甜菜塊根收獲機(jī)械化技術(shù)

盧秉福，耿貴，周艷麗

（1.黑龍江大學(xué)農(nóng)作物研究院,哈爾濱150080；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院甜菜研究所,哈爾濱150080；3.黑龍江大學(xué)農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學(xué)院,哈爾濱150080）

甜菜塊根收獲機(jī)械化技術(shù)

盧秉福1，2，耿貴1，2，周艷麗2，3

（1.黑龍江大學(xué)農(nóng)作物研究院,哈爾濱150080；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院甜菜研究所,哈爾濱150080；3.黑龍江大學(xué)農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學(xué)院,哈爾濱150080）

介紹了甜菜塊根收獲機(jī)械的結(jié)構(gòu)和工作原理，對(duì)主要工作部件的選擇進(jìn)行了分析，并闡述了甜菜塊根收獲機(jī)的發(fā)展過(guò)程及發(fā)展趨勢(shì)。實(shí)現(xiàn)甜菜收獲機(jī)械化，不僅能提高生產(chǎn)效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，而且對(duì)提高甜菜產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力具有重要的意義。

甜菜；收獲；機(jī)械化

近年來(lái),隨著農(nóng)村勞動(dòng)力轉(zhuǎn)移步伐加快,農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力價(jià)格越來(lái)越高,甜菜種植人工成本也隨之增加,因此,甜菜生產(chǎn)對(duì)機(jī)械化的需求越來(lái)越迫切,尤其是甜菜收獲機(jī)械化。甜菜機(jī)械化收獲分為聯(lián)合收獲和分段收獲,聯(lián)合收獲是指甜菜收獲機(jī)一次作業(yè)即可完成切纓、挖掘、清理、輸送、裝運(yùn)等所有工序；分段收獲又分為二段收獲和三段收獲,二段收獲是指先使用甜菜莖葉收獲機(jī)進(jìn)行甜菜莖葉切削,然后用塊根挖掘機(jī)完成挖掘、清理、輸送、裝運(yùn)等工序；三段收獲是指先完成甜菜莖葉切削,再進(jìn)行甜菜塊根挖掘,挖出的塊根集條或集堆,最后用撿拾機(jī)撿拾甜菜塊根、清理、裝運(yùn)。甜菜塊根挖掘是甜菜收獲作業(yè)的主要環(huán)節(jié),是聯(lián)合收獲作業(yè)或分段收獲作業(yè)的關(guān)鍵步驟。實(shí)現(xiàn)甜菜收獲機(jī)械化,對(duì)減少人工費(fèi)用,降低生產(chǎn)成本,提高甜菜產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力具有重要的意義。

1 甜菜挖掘機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1甜菜挖掘機(jī)的結(jié)構(gòu)

甜菜挖掘收獲機(jī),無(wú)論是聯(lián)合收獲機(jī)還是分段收獲機(jī),其結(jié)構(gòu)均比較復(fù)雜,但機(jī)型不同、自動(dòng)化程度不同,其復(fù)雜程度也不同。但概括起來(lái)說(shuō),甜菜收獲機(jī)結(jié)構(gòu)主要包括,挖掘部件系統(tǒng)、揀拾（清理）系統(tǒng)、清理輸送系統(tǒng)、集箱裝載系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。隨著科技水平的提高,甜菜機(jī)械研制部門(mén)和生產(chǎn)商都在力求創(chuàng)新,以改善甜菜收獲機(jī)的性能,減少收獲損失,提高收獲質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

1.2甜菜挖掘機(jī)的工作原理

甜菜聯(lián)合收獲機(jī)的工作部件由升運(yùn)器等部件組成。甜菜塊根在挖掘部件作業(yè)下脫離土壤后,由傾斜柵狀圓盤(pán)清理器揀拾清理,再由清理輸送裝置進(jìn)行清理、輸送,然后被傳送到升運(yùn)器,在進(jìn)一步分離的同時(shí)被升運(yùn)到塊根貯藏箱頂部,在自重的作用之下,甜菜塊根落入塊根貯藏箱。

甜菜塊根挖掘集條機(jī)主要由挖掘部件、柵狀回轉(zhuǎn)盤(pán)、集條擋壁組成,甜菜塊根被挖出后,經(jīng)過(guò)兩個(gè)相反方向旋轉(zhuǎn)的柵狀回轉(zhuǎn)盤(pán)揀拾清理,從集條擋壁后端出口處被拋到地面而歸攏成條,以便揀拾裝載機(jī)作業(yè)。集成一條的甜菜經(jīng)過(guò)甜菜揀拾清理裝載機(jī)裝運(yùn)到運(yùn)輸車(chē)內(nèi),在撿拾裝載過(guò)程中,甜菜塊根得到進(jìn)一步的清理。

2 工作部件的功能與特性

2.1挖掘工作部件

挖掘部件是甜菜塊根挖掘機(jī)的核心工作部件,有叉式、鏵鏟式、回轉(zhuǎn)式、組合式四種主要類(lèi)型,每種挖掘部件都有自己的特點(diǎn),適合不同的工作條件。叉式挖掘器出現(xiàn)最早,包括挖掘叉和挖掘鏟,其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,不易變形,入土性好,但雜草多時(shí)易堵塞,塊根提升效果不夠理想,而具有振動(dòng)功能的叉式、鏟式挖掘部件挖掘甜菜塊根時(shí)可以減輕阻力,改善挖掘效果；圓盤(pán)挖掘器是將兩個(gè)挖掘圓盤(pán)按一定角度安裝在兩根軸上,一個(gè)主動(dòng),一個(gè)隨動(dòng),或者兩個(gè)圓盤(pán)均接地隨動(dòng),工作時(shí)兩個(gè)圓盤(pán)在回轉(zhuǎn)過(guò)程中將塊根挖出并送往輸送器,挖掘質(zhì)量較好,并有較好的塊根提升效果,適應(yīng)較硬的土壤,但導(dǎo)向性差,遇潮濕粘重的土壤易堵塞；組合式挖掘器集合了其他挖掘器的優(yōu)點(diǎn),變種很多,各國(guó)非常重視對(duì)甜菜挖掘機(jī)組合式挖掘部件的研究,對(duì)組合式挖掘器進(jìn)行大量的試驗(yàn),出現(xiàn)多種新型組合挖掘部件,其中球面圓盤(pán)和滑掌組合的挖掘器應(yīng)用廣泛,適于幾乎所有的土質(zhì)。

挖掘部件的選擇應(yīng)根據(jù)甜菜收獲時(shí)的土壤條件、土壤類(lèi)型、土壤含水率等情況來(lái)定,尤其是土壤含水率,對(duì)挖掘部件的挖掘質(zhì)量影響較大,不同的土壤類(lèi)型,適于收獲的土壤水分含量也不同,一般情況下,土壤的絕對(duì)含水率在13%～18%較為適宜收獲。

2.2揀拾（清理）部件

甜菜挖掘收獲機(jī)上的揀拾部件都具有清理功能,既能揀拾、又能清理甜菜塊根,常見(jiàn)的有柵狀回轉(zhuǎn)盤(pán)、夾持鏈型、撥塊輪式三種。柵狀回轉(zhuǎn)圓盤(pán)是最典型、常用的揀拾部件,具有結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn),撿拾效果好,清理分離作用明顯；夾持鏈型揀拾部件的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)都較為簡(jiǎn)單,揀拾鏈與夾持鏈之間的速度差能夠?qū)μ鸩藟K根起到很好的揉搓作用,把土塊、雜物和粘附在塊根上的泥土清理干凈,通過(guò)調(diào)整夾持鏈與揀拾鏈之間的空隙可以適應(yīng)甜菜塊根條鋪的厚度；撥塊輪式揀拾部件出現(xiàn)較早,可滿(mǎn)足甜菜塊根的揀拾要求,但工作阻力較大,有裹土現(xiàn)象,清理效果一般。

2.3甜菜收獲機(jī)的清理、輸送機(jī)構(gòu)

清理輸送機(jī)構(gòu)種類(lèi)繁多,主要有柵狀回轉(zhuǎn)圓盤(pán)、桿條鏈、轉(zhuǎn)籠、螺旋滾筒、傳送帶和復(fù)式清理輸送機(jī)構(gòu)。柵狀回轉(zhuǎn)圓盤(pán)揀拾清理裝置,利用離心力將塊根甩到回轉(zhuǎn)盤(pán)邊緣,甜菜塊根在圓盤(pán)柵條和彈性擋壁的擦搓作用下,把粘附在塊根表面的泥土清理干凈。柵狀回轉(zhuǎn)圓盤(pán)既可以單獨(dú)使用,也可以組合使用,甜菜塊根通過(guò)柵狀回轉(zhuǎn)圓盤(pán)后可以集條或進(jìn)入輸送清理機(jī)構(gòu)。

桿條鏈?zhǔn)角謇磔斔蜋C(jī)構(gòu)分為單排桿條鏈和雙排桿條鏈。單排桿條鏈有兩種結(jié)構(gòu)形式,勾形桿條鏈和長(zhǎng)節(jié)距桿條鏈,主要用于各種傾斜和水平輸送。雙排桿條鏈用于塊根揀拾、清理、輸送,效果較單排好。桿條鏈?zhǔn)角謇磔斔蜋C(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,工作可靠,分離效果好,特別是帶齒的桿條鏈?zhǔn)角謇頇C(jī)構(gòu),由于增加搓擦作用,效果更好。

轉(zhuǎn)籠式清理輸送機(jī)構(gòu)一般采用垂直配置,可配置在機(jī)器的后面或側(cè)面,使甜菜收獲機(jī)結(jié)構(gòu)更緊湊。轉(zhuǎn)籠式清理輸送機(jī)構(gòu)輸送高度大,分離、清理效果好。

螺旋滾筒輸送器主要用于橫向過(guò)渡輸送,也可以用于垂直輸送,輸送器滾筒可完成甜菜塊根最初的清理工作,可將泥土、石塊、雜草和殘留的甜菜頂分離出去。

傳送帶既可以用于水平輸送,也可以用于垂直輸送,能將甜菜塊根輸送到貯藏箱中,同時(shí)完成對(duì)甜菜的最后清理工作。

甜菜塊根收獲機(jī)的清理輸送機(jī)構(gòu)基本上均采用復(fù)式清理輸送機(jī)構(gòu),二種或三種清理輸送部件組合的較多,其特點(diǎn)是集合了各清理輸送部件的優(yōu)點(diǎn),使甜菜塊根得到了較好的清理、分離,并完成輸送、裝箱任務(wù)。

2.4集箱裝載系統(tǒng)

甜菜箱的主要功能是在田間收獲時(shí)存儲(chǔ)甜菜,待存儲(chǔ)箱甜菜裝滿(mǎn)時(shí)裝入卡車(chē)或傾卸集堆。其卸載方式大致可分液壓式卸載、機(jī)械式卸載、無(wú)動(dòng)力卸載和復(fù)合式卸載四種。液壓式卸載,特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,操縱和卸載都方便而迅速,卸載力大,可允許采用較大的容積,應(yīng)用較為普遍；機(jī)械式卸載,特點(diǎn)是機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜,需要有操作機(jī)構(gòu)、動(dòng)力離合器及傳動(dòng)等機(jī)構(gòu),需采用鏈耙輸送,應(yīng)用較為普遍,工作可靠；無(wú)動(dòng)力卸載采用傾斜滑板,底門(mén)開(kāi)口等形式,特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,塊根集箱容積較小時(shí)亦可采用；復(fù)合式卸載一般采用機(jī)械和液壓形式的復(fù)合,具有很多優(yōu)勢(shì),即能放堆又能裝載,運(yùn)輸方便。

3 甜菜收獲機(jī)械的研究與應(yīng)用

3.1甜菜收獲機(jī)械的研究概況

甜菜收獲費(fèi)工時(shí)、強(qiáng)度大,甜菜收獲機(jī)械專(zhuān)用性強(qiáng),幾乎不能與其他作物通用,因此國(guó)外實(shí)現(xiàn)甜菜生產(chǎn)機(jī)械化的時(shí)間比大田作物一般要晚10～15年。從20世紀(jì)40年代國(guó)外就開(kāi)始有甜菜塊根挖掘機(jī)在甜菜收獲上應(yīng)用,早期的甜菜塊根挖掘機(jī)與鏵式犁差得多,甜菜塊根挖出后,人工切纓、裝運(yùn)。隨后甜菜挖掘機(jī)開(kāi)始應(yīng)用叉式、鏟式挖掘部件和柵狀回轉(zhuǎn)圓盤(pán),甜菜塊根挖出后經(jīng)過(guò)柵狀回轉(zhuǎn)圓盤(pán)初步清理集條,人工揀拾裝運(yùn),這種甜菜收獲機(jī)至今在很多國(guó)家仍在使用。20世紀(jì)60年代以后,甜菜挖掘機(jī)開(kāi)始應(yīng)用圓盤(pán)式、組合式、振動(dòng)式挖掘部件,其中以組合式發(fā)展最快,甜菜收獲基本上還是以分段作業(yè)為主。20世紀(jì)80年代以后,隨著技術(shù)進(jìn)步,甜菜收獲機(jī)向大型化、聯(lián)合收獲作業(yè)方向發(fā)展,各種大型、高效甜菜聯(lián)合收獲機(jī)相繼出現(xiàn),技術(shù)水平也已達(dá)到相當(dāng)高的程度。

我國(guó)甜菜收獲機(jī)械的研制始于20世紀(jì)50年代,主要是以引進(jìn)前蘇聯(lián)甜菜生產(chǎn)機(jī)械為主,同時(shí)相關(guān)科研單位也進(jìn)行研究,至60年代,已有“黑龍江-2甜菜聯(lián)合收獲機(jī)、蓄力甜菜收獲機(jī)、綜合甜菜切纓機(jī)”問(wèn)世,但技術(shù)水平不高,研究進(jìn)展一直不大。20世紀(jì)70年代末80年代初我國(guó)曾經(jīng)對(duì)甜菜生產(chǎn)機(jī)械化進(jìn)行了大規(guī)模的投資,引進(jìn)了一批國(guó)外甜菜生產(chǎn)機(jī)械樣機(jī),國(guó)內(nèi)很多大學(xué)、科研單位開(kāi)展甜菜生產(chǎn)機(jī)械的研究工作,先后研制成功“農(nóng)甜4TQ-2甜菜切纓機(jī)、農(nóng)甜4TW-2甜菜挖掘機(jī)、龍?zhí)?TQ-2甜菜切纓機(jī)、龍?zhí)?TW-2甜菜挖掘機(jī)”等20多種甜菜收獲機(jī)械,奠定了我國(guó)甜菜生產(chǎn)機(jī)械化的基礎(chǔ)。

圖1 甜菜尾根切削量與產(chǎn)量損失的關(guān)系

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái),各種農(nóng)作物生產(chǎn)機(jī)械化水平快速提高,但甜菜生產(chǎn)機(jī)械化較為落后,已嚴(yán)重制約了甜菜生產(chǎn)。近年來(lái)許多糖廠、農(nóng)場(chǎng)從國(guó)外引進(jìn)了一批先進(jìn)的甜菜生產(chǎn)機(jī)械,國(guó)內(nèi)一些科研、生產(chǎn)部門(mén)也在積極研制,但由于甜菜生產(chǎn)機(jī)械、尤其是甜菜收獲機(jī)械專(zhuān)用性強(qiáng),使用時(shí)間短,市場(chǎng)容量小,研究水平較低。

3.2甜菜收獲機(jī)械的發(fā)展趨勢(shì)

（1）高新技術(shù)普及化。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,電子、計(jì)算機(jī)、液壓、自動(dòng)控制等技術(shù)已應(yīng)用于甜菜聯(lián)合收獲機(jī),如電子對(duì)行裝置、電磁液壓控制挖掘深度、自動(dòng)控制導(dǎo)向等提高甜菜聯(lián)合收獲機(jī)作業(yè)精度和生產(chǎn)效率。（2）驅(qū)動(dòng)動(dòng)力大功率化。國(guó)外自走式大型甜菜聯(lián)合收獲機(jī)多為四輪驅(qū)動(dòng),發(fā)動(dòng)機(jī)功率越來(lái)越大、功率貯備多,田間通過(guò)性能好,這使得甜菜聯(lián)合收獲機(jī)工作效率得到了極大的提高,甚至能在雨天或粘重的土壤中工作。（3）作業(yè)速度高速化。由于甜菜收獲機(jī)的功率趨于大型化,工作速度也有很大提高,多為4～6km/h,有的可達(dá)7～8km/h,最快的可達(dá)10km/h,甜菜機(jī)械化收獲的生產(chǎn)效率得到了極大的提高。

3.3甜菜收獲機(jī)械的應(yīng)用

我國(guó)甜菜收購(gòu)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,每個(gè)塊根重量應(yīng)大于100g,尾根直徑應(yīng)大于1cm。甜菜單產(chǎn)為45t/hm2時(shí),在挖掘過(guò)程中,尾根直徑為1cm時(shí),符合收購(gòu)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),對(duì)甜菜產(chǎn)量無(wú)影響；尾根直徑為2.5cm時(shí),塊根損失450～1350kg/hm2,產(chǎn)量損失達(dá)1%～3%；尾根直徑為3.5cm時(shí),塊根損失2250～2700kg/hm2,產(chǎn)量損失達(dá)5%～6%；尾根直徑為5cm時(shí),塊根損失4500～5400kg/hm2,產(chǎn)量損失達(dá)10%～12%,見(jiàn)圖1。因此在采用機(jī)械化收獲甜菜時(shí),要盡可能根據(jù)氣候、土壤條件選擇配置合適的挖掘、清理部件的收獲機(jī),以減少甜菜損失。

除甜菜采用機(jī)械收獲時(shí)因尾根折斷造成損失外,甜菜收獲機(jī)輸送、清理部件對(duì)甜菜的擊打、擠壓會(huì)造成甜菜產(chǎn)量損失1%～3.2%,如果考慮其他諸如漏挖、漏檢、破碎以及裝卸、搗運(yùn)、堆垛等損失,則甜菜塊根損失更多。

4 小結(jié)

甜菜收獲作業(yè)是甜菜生產(chǎn)機(jī)械化的一個(gè)難點(diǎn),有針對(duì)性地開(kāi)展甜菜收獲機(jī)械的研制、推廣與應(yīng)用,不斷加大對(duì)甜菜收獲機(jī)械的投入力度,借鑒國(guó)外成功經(jīng)驗(yàn),進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新,改善甜菜收獲機(jī)的性能,提高甜菜收獲效率,降低甜菜收獲產(chǎn)量損失。甜菜糖廠與農(nóng)業(yè)合作社進(jìn)行合作,建立利益共同體,實(shí)現(xiàn)甜菜收獲機(jī)械化,提高甜菜糖業(yè)的行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

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Mechanization Technology for Sugarbeet Root Harvest

LU Bing-fu1,2,GENG Gui1,2,ZHOU Yan-li2,3
(1.Crop Research Institute,Heilongjiang University,Harbin 150080,China;
2.College of Agricultural Resources and Environment,Heilongjiang University,Harbin 150080,China;
3.Sugarbeet Research Institute of Chinese Academy of Agricultural Sciences,Harbin 150080,China)

The mechanicalstructure and working principle ofthe sugarbeetrootharvester were introduced.The selection ofmain working parts,developmentprocess and its developmenttrend ofsugarbeet root harvest machines were analyzed.

sugarbeet；harvest；mechanization

S566.3

：B

1007-2624（2013）02-0065-03

2012-03-05

黑龍江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（C201239）；農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專(zhuān)項(xiàng)經(jīng)費(fèi)專(zhuān)題（200903001-05-03）資助。

盧秉福（1963-）,男,吉林省梅河口市人,博士、研究員,主要研究方向?yàn)樘鸩松a(chǎn)機(jī)械化。