马铃薯机械化收获浅析

朱新恬 刘文文 祁东凯 王静静

(甘肃能源化工职业学院，甘肃 兰州 730207)

引言

马铃薯作为中国第4大作物，其种植价值仅次于小麦、水稻和玉米。马铃薯因非常适合栽培，而被广泛种植，其还具有产量高、营养丰富的特点，可以作为食品、蔬菜、饲料。我国马铃薯种植面积和总产量在世界上排名靠前，种植面积也超过550万hm2。随着马铃薯种植面积的不断扩大，生产马铃薯所需的劳动强度也在增加。因此，提高马铃薯机械化收获技术水平就显得格外重要。

1 马铃薯发展现状

马铃薯主要在黑龙江、内蒙古、山西、陕西、甘肃等地种植。此外，由于我国对马铃薯产业的扶持，马铃薯种植也成为农业的焦点。因此，马铃薯收获机械化的研究显得尤为重要。马铃薯机械化技术研究成果对优化马铃薯生产开发技术，提高马铃薯相关产品质量具有重要意义。目前，我国马铃薯收获机的收获效率和质量还有很大的提升空间。其中，降低马铃薯收获过程中的损伤率是机械技术改进的主要方向之一。马铃薯损伤的主要原因为机械或人工收割，后续包装处理的损伤不超过30%。机械化收获、清理和筛选所造成的危害极易造成马铃薯的变质和腐烂，导致马铃薯最后的产量受到影响，让马铃薯种植者的收益降低。

2 马铃薯机械收获原理及相应参数

机械化收获马铃薯的主要原理为当拖拉机正在工作时，拖拉机的动力会通过一系列传动装置传递至挖掘机的振动筛，使得振动筛前后移动；向前时，挖土、铲土，泥土和马铃薯被送回振动筛。振动筛震动土壤，马铃薯留在挖掘机后手动取袋。挖掘机挖掘宽度最大为50cm；挖掘深度可以通过手动来调，有5档，最大挖掘深度为18cm；拖拉机工作时，驱动轨道调整至60cm。收获前，应及时拔除马铃薯幼苗或用镰刀除草，运转速度应为2～3档。

3 我国马铃薯机械化收获存在的问题

目前，我国马铃薯机械收获的种类很多，但能减少马铃薯损伤的设备却很少，这方面的理论研究相对缺乏。通过对机械收获设备部分结构的研究分析，研究人员还分析了马铃薯损伤的原因。

3.1 自动化水平不够

很久以前，我国就开始研究机械收获的相关技术，20世纪80年代，我国开始研究国外的机械收割设备，目前，我国机械采伐技术和机械采伐装备制造能力正在逐步提高。然而，由于产品需求的不同，我国用来收集马铃薯机械的设备有很多种，这些性能在农村实践过程中并没有得到很好的提高，很难通过将数字化技术与智能化技术相结合的方式提升设备的工作效率。特别重要的是，我国机械设备自动化的水平还不高，不能满足马铃薯生产需要率。

3.2 国内马铃薯机械收获设备功能单一

国产马铃薯机械收获设备功能过于简单，功能种类很少。当应用到实际收获时，往往不能满足马铃薯收获的需要，从而导致生产效率低、经济成本高、作业质量大打折扣等问题。其中最主要的原因是操作质量不高、收获时间延长，导致收获的马铃薯质量大大降低。因此，我国机械收获设备的工作效率不高，不能广泛推广。

3.3 机械收获成本较高且设备可靠性低

我国对马铃薯机械收获技术的研究还停留在对以往经验的总结上，只是对现有的机械进行改进，没有更深入研究。因此，实际应用过程中操作质量差影响了马铃薯的收获进度，也造成科研经费的浪费。另外，机械收获设备的可靠性比较差，在收获过程中，如果出现损坏，会增加修复时间，收获效率将大大降低。特别是在一些恶劣环境下作业时，由于作业难度大，在收获马铃薯时，不利于马铃薯与土壤分离，会对马铃薯造成损害，因此需要提高马铃薯机械收获设备的效率。另外，马铃薯机械收获辅助设备存在动力不足的缺陷，主要表现在挖土、马铃薯与土壤分离等方面。在机械收割中，功能损失通常非常严重，能够提供如此大功能的设备一般只适用于大型拖拉机，然而，我国目前农村大多使用中小型设备。由于无法匹配相应的用电需求，在实际运行中经常出现用电不足的问题，导致运行效果不佳。

4 使用机械化收获时马铃薯的损伤情况

在使用机械化收获技术收获马铃薯时，可以大大提升工作速度，提高了农业生产效率。然而，根据以往数据统计，马铃薯机械化收获的危害因素大多来自收获机。马铃薯的根茎受到损伤，会降低马铃薯的品质，外观损伤会大大降低马铃薯的利用率。需要进行马铃薯初加工的行业所生产的产品质量将出现不同程度的下降，这将对马铃薯初加工工厂的经济效益产生影响，制约马铃薯产业链的发展。采用机械收割技术收割马铃薯时，机械收割设备中各部件的高速运转会对马铃薯造成一定损伤，造成马铃薯的挤压、碰撞和摩擦，损坏马铃薯的外观和内部。

4.1 外表损坏

马铃薯的表面完整是马铃薯品质保持和长期贮藏的基本条件。良好的表面处理能有效地避免马铃薯块茎脱水变质。但是，机械化收割必须在机械部分的连续作业中完成，而在高效快速运行的条件下，马铃薯会不断与金属零件及其它马铃薯发生摩擦和撞击，造成表面剥落或损伤。这不仅会影响马铃薯的外观质量，还会造成马铃薯在储运过程中的腐烂。

4.2 内部损坏

机械收获马铃薯会使马铃薯受到严重撞击、挤压等，造成马铃薯内部损伤。国外对生物材料的动态力学和损伤特性进行了大量研究，结果表明，冲击速率对损伤压力、拉伸和弹性系数有很大影响；研究人员发现，在一定能量条件下，损伤类型取决于撞击时间和载荷速度。低加载速率主要产生黑点和内部变形；高加载速率主要产生内部破坏，冲击损伤类型也会不断变化。研究人员通过试验证明，生物屈服点并不是细胞破裂的起点，提高应变率可以降低马铃薯的破坏应力和应变。为了研究水果等农产品在撞击后的形态，研制了一种摆锤装置来进行检测，这个装置采用集成光电编码器，可以用来测量冲击力、位移和速度。

4.3 受损情况对马铃薯的影响

马铃薯受损后，收获的实际产量远低于收获前。即使受损伤的马铃薯能够进行销售，市场价格也会因为外观不完整而降低，从而影响最终收益。在生产实践中表明，机械化收获过程中的机械损伤是导致马铃薯产量变少的主要问题所在。对现实收获和储运过程进行统计，马铃薯受到伤害的原因和比例如下列数据所示：机械收获过程中导致的马铃薯皮害约占总产量的21%，内害数超过12%，而马铃薯在运输过程中的危害只有7%，在储存过程中由于损坏而使得马铃薯变质的量高达15%。马铃薯受到伤害后，在代谢过程中，受损的马铃薯会在受损部位产生酚类、黄酮类、生物碱等非常危险的成分，大大降低马铃薯的营养和食用口感。而有害成分一旦超过标准，还会对人体造成毒性，造成食品安全问题。因此，基于机械化收获对马铃薯品质产生的重大影响，为了保证马铃薯收获作业的高效、科学发展进行了深入的调查研究，合理分析和优化马铃薯机械化收获中的高破损率问题。通过对马铃薯损伤机理及原因的研究，为马铃薯收获机械的合理改进提供理论依据。

5 机械化收获马铃薯的改进

机械化收获对马铃薯种植生产具有广阔的市场前景。因此，在今后的发展研究中，有必要对马铃薯机械收获的应用效果进行综合分析和处理。

5.1 增强机械收获设备的可靠性

目前，我国马铃薯收获机械设备存在零部件断裂等问题，设备可靠性低，难以提高在收获过程中的工作质量。因此，需要采用先进的技术和优质的材料对这些设备进行改进，提高机械采伐设备各个部位的质量，从而延长机械设备的使用寿命，降低机械设备在使用过程中的维修成本，满足实际发展需要。在马铃薯机械收获技术的发展过程中，有关部门需要提高机械设备的基本性能，提高其对各种土性的适应性，改变其应力特性，提高对马铃薯的保护，以免植物的根系和果实受到伤害，提高其高效性。

5.2 政府应该适当加大对机械收获技术研发的扶持力度

马铃薯收获机械设备的研发是一项利于民生的项目，而其作为一项惠民工程，应该得到政府政策的大力支持。通过对市场进行一定程度的调整，改革股份制研究机制，动员社会各种力量参与投资和研发工作，进而全面提高马铃薯收获设备的性能。对于当地群众来说，政府部门应该适当增加购买补贴，降低购买成本，利于收获机械的广泛应用。大多数适合收获马铃薯的机器功能单一，要收获机械功能一体化，提高农业机械的使用效率，减少农作物损失。

5.3 统一马铃薯的种植和收获标准

我国马铃薯种植的土壤、气候等条件不同，导致实际种植过程中种植方式不同。由于无法统一行距、播种方式等，很难进行机械化收割。因此，要统一种植模式，推广连作模式，提高马铃薯种植的经济效益。除了统一的种植方式外，选择合适的马铃薯收获机械也非常重要。大部分马铃薯收获机械功能单一，只能将马铃薯从土里挖出来，后期还需手动拾取。因此，有关部门应重视相应机械的研发。在深化研究技术的同时，做好分选、加工等功能的研发工作，确保收获机械的功能集成，提高农业机械的使用效率，确保在不同地区都可以用于生产，以减少农作物的损失。

6 结束语

国内外很多学者都对马铃薯块茎的损伤机理进行了大量并且有效的研究，而且还对马铃薯块茎的损伤力、损伤应力、损伤应变和弹性模量等力学和物理的相关性质进行了研究对比，得出了很多有益于研发马铃薯机械获取的结论。然而，对于不同机械收获过程和不同载荷形式对块茎损伤的研究和理论分析相对较少。目前，根据马铃薯的生物力学特性，利用仿真技术对机械收获损伤进行分析的研究很多，但在实际作业中，对于块茎与块茎之间、块茎与挖铲之间、块茎与分离装置之间、块茎与不同物料之间的冲击破坏机理的研究相对较少。马铃薯收获机械的结构参数和运动参数的减损设计很多，但减损材料的研究却很少。