甘薯收获机械研究进展.doc

甘薯收获机械研究进展
中国是世界上甘薯种植面积最大和产量最多的国家，常年种植面积1亿亩，种植面积约占世界的60%；甘薯作为主要粮食作物之一，其产量仅次于水稻、小麦和玉米，居世界第四位。总产量约1.1亿吨，约占全世界总产量的85%以上，居世界首位。在不同地方，甘薯有不同的名称，又称番薯、地瓜、红薯、白薯、山芋、红笤等。如今，甘薯不仅可以成为轻工业的重要原料，而且可以加工转化成多种类型的食品，甘薯产业具有很大的开发前景[1～2]。但是，目前与之配套的甘薯收获机械发展相对落后，马铃薯的亩产量在世界上还处于较低水平，主要原因在于收获环节还停留在手工收获方式，技术落后，收获是整个甘薯生产过程的重要环节，因此，国内迫切需要技术先进、性能可靠的甘薯收获机械来满足甘薯产业发展的需求。了解掌握国内外甘薯收获机械的研究动态，对促进我国甘薯产业的发展有重要作用。
1．国外甘薯收获机械研究现状
茎叶微微泛黄时是甘薯的最佳收获季节，表示甘薯的长势已经变慢，可进行收获。此时甘薯已经达到市场要求的尺寸，在好的长势条件下，一些品种在种植后的90到100天就可满足市场需求。通常收获时，季节已经接近霜冻，茎叶枯萎，但是还没伤及块茎，再晚收获就会使根部的损伤转移到块茎，影响甘薯质量。
甘薯块茎外表皮薄而细，收获时非常容易受损伤，收获设备对块茎的碰撞以及甘薯从收获设备下落到装载箱的时候，均有可能损伤块茎表皮，因此要尽可能使撞伤和擦伤降到最低，设计时要充分考虑伤薯因素。
图1.铸造式甘薯挖掘犁
图2.改进的摆动式茎叶切割机
国外甘薯收获机械的研发经历了一系列阶段，收获方法也有很多。最初小面积种植甘薯通常使用铸造式甘薯挖掘犁（图1），甘薯被犁刀挖掘的同时，锯齿状的犁刀将块茎从枯萎的茎叶根部切断，将块茎铺放在邻近一侧，这种类型的挖掘犁不能挖掘所有的块茎，并且挖掘出的块茎有可能被土壤再次埋住，埋薯现象比较严重，研究表明，由于漏挖和埋薯造成约20%的块茎损失，因此，挖掘犁远远不能达到甘薯收获的要求。并且，挖掘犁的茎叶切割效果较差，针对这一现象，国外又出现了一种除秧机(图2)，一种改进的连枷式切割器，是一种由一个长木柄或棒和一个安在柄端上稍短的能自由摇动的棍棒组成的除茎用具，宽度可根据行距调整。专门用于块茎类作物的茎秧切割。这种方式仍属于分段收获，工序较多，作业效率较低。
国外马铃薯挖掘机的研制相对先进，因此，一些农场主尝试用马铃薯挖掘机挖掘甘薯（图3），这种机具用于单行收获，挖掘铲后面是升运链，输送土壤和块茎到链条上，土壤被分离掉，块茎被输送到机器后部，然后人工捡拾。
图4.两级杆条链式甘薯收获机

图3.使用带有可装卸平台的马铃薯收获机收获甘薯
随着国外对甘薯收获机械的不断探索，甘薯的收获进入了半联合收获阶段，图4为一种两级杆条链式甘薯收获机，一级输送装置用来升运甘薯块茎，另一级输送用来对甘薯进行分级包装，机器安装有分选台，通常有4到6人在分选台上工作。这种收获机不具备茎叶清除功能，收获前，仍需要人工除秧。
图5.带有茎叶清除功能的甘薯联合收获机
20世纪末，国外甘薯收获机械的发展进入联合收获阶段，出现了第三种型式的具有茎叶清除功能的甘薯联合收获机(图5)，可一次完成挖掘——输送——分离——清选——升运过程，与拖拉机配套，配有液压控制系统，结构比较复杂，价格昂贵[3～4]。
在发达国家，甘薯的种植早已经形成产业化，美国每年种植甘薯的面积大约有90,000英亩，因此，甘薯收获机械的研制技术已经比较成熟，甘薯的收获已不再是耗时费工的作业。一些其它发达国家也基本实现甘薯收获机械化。但是，我国农机产品发展相对滞后，甘薯收获仍是一种耗时长，劳动强度大的作业。
2．国内甘薯收获机械研究现状
图6.1520型马铃薯挖掘机
我国甘薯作物的收获基本还处于镐头刨薯的时代，机械化收获发展严重滞后，长期依靠人工或半机械化作业，广大甘薯种植区的农民和农业主管部门，迫切要求解决甘薯生产过程中的机械化收获问题，把农民从繁重体力劳动中解放出来。针对此问题，国内一些科研单位先后开始研制甘薯收获机，主要产品有山东省招远泰山农机厂设计的4HW–700型简易地瓜收获机；该机为框架结构，后悬挂于拖拉机上，平犁铲挖掘后半部分抖土、分离输送收获物。与8.8～17.6kW拖拉机配套，作业幅宽为70cm，作业效率为0.20～0.33hm2/h；阜阳市农业机械研究所研制的4LU-75型甘薯收获机，可与13.2~16.2kW小四轮拖拉机配套使用，作业幅宽为75cm，生产率为0.1~0.2hm2/h；最近市场上还有４HD-I型花生地瓜收获机，该机与12马力小四轮拖拉机配套；以上机型据报道作业效果都不错，但是没有相关的检测报告进行实质性说明，作业情况有待进一步考证。2007年，现代农装北方（北京）农业机械有限公司尝试使用1520型