小型甜菜葉片收獲機(jī)設(shè)計(jì)思路及工作原理

林柏森, 賈玉舟, 韓 杰, 霍寶瑜

(1.赤峰綠璐種業(yè)有限公司,赤峰 024005; 2.赤峰眾益糖業(yè)有限公司,赤峰 024005;3.呼倫貝爾晟通糖業(yè)科技有限公司,額爾古納 022250; 4.赤峰元通工貿(mào)有限公司,赤峰 024000)

0 前言

甜菜是北方制糖工業(yè)的原料。第一年?duì)I養(yǎng)生長(zhǎng)時(shí)期的甜菜可簡(jiǎn)單分為地上部和地下部，地上部自上而下包括葉片、葉柄；地下部即塊根，自上而下包括根頭、根莖、根體、尾根。葉柄著生在根頭上，因此根頭是地上部葉叢和地下部塊根的連接處，也有人將根頭劃分為甜菜的地上部分。甜菜塊根用來(lái)榨糖，地上部葉片、葉柄收獲后可以作為牲畜的青飼料，但近年多數(shù)情況是將打碎的葉片、葉柄直接還田。

甜菜塊根收獲機(jī)的推廣使甜菜收獲變?yōu)橄鄬?duì)簡(jiǎn)單的事情。收獲甜菜的第一步是進(jìn)行葉部(甜菜葉部包括葉片和葉柄，以下簡(jiǎn)稱葉片)處理，第二步是通過起拔輪裝置或是鏟頭裝置將塊根從地里拔出或是鏟出，第三步是通過傳送裝置將塊根傳送到料斗里，在傳送過程中進(jìn)一步清理掉附著在甜菜塊根上的泥土和甜菜塊根中夾雜的泥土、甜菜碎葉、雜草等其它輕體夾雜物。葉片處理的清潔程度、根頭的損傷程度涉及以后甜菜塊根的收獲清潔程度和完整程度，同時(shí)也涉及以后甜菜的儲(chǔ)藏質(zhì)量。大型甜菜收獲機(jī)械是集打葉、收獲于一體，而中小型收獲機(jī)由于動(dòng)力及打葉、收獲工作效率不同等原因，導(dǎo)致打葉和塊根收獲不同步。再者，有時(shí)甜菜葉叢會(huì)堵塞機(jī)器，增加了打葉機(jī)的工作負(fù)荷，影響甜菜塊根收獲質(zhì)量。甜菜葉片收獲機(jī)是一種小型機(jī)械，用四輪車作動(dòng)力，每次收獲兩行甜菜葉片。

1 打葉機(jī)的缺點(diǎn)與不足

1.1 將葉片留在田地里，增加了土壤中病原菌的基數(shù)

打葉機(jī)的工作原理是將甜菜葉片通過連枷(皮條)將葉片打碎，然后由懸掛在打葉機(jī)后部的切頂?shù)秾⑻鸩烁^或青頂切掉。甜菜收獲時(shí)仍有一部分存活的病葉，病葉上著生著褐斑病病原菌孢子或是其它病害的病原菌孢子。特別是東北和華北的部分甜菜區(qū)，褐斑病已成為嚴(yán)重威脅甜菜產(chǎn)質(zhì)、量的病害之一。收獲甜菜時(shí)將葉片打碎留在田間，翻地時(shí)翻進(jìn)土壤里，和將甜菜葉片帶出田間相比，病殘?jiān)黾恿颂镩g病原的基數(shù)，延長(zhǎng)了輪作年限。打葉機(jī)推廣十幾年來(lái)，出現(xiàn)了這樣的結(jié)果：原來(lái)沒有褐斑病或褐斑病極輕的地區(qū)，褐斑病也日益加重，如赤峰北部林西甜菜區(qū)、壩上及毗鄰甜菜區(qū)；在原來(lái)褐斑病就較重的地區(qū)，褐斑病更加嚴(yán)重了，單純靠化學(xué)防治幾乎難以防治，如赤峰南部松山區(qū)甜菜區(qū)、元寶山區(qū)甜菜區(qū)、喀喇沁旗甜菜區(qū)、通遼甜菜區(qū)、興安盟南部甜菜區(qū)等。甜菜病殘?jiān)黾油寥啦≡@一嚴(yán)酷現(xiàn)實(shí)迫使我們?cè)谑斋@甜菜時(shí)將葉部病殘帶出田間。

1.2 將葉片打碎在田里，增加了塊根收獲的作業(yè)難度

經(jīng)打葉機(jī)打碎后甜菜葉片散落在田間壟背處和壟溝處，散落在壟溝處的碎葉經(jīng)車輪碾壓后變成黏糊的粥狀，導(dǎo)致收獲機(jī)在行進(jìn)過程中車輪打滑，從而引起機(jī)體搖擺，采用起拔輪裝置的收獲機(jī)有時(shí)起拔輪會(huì)切碎甜菜，采用鏟頭裝置的收獲機(jī)則會(huì)鏟斷甜菜或鏟不出甜菜。散落在壟背的甜菜碎片有時(shí)會(huì)夾雜在甜菜塊根中，隨塊根進(jìn)入料斗里。

1.3 打葉、收獲不同步，容易產(chǎn)生 “萎蔫菜”、“凍化菜”

小型打葉機(jī)每天的作業(yè)面積約為6.6公頃，而小型收獲機(jī)的每天的作業(yè)面積只有1.3公頃-1.4公頃。有時(shí)打葉和塊根收獲兩項(xiàng)工作間隔10天以上。這樣會(huì)有以下兩種情況發(fā)生：一種情況是由于沒有葉片保護(hù)，并且根頭處受傷，甜菜容易“萎蔫”；另一種情況是徹底打完葉片的甜菜遇到0℃以下低溫或雨雪天氣后變?yōu)椤皟霾恕?，由于失去了葉片或葉柄的保護(hù)，受凍甜菜再遇到0℃以上的溫度則受凍部分會(huì)化凍，即成為“化菜”，“凍”和“化”過程交替進(jìn)行，就產(chǎn)生了“凍化菜”?！皟龌恕庇绊懱鸩藘?chǔ)藏，加工時(shí)提糖率降低,增加蜜的產(chǎn)量。甜菜葉片對(duì)塊根具有保護(hù)和“緩凍”作用，實(shí)踐觀察到這樣的結(jié)果，帶有葉片或是部分葉柄的甜菜受凍后，在氣溫恢復(fù)到0℃以上時(shí)，受凍甜菜塊根又恢復(fù)到正常狀態(tài)。

1.4 連枷過重，甜菜損傷嚴(yán)重，甜菜不易儲(chǔ)藏和加工

打葉機(jī)的工作原理是利用傳動(dòng)裝置帶動(dòng)皮條對(duì)甜菜葉片進(jìn)行抽打，有時(shí)為了增加除凈葉片效果，設(shè)計(jì)時(shí)增加了皮條的數(shù)量，嚴(yán)重時(shí)將甜菜根頭打爛，這樣的甜菜一方面病菌容易從傷口處進(jìn)入，使甜菜不容易儲(chǔ)藏，儲(chǔ)藏時(shí)蔗糖外滲，甜菜容易腐爛，另一方面被打爛的甜菜提糖困難。

2 甜菜葉片收獲機(jī)的設(shè)計(jì)思路

2.1 清潔田園，降低田間病原菌基數(shù)

收獲甜菜前先用葉片收獲機(jī)將葉片收走，并且?guī)С鎏鸩说兀诺竭m當(dāng)?shù)胤阶匀涣罆窈惋L(fēng)干，甜菜葉片收獲機(jī)將地上部分葉片和大部分葉柄收走，通過調(diào)整切葉機(jī)構(gòu)的高度，保留一定高度的葉柄在根頭上，收獲甜菜時(shí)用打葉機(jī)(或切頂機(jī))將殘留的葉柄處理掉或直接用懸掛在打葉機(jī)后面的拖刀連同葉柄及部分青頂切掉。使用甜菜葉片收獲機(jī)起到了清潔田園、減輕田間病原菌基數(shù)的作用。

2.2 防治塊根“萎蔫”，降低“凍化菜”幾率

被割葉的甜菜由于根頭處沒有傷口，還殘存一部分葉柄和葉片，甜菜不易“萎蔫”；殘存在根頭上的葉柄仍有“緩凍”作用，遇到低溫或雨雪天氣不易產(chǎn)生“凍化菜”降低了田間產(chǎn)生“凍化菜”的幾率。之所以用甜菜葉片收獲機(jī)先收割葉片，并且保留一定高度的葉柄，就是防治甜菜塊根收獲前“萎蔫”或“凍化”。

2.3 減輕打葉機(jī)(切頂機(jī))負(fù)荷，提高甜菜塊根收獲質(zhì)量

由于大部分甜菜葉片和田間大草被收割并且被帶出甜菜地，因而田間殘留在甜菜上的葉叢重量減輕了，減輕了打葉機(jī)的負(fù)荷，減少機(jī)器作業(yè)阻力。再使用打葉機(jī)處理殘存葉片則變得相對(duì)容易，打葉機(jī)只需少量皮條或只需拖刀切掉葉柄及部分青頂即可，甜菜根頭不易損傷，甜菜容易儲(chǔ)藏。另外在起收塊根過程中，機(jī)體不打滑，保證了收購(gòu)質(zhì)量。

2.4 重新設(shè)計(jì)和定型甜菜打葉機(jī)或切頂機(jī)，減小甜菜受傷程度

甜菜葉片收獲機(jī)收割并帶走大量甜菜葉片，不再需要原來(lái)那種靠大量皮條抽打甜菜葉片的打葉機(jī)，可以考慮重新設(shè)計(jì)打葉機(jī)，將打葉變?yōu)榍许?，使機(jī)器簡(jiǎn)單化，甜菜根頭不受傷?？梢宰龅竭吿幚須堄嗳~柄、削掉根頭和收獲塊根同時(shí)進(jìn)行。也可以將切頂裝置設(shè)置在收獲機(jī)的前端。

2.5 為牲畜提供優(yōu)質(zhì)的飼料

甜菜葉片含有蛋白質(zhì)、粗脂肪、粗纖維、淀粉、糖和多種維生素，是優(yōu)質(zhì)的多汁飼料。據(jù)研究，10公斤甜菜葉養(yǎng)分價(jià)值可相當(dāng)1公斤高粱的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。將甜菜葉片打碎留在田地里，浪費(fèi)了飼料資源。甜菜葉片收獲后可以和粉碎后的干玉米秸稈按比例分層青儲(chǔ)，也可在野外鋪成薄層晾干或風(fēng)干，曬干后的甜菜葉片可以直接用作飼料，也可以粉碎后和玉米面、豆粕、谷糠等混合壓制成顆粒飼料。

3 甜菜葉片收獲機(jī)的整體結(jié)構(gòu)及工作原理

3.1 甜菜葉片收獲機(jī)的整體結(jié)構(gòu)(見圖)

甜菜葉片收獲機(jī)主要由以下幾部分組成：弧形割刀部分；動(dòng)力輸出部分:第一動(dòng)力輸出部分、第二動(dòng)力輸出部分、液壓馬達(dá)；葉片輸送裝置。

圖1 甜菜葉片收獲機(jī)平面和立體簡(jiǎn)圖1-機(jī)架，2-牽引架，3-行走輪，4-齒輪轉(zhuǎn)化器，5-動(dòng)力輸入軸，6-第一動(dòng)力輸出軸，7-第二動(dòng)力輸出軸，8-割葉機(jī)構(gòu)，9-滾軸，10-弧形割葉刀，11-縱向輸送機(jī)，12-縱向輸送機(jī)主軸，13-縱向輸送皮帶，14-橫向輸送機(jī)，15-橫向輸送主軸，16-橫向輸送皮帶，17-液壓馬達(dá)，18-調(diào)節(jié)支撐高度的支桿，19-輸送機(jī)調(diào)節(jié)油缸，20-門字形支架，21-U字形牽引架，22-牽引高度調(diào)節(jié)油缸，23-牽引桿，24-牽引懸掛爪，25-牽引桿調(diào)節(jié)油缸，26-地輪立柱，27-萬(wàn)向輪。

3.2 葉片收獲機(jī)主要部分工作原理

3.2.1 弧形割葉刀的工作原理

割葉刀設(shè)計(jì)成弧形又稱弧形刀，首先四輪車經(jīng)動(dòng)力輸入軸給齒輪轉(zhuǎn)換器輸入動(dòng)力，輸入動(dòng)力經(jīng)齒輪轉(zhuǎn)換器后，有兩個(gè)動(dòng)力輸出，第一動(dòng)力輸出帶動(dòng)通過齒輪和鏈條帶動(dòng)割葉機(jī)構(gòu)的滾軸轉(zhuǎn)動(dòng)，弧形刀鏈接在割葉機(jī)構(gòu)的滾軸上，滾軸帶動(dòng)弧形刀轉(zhuǎn)動(dòng)，弧形刀轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)為每分鐘700轉(zhuǎn)左右，靠弧形刀轉(zhuǎn)動(dòng)的力量將甜菜葉柄砍斷，并靠弧形刀轉(zhuǎn)動(dòng)慣性將葉片甩到第一部輸送帶上?；⌒蔚兜母叨鹊恼{(diào)整可以通過控制液壓調(diào)整機(jī)器的高度來(lái)實(shí)現(xiàn)，根據(jù)地勢(shì)情況確定殘留葉柄的高度。

3.2.2 葉片輸送裝置的工作原理

第二動(dòng)力輸出通過齒輪和鏈條轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)一個(gè)“借輪”(過渡軸)轉(zhuǎn)動(dòng)， “借輪”帶動(dòng)第一部傳送帶底端的滾軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)第一部輸送帶轉(zhuǎn)動(dòng)，通過“借輪”降低轉(zhuǎn)速；液壓馬達(dá)帶動(dòng)第二部傳送帶底端的滾軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)第二部傳送帶轉(zhuǎn)動(dòng)。為防止甜菜葉片在傳送帶上打滑，兩部傳送帶上都設(shè)有擋板，擋板垂直于傳送帶，擋板高度4.0 cm。第一部傳送帶長(zhǎng)度140 cm，寬70.0 cm，兩個(gè)擋板之間的間距為45.0 cm；第二部傳送帶長(zhǎng)290 cm，寬55.0 cm，兩個(gè)擋板之間的距離為40.0 cm。第二部傳送帶垂直于第一步傳送帶。為防止甜菜葉片在傳送帶兩側(cè)散落，傳送帶的兩側(cè)設(shè)有擋板，第一部傳送帶的擋板高度30.0 cm，第二部傳送帶的擋板高度為25.0 cm，傳送帶和兩邊的擋板構(gòu)成了一個(gè)類似無(wú)蓋的方型槽，傳送帶和滾軸構(gòu)成了方型槽的底部，每個(gè)方型槽的后端都有一橫向擋板和方型槽兩側(cè)縱向擋板相連接。被割掉的甜菜葉片被弧形刀的慣性甩到第一部傳送帶上，然后被送到第一個(gè)傳送帶的頂端后掉在第二部傳送帶的底部，第二部傳送帶底部類似一個(gè)不規(guī)則的方型且三面有擋板的方形漏斗，漏斗的后擋板高度為60.0 cm，是用來(lái)?yè)踝√鸩巳~片不下滑，兩側(cè)擋板固定在方型槽兩邊，方型漏斗兩側(cè)擋板高度逐漸降低，甜菜葉片被傳送到第二部傳送帶的頂端后，被射到接收料斗中。兩部傳送帶的輸送速度不一樣，第一部傳送帶的速度是固定的，第二部輸送帶的速度通過油門調(diào)節(jié)，第二部傳送帶的速度要大于第一步傳送帶的速度。

4 葉片接收裝置

這部分裝置不在甜菜葉片收獲機(jī)范圍之內(nèi)，但甜菜葉片收獲機(jī)必須和葉片接收裝置一起配合使用，這樣才能使收獲后的葉片被帶到田外。第一部傳送帶為縱向輸送，縱向輸送方向和機(jī)器行走方向一致，第二部傳送帶則為橫向輸送，即傳送方向垂直于機(jī)器行走方向。接收裝置為一料斗，收割后葉片通過第二部傳送帶被射到料斗中，料斗懸掛在另一臺(tái)小四輪上，兩臺(tái)小四輪同向、同步、同速勻速行駛。每次收獲兩壟葉片，根據(jù)壟的長(zhǎng)短、料斗的大小決定車到地頭后是否卸掉料斗中的葉片。

被收獲的葉片可以翻卸在另一臺(tái)車上直接送青儲(chǔ)窖，也可以臨時(shí)卸在一個(gè)就近比較寬敞的地方進(jìn)行晾曬，原則不耽誤收獲甜菜塊根。

5 小結(jié)

小型甜菜葉片收獲機(jī)設(shè)計(jì)思路新穎，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，整機(jī)重量只有600公斤左右，55馬力以上小四輪便可帶動(dòng)懸掛作業(yè)。甜菜地上部經(jīng)過葉片收獲機(jī)處理后，起到了清潔田園，降低田間病原菌基數(shù)的作用，減輕了的打葉機(jī)的工作負(fù)荷，也可將打葉機(jī)更進(jìn)一步簡(jiǎn)單化，可直接改成切頂機(jī)。收獲葉片和收獲塊根不同步時(shí)，殘存的葉柄可以防止塊根“萎蔫”、“凍化”，甜菜被割葉、切頂后，根頭損傷程度小，便于甜菜的儲(chǔ)藏和加工。另外，甜菜葉片營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，可作為牲畜優(yōu)質(zhì)的多汁飼料。