盧秉福，耿貴，周艷麗

（1.黑龍江大學農作物研究院,哈爾濱150080；2.中國農業(yè)科學院甜菜研究所,哈爾濱150080；3.黑龍江大學農業(yè)資源與環(huán)境學院,哈爾濱150080）

甜菜塊根收獲機械化技術

盧秉福1，2，耿貴1，2，周艷麗2，3

（1.黑龍江大學農作物研究院,哈爾濱150080；2.中國農業(yè)科學院甜菜研究所,哈爾濱150080；3.黑龍江大學農業(yè)資源與環(huán)境學院,哈爾濱150080）

介紹了甜菜塊根收獲機械的結構和工作原理，對主要工作部件的選擇進行了分析，并闡述了甜菜塊根收獲機的發(fā)展過程及發(fā)展趨勢。實現(xiàn)甜菜收獲機械化，不僅能提高生產效率，降低勞動強度，而且對提高甜菜產業(yè)競爭力具有重要的意義。

甜菜；收獲；機械化

近年來,隨著農村勞動力轉移步伐加快,農業(yè)勞動力價格越來越高,甜菜種植人工成本也隨之增加,因此,甜菜生產對機械化的需求越來越迫切,尤其是甜菜收獲機械化。甜菜機械化收獲分為聯(lián)合收獲和分段收獲,聯(lián)合收獲是指甜菜收獲機一次作業(yè)即可完成切纓、挖掘、清理、輸送、裝運等所有工序；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進行甜菜莖葉切削,然后用塊根挖掘機完成挖掘、清理、輸送、裝運等工序；三段收獲是指先完成甜菜莖葉切削,再進行甜菜塊根挖掘,挖出的塊根集條或集堆,最后用撿拾機撿拾甜菜塊根、清理、裝運。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)的關鍵步驟。實現(xiàn)甜菜收獲機械化,對減少人工費用,降低生產成本,提高甜菜產業(yè)競爭力具有重要的意義。

1 甜菜挖掘機的結構與工作原理

1.1甜菜挖掘機的結構

甜菜挖掘收獲機,無論是聯(lián)合收獲機還是分段收獲機,其結構均比較復雜,但機型不同、自動化程度不同,其復雜程度也不同。但概括起來說,甜菜收獲機結構主要包括,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,甜菜機械研制部門和生產商都在力求創(chuàng)新,以改善甜菜收獲機的性能,減少收獲損失,提高收獲質量和生產效率。

1.2甜菜挖掘機的工作原理

甜菜聯(lián)合收獲機的工作部件由升運器等部件組成。甜菜塊根在挖掘部件作業(yè)下脫離土壤后,由傾斜柵狀圓盤清理器揀拾清理,再由清理輸送裝置進行清理、輸送,然后被傳送到升運器,在進一步分離的同時被升運到塊根貯藏箱頂部,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主要由挖掘部件、柵狀回轉盤、集條擋壁組成,甜菜塊根被挖出后,經過兩個相反方向旋轉的柵狀回轉盤揀拾清理,從集條擋壁后端出口處被拋到地面而歸攏成條,以便揀拾裝載機作業(yè)。集成一條的甜菜經過甜菜揀拾清理裝載機裝運到運輸車內,在撿拾裝載過程中,甜菜塊根得到進一步的清理。

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的核心工作部件,有叉式、鏵鏟式、回轉式、組合式四種主要類型,每種挖掘部件都有自己的特點,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,其結構簡單,不易變形,入土性好,但雜草多時易堵塞,塊根提升效果不夠理想,而具有振動功能的叉式、鏟式挖掘部件挖掘甜菜塊根時可以減輕阻力,改善挖掘效果；圓盤挖掘器是將兩個挖掘圓盤按一定角度安裝在兩根軸上,一個主動,一個隨動,或者兩個圓盤均接地隨動,工作時兩個圓盤在回轉過程中將塊根挖出并送往輸送器,挖掘質量較好,并有較好的塊根提升效果,適應較硬的土壤,但導向性差,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,變種很多,各國非常重視對甜菜挖掘機組合式挖掘部件的研究,對組合式挖掘器進行大量的試驗,出現(xiàn)多種新型組合挖掘部件,其中球面圓盤和滑掌組合的挖掘器應用廣泛,適于幾乎所有的土質。

挖掘部件的選擇應根據甜菜收獲時的土壤條件、土壤類型、土壤含水率等情況來定,尤其是土壤含水率,對挖掘部件的挖掘質量影響較大,不同的土壤類型,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,常見的有柵狀回轉盤、夾持鏈型、撥塊輪式三種。柵狀回轉圓盤是最典型、常用的揀拾部件,具有結構緊湊的特點,撿拾效果好,清理分離作用明顯；夾持鏈型揀拾部件的特點是結構和傳動都較為簡單,揀拾鏈與夾持鏈之間的速度差能夠對甜菜塊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,通過調整夾持鏈與揀拾鏈之間的空隙可以適應甜菜塊根條鋪的厚度；撥塊輪式揀拾部件出現(xiàn)較早,可滿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甜菜收獲機的清理、輸送機構

清理輸送機構種類繁多,主要有柵狀回轉圓盤、桿條鏈、轉籠、螺旋滾筒、傳送帶和復式清理輸送機構。柵狀回轉圓盤揀拾清理裝置,利用離心力將塊根甩到回轉盤邊緣,甜菜塊根在圓盤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。柵狀回轉圓盤既可以單獨使用,也可以組合使用,甜菜塊根通過柵狀回轉圓盤后可以集條或進入輸送清理機構。

桿條鏈式清理輸送機構分為單排桿條鏈和雙排桿條鏈。單排桿條鏈有兩種結構形式,勾形桿條鏈和長節(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。桿條鏈式清理輸送機構結構簡單,工作可靠,分離效果好,特別是帶齒的桿條鏈式清理機構,由于增加搓擦作用,效果更好。

轉籠式清理輸送機構一般采用垂直配置,可配置在機器的后面或側面,使甜菜收獲機結構更緊湊。轉籠式清理輸送機構輸送高度大,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,同時完成對甜菜的最后清理工作。

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

2.4集箱裝載系統(tǒng)

甜菜箱的主要功能是在田間收獲時存儲甜菜,待存儲箱甜菜裝滿時裝入卡車或傾卸集堆。其卸載方式大致可分液壓式卸載、機械式卸載、無動力卸載和復合式卸載四種。液壓式卸載,特點是結構簡單,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,應用較為普遍；機械式卸載,特點是機構較為復雜,需要有操作機構、動力離合器及傳動等機構,需采用鏈耙輸送,應用較為普遍,工作可靠；無動力卸載采用傾斜滑板,底門開口等形式,特點是結構簡單,塊根集箱容積較小時亦可采用；復合式卸載一般采用機械和液壓形式的復合,具有很多優(yōu)勢,即能放堆又能裝載,運輸方便。

3 甜菜收獲機械的研究與應用

3.1甜菜收獲機械的研究概況

甜菜收獲費工時、強度大,甜菜收獲機械專用性強,幾乎不能與其他作物通用,因此國外實現(xiàn)甜菜生產機械化的時間比大田作物一般要晚10～15年。從20世紀40年代國外就開始有甜菜塊根挖掘機在甜菜收獲上應用,早期的甜菜塊根挖掘機與鏵式犁差得多,甜菜塊根挖出后,人工切纓、裝運。隨后甜菜挖掘機開始應用叉式、鏟式挖掘部件和柵狀回轉圓盤,甜菜塊根挖出后經過柵狀回轉圓盤初步清理集條,人工揀拾裝運,這種甜菜收獲機至今在很多國家仍在使用。20世紀60年代以后,甜菜挖掘機開始應用圓盤式、組合式、振動式挖掘部件,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80年代以后,隨著技術進步,甜菜收獲機向大型化、聯(lián)合收獲作業(yè)方向發(fā)展,各種大型、高效甜菜聯(lián)合收獲機相繼出現(xiàn),技術水平也已達到相當高的程度。

我國甜菜收獲機械的研制始于20世紀50年代,主要是以引進前蘇聯(lián)甜菜生產機械為主,同時相關科研單位也進行研究,至60年代,已有“黑龍江-2甜菜聯(lián)合收獲機、蓄力甜菜收獲機、綜合甜菜切纓機”問世,但技術水平不高,研究進展一直不大。20世紀70年代末80年代初我國曾經對甜菜生產機械化進行了大規(guī)模的投資,引進了一批國外甜菜生產機械樣機,國內很多大學、科研單位開展甜菜生產機械的研究工作,先后研制成功“農甜4TQ-2甜菜切纓機、農甜4TW-2甜菜挖掘機、龍?zhí)?TQ-2甜菜切纓機、龍?zhí)?TW-2甜菜挖掘機”等20多種甜菜收獲機械,奠定了我國甜菜生產機械化的基礎。

圖1 甜菜尾根切削量與產量損失的關系

進入21世紀以來,各種農作物生產機械化水平快速提高,但甜菜生產機械化較為落后,已嚴重制約了甜菜生產。近年來許多糖廠、農場從國外引進了一批先進的甜菜生產機械,國內一些科研、生產部門也在積極研制,但由于甜菜生產機械、尤其是甜菜收獲機械專用性強,使用時間短,市場容量小,研究水平較低。

3.2甜菜收獲機械的發(fā)展趨勢

（1）高新技術普及化。隨著科學技術的快速發(fā)展,電子、計算機、液壓、自動控制等技術已應用于甜菜聯(lián)合收獲機,如電子對行裝置、電磁液壓控制挖掘深度、自動控制導向等提高甜菜聯(lián)合收獲機作業(yè)精度和生產效率。（2）驅動動力大功率化。國外自走式大型甜菜聯(lián)合收獲機多為四輪驅動,發(fā)動機功率越來越大、功率貯備多,田間通過性能好,這使得甜菜聯(lián)合收獲機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7～8km/h,最快的可達10km/h,甜菜機械化收獲的生產效率得到了極大的提高。

3.3甜菜收獲機械的應用

我國甜菜收購標準規(guī)定,每個塊根重量應大于100g,尾根直徑應大于1cm。甜菜單產為45t/hm2時,在挖掘過程中,尾根直徑為1cm時,符合收購質量標準,對甜菜產量無影響；尾根直徑為2.5cm時,塊根損失450～1350kg/hm2,產量損失達1%～3%；尾根直徑為3.5cm時,塊根損失2250～2700kg/hm2,產量損失達5%～6%；尾根直徑為5cm時,塊根損失4500～5400kg/hm2,產量損失達10%～12%,見圖1。因此在采用機械化收獲甜菜時,要盡可能根據氣候、土壤條件選擇配置合適的挖掘、清理部件的收獲機,以減少甜菜損失。

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

4 小結

甜菜收獲作業(yè)是甜菜生產機械化的一個難點,有針對性地開展甜菜收獲機械的研制、推廣與應用,不斷加大對甜菜收獲機械的投入力度,借鑒國外成功經驗,進行技術創(chuàng)新,改善甜菜收獲機的性能,提高甜菜收獲效率,降低甜菜收獲產量損失。甜菜糖廠與農業(yè)合作社進行合作,建立利益共同體,實現(xiàn)甜菜收獲機械化,提高甜菜糖業(yè)的行業(yè)競爭力。

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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

黑龍江省自然科學基金項目（C201239）；農業(yè)部公益性行業(yè)（農業(yè)）科研專項經費專題（200903001-05-03）資助。

盧秉福（1963-）,男,吉林省梅河口市人,博士、研究員,主要研究方向為甜菜生產機械化。