小型甜菜叶片收获机设计思路及工作原理

林柏森, 贾玉舟, 韩 杰, 霍宝瑜

(1.赤峰绿璐种业有限公司,赤峰 024005; 2.赤峰众益糖业有限公司,赤峰 024005;3.呼伦贝尔晟通糖业科技有限公司,额尔古纳 022250; 4.赤峰元通工贸有限公司,赤峰 024000)

0 前言

甜菜是北方制糖工业的原料。第一年营养生长时期的甜菜可简单分为地上部和地下部，地上部自上而下包括叶片、叶柄；地下部即块根，自上而下包括根头、根茎、根体、尾根。叶柄着生在根头上，因此根头是地上部叶丛和地下部块根的连接处，也有人将根头划分为甜菜的地上部分。甜菜块根用来榨糖，地上部叶片、叶柄收获后可以作为牲畜的青饲料，但近年多数情况是将打碎的叶片、叶柄直接还田。

甜菜块根收获机的推广使甜菜收获变为相对简单的事情。收获甜菜的第一步是进行叶部(甜菜叶部包括叶片和叶柄，以下简称叶片)处理，第二步是通过起拔轮装置或是铲头装置将块根从地里拔出或是铲出，第三步是通过传送装置将块根传送到料斗里，在传送过程中进一步清理掉附着在甜菜块根上的泥土和甜菜块根中夹杂的泥土、甜菜碎叶、杂草等其它轻体夹杂物。叶片处理的清洁程度、根头的损伤程度涉及以后甜菜块根的收获清洁程度和完整程度，同时也涉及以后甜菜的储藏质量。大型甜菜收获机械是集打叶、收获于一体，而中小型收获机由于动力及打叶、收获工作效率不同等原因，导致打叶和块根收获不同步。再者，有时甜菜叶丛会堵塞机器，增加了打叶机的工作负荷，影响甜菜块根收获质量。甜菜叶片收获机是一种小型机械，用四轮车作动力，每次收获两行甜菜叶片。

1 打叶机的缺点与不足

1.1 将叶片留在田地里，增加了土壤中病原菌的基数

打叶机的工作原理是将甜菜叶片通过连枷(皮条)将叶片打碎，然后由悬挂在打叶机后部的切顶刀将甜菜根头或青顶切掉。甜菜收获时仍有一部分存活的病叶，病叶上着生着褐斑病病原菌孢子或是其它病害的病原菌孢子。特别是东北和华北的部分甜菜区，褐斑病已成为严重威胁甜菜产质、量的病害之一。收获甜菜时将叶片打碎留在田间，翻地时翻进土壤里，和将甜菜叶片带出田间相比，病残增加了田间病原的基数，延长了轮作年限。打叶机推广十几年来，出现了这样的结果：原来没有褐斑病或褐斑病极轻的地区，褐斑病也日益加重，如赤峰北部林西甜菜区、坝上及毗邻甜菜区；在原来褐斑病就较重的地区，褐斑病更加严重了，单纯靠化学防治几乎难以防治，如赤峰南部松山区甜菜区、元宝山区甜菜区、喀喇沁旗甜菜区、通辽甜菜区、兴安盟南部甜菜区等。甜菜病残增加土壤病原菌这一严酷现实迫使我们在收获甜菜时将叶部病残带出田间。

1.2 将叶片打碎在田里，增加了块根收获的作业难度

经打叶机打碎后甜菜叶片散落在田间垄背处和垄沟处，散落在垄沟处的碎叶经车轮碾压后变成黏糊的粥状，导致收获机在行进过程中车轮打滑，从而引起机体摇摆，采用起拔轮装置的收获机有时起拔轮会切碎甜菜，采用铲头装置的收获机则会铲断甜菜或铲不出甜菜。散落在垄背的甜菜碎片有时会夹杂在甜菜块根中，随块根进入料斗里。

1.3 打叶、收获不同步，容易产生 “萎蔫菜”、“冻化菜”

小型打叶机每天的作业面积约为6.6公顷，而小型收获机的每天的作业面积只有1.3公顷-1.4公顷。有时打叶和块根收获两项工作间隔10天以上。这样会有以下两种情况发生：一种情况是由于没有叶片保护，并且根头处受伤，甜菜容易“萎蔫”；另一种情况是彻底打完叶片的甜菜遇到0℃以下低温或雨雪天气后变为“冻菜”，由于失去了叶片或叶柄的保护，受冻甜菜再遇到0℃以上的温度则受冻部分会化冻，即成为“化菜”，“冻”和“化”过程交替进行，就产生了“冻化菜”。“冻化菜”影响甜菜储藏，加工时提糖率降低,增加蜜的产量。甜菜叶片对块根具有保护和“缓冻”作用，实践观察到这样的结果，带有叶片或是部分叶柄的甜菜受冻后，在气温恢复到0℃以上时，受冻甜菜块根又恢复到正常状态。

1.4 连枷过重，甜菜损伤严重，甜菜不易储藏和加工

打叶机的工作原理是利用传动装置带动皮条对甜菜叶片进行抽打，有时为了增加除净叶片效果，设计时增加了皮条的数量，严重时将甜菜根头打烂，这样的甜菜一方面病菌容易从伤口处进入，使甜菜不容易储藏，储藏时蔗糖外渗，甜菜容易腐烂，另一方面被打烂的甜菜提糖困难。

2 甜菜叶片收获机的设计思路

2.1 清洁田园，降低田间病原菌基数

收获甜菜前先用叶片收获机将叶片收走，并且带出甜菜地，放到适当地方自然晾晒和风干，甜菜叶片收获机将地上部分叶片和大部分叶柄收走，通过调整切叶机构的高度，保留一定高度的叶柄在根头上，收获甜菜时用打叶机(或切顶机)将残留的叶柄处理掉或直接用悬挂在打叶机后面的拖刀连同叶柄及部分青顶切掉。使用甜菜叶片收获机起到了清洁田园、减轻田间病原菌基数的作用。

2.2 防治块根“萎蔫”，降低“冻化菜”几率

被割叶的甜菜由于根头处没有伤口，还残存一部分叶柄和叶片，甜菜不易“萎蔫”；残存在根头上的叶柄仍有“缓冻”作用，遇到低温或雨雪天气不易产生“冻化菜”降低了田间产生“冻化菜”的几率。之所以用甜菜叶片收获机先收割叶片，并且保留一定高度的叶柄，就是防治甜菜块根收获前“萎蔫”或“冻化”。

2.3 减轻打叶机(切顶机)负荷，提高甜菜块根收获质量

由于大部分甜菜叶片和田间大草被收割并且被带出甜菜地，因而田间残留在甜菜上的叶丛重量减轻了，减轻了打叶机的负荷，减少机器作业阻力。再使用打叶机处理残存叶片则变得相对容易，打叶机只需少量皮条或只需拖刀切掉叶柄及部分青顶即可，甜菜根头不易损伤，甜菜容易储藏。另外在起收块根过程中，机体不打滑，保证了收购质量。

2.4 重新设计和定型甜菜打叶机或切顶机，减小甜菜受伤程度

甜菜叶片收获机收割并带走大量甜菜叶片，不再需要原来那种靠大量皮条抽打甜菜叶片的打叶机，可以考虑重新设计打叶机，将打叶变为切顶，使机器简单化，甜菜根头不受伤。可以做到边处理残余叶柄、削掉根头和收获块根同时进行。也可以将切顶装置设置在收获机的前端。

2.5 为牲畜提供优质的饲料

甜菜叶片含有蛋白质、粗脂肪、粗纤维、淀粉、糖和多种维生素，是优质的多汁饲料。据研究，10公斤甜菜叶养分价值可相当1公斤高粱的营养价值。将甜菜叶片打碎留在田地里，浪费了饲料资源。甜菜叶片收获后可以和粉碎后的干玉米秸秆按比例分层青储，也可在野外铺成薄层晾干或风干，晒干后的甜菜叶片可以直接用作饲料，也可以粉碎后和玉米面、豆粕、谷糠等混合压制成颗粒饲料。

3 甜菜叶片收获机的整体结构及工作原理

3.1 甜菜叶片收获机的整体结构(见图)

甜菜叶片收获机主要由以下几部分组成：弧形割刀部分；动力输出部分:第一动力输出部分、第二动力输出部分、液压马达；叶片输送装置。

图1 甜菜叶片收获机平面和立体简图1-机架，2-牵引架，3-行走轮，4-齿轮转化器，5-动力输入轴，6-第一动力输出轴，7-第二动力输出轴，8-割叶机构，9-滚轴，10-弧形割叶刀，11-纵向输送机，12-纵向输送机主轴，13-纵向输送皮带，14-横向输送机，15-横向输送主轴，16-横向输送皮带，17-液压马达，18-调节支撑高度的支杆，19-输送机调节油缸，20-门字形支架，21-U字形牵引架，22-牵引高度调节油缸，23-牵引杆，24-牵引悬挂爪，25-牵引杆调节油缸，26-地轮立柱，27-万向轮。

3.2 叶片收获机主要部分工作原理

3.2.1 弧形割叶刀的工作原理

割叶刀设计成弧形又称弧形刀，首先四轮车经动力输入轴给齿轮转换器输入动力，输入动力经齿轮转换器后，有两个动力输出，第一动力输出带动通过齿轮和链条带动割叶机构的滚轴转动，弧形刀链接在割叶机构的滚轴上，滚轴带动弧形刀转动，弧形刀转速设计为每分钟700转左右，靠弧形刀转动的力量将甜菜叶柄砍断，并靠弧形刀转动惯性将叶片甩到第一部输送带上。弧形刀的高度的调整可以通过控制液压调整机器的高度来实现，根据地势情况确定残留叶柄的高度。

3.2.2 叶片输送装置的工作原理

第二动力输出通过齿轮和链条转动，带动一个“借轮”(过渡轴)转动， “借轮”带动第一部传送带底端的滚轴转动，从而带动第一部输送带转动，通过“借轮”降低转速；液压马达带动第二部传送带底端的滚轴转动，从而带动第二部传送带转动。为防止甜菜叶片在传送带上打滑，两部传送带上都设有挡板，挡板垂直于传送带，挡板高度4.0 cm。第一部传送带长度140 cm，宽70.0 cm，两个挡板之间的间距为45.0 cm；第二部传送带长290 cm，宽55.0 cm，两个挡板之间的距离为40.0 cm。第二部传送带垂直于第一步传送带。为防止甜菜叶片在传送带两侧散落，传送带的两侧设有挡板，第一部传送带的挡板高度30.0 cm，第二部传送带的挡板高度为25.0 cm，传送带和两边的挡板构成了一个类似无盖的方型槽，传送带和滚轴构成了方型槽的底部，每个方型槽的后端都有一横向挡板和方型槽两侧纵向挡板相连接。被割掉的甜菜叶片被弧形刀的惯性甩到第一部传送带上，然后被送到第一个传送带的顶端后掉在第二部传送带的底部，第二部传送带底部类似一个不规则的方型且三面有挡板的方形漏斗，漏斗的后挡板高度为60.0 cm，是用来挡住甜菜叶片不下滑，两侧挡板固定在方型槽两边，方型漏斗两侧挡板高度逐渐降低，甜菜叶片被传送到第二部传送带的顶端后，被射到接收料斗中。两部传送带的输送速度不一样，第一部传送带的速度是固定的，第二部输送带的速度通过油门调节，第二部传送带的速度要大于第一步传送带的速度。

4 叶片接收装置

这部分装置不在甜菜叶片收获机范围之内，但甜菜叶片收获机必须和叶片接收装置一起配合使用，这样才能使收获后的叶片被带到田外。第一部传送带为纵向输送，纵向输送方向和机器行走方向一致，第二部传送带则为横向输送，即传送方向垂直于机器行走方向。接收装置为一料斗，收割后叶片通过第二部传送带被射到料斗中，料斗悬挂在另一台小四轮上，两台小四轮同向、同步、同速匀速行驶。每次收获两垄叶片，根据垄的长短、料斗的大小决定车到地头后是否卸掉料斗中的叶片。

被收获的叶片可以翻卸在另一台车上直接送青储窖，也可以临时卸在一个就近比较宽敞的地方进行晾晒，原则不耽误收获甜菜块根。

5 小结

小型甜菜叶片收获机设计思路新颖，结构简单，整机重量只有600公斤左右，55马力以上小四轮便可带动悬挂作业。甜菜地上部经过叶片收获机处理后，起到了清洁田园，降低田间病原菌基数的作用，减轻了的打叶机的工作负荷，也可将打叶机更进一步简单化，可直接改成切顶机。收获叶片和收获块根不同步时，残存的叶柄可以防止块根“萎蔫”、“冻化”，甜菜被割叶、切顶后，根头损伤程度小，便于甜菜的储藏和加工。另外，甜菜叶片营养价值高，可作为牲畜优质的多汁饲料。