马铃薯原原种收获分级设备研究

权小兵，水清明，师丽丽，张娟宁，程永龙，张鹤潇

（定西市农业科学研究院，甘肃 定西 743000）

马铃薯在我国具有广泛的种植面积。由于其具有较强的适应性，产值高，因此大力发展马铃薯种植，对优化我国农业产业结构，实现农业创收具有重大意义。由于马铃薯机械收获水平低，因此对其进行分级需耗费大量的人力、物力。为满足市场对马铃薯的分级要求，降低人工成本，加大对马铃薯收获分级设备的研究显得尤为重要。目前，市面上马铃薯原原种收获机缺少分级功能，即使有分级功能的收获机，由于其电机体积大、油耗高，分级过程中往往因震动偏离路线。因此，本文主要就马铃薯原原种的收获分级设备进行研究。

1 马铃薯原原种

马铃薯属于多年生的草本作物，具有较高的营养价值和药用价值。马铃薯可通过加工形成淀粉、生物胶、休闲食品等，也可应用于医药、纺织、染料等工业。马铃薯原原种是种薯的脱毒试管苗经过移栽或扦插最初产生的种薯。该种薯个头小，标准高，不携带任何病毒或类病毒且无细菌、真菌感染。通常马铃薯原原种的培育在温室或室内进行，管理人员应做好蚜虫，螨虫等害虫的预防工作。目前，我国马铃薯原原种的生产方式主要有无土基质栽培、试管薯诱导生产以及气雾栽培生产三类[1]。马铃薯原原种作为我国现代化马铃薯种植的优选种薯，适合大面积种植。由于其种薯品质较好，因此不会因细菌、病毒等的侵袭造成其退化，进而产生各类疾病，所以能够保证良好的作物产量和品质。

2 马铃薯收获机

2.1 收获机主要机型

目前，我国马铃薯收获机主要为牵引式收获机和自走式收获机两大类。牵引式收获机是目前使用最为广泛的一类。根据马铃薯种植面积的大小，种植人员可分别选用牵引挖掘式收获机或牵引式联合收获机[2]。

2.2 总体结构

牵引挖掘式收获机主要依靠振动筛和挖掘铲实现马铃薯的收获和分级。但由于我国马铃薯种植区域较广，且地形地貌不一，因此牵引挖掘式收获机种类繁多且存在较多使用问题。

牵引式联合收获机应用普遍。现阶段，我国使用的马铃薯原原种收获分级设备主要与拖拉机配套进行收获作业。通过将收获设备悬挂于拖拉机的后悬挂部位，进而利用拖拉机提供的动力开展马铃薯的收获作业。马铃薯原原种收获设备总体结构主要包括挖掘铲、镇压轮、输送装置、分离装置、清选装置、机架、连接杆、传动轴、变速箱等。收获过程中，首先使用挖掘铲将马铃薯从地下挖出。随后使用镇压轮将其表面覆盖的土块压碎。再使用分离装置将马铃薯与其茎秆、枝叶进行分离。随后通过清选装置，将不同大小的马铃薯进行尺寸分选。最后，将不同体积的马铃薯分别进行分装，从而实现最终的机械化收获作业。

自走式联合收获机与牵引式收获机不同。该类型收获机主要由杀秧、碎土、挖掘、分离、输送、分级、袋装装置以及驾驶室和机架等部分组成。该类收获机可实现杀秧、挖掘、分离清选、分级一体化，具有机械化程度高、工作效率高、收获品质高等特点。该类收获机可在去除薯秧的同时将马铃薯、残余薯以及土块一起崛起，随后进入分离装置完成去土、除秧和分级工作。

2.3 清选分级原理

目前，马铃薯收获机分级功能主要是以传统的分选机为原型进行设计的。该功能增加了马铃薯收获机的整体功能，实现了马铃薯的联合收获，大大提高了工作效率。马铃薯分级功能的实现主要依靠收获机中的清选装置。收获分级设备，在拖拉机的牵引下前进时将马铃薯运送到下级输送机，上下级输送机在将其运送至清选装置上，随后清选装置对马铃薯进行分级。最后，不同级别的马铃薯进入各自的仓斗内，仓斗下的出料口配备控制器，可实现机械化装袋工作。清选分级装置目前主要包括清选辊、清选架体、清选毛刷、调整机构、传动机构组成。其中，清选辊作为分级功能的主要部件，通常由金属材料制成。由于其表面具有螺旋槽，因此在装配时左、右旋的清选辊可成对安装，在双螺旋的推动作用下促使马铃薯横向运动[3]。另外，由于马铃薯在移动过程中不停旋转，清选装置内的清选毛刷在该过程中不断清除马铃薯表面的泥土。其次，旋转过程尺寸较小的马铃薯可从清选辊的空隙处落下，从而实现对马铃薯的分级工作。

3 各类收获分级设备对比

牵引式马铃薯收获机中的牵引挖掘式马铃薯收获机具有伤薯率低、明薯率高、含杂率低，结构简单、操作方便、与之相配的拖拉机常见、适用于小地块、价格便宜。但该收获机劳动强度较大，适用于我国马铃薯小面积种植的区域。由于该类收获机适用场景较少，目前已被逐步取代。

牵引式马铃薯联合收获机具有伤薯率低、明薯率高、含杂率低，可一次性完成马铃薯的挖掘、土薯分离、输送、分级工作。该收获机劳动强度低、工作效率高。但该类型收获机对配套的拖拉机动力要求较高且操作较为繁琐，主要适用于大中型地块，是目前主要使用的收获机类型[4]。

自走式马铃薯联合收获机具有操作简单，自带动力输出装置可一次性完成马铃薯的杀秧、挖掘、土薯分离、输送、分级、装袋等工作，且劳动强度低，工作效率高。但类型收获机伤薯率、含杂率较高、价格较高、维护工作较为复杂。目前主要应用于国外大型农场，我国马铃薯种植区内使用率极低。

4 收获分级设备存在的问题

4.1 清选分级效率低

马铃薯单位时间内进入分级设备的数量决定其利用效率。进入数量过多会造成马铃薯运动速度下降，进而导致分级准确性和效率下降。进入数量少又可造成分级设备空间浪费，影响马铃薯分级效率。

另外，清选辊的转动速度直接影响马铃薯的移动速度，进而直接影响马铃薯的掉落效率。其次，清选辊间隙大小也会影响分级效率。过大会造成分级不准确，过小会造成马铃薯大量聚集，无法快速排出。

4.2 伤薯

分级设备运转过程中一旦马铃薯数量过多会造成聚集，不仅难于实现正常分级，还会造成压力激增，导致下层的马铃薯被磨损，出现大量破皮现象。另外，马铃薯在掉落至清选辊上时，容易出现磕碰现象。其次，清选辊转速往往过快，导致马铃薯在与清选辊接触时出现破皮现象。因此，对于分级设备的设计研究应以调整转速、减少磨损、合理控制投入量为主要方向，从而有效提高马铃薯的分级效率。

5 展望

综上所述，随着马铃薯原原种的大面积种植，马铃薯收获分级设备应用逐渐增多。为提高马铃薯收获分级设备的工作效率，减少农民工作量，我国应加大对马铃薯收获分级设备的研究。目前，我国马铃薯收获设备主要选用牵引式马铃薯联合收获机，但该设备对配套的动力要求高，需要大功率拖拉机牵引其作业，且操作复杂，适合大面积种植区域。另外，现阶段使用的收获分级设备具有分级效率低、伤薯率高等缺点。对于后期分级设备的研究应从提高设备部件的装配精度出发，提高机器参数设置范围和精准度，可根据实际分级需要调整辊轴的转速和间隙，减少分级设备对马铃薯表皮的破坏。其次，还可通过在辊轴表面套上一层食品级橡胶，从而减少马铃薯蹭皮现象的发生，进而提高马铃薯的收获品质。