馬鈴薯原原種收獲分級設(shè)備研究

權(quán)小兵，水清明，師麗麗，張娟寧，程永龍，張鶴瀟

（定西市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，甘肅 定西 743000）

馬鈴薯在我國具有廣泛的種植面積。由于其具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，產(chǎn)值高，因此大力發(fā)展馬鈴薯種植，對優(yōu)化我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)創(chuàng)收具有重大意義。由于馬鈴薯機(jī)械收獲水平低，因此對其進(jìn)行分級需耗費(fèi)大量的人力、物力。為滿足市場對馬鈴薯的分級要求，降低人工成本，加大對馬鈴薯收獲分級設(shè)備的研究顯得尤為重要。目前，市面上馬鈴薯原原種收獲機(jī)缺少分級功能，即使有分級功能的收獲機(jī)，由于其電機(jī)體積大、油耗高，分級過程中往往因震動偏離路線。因此，本文主要就馬鈴薯原原種的收獲分級設(shè)備進(jìn)行研究。

1 馬鈴薯原原種

馬鈴薯屬于多年生的草本作物，具有較高的營養(yǎng)價值和藥用價值。馬鈴薯可通過加工形成淀粉、生物膠、休閑食品等，也可應(yīng)用于醫(yī)藥、紡織、染料等工業(yè)。馬鈴薯原原種是種薯的脫毒試管苗經(jīng)過移栽或扦插最初產(chǎn)生的種薯。該種薯個頭小，標(biāo)準(zhǔn)高，不攜帶任何病毒或類病毒且無細(xì)菌、真菌感染。通常馬鈴薯原原種的培育在溫室或室內(nèi)進(jìn)行，管理人員應(yīng)做好蚜蟲，螨蟲等害蟲的預(yù)防工作。目前，我國馬鈴薯原原種的生產(chǎn)方式主要有無土基質(zhì)栽培、試管薯誘導(dǎo)生產(chǎn)以及氣霧栽培生產(chǎn)三類[1]。馬鈴薯原原種作為我國現(xiàn)代化馬鈴薯種植的優(yōu)選種薯，適合大面積種植。由于其種薯品質(zhì)較好，因此不會因細(xì)菌、病毒等的侵襲造成其退化，進(jìn)而產(chǎn)生各類疾病，所以能夠保證良好的作物產(chǎn)量和品質(zhì)。

2 馬鈴薯收獲機(jī)

2.1 收獲機(jī)主要機(jī)型

目前，我國馬鈴薯收獲機(jī)主要為牽引式收獲機(jī)和自走式收獲機(jī)兩大類。牽引式收獲機(jī)是目前使用最為廣泛的一類。根據(jù)馬鈴薯種植面積的大小，種植人員可分別選用牽引挖掘式收獲機(jī)或牽引式聯(lián)合收獲機(jī)[2]。

2.2 總體結(jié)構(gòu)

牽引挖掘式收獲機(jī)主要依靠振動篩和挖掘鏟實(shí)現(xiàn)馬鈴薯的收獲和分級。但由于我國馬鈴薯種植區(qū)域較廣，且地形地貌不一，因此牽引挖掘式收獲機(jī)種類繁多且存在較多使用問題。

牽引式聯(lián)合收獲機(jī)應(yīng)用普遍。現(xiàn)階段，我國使用的馬鈴薯原原種收獲分級設(shè)備主要與拖拉機(jī)配套進(jìn)行收獲作業(yè)。通過將收獲設(shè)備懸掛于拖拉機(jī)的后懸掛部位，進(jìn)而利用拖拉機(jī)提供的動力開展馬鈴薯的收獲作業(yè)。馬鈴薯原原種收獲設(shè)備總體結(jié)構(gòu)主要包括挖掘鏟、鎮(zhèn)壓輪、輸送裝置、分離裝置、清選裝置、機(jī)架、連接桿、傳動軸、變速箱等。收獲過程中，首先使用挖掘鏟將馬鈴薯從地下挖出。隨后使用鎮(zhèn)壓輪將其表面覆蓋的土塊壓碎。再使用分離裝置將馬鈴薯與其莖稈、枝葉進(jìn)行分離。隨后通過清選裝置，將不同大小的馬鈴薯進(jìn)行尺寸分選。最后，將不同體積的馬鈴薯分別進(jìn)行分裝，從而實(shí)現(xiàn)最終的機(jī)械化收獲作業(yè)。

自走式聯(lián)合收獲機(jī)與牽引式收獲機(jī)不同。該類型收獲機(jī)主要由殺秧、碎土、挖掘、分離、輸送、分級、袋裝裝置以及駕駛室和機(jī)架等部分組成。該類收獲機(jī)可實(shí)現(xiàn)殺秧、挖掘、分離清選、分級一體化，具有機(jī)械化程度高、工作效率高、收獲品質(zhì)高等特點(diǎn)。該類收獲機(jī)可在去除薯秧的同時將馬鈴薯、殘余薯以及土塊一起崛起，隨后進(jìn)入分離裝置完成去土、除秧和分級工作。

2.3 清選分級原理

目前，馬鈴薯收獲機(jī)分級功能主要是以傳統(tǒng)的分選機(jī)為原型進(jìn)行設(shè)計(jì)的。該功能增加了馬鈴薯收獲機(jī)的整體功能，實(shí)現(xiàn)了馬鈴薯的聯(lián)合收獲，大大提高了工作效率。馬鈴薯分級功能的實(shí)現(xiàn)主要依靠收獲機(jī)中的清選裝置。收獲分級設(shè)備，在拖拉機(jī)的牽引下前進(jìn)時將馬鈴薯運(yùn)送到下級輸送機(jī)，上下級輸送機(jī)在將其運(yùn)送至清選裝置上，隨后清選裝置對馬鈴薯進(jìn)行分級。最后，不同級別的馬鈴薯進(jìn)入各自的倉斗內(nèi)，倉斗下的出料口配備控制器，可實(shí)現(xiàn)機(jī)械化裝袋工作。清選分級裝置目前主要包括清選輥、清選架體、清選毛刷、調(diào)整機(jī)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)組成。其中，清選輥?zhàn)鳛榉旨壒δ艿闹饕考ǔＳ山饘俨牧现瞥?。由于其表面具有螺旋槽，因此在裝配時左、右旋的清選輥可成對安裝，在雙螺旋的推動作用下促使馬鈴薯橫向運(yùn)動[3]。另外，由于馬鈴薯在移動過程中不停旋轉(zhuǎn)，清選裝置內(nèi)的清選毛刷在該過程中不斷清除馬鈴薯表面的泥土。其次，旋轉(zhuǎn)過程尺寸較小的馬鈴薯可從清選輥的空隙處落下，從而實(shí)現(xiàn)對馬鈴薯的分級工作。

3 各類收獲分級設(shè)備對比

牽引式馬鈴薯收獲機(jī)中的牽引挖掘式馬鈴薯收獲機(jī)具有傷薯率低、明薯率高、含雜率低，結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、與之相配的拖拉機(jī)常見、適用于小地塊、價格便宜。但該收獲機(jī)勞動強(qiáng)度較大，適用于我國馬鈴薯小面積種植的區(qū)域。由于該類收獲機(jī)適用場景較少，目前已被逐步取代。

牽引式馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)具有傷薯率低、明薯率高、含雜率低，可一次性完成馬鈴薯的挖掘、土薯分離、輸送、分級工作。該收獲機(jī)勞動強(qiáng)度低、工作效率高。但該類型收獲機(jī)對配套的拖拉機(jī)動力要求較高且操作較為繁瑣，主要適用于大中型地塊，是目前主要使用的收獲機(jī)類型[4]。

自走式馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)具有操作簡單，自帶動力輸出裝置可一次性完成馬鈴薯的殺秧、挖掘、土薯分離、輸送、分級、裝袋等工作，且勞動強(qiáng)度低，工作效率高。但類型收獲機(jī)傷薯率、含雜率較高、價格較高、維護(hù)工作較為復(fù)雜。目前主要應(yīng)用于國外大型農(nóng)場，我國馬鈴薯種植區(qū)內(nèi)使用率極低。

4 收獲分級設(shè)備存在的問題

4.1 清選分級效率低

馬鈴薯單位時間內(nèi)進(jìn)入分級設(shè)備的數(shù)量決定其利用效率。進(jìn)入數(shù)量過多會造成馬鈴薯運(yùn)動速度下降，進(jìn)而導(dǎo)致分級準(zhǔn)確性和效率下降。進(jìn)入數(shù)量少又可造成分級設(shè)備空間浪費(fèi)，影響馬鈴薯分級效率。

另外，清選輥的轉(zhuǎn)動速度直接影響馬鈴薯的移動速度，進(jìn)而直接影響馬鈴薯的掉落效率。其次，清選輥間隙大小也會影響分級效率。過大會造成分級不準(zhǔn)確，過小會造成馬鈴薯大量聚集，無法快速排出。

4.2 傷薯

分級設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過程中一旦馬鈴薯數(shù)量過多會造成聚集，不僅難于實(shí)現(xiàn)正常分級，還會造成壓力激增，導(dǎo)致下層的馬鈴薯被磨損，出現(xiàn)大量破皮現(xiàn)象。另外，馬鈴薯在掉落至清選輥上時，容易出現(xiàn)磕碰現(xiàn)象。其次，清選輥轉(zhuǎn)速往往過快，導(dǎo)致馬鈴薯在與清選輥接觸時出現(xiàn)破皮現(xiàn)象。因此，對于分級設(shè)備的設(shè)計(jì)研究應(yīng)以調(diào)整轉(zhuǎn)速、減少磨損、合理控制投入量為主要方向，從而有效提高馬鈴薯的分級效率。

5 展望

綜上所述，隨著馬鈴薯原原種的大面積種植，馬鈴薯收獲分級設(shè)備應(yīng)用逐漸增多。為提高馬鈴薯收獲分級設(shè)備的工作效率，減少農(nóng)民工作量，我國應(yīng)加大對馬鈴薯收獲分級設(shè)備的研究。目前，我國馬鈴薯收獲設(shè)備主要選用牽引式馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)，但該設(shè)備對配套的動力要求高，需要大功率拖拉機(jī)牽引其作業(yè)，且操作復(fù)雜，適合大面積種植區(qū)域。另外，現(xiàn)階段使用的收獲分級設(shè)備具有分級效率低、傷薯率高等缺點(diǎn)。對于后期分級設(shè)備的研究應(yīng)從提高設(shè)備部件的裝配精度出發(fā)，提高機(jī)器參數(shù)設(shè)置范圍和精準(zhǔn)度，可根據(jù)實(shí)際分級需要調(diào)整輥軸的轉(zhuǎn)速和間隙，減少分級設(shè)備對馬鈴薯表皮的破壞。其次，還可通過在輥軸表面套上一層食品級橡膠，從而減少馬鈴薯蹭皮現(xiàn)象的發(fā)生，進(jìn)而提高馬鈴薯的收獲品質(zhì)。