周魏巖 陳維剛 郭兵

摘要：近年來，隨著我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，在農(nóng)業(yè)與種植業(yè)中，普遍實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化，尤其是在馬鈴薯的種植與收獲中。馬鈴薯是一種重要的作物，其本身具備一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值與食用價(jià)值，因此，很多地區(qū)逐步實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模種植，而大規(guī)模種植往往伴隨著機(jī)械化作業(yè)的應(yīng)用。而機(jī)械化收獲會(huì)對(duì)馬鈴薯產(chǎn)生一定的損傷，影響馬鈴薯的加工與食用?；诖?，本文分析了馬鈴薯機(jī)械化收獲中的損傷因素，并開展了相應(yīng)的試驗(yàn)研究，對(duì)于馬鈴薯防損裝置的研究等具有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：馬鈴薯;機(jī)械化收貨;損傷因素;試驗(yàn)研究

中圖分類號(hào)：S23

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20191215018

基于馬鈴薯巨大的經(jīng)濟(jì)與食用價(jià)值，國家加大了對(duì)馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的支持。我國有些地區(qū)，逐步實(shí)現(xiàn)了馬鈴薯的大面積種植，形成了馬鈴薯產(chǎn)業(yè)鏈，而種植面積的增多使得其對(duì)于機(jī)械化的依賴程度逐步加大，雖然機(jī)械化保證了種植與收獲的效率，但是機(jī)械化收獲也導(dǎo)致了馬鈴薯的損傷，影響了其后期的加工與食用，因此，機(jī)械化收獲中降低損傷率是近年來馬鈴薯機(jī)械化收獲研究的熱點(diǎn)問題，對(duì)機(jī)械化收獲損傷因素以機(jī)理的試驗(yàn)分析可以為減少損傷率提供一定的參考。

1馬鈴薯生產(chǎn)概況與機(jī)械收獲損傷的基本情況

馬鈴薯最初的原產(chǎn)地是南美洲，其種植的歷史悠久，本身具有種植簡單、產(chǎn)量高、營養(yǎng)豐富的特征，使馬鈴薯成為種植最為廣泛的作物之一，以中國、俄羅斯、烏克蘭、印度、波蘭等國家為例，這些國家的馬鈴薯種植產(chǎn)量極高，占世界馬鈴薯種植面積的60%以上，產(chǎn)量達(dá)到了世界產(chǎn)量的50%。

基于我國馬鈴薯種植面積的廣泛性，在馬鈴薯收獲中普遍實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化，這種機(jī)械化收獲的方式大大提升了我國的糧食安全，促進(jìn)了我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化。但有關(guān)數(shù)據(jù)資料顯示，馬鈴薯機(jī)械化收獲造成了極高的損傷率，由收獲機(jī)所造成的損傷率高達(dá)70%以上，機(jī)械化收獲損傷主要表現(xiàn)在塊莖損傷上，而這種損傷會(huì)影響馬鈴薯的美觀性與內(nèi)在品質(zhì)，降低了馬鈴薯的再利用率，對(duì)馬鈴薯的加工等產(chǎn)生了一定的影響。因此，馬鈴薯機(jī)械化收獲不僅不利于加工行業(yè)經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益的實(shí)現(xiàn)，還不利于馬鈴薯產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的升級(jí)與調(diào)整。

2馬鈴薯機(jī)械化收獲的損傷因素與表現(xiàn)

馬鈴薯機(jī)械化收獲主要借助的是馬鈴薯收獲機(jī)，而收獲機(jī)的運(yùn)行與使用會(huì)造成馬鈴薯收獲過程中的擠壓、碰撞與摩擦，在收獲機(jī)的隨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)下，馬鈴薯受到各種力的作用，從而發(fā)生損傷。一般情況下，根據(jù)馬鈴薯的損傷情況，其損傷主要表現(xiàn)為內(nèi)部損傷與外部損傷2種。

2.1表面損壞

馬鈴薯的表層保護(hù)是其品質(zhì)保持與長期存放的基本保證，完好的表皮能有效避免馬鈴薯塊莖脫水和變質(zhì)。但是機(jī)械化收獲必須在機(jī)械元件的不停運(yùn)轉(zhuǎn)中完成，加之高效率的快速作業(yè)條件下馬鈴薯會(huì)與金屬零件、其它馬鈴薯不斷地發(fā)生摩擦與撞擊，導(dǎo)致表層部分區(qū)域脫落或起皮，這不僅會(huì)影響馬鈴薯的外觀品質(zhì)，更可能在儲(chǔ)運(yùn)發(fā)生腐爛變質(zhì)問題。

2.2內(nèi)部損壞

馬鈴薯機(jī)械化收獲中出現(xiàn)的內(nèi)部損壞，主要是由于馬鈴薯機(jī)械化收獲中受到機(jī)械有關(guān)金屬零件的劇烈碰撞、沖擊、擠壓等形成的，內(nèi)部損傷會(huì)使馬鈴薯的塊莖組織逐步形成黑斑等，隨后引發(fā)馬鈴薯內(nèi)部結(jié)構(gòu)的物理與化學(xué)變化，導(dǎo)致馬鈴薯內(nèi)部受損位置出現(xiàn)變質(zhì)、腐爛等現(xiàn)象，一旦出現(xiàn)內(nèi)部損壞，就會(huì)影響馬鈴薯的加工，降低其經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

3機(jī)械損傷對(duì)馬鈴薯的不利影響

馬鈴薯機(jī)械化收獲中產(chǎn)生的損傷會(huì)影響馬鈴薯經(jīng)濟(jì)效益的實(shí)現(xiàn)，具體來說，機(jī)械損傷會(huì)直接降低馬鈴薯的產(chǎn)量，雖然有些機(jī)械損傷的馬鈴薯依然可以銷售與加工，但是其較差的外觀等會(huì)使得馬鈴薯的銷售價(jià)格偏低，進(jìn)而影響馬鈴薯的銷售收益。有關(guān)資料顯示，馬鈴薯的產(chǎn)量受到多方面因素的影響，機(jī)械化收獲所造成的機(jī)械損傷是其中的一個(gè)主要因素，機(jī)械化收獲所造成的表皮損傷對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量的影響約占21%，而內(nèi)部損傷可達(dá)13%左右。

馬鈴薯機(jī)械化收獲所造成的機(jī)械損傷位置會(huì)出現(xiàn)生物堿、黃酮類等成分，使得馬鈴薯變質(zhì)，最終影響馬鈴薯的食用價(jià)值與經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

4馬鈴薯機(jī)械化收獲損傷試驗(yàn)

4.1基本情況

通過開展馬鈴薯機(jī)械化收獲的損傷試驗(yàn)，可以在一定程度上掌握損傷機(jī)理，從而為馬鈴薯收獲機(jī)的改進(jìn)等提供相對(duì)合理的參考。本試驗(yàn)在室內(nèi)進(jìn)行，基于馬鈴薯的形狀具有不規(guī)則的特性，因此，在馬鈴薯體積的區(qū)分上往往借助于馬鈴薯的重量確定來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)各個(gè)馬鈴薯重量的差異性，將試驗(yàn)對(duì)象的馬鈴薯分為3類，重量在100g以下的塊莖為小馬鈴薯，而重量在250g以上的塊莖為大馬鈴薯，100～250g的塊莖為中馬鈴薯。為保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，在試驗(yàn)中所選取的馬鈴薯對(duì)象必須具備體積上的均勻性，保證試驗(yàn)中包含了大、中、小類型的馬鈴薯，并且要保證試驗(yàn)前期的馬鈴薯不存在破損現(xiàn)象。

本次試驗(yàn)中，所使用的試驗(yàn)設(shè)備主要包含了普通的稱量設(shè)備、萬能試驗(yàn)機(jī)、動(dòng)態(tài)測試分析設(shè)備與測力傳感器等。普通的稱量設(shè)備主要為刻度尺、天平等。萬能試驗(yàn)機(jī)在試驗(yàn)中起到對(duì)馬鈴薯的拉伸、壓縮、剝離等作用，在此過程中，還可以進(jìn)行有關(guān)試驗(yàn)參數(shù)的呈現(xiàn)。動(dòng)態(tài)測試分析設(shè)備可以在試驗(yàn)過程中對(duì)馬鈴薯的溫度、振動(dòng)等加以試驗(yàn)，還可以直接進(jìn)行試驗(yàn)結(jié)果的分析與對(duì)比。測力傳感器的使用是為了實(shí)時(shí)測試馬鈴薯的沖擊力等。

4.2試驗(yàn)內(nèi)容與結(jié)果

4.2.1下跌高度對(duì)損傷的影響

在該試驗(yàn)中，將馬鈴薯從5個(gè)不同的高度進(jìn)行跌落試驗(yàn)，其碰撞材料為45#鋼，選取的試驗(yàn)對(duì)象為含水率在71%～78%之間的馬鈴薯。試驗(yàn)結(jié)果表明，馬鈴薯下落所承受的沖擊力隨著下跌高度的增加而增大，二者呈現(xiàn)出正向的變化關(guān)系。而基于碰撞材料的特殊性，馬鈴薯在下跌過程中主要受到變形與反彈的影響，因此，為了減小馬鈴薯的損傷，可以通過對(duì)下跌高度的控制來實(shí)現(xiàn)。

4.2.2應(yīng)用材料對(duì)損傷的影響

在其它因素保持不變的情況下，分別將45#鋼、橡膠、馬鈴薯和干燥土塊為碰撞材料，每組進(jìn)行5次的試驗(yàn)，隨后取試驗(yàn)結(jié)果的平均值。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可知，如果金屬材料的硬度較大，在碰撞試驗(yàn)中產(chǎn)生的變形較小，使得馬鈴薯承受的沖擊力較大，因此，在碰撞材料的選擇上，可以選用硬度相對(duì)較小的材料，減少損傷。

4.2.3含水率對(duì)損傷的影響

在馬鈴薯含水率對(duì)損傷的影響試驗(yàn)中，將在土壤中放置時(shí)間在6d左右的馬鈴薯作為對(duì)象，分2組進(jìn)行跌落實(shí)驗(yàn)，2組的試驗(yàn)時(shí)間不一致，前1組試驗(yàn)在后1組試驗(yàn)的前6d進(jìn)行，前1組的試驗(yàn)對(duì)象馬鈴薯較不成熟，但是其含水量相對(duì)較高。試驗(yàn)結(jié)果表明，含水率較高的馬鈴薯，其在跌落中與碰撞材料之間的變形較大，從而使二者的接觸黏性較大。

5結(jié)論

基于馬鈴薯機(jī)械化收獲中機(jī)械損傷產(chǎn)生的機(jī)理，有關(guān)的設(shè)計(jì)人員在馬鈴薯收獲機(jī)的設(shè)計(jì)中要充分利用該機(jī)理，結(jié)合本文的試驗(yàn)內(nèi)容，對(duì)收獲機(jī)中的跌落高度、碰撞材料等加以合理控制與選擇，保障收獲機(jī)設(shè)計(jì)的合理性，使得其在收獲中減小對(duì)馬鈴薯的損傷，提高馬鈴薯的產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)馬鈴薯的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

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作者簡介：

周魏巖（1986-），大專，中級(jí)工程師，車間主任。研究方向：農(nóng)機(jī)工程。