甜菜收获机械化茎叶切削技术

卢秉福 ，耿 贵 1，，周艳丽 2，

（1.黑龙江大学农作物研究院，哈尔滨 150080；2.黑龙江大学农业资源与环境学院，哈尔滨 150080；3.中国农业科学院甜菜研究所，哈尔滨 150080）

甜菜收获作业是甜菜生产的一个重要环节，也是甜菜生产机械化的一个难点，季节性强，劳动强度大。实现甜菜收获机械化，不仅能提高生产效率，节约劳力，降低劳动强度，将人们从繁重的甜菜收获劳动中解脱出来，还能降低收获环节中不必要的损失。随着农业生产技术水平的不断提高，采用机械化、自动化收获机具实现甜菜收获，对提高甜菜产业竞争力具有重要的意义。

1 甜菜机械化收获方法

1.1 联合收获法

联合收获法是指用甜菜联合收获机一次作业完成切缨、挖掘、清土、装运等工序。此法的优点是一次完成所有甜菜收获作业，所需要的劳动力少，劳动生产率可以大幅度提高，劳动强度减轻，收获损失也较小，适用于经营规模大、经济发展水平高的地区。它的缺点是联合收获机构造复杂，投资费用大，而在一年中的使用时间短，并要求有较高的使用技术。

1.2 分段收获法

分段收获法也称两段法或三段法收获。先切去甜菜叶缨，然后再用甜菜挖掘机起收并装运，或先切去甜菜叶缨，用甜菜挖掘机挖出甜菜集条，再用捡拾机械捡拾并装运。此法的优点是甜菜收获时可以各自完成作业，缺点是机器两次或三次作业，对土壤破坏和压实程度增加，油料消耗比联合收获法增加7%～10%。

2 甜菜茎叶切削装置

现代甜菜收获机上获得最广泛应用的茎叶切削装置有3种类型，它们之间的区别在于主要部件——仿形器与切刀本身构造不同以及两者之间组合的不同。

2.1 主动圆盘仿形器和被动平直切刀茎叶切削装置

主动带齿圆盘仿形器和被动平面切刀组合，通过主动圆盘仿形器对甜菜产生仿形效果，使切刀位于所要求的切削高度，在水平位置将甜菜茎叶及青顶切除。在仿形与切削过程中，仿形器经过的轨迹可分为4个阶段，即冲击、升起、切削、下降，其中每个阶段都应满足一定的技术要求，尤其是在冲击阶段，仿形器不能将块根推斜或推倒，为此，仿形器对块根作用的水平分力不应超过某一许可值。此外切刀和仿形器的参数以及机器的工作速度等要选择合理，调整得当，相互适应，满足甜菜的农业物理特性及其茎叶和青顶的切削要求。目前大多数甜菜收获机都采用主动圆盘仿形器和被动平直切刀茎叶切削装置，这种甜菜茎叶切削装置结构简单，有良好的工作性能和适应性，能在湿度较大，土质松软的地里工作。其缺点是容易堵塞切刀，不能适应高速作业。表1为几种具有代表性的主动仿形器和被动切刀的茎叶切除装置的技术参数。

2.2 被动仿形器和主动旋转圆盘切刀切削装置

被动滑掌式仿形器与主动圆盘切刀组合，仿形器从甜菜顶上拖过时产生仿形效果，带动与之连接的圆盘切刀在适当的水平位置将茎叶切除。这种装置适用于中等茎叶产量，青顶较低以及土壤坚实的地区。其最大优点在于作业可靠，对气候条件适应性强，可以适应较高的工作速度，而工作性能又不明显变坏，同时，也不会堵塞切刀。但是，该装置结构较复杂，不易调整，不便于茎叶收集。

表1 具有主动仿形器和被动切刀的茎叶切除装置的技术参数

被动仿形器在甜菜块根长出地面较高以及块根与土壤连结较弱的地块工作时，会发生甜菜块根被仿形器推倒或推斜的现象，并且随着速度的加快，被推倒的块根数也随之增加，其变化范围为1.9%~5.6%，此时，茎叶切除质量下降。几种典型具有被动仿形器和主动切刀的茎叶切除装置的技术参数如表2所示。

2.3 旋转连枷式除叶、滑板式切刀切削装置

采用一对反方向旋转的滚筒钢刀和橡胶棒，将甜菜根头上部茎叶打掉并清理干净，随后，仿形板带动切刀从根头上拖过将根头切去。该装置以法国生产的甜菜收获机使用最多，其他国家较少见。该装置结构简单，不会堵塞，根头切削质量好。特点是茎叶严重破碎，只能做绿肥，不能回收利用。

表2 具有被动仿形器和主动切刀的茎叶切除装置的技术参数

3 甜菜根头清理部件

3.1 清理部件的类型

根头清理部件一般配置在挖掘部件前面，或者配置在茎叶切割装置和挖掘部件之间，清理器工作部件与其机体的连接形式主要为铰接或钢性连接。在单行或双行收获机上，清理器大多采用钢性连接、链传动，用来清理甜菜根头，并把混杂物抛到行间或已收过的地段。采用钢性连接的清理器，其结构简单，工作可靠。随着宽幅分段式甜菜收获机械的应用，出现了不仅要清理甜菜行上和行间，而且还有把植物混杂物排出清理区之外的必要性，为此研制出了回转式和螺旋回转式清理器。其传动为混合式，它包括减速箱、万向节、链条或皮带。

3.2 清理部件的运动方向

清理部件的运动有运动方向与机器前进方向一致的清理器、也有运动方向水平垂直于机器前进方向的清理器、垂直转轴的根头清理器和摆动的根头清理器。在美国、法国、荷兰等国家，广泛采用运动向与机器前进方向一致的清理器，这种清理器的优点是能把清理区内的、行上和行间的残留茎叶清出界外。由于清理器把泥土、残叶和其它植物残余输送到已收过的地面上，动力消耗较大。运动方向水平垂直于机器前进方向的清理器，即对甜菜行来说，是从横向清理块根，这种清理器多被用在单行和双行甜菜联合收获机样机上。其优点是，在根头清理质量令人满意的情况下，可以把茎叶排除到工作行区域之外。但是，随着作业行数增多和工作速度的提高，工作质量显著下降。垂直转轴根头清理器和摆动的根头清理器由于结构复杂，工作可靠性差，而未能在生产上大量应用。

3.3 清理部件的运动速度

当清理器转动所在的平面与甜菜行中心线平行、垂直或成角度时，留在块根上的茎叶量与清理器的移动速度（即机器的作业速度）的关系如图1所示，当清理器转动所在的平面与甜菜行中心线成角度，或清理器转动所在的平面与甜菜行中心线垂直时，随着清理器移动速度的提高，根头清理质量恶化，而前者较后者恶化得更快，这是因为，在整个工作幅宽内 （特别是六行作业的机器），清理器要输送行上和行间的茎叶与植物混杂物而减弱对根头的清理作用所致，因此更适于低速作业。而清理器转动所在的平面与甜菜行中心线平行时，随着清理器移动速度的提高，留在根头上的茎叶的量增加得并不明显，根头清理质量恶化较慢，因此比较适于高速作业。对各种不同结构的清理器来说，随着机器工作速度的提高，而在根头上的茎叶也随之增加，即清理根头的总的时间减少了。

图1 根头上残留茎叶量与机器工作速度的关系

对工作部件转动所在平面垂直于甜菜行中心线的清理器，当机器工作速度为2m/s时，可以获得清理根头上植物混杂物的最好工作质量。将机器工作速度提高到2.5～3m/s时，能提高其生产率，但此时清理器将不能满足农业技术要求。

3.4 清理部件的材料

现有甜菜收获机的根头清理器工作部件基本上是用橡胶带、浸橡胶布带或塑料带制成的扁平叶片，叶片长125～360mm，宽30～75mm，厚8～24mm。但是，这种工作部件没有足够的耐磨性，不仅不能有效地清理根头，还会造成块根的损伤和从土壤中打出块根，同时又使清理器的动力消耗也随之增加。

用卡普隆丝（尼龙6）做工作部件的清理器，同用批量生产的橡胶叶片做工作部件的清理器进行的对比试验表明，在清除根头上残留茎叶时，两种清理器都能保证大致相同的清理效果。但是，带橡胶叶片的清理器，在机器前进速度为2～3m/s时，轻微损伤的块根为4%～6%，严重损伤的块根为2.5%～4%。此外，从行中被打出的块根，也超过农业技术要求。用卡普隆丝做工作部件的清理器，在正常工作条件下，块根既无损伤，也不会被打出来。

4 切削质量对甜菜产量的影响

我国甜菜收购标准规定，每个块根重量应大于100g，尾根直径应大于1cm，切削方法分为一刀平切和多刀切削。一刀平削法省工、省力、效率高，多为机械收获所采用。

由于仿器机构，切削位置和操作等方面的问题，机械收获造成块根损失，关于切削量对甜菜产量的影响问题，有关资料已有较多的报道。从图2中可看出，甜菜单产为42t/hm2时，正常切削对产量无影响；多切深1cm，块根损失3400kg/hm2，产量损失达8%；如多切2cm，块根损失 6300kg/hm2，产量损失达15%；如多切3cm，块根损失9200kg/hm2，产量损失多达22%。因此，采用机械化收获甜菜，切削质量对甜菜产量有重要影响。

甜菜茎叶切削装置工作性能的好坏还直接影响到供给糖厂原料的质量。茎叶切削装置应将茎叶连同块根青顶一起切除，使块根上没有残留的茎叶，因为块根堆积中含有茎叶之类的混杂物会使块根变坏并引起糖分的损失。另一方面，当切削过低时，则与被切下的茎叶一起带走的含糖物质也将增加，使糖产量下降。块根切削高度低于正常切削面时含糖物质的损失接近8%～15%。由此可见，使茎叶切削装置实现准确切削是多么重要，而切削的准确度又取决于许多因素。

图2 甜菜顶切削量与产量损失的关系

5 结论

甜菜收获机的工作效果，在很大程度上取决于根头的切削质量。但是，由于块根在行上分布得不均匀，有时达不到所要求的切削质量，特别是在工作速度提高的情况下，更是如此。因此，改善清除根头上残留茎叶和叶柄的工作过程是很重要的问题。而且这些问题的合理解决必将提高块根含糖物质的收获量，消除清理块根的手工劳动，减少块根收获物中的茎叶含量，以及提高甜菜收获机的生产率。

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