甘薯收獲技術(shù)及機(jī)具的發(fā)展現(xiàn)狀與前景展望

摘要：基于甘薯收獲技術(shù)和機(jī)具發(fā)展迅猛的背景，以甘薯收獲方式的發(fā)展進(jìn)程為基礎(chǔ)，根據(jù)甘薯收獲的主要環(huán)節(jié)來探討相關(guān)部件的組成、功能及特點(diǎn)，同時(shí)展望甘薯收獲機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，以期進(jìn)一步推動(dòng)甘薯收獲機(jī)的推廣普及與產(chǎn)品升級(jí)。

關(guān)鍵詞：甘薯收獲機(jī)；發(fā)展趨勢(shì)；挖掘；清洗；人工智能

中圖分類號(hào)：S225.71" " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " 文章編號(hào)：1674-1161（2024）02-0083-02

隨著科技的不斷進(jìn)步和創(chuàng)新，甘薯收獲機(jī)的技術(shù)也在不斷改進(jìn)和完善，呈現(xiàn)出從手動(dòng)挖掘到全機(jī)械化挖掘、從單一功能到多功能一體化的發(fā)展趨勢(shì)。隨著甘薯種植面積的逐漸擴(kuò)大和種植技術(shù)的不斷優(yōu)化，對(duì)甘薯收獲機(jī)的作業(yè)效率和功能也提出了更高的要求。近年來，國內(nèi)外的科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)不斷推出甘薯收獲機(jī)的新技術(shù)和新產(chǎn)品，以滿足市場(chǎng)需求。其中，一些先進(jìn)的甘薯收獲機(jī)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)智能化控制和多功能操作，操作便捷性和作業(yè)精度大幅提高[1]。為此，基于甘薯收獲技術(shù)和機(jī)具發(fā)展迅猛的背景，以甘薯收獲方式的發(fā)展進(jìn)程為基礎(chǔ)，根據(jù)甘薯收獲的主要環(huán)節(jié)，探討相關(guān)部件的組成、功能及特點(diǎn)，同時(shí)展望甘薯收獲機(jī)的研究和發(fā)展趨勢(shì)，以期進(jìn)一步推動(dòng)甘薯收獲機(jī)的普及與產(chǎn)品升級(jí)。

1 甘薯收獲方式的發(fā)展歷程

1.1 手動(dòng)挖掘方式

手動(dòng)挖掘方式是一種原始的甘薯挖掘方式，主要依賴人力使用鐵鍬、犁頭等簡單工具進(jìn)行挖掘。這種方式效率低下、勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且挖掘深度不準(zhǔn)確，容易造成甘薯的損傷和損失。隨著農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展，這種挖掘方式逐漸被淘汰。

1.2 半機(jī)械化挖掘方式

半機(jī)械化挖掘方式是在手動(dòng)挖掘方式的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，通過引入一些簡單的機(jī)械化設(shè)備如拖拉機(jī)、挖掘機(jī)等來減輕人力負(fù)擔(dān)并提高挖掘效率。但是，這種挖掘方式仍然需要人力配合操作，而且挖掘深度和精度不夠準(zhǔn)確，容易造成甘薯的損傷和損失。

此外，在半機(jī)械化挖掘方式中，開始嘗試采用拋擲輪式挖收機(jī)進(jìn)行甘薯挖掘。這種機(jī)械可以一次挖掘多行甘薯，并通過拋擲輪將甘薯拋出地面，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化挖掘?？偟膩碚f，半機(jī)械化挖掘方式比手動(dòng)挖掘方式有很大的進(jìn)步，但仍然存在需要改進(jìn)和完善之處。

1.3 全機(jī)械化挖掘方式

全機(jī)械化挖掘方式是甘薯收獲機(jī)發(fā)展的最新階段，通過引入先進(jìn)的機(jī)械技術(shù)和自動(dòng)化控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了甘薯挖掘、分離、清洗和收集等環(huán)節(jié)的全過程機(jī)械化作業(yè)。全機(jī)械化挖掘方式能大幅提高挖掘效率，減輕人力負(fù)擔(dān)，且挖掘深度和精度更加準(zhǔn)確，有利于減少甘薯損傷和損失。

在全機(jī)械化挖掘方式中，甘薯收獲機(jī)采用先進(jìn)的挖掘機(jī)械和分離裝置，能夠快速準(zhǔn)確地完成甘薯的挖掘和分離工作。同時(shí)，通過引入自動(dòng)化控制系統(tǒng)和傳感器技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)挖掘深度和速度的精確控制，使得甘薯生產(chǎn)的規(guī)?；蜆?biāo)準(zhǔn)化水平得到極大提升。全機(jī)械化挖掘方式是甘薯收獲機(jī)發(fā)展的最新階段，具有眾多優(yōu)勢(shì)和廣闊的發(fā)展前景。

2 甘薯收獲機(jī)的主要部件及特點(diǎn)

2.1 挖掘裝置

挖掘裝置是甘薯收獲機(jī)的重要組成部分，其一般由挖斗、液壓缸和控制系統(tǒng)組成，通常采用液壓系統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍和高精度的動(dòng)作。

挖掘裝置中的挖斗是挖掘甘薯的主要工具，液壓缸提供挖掘所需的力度和深度，而控制系統(tǒng)則通過調(diào)節(jié)液壓油的流向和壓力來實(shí)現(xiàn)挖掘深度的調(diào)節(jié)。液壓系統(tǒng)是甘薯收獲機(jī)中實(shí)現(xiàn)挖掘動(dòng)作的關(guān)鍵部分，通過控制液壓油的流向和壓力來實(shí)現(xiàn)挖掘裝置的伸縮和動(dòng)作，進(jìn)而完成挖掘任務(wù)，因此液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性對(duì)于整個(gè)甘薯收獲機(jī)的性能和壽命具有重要影響。

挖掘環(huán)節(jié)的技術(shù)包括液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)、調(diào)節(jié)液壓油的流向和壓力、挖掘深度和力度的精確控制等方面。這些技術(shù)的應(yīng)用可以大幅提高挖掘效率和精度，有利于減輕人力負(fù)擔(dān)、提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益。

挖掘深度和力度是挖掘裝置的兩個(gè)重要參數(shù)[2]：挖掘深度決定甘薯挖掘的準(zhǔn)確性和效率，而挖掘力度則決定甘薯挖掘的難易程度。通過調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)的壓力和流向，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)挖掘深度和力度的精確控制，有利于提高挖掘效率和精度。挖掘速度也是衡量挖掘效率的重要指標(biāo)，然而挖掘速度會(huì)受到土壤質(zhì)地、甘薯大小和分布等因素的影響，需要根據(jù)實(shí)際情況來適當(dāng)調(diào)整。

2.2 分離和清洗裝置

分離和清洗裝置是甘薯收獲機(jī)中的重要組成部分[3]，其引入自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行精確控制，再經(jīng)由輸送裝置連接各環(huán)節(jié)，可大幅提高作業(yè)效率和精度。

2.2.1 分離裝置 甘薯收獲機(jī)的分離通常采用旋轉(zhuǎn)篩和振動(dòng)篩等方式：旋轉(zhuǎn)篩由旋轉(zhuǎn)圓盤和固定的篩網(wǎng)組成，先由旋轉(zhuǎn)圓盤將挖掘出的甘薯送至篩網(wǎng)上方，再利用篩網(wǎng)將土壤和雜物分離出來；振動(dòng)篩則是通過振動(dòng)的方式將土壤和雜物從甘薯中分離出來。

2.2.2 清洗裝置 甘薯收獲機(jī)的清洗采用水流沖洗、刷子清洗等方式：水流沖洗是通過高壓水流將甘薯表面的土壤和雜物沖洗干凈，而刷子清洗則是通過旋轉(zhuǎn)的刷子將甘薯表面的土壤和雜物刷洗干凈。

2.2.3 自動(dòng)控制裝置 自動(dòng)控制系統(tǒng)是精確控制分離和清洗裝置的重要手段。通過引入傳感器技術(shù)和自動(dòng)化控制算法，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)分離和清洗裝置的精確控制，有利于提高作業(yè)效率和精度。自動(dòng)控制系統(tǒng)還可以根據(jù)土壤和甘薯的實(shí)際情況來自動(dòng)調(diào)整分離和清洗裝置的工作參數(shù)，有利于提高生產(chǎn)效益。

2.2.4 輸送裝置 輸送裝置連接挖掘裝置、分離裝置和清洗裝置。輸送裝置采用輸送帶或者鏈條等將挖掘出的甘薯送至分離和清洗裝置，其穩(wěn)定性和可靠性對(duì)整個(gè)甘薯收獲機(jī)的性能和壽命具有重要影響[4]。

3 甘薯收獲機(jī)的研發(fā)趨勢(shì)

3.1 智能控制

通過引入先進(jìn)的傳感器和控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)甘薯收獲機(jī)的智能化控制。傳感器能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)土壤濕度、肥力等參數(shù)，可為機(jī)器提供最佳的挖掘條件；控制系統(tǒng)能夠根據(jù)土壤情況和甘薯生長狀況來自動(dòng)調(diào)整挖掘深度、速度等參數(shù)[5]。

隨著微控制芯片（MCU）、數(shù)字信號(hào)處理器芯片（DSP）及其他半導(dǎo)體器件技術(shù)的日趨成熟，其成本在不斷降低且功能更加強(qiáng)大，這將為甘薯收獲機(jī)的智能控制功能提供強(qiáng)大的硬件支持。通過引入遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)甘薯收獲機(jī)的作業(yè)狀態(tài)、故障預(yù)警和維護(hù)需求。

3.2 高效挖掘

甘薯收獲機(jī)將采用更高效的挖掘裝置，如多軸式挖掘機(jī)和激光掃描定位系統(tǒng)等。多軸式挖掘機(jī)能夠同時(shí)挖掘多個(gè)甘薯，有利于提高挖掘效率；激光掃描定位系統(tǒng)能夠精確確定甘薯的位置和形狀，有利于減少挖掘過程中的損傷和損失。

3.3 無人駕駛

隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展，甘薯收獲機(jī)有望實(shí)現(xiàn)無人駕駛。通過引入高精度GPS和傳感器技術(shù)，機(jī)器能夠自動(dòng)導(dǎo)航、避障和操作，這將有利于進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率和安全性。

3.4 一體化作業(yè)

甘薯收獲機(jī)的研發(fā)必將向一體化作業(yè)的方向發(fā)展，可一次性完成挖掘、分離、清洗、收集、裝運(yùn)等環(huán)節(jié)。通過集成多種功能，機(jī)器能一次性完成所有的作業(yè)流程，有利于降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率。

3.5 環(huán)保節(jié)能

未來的甘薯收獲機(jī)將更加注重環(huán)保和節(jié)能。通過采用低能耗的發(fā)動(dòng)機(jī)和節(jié)能設(shè)計(jì)，例如先進(jìn)的液壓系統(tǒng)、節(jié)能型發(fā)動(dòng)機(jī)和智能節(jié)能控制等，可降低能源消耗和提高工作效率。同時(shí)，機(jī)器將配備廢棄物收集系統(tǒng)，這有利于減少對(duì)環(huán)境的影響。

4 結(jié)語

目前，甘薯收獲機(jī)應(yīng)用廣泛，且適用于各種規(guī)模的甘薯種植基地。對(duì)于大型種植基地來說，使用甘薯收獲機(jī)能夠大幅提高挖掘效率、降低勞動(dòng)成本；對(duì)于小型種植戶來說，使用甘薯收獲機(jī)能夠提高挖掘質(zhì)量、減少人力成本。同時(shí)，甘薯收獲機(jī)能夠減少甘薯的損傷和損失，經(jīng)濟(jì)效益顯著。隨著科技的不斷進(jìn)步和創(chuàng)新，全機(jī)械化挖掘方式將不斷完善和升級(jí)，甘薯收獲機(jī)會(huì)朝著更加智能化、高效化和環(huán)?；姆较虬l(fā)展，這也會(huì)為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來更多的便利。

參考文獻(xiàn)

[1] 德慧，孫濤，彭廣耀，等.甘薯種植生產(chǎn)機(jī)械的研究[J].南方農(nóng)機(jī)，2023，54（18）：51-53.

[2] 鮑國丞，王公仆，胡良龍，等.甘薯聯(lián)合收獲機(jī)高度自適應(yīng)集薯裝置設(shè)計(jì)與優(yōu)化[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2023，39（2）：24-33.

[3] 羅志豪，劉玉，張慶俊，等.甘薯收獲機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及關(guān)鍵工作參數(shù)分析[J].南方農(nóng)機(jī)，2022，53（8）：1-5.

[4] 申海洋，胡良龍，王冰，等.薯類收獲提升輸送裝置研究現(xiàn)狀與展望[J].中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)，2020，41（5）：17-25.

[5] 徐志鵬，羅志豪，劉玉，等.智能控制薯類收獲機(jī)的研究進(jìn)展[J].南方農(nóng)機(jī)，2022，53（9）：10-13+26.

Development Status and Prospect of Sweet Potato Harvesting Technology and Machinery

WANG Jinli1，2

（1.Liaoning Institute of Agricultural Mechanization， Shenyang 110161， China；2.Key Laboratory of Remanufacture and Innovation of Agricultural Machinery and Equipment in Liaoning Province， Shenyang 110161， China）

Abstract：" Based on the background of the rapid development of sweet potato harvesting technology and machinery， on the basis of the development process of sweet potato harvesting mode， this paper discussed the composition， function and characteristics of related components according to the main links of sweet potato harvesting， and prospected the development trend of sweet potato harvesting machine， so as to further promote the popularization and product upgrading of sweet potato harvesting machine.

Key words： sweet potato harvester; development trend; to excavate; cleaning; artificial intelligence