馬鈴薯收獲機(jī)專利技術(shù)綜述

夏雄

摘 要：馬鈴薯收獲在馬鈴薯產(chǎn)業(yè)鏈中是最費(fèi)工，耗時(shí)的一項(xiàng)作業(yè)，馬鈴薯收獲機(jī)械化的發(fā)展就顯得尤為重要。馬鈴薯收獲機(jī)是實(shí)現(xiàn)馬鈴薯收獲機(jī)械化的前提，其關(guān)鍵技術(shù)主要體現(xiàn)在薯塊挖掘、薯土分離清選、薯塊輸送等。文章結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)和專利，介紹了國(guó)內(nèi)外馬鈴薯收獲機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r及趨勢(shì)，著重分析了不同馬鈴薯收獲機(jī)的特點(diǎn)及各個(gè)關(guān)鍵技術(shù)的分支，著重介紹了各個(gè)關(guān)鍵技術(shù)的分支及分支的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：馬鈴薯收獲機(jī)；挖掘；分離；清選；輸送；專利

中圖分類號(hào)：T-18 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）19-0010-03

1 概述

我國(guó)是世界馬鈴薯種植面積最大的國(guó)家，馬鈴薯收獲在馬鈴薯產(chǎn)業(yè)鏈中是最費(fèi)工，耗時(shí)的一項(xiàng)作業(yè)，消耗的工作量占整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈工作量的40%，收獲期短，勞動(dòng)強(qiáng)度大。因此要實(shí)現(xiàn)馬鈴薯生產(chǎn)機(jī)械化就必須重點(diǎn)解決收獲機(jī)械化問(wèn)題。

2 馬鈴薯收獲機(jī)專利分析

2.1 全球?qū)＠暾?qǐng)情況

圖1是全球歷年來(lái)馬鈴薯收獲機(jī)申請(qǐng)量，從全球歷史申請(qǐng)量來(lái)看，自從1966年馬鈴薯收獲機(jī)的研制技術(shù)起步之后，相關(guān)專利申請(qǐng)量大致呈上升趨勢(shì)，從1976年開(kāi)始進(jìn)入一個(gè)緩慢發(fā)展階段（1976-2004年），專利申請(qǐng)量保持在一個(gè)穩(wěn)定變化的區(qū)間，維持在平均每年20件左右的申請(qǐng)量的水平；自2005年起馬鈴薯收獲機(jī)專利申請(qǐng)呈急劇增長(zhǎng)趨勢(shì)，并于2013年達(dá)到頂點(diǎn)。

從圖2國(guó)家申請(qǐng)量分布來(lái)看，中國(guó)、俄羅斯（含前蘇聯(lián)）、日本、德國(guó)是主要的馬鈴薯收獲機(jī)專利申請(qǐng)國(guó)，特別是中國(guó)和俄羅斯（含前蘇聯(lián)），二者申請(qǐng)量數(shù)量之和相當(dāng)于其他國(guó)家的數(shù)量之和。

2.2 國(guó)內(nèi)專利申請(qǐng)情況

國(guó)內(nèi)針對(duì)馬鈴薯收獲機(jī)的研制相對(duì)起步較晚，如圖3為國(guó)內(nèi)馬鈴薯收獲機(jī)的申請(qǐng)量。由圖3可知，我國(guó)于1992年申請(qǐng)了第一份馬鈴薯收獲機(jī)專利申請(qǐng)。一直到2006年，整個(gè)專利申請(qǐng)的數(shù)量較少，這個(gè)時(shí)期正是國(guó)內(nèi)研究單位和公司還處于馬鈴薯收獲機(jī)技術(shù)引進(jìn)和消化吸收過(guò)程，與國(guó)外先進(jìn)的馬鈴薯收獲機(jī)技術(shù)差距較大。2006-2011年，國(guó)內(nèi)馬鈴薯收獲機(jī)技術(shù)開(kāi)始發(fā)展，申請(qǐng)量穩(wěn)步增長(zhǎng)。進(jìn)入2012年以后，國(guó)內(nèi)的馬鈴薯收獲機(jī)技術(shù)出現(xiàn)急劇增長(zhǎng)趨勢(shì)，這與近幾年馬鈴薯種植面積擴(kuò)大和馬鈴薯需求量增加的趨勢(shì)相吻合。2014年專利申請(qǐng)量達(dá)到了87件，并且發(fā)明專利申請(qǐng)?jiān)鲩L(zhǎng)速度已經(jīng)開(kāi)始逐步趕超實(shí)用新型專利申請(qǐng)，這表明國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)單位或個(gè)人在消化吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上已經(jīng)加強(qiáng)了馬鈴薯收獲機(jī)技術(shù)的創(chuàng)新和儲(chǔ)備。

在國(guó)內(nèi)關(guān)于馬鈴薯收獲機(jī)專利申請(qǐng)中，申請(qǐng)人主要是個(gè)人，其次是公司，高校和研究所等相對(duì)較少，圖4表示國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人的申請(qǐng)量分布。個(gè)人申請(qǐng)占了一半以上，這與我國(guó)的馬鈴薯種植情況相符。由于中國(guó)面積遼闊，不同區(qū)域馬鈴薯的種植方式和生活環(huán)境、氣候條件等的差異，使得馬鈴薯收獲機(jī)械的性能要求各不相同，進(jìn)而不同地方需要具有不同適應(yīng)性的機(jī)型。再加上中國(guó)馬鈴薯種植戶零散，大面積種植的農(nóng)場(chǎng)較少，進(jìn)而國(guó)內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的馬鈴薯收獲機(jī)可能只是針對(duì)當(dāng)?shù)氐拇笮陀脩?，而不適用于其他地方的用戶需求以及小種植戶的需求，高校和研究所也同樣如此；而個(gè)人則針對(duì)自己或其他小種植戶的需求，設(shè)計(jì)生產(chǎn)滿足自己需求的馬鈴薯收獲機(jī)的情況較為多見(jiàn)。

3 馬鈴薯收獲機(jī)的技術(shù)分支

3.1 馬鈴薯挖掘

馬鈴薯收獲機(jī)挖掘鏟是收獲作業(yè)的起始部件，根據(jù)其工作方式可分為固定式挖掘鏟和振動(dòng)式挖掘鏟，固定式挖掘鏟結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，該方式應(yīng)用最為廣泛，如RU2309572、CN201639982U、CN102077726A、JP特開(kāi)2008-182963A、KR20

020022431A等專利申請(qǐng)。振動(dòng)式挖掘鏟具有挖掘效果好，薯土分離效果好、入土角度可調(diào)等特點(diǎn)，如SU1276284A1，一種根莖作物收獲機(jī)，采用曲柄連桿驅(qū)動(dòng)挖掘鏟振動(dòng)；KR20-0448815Y1，一種馬鈴薯收獲裝置，采用入土角度可調(diào)的振動(dòng)式挖掘鏟，還包括切莖刀；寧夏回族自治區(qū)農(nóng)業(yè)機(jī)械化技術(shù)推廣站申請(qǐng)的CN201639983U，三振動(dòng)側(cè)拋送馬鈴薯挖掘機(jī)，采用振動(dòng)鏟挖掘，降低挖掘阻力，增加土壤破碎率，有利于薯土分離。

根據(jù)挖掘鏟形狀可分為犁形鏟、條形鏟、齒形鏟等類型。犁形鏟一般為固定式挖掘鏟，如RU2309572、CN201639982U、CN103828529A等專利申請(qǐng)，適合壟作種植的馬鈴薯的挖掘，挖掘后的馬鈴薯露在土表面；條形挖掘鏟的工作方式為把整個(gè)壟的馬鈴薯連土塊一起挖起，然后整體輸送到薯土分離部進(jìn)行分離，如CN200980250Y、CN202135494U、CN202799646U等專利申請(qǐng)；齒形挖掘鏟則是在條形挖掘鏟的基礎(chǔ)上做的改進(jìn)，將條形設(shè)置成多個(gè)齒狀，達(dá)到更好的挖掘效果，如CN202276642U、CN102440113A等專利申請(qǐng)，甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)申請(qǐng)的CN102440113A，馬鈴薯收獲機(jī)階梯狀挖掘鏟，即采用條形挖掘鏟設(shè)置成多個(gè)齒狀，增強(qiáng)了挖掘鏟的入土性能。

3.2 馬鈴薯分離清選

挖掘后的馬鈴薯跟土塊雜質(zhì)等混在一起，一般馬鈴薯收獲機(jī)在挖掘部件后都會(huì)設(shè)有分離清選裝置，按分離部件的結(jié)構(gòu)形式， 可將挖掘分為升運(yùn)鏈?zhǔn)?、旋轉(zhuǎn)分離篩式、振動(dòng)篩式、分離輥式、滾筒篩式等。

3.2.1 升運(yùn)鏈?zhǔn)椒蛛x清選

升運(yùn)鏈?zhǔn)今R鈴薯挖掘機(jī)作業(yè)時(shí)，挖掘鏟將薯塊連同泥土挖起，送到回轉(zhuǎn)抖動(dòng)式升運(yùn)鏈上，在升運(yùn)鏈的抖動(dòng)作用下，泥土與薯塊分離，從升運(yùn)鏈桿條的間隙中漏下，薯塊則由升運(yùn)鏈后端下落。如DE3810942、SU1802989A1、CN203206728U等專利申請(qǐng)，均采用升運(yùn)鏈?zhǔn)降姆蛛x清選裝置。升運(yùn)鏈?zhǔn)降姆蛛x清選裝置除了具有分離清選功能外，還具有運(yùn)送功能，如馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)：JP特開(kāi)平847318A、SU893162，均采用多級(jí)升運(yùn)鏈，邊清選邊輸送，輸送過(guò)程中一直在進(jìn)行分離清選作業(yè)，清選分離效果好。

3.2.2 振動(dòng)篩式分離清選

振動(dòng)篩式分離清選裝置的分離部件一般由前后配置的2個(gè)篩子組成。在第一篩（前篩）的前端固定著挖掘鏟，并由動(dòng)力通過(guò)振動(dòng)部件使其振動(dòng)。如CN202135494U，一種農(nóng)作物挖掘收獲機(jī)，采用的技術(shù)方案即為與挖掘鏟22固定的由梳桿21組成的前篩，通過(guò)振動(dòng)臂19驅(qū)動(dòng)振動(dòng)，以及后部的簸篩邊框15中的振動(dòng)篩，由后振動(dòng)臂16驅(qū)動(dòng)振動(dòng)。按分離篩的固定形式和擺動(dòng)方向，此類振動(dòng)篩式分離清選裝置可分為2種：一種是分離篩繞立軸擺動(dòng)的振動(dòng)篩；另一種是分離篩安裝在4根平行吊桿上，可做前后擺動(dòng)的振動(dòng)篩，如SU1720531A1，根莖收獲機(jī)挖掘分離部件，即采用多根平行吊桿驅(qū)動(dòng)挖掘鏟后方的振動(dòng)篩前后擺動(dòng)。

3.2.3 旋轉(zhuǎn)分離篩式分離清選

旋轉(zhuǎn)分離篩又稱為轉(zhuǎn)盤式分離篩，一般布置在挖掘鏟后方，由圓盤形的外邊框支架和成十字交叉的支桿支撐形成。該裝置工作時(shí)，首先挖掘鏟挖掘起來(lái)的薯塊和土塊混合物進(jìn)入到轉(zhuǎn)盤分離篩中，薯塊和土塊混合物在轉(zhuǎn)盤分離篩中滾動(dòng)，土塊慢慢變碎，被篩分出去。該類型分離清選裝置一般設(shè)置在小型馬鈴薯挖掘收獲機(jī)中，由牽引裝置牽引驅(qū)動(dòng)。如CN101803508A、CN102077726A、CN202035284U、CN203446207

U等專利申請(qǐng)均采用旋轉(zhuǎn)分離篩式進(jìn)行分離清選。

3.2.4 滾筒篩式分離清選

滾筒式分離清選裝置一般體積較大，但分離清選效果好，通常設(shè)置在馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)中，如RU2080764C1、CN203181549U、KR100744355B等專利申請(qǐng)均采用滾筒式分離清選裝置進(jìn)行分離清選。

3.2.5 分離輥式分離清選

分離輥式分離清選裝置的一般結(jié)構(gòu)為在挖掘鏟后設(shè)置多個(gè)旋轉(zhuǎn)的輥或滾筒，轉(zhuǎn)向相同，在輥或滾筒上設(shè)置若干分離齒，相鄰的輥或滾筒上的分離齒交錯(cuò)排列。具體結(jié)構(gòu)如專利CN201878537U，機(jī)引多功能薯類挖掘機(jī)。該結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是分離輥上的分離齒具有破土和梳刷的功能，對(duì)大土塊破碎效果好，并且對(duì)于莖稈類雜物進(jìn)行梳刷分離，防止分離清選裝置堵塞。EP1836889B1、JP特開(kāi)2000-106729A、RU2187923C2、JP特開(kāi)2011-130668A等專利申請(qǐng)均是對(duì)分離輥式分離清選裝置進(jìn)行的改進(jìn)。

3.3 馬鈴薯輸送裝置

輸送裝置一般設(shè)置在馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)中，一般采用擋邊帶式輸送機(jī)，布置形式為側(cè)向升運(yùn)式，根據(jù)實(shí)際需求，有折疊式和非折疊式，同時(shí)，有的馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)中的輸送裝置還具有分級(jí)功能。

3.3.1 折疊式輸送裝置

折疊式輸送裝置具有輸送距離遠(yuǎn)，結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)。一般分為工作狀態(tài)和儲(chǔ)運(yùn)狀態(tài)。專利CN202524757U，馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)，即是對(duì)折疊式輸送裝置的一種改進(jìn)。此外，GB2134763A、US20130149092A1等專利申請(qǐng)也是對(duì)折疊式輸送裝置進(jìn)行的改進(jìn)。

3.3.2 非折疊式輸送裝置

非折疊式輸送裝置由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，應(yīng)用較為普遍，專利申請(qǐng)CN102428793A、JP特開(kāi)平847318A、SU1050598

A、SU1329655A1、GB2195223A等均是對(duì)非折疊式輸送裝置進(jìn)行的改進(jìn)。非折疊式輸送裝置一般都采用多級(jí)輸送裝置，其中GB2195223A，馬鈴薯收獲機(jī)分級(jí)裝置，和SU1329655A1，馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)，均采用的是多級(jí)升運(yùn)鏈?zhǔn)降妮斔脱b置，輸送過(guò)程中不斷分離薯塊中的土塊。

3.3.3 具有分級(jí)功能的輸送裝置

在很多馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)中，輸送裝置輸送過(guò)程中會(huì)帶有馬鈴薯分級(jí)功能，如專利SU1554801A1、SU1802989A1、CN

101606458A、CN103503627A均是對(duì)輸送裝置中的分級(jí)設(shè)備進(jìn)行的改進(jìn)，其中SU1802989A1，馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)，在提升輸送之后采用傾斜的篩孔由小到大的分選篩進(jìn)行分級(jí)。而CN101606458A，分級(jí)裝袋式薯類聯(lián)合收獲機(jī)，則采用在輸送過(guò)程中設(shè)置輥軸鏈?zhǔn)椒旨?jí)裝置進(jìn)行馬鈴薯分級(jí)。

4 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)馬鈴薯收獲過(guò)程在整個(gè)農(nóng)業(yè)收獲體系中處于自動(dòng)化及機(jī)械化的較低水平，現(xiàn)有的馬鈴薯收獲機(jī)械不能滿足生產(chǎn)要求，如售價(jià)較高、機(jī)械化程度低、生產(chǎn)效率低下、作業(yè)損失大以及通用性差等，研制高效、機(jī)械化程度高、生產(chǎn)效率高、作業(yè)損失小和通用性好的馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)械是必然趨勢(shì)。

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