马铃薯收获机械的研究与发展

金英慧

（辽宁省农机质量监督管理站，辽宁 沈阳 110034）

马铃薯收获机械的研究与发展

金英慧

（辽宁省农机质量监督管理站，辽宁 沈阳 110034）

本文介绍了马铃薯收获机的类型及特点，简述了国内外马铃薯收获机械的研究状况，分析了我国马铃薯收获机械发展中存在的主要问题，提出了发展对策及建议，为我国马铃薯收获机械的研究与发展提供参考。

马铃薯收获机械；研究；发展

马铃薯属于薯类作物的一种，据统计2000年全世界的薯类作物总种植面积为5 149万公顷，总产量为67 467万吨，全世界薯类生产国有140多个，主要分布在亚洲、非洲、欧洲及美洲等地。近年来，马铃薯的用途和地位已经发生了变化，如在我国其既是粮食，又是饲料和工业原料。在农业生产中，对马铃薯的种植、收获和产后加工等各个生产环节越来越重视［1］。例如以往收获环节完全靠人工，劳动强度大、生产效率低，因而各类马铃薯辅助收获机械得到了广泛的关注。

一、马铃薯收获机械的类型及特点

以收获工艺过程和完成程度划分，马铃薯收获机械可分为挖掘犁、挖掘机和联合收获机。此外，茎叶收获的机械也可单独划为一类。

1.挖掘犁

挖掘犁是一种较为简单实用的挖掘机具，如图1所示。通过用挖掘犁实现薯块与土壤分离的同时，实现把大部分薯块翻到地表，然后再辅以人工完成收获工作。

2.挖掘机

挖掘机是在挖掘犁上附加分离部件组成，按分离方式，可分为抛掷轮式、升运链式和振动筛式。

（1）抛掷轮式挖掘机

抛掷轮式挖掘机结构如图2所示。其工作时挖掘铲将土垡掘起，通过抛掷轮拨齿的作用，将土垡抛到机器一侧，使薯块散落于地表，为避免薯块过于分散，挖掘机在工作时都带有挡帘。

抛掷轮上拨齿的连接形式有刚性连接和铰接连接两种。拨齿刚性连接的抛掷轮有圆柱形和圆锥形，如图2所示。具有铰接式拨齿的抛掷轮，没有拨齿的导向机构，并可分为偏心轮式和滑杆式两种。其中，前者拨齿倾角在整个运动过程中保持不变，后者在运动过程中拨齿左右摆动，即抛掷轮转一周时，拨齿摆动一次。具有拨齿导向机构的挖掘机能够缩小薯块抛扔距离和减少薯块的损伤。

图1 双行马铃薯挖掘犁

（2）升运链式挖掘机

升运链式挖掘机的结构图如图3所示。其以杆条为升运机构，当挖掘铲将薯块同土壤一并送至杆条上，通过边抖动边输送的方式，把大部分泥土从杆条间筛下，以分离出薯块后在机器后部铺放成条，薯块挖出后为便于用人工或机器捡拾和装运，机器装有固定式或者可调开度的集条器。有的挖掘机还设有横向集条输送器，后面有时配挂带有选别台的拖车，在这里用人工排除茎叶和杂物，把薯块装入袋中。

图2 抛掷轮式挖掘机

图3 升运链式挖掘机

（3）振动筛式挖掘机

振动筛式挖掘机的结构如图4所示，由两个筛子前后配置组成分离机构。挖掘铲位于第一个筛的前端，由曲柄连杆机构使之振动。其工作过程与升运链式相似。

振动式挖掘铲的牵引阻力比固定式挖掘铲小40%-50%，若将振动消耗的能量计算在内，实际上总功率消耗并不少；相比较而言吊挂筛的振动式挖掘机分离能力强，同时工作时振动强烈，因而要求机架及相关部件能抗剧烈震动。

3.联合收获机

联合收获机是挖掘机的进一步改进，通过增设相关工作部件以完善马铃薯收获的全部工序。其将挖掘带薯块的土垡，分离碎土、土块和石头，把排除茎叶和杂物的薯块装袋连接起来一次完成，还可将成袋的薯块直接装到运输车上。此外，薯类作物收获机也可用来捡拾在地上铺放成条的薯块。

图4 采用吊挂筛的振动式挖掘机

图5 升运链式联合收获机

以分离部件的型式划分，联合收获机可分为升运链式、摆动筛式和滚筒筛式，如图5、图6和图7所示。其应用效果受土壤条件影响较大，土壤疏松则会完成作业质量产生良好的经济效果。在土壤黏、石头多和杂草多的情况下，其效果则不尽人意。此时可增设人工选别台，通过人工辅助清理作业。近年来，一些联合收获机开始采用光电选别装置，用于分离薯块中的石头和土块。另外，广泛应用液压来控制机器转向和工作部件的升降，个别的还设有液压调平机构，以适应在坡地上的作业。

二、国内外发展状况

1.国外马铃薯收获机械发展状况

图6 摆动筛式联合收获机

图7 滚筒筛式联合收获机

马铃薯收获机的研究可以从1868年埃格柏特·考比林斯基算起，其设计制造了一个简易的挖掘犁，而马铃薯收获机械的飞速发展期实际也就是100多年的历史［2］。目前欧美研制的联合收割机的显著特点是功率大、工艺全，一次可以完成切秧、挖掘、分离、筛选、分级和提升卸料等收获作业各个环节。另一个显著特点是专用化、标准化和系列化。世界著名的农机公司都在欧美，如：美国的LENCO公司、DoubleL公司、CRARY公司，德国的格力莫（GRMME）公司、ROPA公司，比利时的AVR公司、DEWULF公司，意大利的MAC公司等［3］。

各公司生产的产品基本上都实现了品种全、成系列。一般有自走式和牵引式两种。这类产品的基本工作原理并没有根本的发展，各个厂家主要是将成熟的技术应用到联合收割机上，如：自动化控制、液压系统等技术的集成，同时，提高薯块分离效率以及减少薯块损伤等也为各个厂家所探索追求的目标，展开了深入研究。近年来，随着GPS技术的民用普及，联合收割机加装GPS定位系统，辅以地理信息系统以进一步实现收获面积的自动生成、产量的自动分析。如Standen的产品以集机械、液压和电控为一体为其显著的技术特征，CRARY公司产品的突出特点是配备了大容量的风力清选系统，AMAC公司则以操纵灵活舒适所见长［4］。

与欧美相比较，亚洲只有中日韩在研究生产一些小型马铃薯收获机械。如韩国高山机械公司的单行马铃薯收获机，日本的根菜收获机械的设计思路主要来自于马铃薯收获机。

虽然，国外的一些厂家的产品发展至今日已趋成熟，但是我国幅员辽阔，环境差异大，尚很难从这些产品选出一款产品能适应我国不同地区的耕地条件和农艺要求。另外，国外产品一般都价格昂贵、作业成本高，造成了推广难度大，同时售后服务及相关配件供应渠道不畅等现实问题都不同程度的存在。

2.国内马铃薯收获机械发展状况

中国马铃薯收获机的发展是在仿制的基础上，结合我国不同地域的特点进行改进，以适应不同的生产需求。按铺放方式可分为侧输与后输两种方式，如中机美诺公司的1700型马铃薯收获机是一种具有代表性的侧输机型，其结构简单紧凑，可连续完成挖掘、分离和侧向铺放作业，但没有设计升运装车部件。后输机型主要是仿造TIP公司的牵引式两行后输出收获机，采用独立小铲，碎土效果较好，尾部设有前后运动的振动筛，可进行二次分离，总体而言，这种机型实用性和性价比较好，市场上较受用户欢迎，但由于材料及工艺差距，在作业时经常发生故障［5］。

近年来，通过充分吸收国外先进技术，中国农业机械化科学研究院设计了一种功能较为齐全的马铃薯收获机，可针对垄作或平作马铃薯进行挖掘、分土、摘薯、排茎，还可进行集薯和堆放等作业，具有较好地推广应用前景。

中机美诺的1710型是一种获得市场认可的牵引式马铃薯联合收获机，该机实现了挖掘、输送、分离、除秧、升运、装车的一次完成，其综合了挖掘机和分段收获机，提高了工作效率，降低了块茎损伤。

目前国内马铃薯收获机市场上的主流产品仍以中小型为主，产品的提升空间广阔，尤其是在自走式马铃薯收获机的研发方面我国还基本处于空白阶段［6-7］。

三、存在的主要问题

由于我国在马铃薯收获机方面的研究还处于起步阶段，总体水平不高，也缺乏系统性，大部分产品还是属于照猫画虎的仿制，设计机理不清晰，性能不能得到发挥，产品适应性差、标准化程度低，机械动力消耗大，机具功能单一，且基本不能适用多种情况地块，由于不成系列，各产品之间的机械参数五花八门，部件之间的互换更是无从谈起，给用户造成了极大的不便。

目前市场上大部分机具仅仅具有挖掘功能，即使部分产品具有分离、清选和输送功能，但性能较差，可靠性低，所以挖掘出来的马铃薯都需人工捡拾，由于马铃薯的收获期短，因而功能单一的收获机械的实际利用率较低，加之制造质量较差，使用可靠性不足，使用时故障多，降低了收获效率，用户因投资回收期长而积极性不高，限制了其进一步推广。

四、发展对策及建议

1.强化功能集成，提高机具适应性

我国马铃薯种植面积广，不同地区的土壤差别很大，加之地块类型复杂，因而应强化适应性，研制开发可适用于多种地块的马铃薯收获机械，用尽可能少的机型满足各地区的不同要求。要系统地消化吸收国外先进技术，优化集成挖掘、分离、清选和输送功能，形成马铃薯收获机系列产品。

2.进一步完善马铃薯收获机械标准

马铃薯收获机械的通用性和互换性差，其根本原因还是我国在马铃薯收获机械方面的设计标准不够系统、完善，要制定统一的产品标准，提高机具零部件的通用性和互换性的研究和管理，规范生产市场，避免重复研究。

3.加大科研投入力度

马铃薯收获机械复杂，设计、工艺要求难度大，由于起步晚，缺乏系统全面的研究实验，我国的马铃薯收获机械多数为仿制国外机型，但对原型机的设计机理不清晰，致使在用户使用过程中出现问题，不能找到有效的根本解决方案，严重制约了用户对该机械的使用积极性。因此，应进一步加大相关科研的投入力度，在保证技术创新资金充裕的同时，强化试验和推广环节，采取多种优惠政策，加大设备的购置补贴等，加快机具的推广使用，保障科研和生产企业的投入回报，不断改进产品设计和制作水平，不断提高可靠性和适用性，尽快实现良性循环。

五、结论

我国马铃薯种植面积已超过500万公顷，是世界上最大的马铃薯生产国，也是最大的马铃薯消费国，在几大作物生产中，马铃薯从种到收，尤其是收获，劳动强度最大，损失率也最大。在保持种植面积的前提下不断提高产量，降低劳动强度，提高生产效率，没有机械化作支撑是办不到的。因而全面系统地开展研究和探讨适合我国的马铃薯收获机械，以加快升级换代的步伐，适应市场需求，具有重要意义。

［1］中国农业机械化科学研究院.农业机械设计手册（下册）［M］. 北京：中国农业科学技术出版社，2007.

［2］Cz.卡那沃依斯基. 收获机械［M］.北京：中国农业机械出版社：1983

［3］史明明，魏宏安，胡忠强等.国内外马铃薯收获机械产品现状调查［J］. 农业机械，2013（7）：100-105.

［4］贾晶霞，姜贵川，王楠等. 国内外马铃薯收获机械研究进展［J］. 农业机械，2012（14）： 13-14.

［5］初旭宏，黄丙申.马铃薯收获机械存在的主要问题及解决办法［J］.农机使用与维修，2010（1）：46-47.

［6］王海军，曹玉.马铃薯收获机适用性影响因素分析与实证［J］. 农机化研究，2013（12）：15-19.［7］鲁劲屏. 马铃薯收获机械质量现状分析［J］. 农机质量与监督，2008（1）：28-29.

Study and Development of Potato Harvest Machinery

JIN Ying-hui

（Liaoning Provincial Agricultural Machinery Quality Supervision station， Shenyang， Liaoning 110034， China）

Study on potato harvest machinery is significant for improving service behavior of implementing

potato harvest machinery； study； development

S223.5

A

1008—6129（2015）03—0079—04

（责任编辑 马 骅）

2015—03—13

金英慧（1967—），辽宁沈阳人，辽宁省农机质量监督管理站，高级工程师。

mechanized harvest of potato. This paper introduces the types and characteristic of potato harvest machinery，summarizes the study actuality and development of potato harvest machinery at home and abroad， analyzes the main problems in the development of potato harvest machinery in China， and points out some development suggestions.