馬鈴薯?yè)焓皺C(jī)發(fā)展現(xiàn)狀及主要功能結(jié)構(gòu)研究

楊金磚 李國(guó)民 郝磊

摘 要：馬鈴薯作為我國(guó)重要的農(nóng)作物和生產(chǎn)原料，我國(guó)每年對(duì)于馬鈴薯的需求量都很大。但現(xiàn)階段，馬鈴薯的生產(chǎn)基本上還是以依靠人力勞動(dòng)為主，生產(chǎn)效率低下，勞動(dòng)力資源浪費(fèi)明顯。為優(yōu)化馬鈴薯的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，馬鈴薯?yè)焓皺C(jī)近年來(lái)得到了一定的普及與使用，我國(guó)對(duì)其技術(shù)研究和結(jié)構(gòu)改造也十分重視，這有利于馬鈴薯生產(chǎn)機(jī)械化的實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：馬鈴薯；撿拾機(jī)械；原理；技術(shù)特點(diǎn)

中圖分類號(hào)：S225.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.03.005

馬鈴薯是我國(guó)廣泛種植的一種經(jīng)濟(jì)作物，也是我國(guó)的主要蔬菜作物之一，馬鈴薯不僅應(yīng)用于食品，還廣泛應(yīng)用于淀粉加工、工業(yè)原材料等很多領(lǐng)域。馬鈴薯作為僅次于小麥、水稻和玉米的重要農(nóng)作物，提升其生產(chǎn)的科學(xué)化和便捷程度十分重要。在傳統(tǒng)的栽培模式下，對(duì)于馬鈴薯的收獲往往需要耗費(fèi)大量的人力和物力，且作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)、勞動(dòng)強(qiáng)度大，不利于生產(chǎn)效率的提升。隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展，馬鈴薯?yè)焓皺C(jī)械逐漸得到發(fā)展與使用，這不僅有效減輕了勞動(dòng)負(fù)擔(dān)，還促進(jìn)了馬鈴薯種植向著規(guī)模化方向發(fā)展，對(duì)馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的優(yōu)化和升級(jí)具有顯著的作用和意義。

1 發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用情況

我國(guó)對(duì)于馬鈴薯挖掘和撿拾的相關(guān)機(jī)械研究起始于20世紀(jì)60年代，最初的研究采用技術(shù)引進(jìn)的方式，先后從德國(guó)、前蘇聯(lián)、波蘭等國(guó)引進(jìn)了成熟機(jī)型并進(jìn)行研究與開發(fā)。到20世紀(jì)70年代中期，我國(guó)成功研制出鼠籠式馬鈴薯收獲機(jī)，但由于拖拉機(jī)保有量不足，配套動(dòng)力缺失而難以實(shí)現(xiàn)大量推廣。直到20世紀(jì)90 年代中期，隨著小型輪式拖拉機(jī)的大量使用，馬鈴薯栽培的相關(guān)農(nóng)業(yè)機(jī)械再次被重視和研究，包括了小型升運(yùn)鏈?zhǔn)健⒄駝?dòng)式和新型農(nóng)用液壓式馬鈴薯挖掘機(jī)被投放市場(chǎng)。隨著馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，馬鈴薯的挖掘和撿拾設(shè)備在技術(shù)上有了快速發(fā)展，其相關(guān)功能也得以完善。

近年來(lái)，我國(guó)對(duì)馬鈴薯?yè)焓皺C(jī)的研究十分重視，不僅完成了技術(shù)和理論方面的研究，很多自主先進(jìn)機(jī)型也基本實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品化。隨著相關(guān)技術(shù)分析和試驗(yàn)的不斷完善，結(jié)合我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況，為規(guī)范化馬鈴薯產(chǎn)業(yè)機(jī)械設(shè)備使用情況，中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)機(jī)械化管理司發(fā)布了《馬鈴薯收獲機(jī)質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》，參照以上規(guī)范，馬鈴薯?yè)焓皺C(jī)的相關(guān)參數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)見下表所示。

2 撿拾機(jī)械的工作原理

現(xiàn)階段可供撿拾馬鈴薯使用的機(jī)械主要分為兩類，一類是通過(guò)挖掘機(jī)將馬鈴薯翻至地表，再通過(guò)撿拾機(jī)實(shí)現(xiàn)收獲；另一類是聯(lián)合機(jī)型，包括拖拉機(jī)牽引和自走兩種形式，能夠?qū)崿F(xiàn)馬鈴薯的直接收集。馬鈴薯挖掘機(jī)與撿拾機(jī)配合作業(yè)更適合于現(xiàn)階段普遍的小規(guī)模生產(chǎn)使用，具有靈活作業(yè)的特點(diǎn)，相對(duì)而言更符合我國(guó)現(xiàn)階段生產(chǎn)需求。而聯(lián)合收獲形式則更適用于大規(guī)模農(nóng)業(yè)生產(chǎn)使用，同時(shí)由于聯(lián)合收獲機(jī)的體積較大，也難以在小地塊中實(shí)現(xiàn)收獲作業(yè)，但隨著農(nóng)村土地政策的不斷優(yōu)化，馬鈴薯的規(guī)模化經(jīng)營(yíng)將成為未來(lái)的趨勢(shì)。

受傳統(tǒng)耕作模式的影響，現(xiàn)階段的我國(guó)的馬鈴薯收獲仍以人力勞動(dòng)作業(yè)為主，機(jī)械化收獲的水平僅為20%左右，這遠(yuǎn)不及國(guó)際化70%的平均機(jī)械收獲水平，但隨著馬鈴薯種植業(yè)對(duì)于機(jī)械產(chǎn)品的需求不斷增長(zhǎng)，馬鈴薯收獲機(jī)械的研究和發(fā)展速度仍比較快。馬鈴薯收獲過(guò)程主要由挖掘、分離、撿拾、清選、分級(jí)和裝運(yùn)等工序組成。其中馬鈴薯?yè)焓皺C(jī)主要由撿拾設(shè)備、土薯分離設(shè)備、薯秧分離設(shè)備、薯塊輸送裝置、薯塊分級(jí)結(jié)構(gòu)、薯塊裝袋結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)系統(tǒng)、液壓操縱裝置以及機(jī)架、地輪等部分組成。機(jī)械動(dòng)力多通過(guò)與拖拉機(jī)懸掛連接提供，部分機(jī)型也采用了具備自身動(dòng)力的自走形式，能夠形成全面且系統(tǒng)化的作業(yè)模式。

馬鈴薯?yè)焓皺C(jī)作業(yè)中，需要事先通過(guò)挖掘機(jī)將硬化土壤松動(dòng)，并將馬鈴薯翻至表層，然后通過(guò)撿拾設(shè)備進(jìn)行撿拾作業(yè)。撿拾過(guò)程中盡量減少土壤和雜草等雜物的撿入，并有效保證馬鈴薯的撿拾率，撿拾后的馬鈴薯仍不可避免的帶有一定量的土壤、莖桿和雜草，它們被一起送入分離裝置，經(jīng)分離輸送裝置后，在抖動(dòng)、疏松、破碎的作用下，土壤由輸送帶間隙落到地面，之后剩余的馬鈴薯及其他雜余被送入薯秧分離設(shè)備，此時(shí)莖稈、雜草、地膜會(huì)被彈性梳桿阻擋并沿梳桿下滑，進(jìn)而被莖稈分離摘輥拉扯后拋在地面上。剩余的馬鈴薯落入薯塊提升裝置的中，經(jīng)過(guò)再次轉(zhuǎn)移后，在重力和離心力的作用下被運(yùn)送到分級(jí)裝置中進(jìn)行分級(jí)，分級(jí)后的薯塊被輸送裝置分別裝入袋中，以便于轉(zhuǎn)運(yùn)。

3 馬鈴薯?yè)焓皺C(jī)械的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 撿拾技術(shù)

馬鈴薯?yè)焓皺C(jī)構(gòu)的作業(yè)對(duì)象是挖掘后零散分布在地表的馬鈴薯，此時(shí)地表土壤較為松散，撿拾機(jī)構(gòu)通過(guò)結(jié)合土壤狀況、馬鈴薯地表的分布密度、散落狀況、種植行距等因素來(lái)進(jìn)行相關(guān)的調(diào)整。在保證對(duì)馬鈴薯有效撿拾的基礎(chǔ)上，還必須盡可能地減少馬鈴薯對(duì)土壤及雜物的攜帶，同時(shí)避免撿拾過(guò)程中馬鈴薯的損傷，并盡量降低撿拾阻力以節(jié)省拖拉機(jī)牽引的燃油消耗。撿拾機(jī)構(gòu)工作時(shí)，在拖拉機(jī)牽引動(dòng)力的帶動(dòng)下，撿拾鏟鏟刃切入薯壟松散的土壤中，土壤與薯塊共同沿鏟面斜向上移動(dòng)，被疏松的下層土壤開始下漏。通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)撿拾鏟的入土角度，能夠提高馬鈴薯?yè)焓皺C(jī)的分離性能并減少傷薯率，同時(shí)降低整機(jī)的阻力。

3.2 土薯分離技術(shù)

土薯分離技術(shù)主要是利用桿條式升運(yùn)鏈實(shí)現(xiàn)土石分離，通過(guò)升運(yùn)鏈的振動(dòng)機(jī)構(gòu)，能有效提升對(duì)土塊的分離能力。土薯分離器通常有三種類型，即橡膠指棒式、毛刷式和雙輥式，可分別用于三種不同的作業(yè)環(huán)境：橡膠指棒式多用于石塊較多的環(huán)境，毛刷式更適合于土塊較多的環(huán)境，而雙輥式多用在石塊、土塊較少的情況?，F(xiàn)階段使用的土薯分離技術(shù)在土壤較為干燥的情況下效果較好，但在濕潤(rùn)的土壤中容易出現(xiàn)粘土導(dǎo)致的效率降低，甚至影響分離效果。

3.3 薯秧分離技術(shù)

對(duì)于薯秧和雜草的分離，首先利用莖葉偏導(dǎo)桿的重量將薯秧和雜草壓靠在篩式升運(yùn)鏈上，然后通過(guò)摘薯輥與篩式升運(yùn)鏈的對(duì)轉(zhuǎn)擠壓將薯塊摘下，并將薯秧與雜草直接分離排出。薯秧分離裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，分離效率較高，同時(shí)性能穩(wěn)定可靠。

3.4 薯塊分級(jí)技術(shù)

薯塊分級(jí)主要是對(duì)馬鈴薯的體積大小選取一個(gè)中間值，以此值分出馬鈴薯的大小兩類，薯塊分級(jí)裝置由若干組分選輥構(gòu)成，分選輥的間隙可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)整。薯塊分級(jí)裝置布置于馬鈴薯收獲機(jī)的最后方，當(dāng)大小各異的馬鈴薯被輸送到這一位置時(shí)，以分選輥的間隙作為選擇標(biāo)準(zhǔn)，較小的薯塊會(huì)從分選輥的間隙處落下，而較大的薯塊得以保留，從而保證了薯塊按大小進(jìn)行分選并分別收集裝箱。

4 技術(shù)優(yōu)化及發(fā)展趨勢(shì)

（1）工作性能的進(jìn)一步優(yōu)化。盡管現(xiàn)階段的馬鈴薯?yè)焓凹夹g(shù)取得了一定的研究進(jìn)展，但仍需通過(guò)技術(shù)和結(jié)構(gòu)的改進(jìn)來(lái)優(yōu)化馬鈴薯?yè)焓皺C(jī)的相關(guān)功能，現(xiàn)階段的優(yōu)化重點(diǎn)集中在降低薯塊損傷、提高分離效果、減小挖掘阻力、降低能耗等方面。

（2）使撿拾機(jī)械向自動(dòng)化方向發(fā)展。由于馬鈴薯的品種繁多、各地區(qū)土壤性質(zhì)也不相同，單純采用機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行撿拾、分離與篩選很難完全滿足復(fù)雜情況的作業(yè)要求。通過(guò)現(xiàn)代化的自動(dòng)控制、傳感器技術(shù)、液壓技術(shù)的應(yīng)用，有利于針對(duì)不同作業(yè)環(huán)境情況調(diào)整挖掘鏟角度，分離輥速度與間隙，以達(dá)到撿拾機(jī)適應(yīng)性的提高，進(jìn)而提高生產(chǎn)率，獲得最佳收獲效果。

（3）提高撿拾機(jī)械的智能化程度。智能技術(shù)主要是賦予撿拾機(jī)械智能識(shí)別測(cè)控功能，如工作過(guò)程中能夠?qū)κ斋@產(chǎn)量進(jìn)行測(cè)量，繪制產(chǎn)量分布圖，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)；在撿拾時(shí)能夠使用傳感器監(jiān)測(cè)壟高、壟溝信息，進(jìn)而提升挖掘部件精確挖掘深度；運(yùn)用聲波智能系統(tǒng)、機(jī)器視覺(jué)識(shí)別技術(shù)在分離技術(shù)中能夠識(shí)別馬鈴薯中的土石塊，進(jìn)而幫助分離部件精確去除土石塊等。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)農(nóng)機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和農(nóng)機(jī)購(gòu)置補(bǔ)貼力度的繼續(xù)加強(qiáng)，馬鈴薯的生產(chǎn)機(jī)械化水平也必將得到快速的提升，相關(guān)農(nóng)機(jī)生產(chǎn)廠家應(yīng)重視馬鈴薯?yè)焓皺C(jī)的優(yōu)化與升級(jí)，努力提升產(chǎn)品質(zhì)量與技術(shù)含量，以促進(jìn)馬鈴薯機(jī)械化生產(chǎn)的健康發(fā)展。

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