔗莖或一根根象按擠出牙簽的方式推拉蔗莖，不但直的蔗莖就是彎的濕的蔗莖也會(huì)象按壓牙簽筒一樣被強(qiáng)行有序地傳送進(jìn)去和出來(lái)。因此對(duì)于在傳送蔗莖的部位，我們可以利用按壓式的牙簽筒出牙簽的原理，設(shè)計(jì)出類似的傳送蔗莖的機(jī)構(gòu)，當(dāng)然要求要能同時(shí)傳送多根蔗莖。

3.自動(dòng)調(diào)速合適的切割高度

收割砍蔗時(shí)甘蔗留的根高度要能控制，以平地以下1～2公分為宜，但由于田間地形高低不平整，砍高了會(huì)造成浪費(fèi)，影響產(chǎn)量，砍低了也會(huì)影第二年甘蔗的生長(zhǎng)。

解決這一技術(shù)的關(guān)鍵在于設(shè)計(jì)出仿形機(jī)構(gòu)，仿形機(jī)構(gòu)要求能帶著切割機(jī)構(gòu)隨著地形變化以及根莖高矮作出相應(yīng)的調(diào)整，以保證切出合適的根莖高度。仿形機(jī)構(gòu)有機(jī)械式的和電子式的兩種。機(jī)械式的仿形機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且體積較大，電子式的仿形機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單體積小但技術(shù)難度要求高。

4.剝?nèi)~技術(shù)

剝?nèi)~技術(shù)分機(jī)外剝?nèi)~和機(jī)內(nèi)剝?nèi)~兩種。剝?nèi)~要求要干凈而不傷蔗，剝?nèi)~不干凈糖廠又不接受，剝?nèi)~傷了蔗會(huì)造成損失浪費(fèi)，蔗農(nóng)更不能接受。當(dāng)前大部分的甘蔗聯(lián)合收割機(jī)采用的機(jī)內(nèi)剝?nèi)~方式是用橡膠片拍打剝離蔗葉，這種剝?nèi)~方式會(huì)損傷蔗莖，壓出糖水，造成浪費(fèi)。

機(jī)外剝?nèi)~技術(shù)，在甘蔗被收割切斷之前，采用能沿蔗莖上下移動(dòng)的剝?nèi)~機(jī)構(gòu)迅速剝?nèi)~。剝?nèi)~機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上采用橡膠的剝?nèi)~片，相對(duì)蔗莖自上而下地拔括蔗桿，實(shí)現(xiàn)機(jī)外初次剝?nèi)~。

比較理想的機(jī)內(nèi)剝?nèi)~方式是模擬人工工具剝?nèi)~方式，剝?nèi)~工具采用開合螺母的方式做成可以彈性開合的兩部分，彈性開合的兩部分把蔗莖四周裹住，相對(duì)著甘蔗逆行移動(dòng)，一端有鋒利的鎌刀口刀刃，利用牙簽筒原理的傳送機(jī)構(gòu)，將蔗莖準(zhǔn)確地送入人工模擬剝?nèi)~機(jī)構(gòu)中，在傳送機(jī)構(gòu)推拉力的作用下把蔗莖強(qiáng)行通過(guò)模擬人工工具剝?nèi)~方式的彈性開合機(jī)構(gòu)，達(dá)到剝?nèi)~的技術(shù)要求。這種剝?nèi)~機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，工作速度較慢，但剝?nèi)~的效果能較好地接近人工剝?nèi)~，因此是一種比較理想的剝?nèi)~機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)思路。

5.蔗葉分離技術(shù)及防堵塞技術(shù)

在剝?nèi)~中甘蔗會(huì)有大量的蔗葉殘留在甘蔗聯(lián)合收割機(jī)中造成整個(gè)機(jī)械的堵塞而無(wú)法進(jìn)行收割工作。根據(jù)甘蔗聯(lián)合收割機(jī)所在剝?nèi)~部位的不同，將甘蔗的蔗葉分離類型分為機(jī)外剝?nèi)~分離和機(jī)內(nèi)剝?nèi)~分離兩種，無(wú)論那一種都面臨著如何將蔗莖和蔗葉分離的問(wèn)題。剝?nèi)~技術(shù)中只能把蔗葉與蔗莖剝離，但如果不及時(shí)把蔗葉與蔗莖分隔開，大量的蔗葉緾繞在剝?nèi)~機(jī)構(gòu)中會(huì)堵塞剝?nèi)~機(jī)構(gòu)和傳送機(jī)構(gòu)，會(huì)發(fā)生機(jī)構(gòu)被緾死卡死而無(wú)法工作的現(xiàn)象，因此必須解決蔗莖與蔗葉在剝?nèi)~后如何及時(shí)分開的技術(shù)問(wèn)題。當(dāng)前研發(fā)的甘蔗聯(lián)合收割機(jī)中，基本上都是蔗莖與蔗葉同混合在一起完成剝?nèi)~、傳送過(guò)程，而沒有采取任何有效的蔗莖蔗葉分離措施，也沒有很好地解決蔗莖蔗葉的分離問(wèn)題及防止蔗葉堵塞的問(wèn)題，造成甘蔗聯(lián)合收割機(jī)無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作。

往后的技術(shù)考量是：①機(jī)外剝?nèi)~技術(shù)和機(jī)外蔗葉分離技術(shù)，在甘蔗被收割切斷之前，采用能沿蔗莖上下移動(dòng)的剝?nèi)~機(jī)構(gòu)迅速剝?nèi)~，盡量減少蔗葉進(jìn)入機(jī)內(nèi)剝?nèi)~，同時(shí)在蔗莖收割時(shí)的傳送入口處設(shè)有滾動(dòng)的梳狀蔗葉分離機(jī)構(gòu)，將蔗葉提前進(jìn)行有效分離，解決傳送入口的堵塞問(wèn)題。②機(jī)內(nèi)蔗葉分離技術(shù)，在完成機(jī)外剝?nèi)~及蔗葉分離后，進(jìn)入甘蔗聯(lián)合收割機(jī)內(nèi)部還是有較多的蔗葉，在機(jī)內(nèi)剝?nèi)~的同時(shí)需要及時(shí)地把該部份的蔗葉分離開，為此我們采用的方法是，在機(jī)內(nèi)蔗莖與蔗莖之間的縫隙使用不斷相對(duì)于蔗莖移動(dòng)方向且旋轉(zhuǎn)的鋒利刀片將長(zhǎng)的蔗葉剪切斷，使蔗葉變成小塊的葉片，并在強(qiáng)風(fēng)的作用下，由甘蔗聯(lián)合收割機(jī)的底部排出，解決機(jī)內(nèi)堵塞的問(wèn)題。

6.要求甘蔗聯(lián)合收割機(jī)要符合重量輕體積小的要求

由于廣西多地處山區(qū)丘陵，甘蔗地形高低不平，地域窄小，不適于使用大型機(jī)械作業(yè)，更何況重量過(guò)重會(huì)壓壞蔗根，影響到次年的產(chǎn)量。但是近來(lái)所看到的國(guó)內(nèi)外研制的甘蔗聯(lián)合收割機(jī)都是體積龐大重量重的機(jī)型，不適于在丘陵地帶作業(yè)，不但價(jià)格貴，而且也不適用，性能上也不好。因此在設(shè)計(jì)甘蔗聯(lián)合收割機(jī)時(shí)，適當(dāng)考慮合適功率的機(jī)型，寧可工作速度小點(diǎn)，工作效率低點(diǎn)。反對(duì)盲目追求大功率、速度快的效果。另外，一部分機(jī)構(gòu)可改用電子電動(dòng)驅(qū)動(dòng)，可以盡量減少用機(jī)械傳動(dòng)等龐大的機(jī)構(gòu)，減輕整機(jī)重量。

甘蔗聯(lián)合收割機(jī)的技術(shù)難題是我國(guó)也是全世界在甘蔗生產(chǎn)中最大的一個(gè)瓶頸，誰(shuí)能首先解決甘蔗生產(chǎn)機(jī)械化的難題，首先研制生產(chǎn)出符合要求的甘蔗聯(lián)合收割機(jī)，就意味著誰(shuí)能在甘蔗行業(yè)生產(chǎn)中起到主導(dǎo)作用，直接影響到整個(gè)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。

發(fā)展甘蔗生產(chǎn)全程機(jī)械化是貫徹落實(shí)國(guó)家政策的需要。國(guó)務(wù)院《關(guān)于促進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化和農(nóng)機(jī)工業(yè)又好又快發(fā)展的意見》（國(guó)發(fā)〔2010〕22號(hào)）明確了甘蔗生產(chǎn)機(jī)械化發(fā)展目標(biāo)，提出"2020年，基本解決甘蔗種植、收獲機(jī)械化關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。"把"突破甘蔗收割機(jī)械化瓶頸制約，提升甘蔗耕種收機(jī)械化水平"作為一項(xiàng)主要任務(wù)。其必要性、緊迫性和可行性得到了廣泛認(rèn)同。