马铃薯收获机械的研究与应用

马铃薯收获机械的研究与应用

甘薯是世界上继小麦、水稻和玉米之后的第四个重要谷物。据统计,2010年中国马铃薯种植面积与产量分别达到520.53万hm2和8154万t,在世界均居领先地位。随着马铃薯产业化水平不断提高,目前全国马铃薯加工企业已经发展到约5000家,其中规模化深加工企业约150家,全国精淀粉年加工能力200万t左右、全粉年加工能力10多万t,薯片薯条年加工能力25万t左右。近年来,我国耕地面积减少、水资源缺乏,水稻、小麦和玉米三大粮食作物的种植面积逐步下降,粮食产业抗御自然灾害能力日趋减弱。随着这一趋势进一步发展,将可能危及我国的粮食安全。马铃薯作为一种粮菜兼用型农作物,凭借较高的水分利用率、较长的产业链和较高的经济效益等优势,种植面积仍有增加趋势。由此可见,马铃薯以其增产潜力大、营养丰富、加工的食品类型多等特点,将对解决中国粮食安全起到重要作用,是一种抗灾作物。但我国的马铃薯产业还存在一定的问题。目前,我国马铃薯生产综合机械化水平不到20%,特别是占生产总用工70%以上的马铃薯收获作业,至今在大部分地区还沿用传统的人工割秧、镐头刨薯、人工捡拾。许多地区的马铃薯生产机械化平较低,严重影响了马铃薯的规模化生产,使之远远不能满足市场的需求。1.国外松茸收获机械的发展(1)国外松茸收获机械的发展(2)发达国家的红薯收获机械发展2.国内甘蔗收获机械的发展(1)国内甘薯收获机械的发展(2)国内甘薯收获机械发展的特点和问题(3)马铃薯联合收获机随着我国马铃薯种植面积和总产量均跃升至世界首位,我国也成为世界上马铃薯消费增长最快的国家之一。但是我国许多地区的机械化收获水平仍较低,严重影响了马铃薯的规模生产,使之远远满足不了市场的需求。因此,为了适应全球化、国际化的竞争,急需通过对国内外马铃薯收获机械的综合研究,针对相应的耕作方式设计新型的集挖掘、分离、输送、分级、装袋(装箱)为一体的马铃薯联合收获机,以满足马铃薯生产的需要,推动我国马铃薯产业的发展。国外马铃薯机械化收获技术起步早、发展快、技术水平高,一些马铃薯收获机械不但生产率高而且还将高新技术融于农具之中,如采用振动、液压技术进行挖掘,采用传感技术控制喂入量、马铃薯传运量及分级装载;采用气压、气流、光电技术进行碎土和分离以及利用微机进行监控和操作等。20世纪初,欧美国家首先出现了畜力牵引式马铃薯挖掘机代替了传统的手工挖掘薯块的收获形式,随后又改为拖拉机牵引或悬挂式。20年代末又相继出现了升运链式和抛掷轮式的马铃薯挖掘机。40年代初,前苏联和美国就开始研制、推广应用马铃薯收获机械,50年代末即已经实现了机械化。60年代马铃薯收获机械在欧美等国开始大量的生产使用,70年代主要是研制大功率自走式根块作物联合收获机械。在这些机型中,有很多是由大功率的拖拉机改造而成,如荷兰在拖拉机的基础上按照甜菜联合收获机的原理制成的四行马铃薯联合收获机,为了加强筛选效果,分离器有4个液压泵带动。80年代,德国、英国、法国、意大利、瑞士、波兰、匈牙利、日本和韩国亦相继实现了马铃薯生产机械化。观察国外马铃薯收获机械,挖掘机的生产和使用所占的比例趋于下降,而联合收获机得到了迅速的发展。目前,发达国家已经基本实现了马铃薯的机械化收获。国外现有机具可分为两种主要类型:第一类是以俄罗斯、美国等国生产的机型为代表,普遍采用大功率自走式联合收获机。如俄罗斯国家农机研究所生产联合体研制的KCK—4—1型、KCK—4A—1型等机型;美国LoganfarmEquipmentCO.LTD生产的W9032、W9034、W9038等4行收获机。它们的共同特点是一次完成切蔓、挖掘、分离、筛选、分级、提升、卸料等作业,但是体积较为庞大、显得有点笨重,而且消耗功率也大,仅适合在大面积的土地上使用,不适合中小地块。第二类是以德国、意大利、挪威等国生产的机型为代表与中型拖拉机配套的牵引式马铃薯收获机。如挪威KvernelandNarboAS公司生产的UN2600型系列牵引式2行马铃薯收获机;德国“嘉博曼”公司生产的yra—2型2行马铃薯联合收获机见(图1),该机装有装卸输送带、茎叶拔除辊、万向轴、照明设备,挖掘器还装有转向轴和压缩空气装置,其配套动力为60kW;意大利思培多公司生产的Cpp—BD—150/S型系列悬挂式收获机;德国格瑞莫(GRIMME)公司生产的GT170马铃薯挖掘机,该机采用液压仿行轮,实现了挖掘深度的仿行;比利时“迪沃夫”公司生产的马铃薯收获机(图2),它具有速度快,效果好,能将挖、筛、选同时操作等优点。在亚洲生产马铃薯收获机械的国家很少,并且相对起步也比较晚,但是发展速度比较快,尤其是近几年韩国和日本生产了部分小型马铃薯挖掘机。如韩国高山机械公司生产的小型单行和双行马铃薯、地瓜挖掘机,相对上述机型比较适合中小地块适用解放初期,我国收获马铃薯主要采用人工刨或旧犁挖掘的落后方式。在20世纪60年代初期,有关农机部门开始相关的研制工作,引进了西德VR—2、波兰RCE—2、英国Johson、瑞士SamroJunior和前苏联的KTH—2型马铃薯收获机并进行了生产性能试验,力图吸收消化国外技术、开发同类产品。70年代中期,由于手扶拖拉机的大量推广应用,国内又掀起了为手扶拖拉机配套的马铃薯收获机的研制高潮,成功研制了鼠笼式马铃薯收获机,但受当时的配套动力限制,未能生产和推广。期间,最有代表性的是内蒙古农机所研制的与40.4kW拖拉机配套的4U—1型马铃薯集条收获机,进行了小批量生产。80年代在北京举办的12国农机展览会,吸引了不少国外马铃薯机具厂商参展,其中有西德哈格多思农机有限公司生产的集条收获机、瑞士生产的装袋和集堆收获机、日本东洋农机株式会社生产的TPO—2型集条收获机、法国英罗公司生产的M112型集条收获机。90年代中期,由于国产小四轮拖拉机的大量推广和应用,研制马铃薯收获机已被列入重要日程。而此后,市场需求旺盛,先后有小型升运链式马铃薯收获机、振动式马铃薯收获机和新型农用液压式挖掘机投放市场,操作简单、性能可靠、实用性强。近年来,随着我国马铃薯生产的快速发展和农业机械化水平的快速提高,马铃薯生产机械化呈现快速发展的良好态势,现已列入国家支持推广目录的马铃薯收获机型有38种。国内马铃薯收获机械的研制起步较晚,发展也相对缓慢,主要以配套动力小、结构简单、轻便机型为主,处于中小型悬挂收获机的研制推广阶段,所研制机具的技术水平与国外相差甚远。同时,马铃薯收获机械的研制大都根据经验设计,没有精确的理论和先进的研究手段为基础,因而在实地作业中也存在着一定的问题,如对我国不同地区的耕地条件、农艺要求适应性差;壅土阻塞;分离效果不好,明薯率较低;马铃薯损伤较重,尤其是薯皮损伤较重;在杂草或秧叶还未枯萎的田地进行作业时,部分机型堵塞现象比较严重,直接影响机器的正常工作;个别机型设计原理不够合理,结构松散,使用寿命短等一系列的问题。近年来针对以上不足及马铃薯生产现状的迫切需要,国内先后有多家科研单位和企业研制马铃薯收获机。如现代农装科技股份有限公司研制的4SW—2型马铃薯挖掘机;河北围场农机研究所研制的4VM—1A型、4VM—2A型的马铃薯挖掘机;黑龙江齐齐哈尔建新厂研制的4U—2牵引式马铃薯收获机;西安圣农农业机械有限责任公司研制的4U—1型马铃薯收获机(图3);内蒙古包头市农机所研制的4U—12.5型大型马铃薯收获机;黑龙江生产的4S00—1.2型中型马铃薯收获机;中国农机化科学研究院在吸收国外先进技术的基础上优化设计的背负式联合收割4UL—1型、拖拉机后悬挂式4UW—120型两种新型马铃薯联合收割机等。这其中最有代表性的是内蒙古农业大学研制的4SW—40型、4SW—60型马铃薯挖掘机和内蒙古呼和浩特市得力新技术设备厂生产的4ULDX—1500型马铃薯收获机。4SW—40型、4SW—60型马铃薯挖掘机,它们分别与18.4~22.1kW和22.1~29.4kW拖拉机配套,主要适合于平作或垄作种植的马铃薯挖掘,可一次完成挖掘、薯块分离与铺条等联合作业,具有结构轻巧、工作稳定、挖掘薯块完好、摆放整齐、使用可靠、生产效率高等优点,特别是收获垄上种植的马铃薯更能显示其优越性。4ULDX—1500型马铃薯收获机具有在湿润、干旱和多石地