甜菜收獲機械化莖葉切削技術(shù)

盧秉福 ，耿 貴 1，，周艷麗 2，

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

甜菜收獲作業(yè)是甜菜生產(chǎn)的一個重要環(huán)節(jié)，也是甜菜生產(chǎn)機械化的一個難點，季節(jié)性強，勞動強度大。實現(xiàn)甜菜收獲機械化，不僅能提高生產(chǎn)效率，節(jié)約勞力，降低勞動強度，將人們從繁重的甜菜收獲勞動中解脫出來，還能降低收獲環(huán)節(jié)中不必要的損失。隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平的不斷提高，采用機械化、自動化收獲機具實現(xiàn)甜菜收獲，對提高甜菜產(chǎn)業(yè)競爭力具有重要的意義。

1 甜菜機械化收獲方法

1.1 聯(lián)合收獲法

聯(lián)合收獲法是指用甜菜聯(lián)合收獲機一次作業(yè)完成切纓、挖掘、清土、裝運等工序。此法的優(yōu)點是一次完成所有甜菜收獲作業(yè)，所需要的勞動力少，勞動生產(chǎn)率可以大幅度提高，勞動強度減輕，收獲損失也較小，適用于經(jīng)營規(guī)模大、經(jīng)濟發(fā)展水平高的地區(qū)。它的缺點是聯(lián)合收獲機構(gòu)造復雜，投資費用大，而在一年中的使用時間短，并要求有較高的使用技術(shù)。

1.2 分段收獲法

分段收獲法也稱兩段法或三段法收獲。先切去甜菜葉纓，然后再用甜菜挖掘機起收并裝運，或先切去甜菜葉纓，用甜菜挖掘機挖出甜菜集條，再用撿拾機械撿拾并裝運。此法的優(yōu)點是甜菜收獲時可以各自完成作業(yè)，缺點是機器兩次或三次作業(yè)，對土壤破壞和壓實程度增加，油料消耗比聯(lián)合收獲法增加7%～10%。

2 甜菜莖葉切削裝置

現(xiàn)代甜菜收獲機上獲得最廣泛應用的莖葉切削裝置有3種類型，它們之間的區(qū)別在于主要部件——仿形器與切刀本身構(gòu)造不同以及兩者之間組合的不同。

2.1 主動圓盤仿形器和被動平直切刀莖葉切削裝置

主動帶齒圓盤仿形器和被動平面切刀組合，通過主動圓盤仿形器對甜菜產(chǎn)生仿形效果，使切刀位于所要求的切削高度，在水平位置將甜菜莖葉及青頂切除。在仿形與切削過程中，仿形器經(jīng)過的軌跡可分為4個階段，即沖擊、升起、切削、下降，其中每個階段都應滿足一定的技術(shù)要求，尤其是在沖擊階段，仿形器不能將塊根推斜或推倒，為此，仿形器對塊根作用的水平分力不應超過某一許可值。此外切刀和仿形器的參數(shù)以及機器的工作速度等要選擇合理，調(diào)整得當，相互適應，滿足甜菜的農(nóng)業(yè)物理特性及其莖葉和青頂?shù)那邢饕蟆Ｄ壳按蠖鄶?shù)甜菜收獲機都采用主動圓盤仿形器和被動平直切刀莖葉切削裝置，這種甜菜莖葉切削裝置結(jié)構(gòu)簡單，有良好的工作性能和適應性，能在濕度較大，土質(zhì)松軟的地里工作。其缺點是容易堵塞切刀，不能適應高速作業(yè)。表1為幾種具有代表性的主動仿形器和被動切刀的莖葉切除裝置的技術(shù)參數(shù)。

2.2 被動仿形器和主動旋轉(zhuǎn)圓盤切刀切削裝置

被動滑掌式仿形器與主動圓盤切刀組合，仿形器從甜菜頂上拖過時產(chǎn)生仿形效果，帶動與之連接的圓盤切刀在適當?shù)乃轿恢脤⑶o葉切除。這種裝置適用于中等莖葉產(chǎn)量，青頂較低以及土壤堅實的地區(qū)。其最大優(yōu)點在于作業(yè)可靠，對氣候條件適應性強，可以適應較高的工作速度，而工作性能又不明顯變壞，同時，也不會堵塞切刀。但是，該裝置結(jié)構(gòu)較復雜，不易調(diào)整，不便于莖葉收集。

表1 具有主動仿形器和被動切刀的莖葉切除裝置的技術(shù)參數(shù)

被動仿形器在甜菜塊根長出地面較高以及塊根與土壤連結(jié)較弱的地塊工作時，會發(fā)生甜菜塊根被仿形器推倒或推斜的現(xiàn)象，并且隨著速度的加快，被推倒的塊根數(shù)也隨之增加，其變化范圍為1.9%~5.6%，此時，莖葉切除質(zhì)量下降。幾種典型具有被動仿形器和主動切刀的莖葉切除裝置的技術(shù)參數(shù)如表2所示。

2.3 旋轉(zhuǎn)連枷式除葉、滑板式切刀切削裝置

采用一對反方向旋轉(zhuǎn)的滾筒鋼刀和橡膠棒，將甜菜根頭上部莖葉打掉并清理干凈，隨后，仿形板帶動切刀從根頭上拖過將根頭切去。該裝置以法國生產(chǎn)的甜菜收獲機使用最多，其他國家較少見。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，不會堵塞，根頭切削質(zhì)量好。特點是莖葉嚴重破碎，只能做綠肥，不能回收利用。

表2 具有被動仿形器和主動切刀的莖葉切除裝置的技術(shù)參數(shù)

3 甜菜根頭清理部件

3.1 清理部件的類型

根頭清理部件一般配置在挖掘部件前面，或者配置在莖葉切割裝置和挖掘部件之間，清理器工作部件與其機體的連接形式主要為鉸接或鋼性連接。在單行或雙行收獲機上，清理器大多采用鋼性連接、鏈傳動，用來清理甜菜根頭，并把混雜物拋到行間或已收過的地段。采用鋼性連接的清理器，其結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠。隨著寬幅分段式甜菜收獲機械的應用，出現(xiàn)了不僅要清理甜菜行上和行間，而且還有把植物混雜物排出清理區(qū)之外的必要性，為此研制出了回轉(zhuǎn)式和螺旋回轉(zhuǎn)式清理器。其傳動為混合式，它包括減速箱、萬向節(jié)、鏈條或皮帶。

3.2 清理部件的運動方向

清理部件的運動有運動方向與機器前進方向一致的清理器、也有運動方向水平垂直于機器前進方向的清理器、垂直轉(zhuǎn)軸的根頭清理器和擺動的根頭清理器。在美國、法國、荷蘭等國家，廣泛采用運動向與機器前進方向一致的清理器，這種清理器的優(yōu)點是能把清理區(qū)內(nèi)的、行上和行間的殘留莖葉清出界外。由于清理器把泥土、殘葉和其它植物殘余輸送到已收過的地面上，動力消耗較大。運動方向水平垂直于機器前進方向的清理器，即對甜菜行來說，是從橫向清理塊根，這種清理器多被用在單行和雙行甜菜聯(lián)合收獲機樣機上。其優(yōu)點是，在根頭清理質(zhì)量令人滿意的情況下，可以把莖葉排除到工作行區(qū)域之外。但是，隨著作業(yè)行數(shù)增多和工作速度的提高，工作質(zhì)量顯著下降。垂直轉(zhuǎn)軸根頭清理器和擺動的根頭清理器由于結(jié)構(gòu)復雜，工作可靠性差，而未能在生產(chǎn)上大量應用。

3.3 清理部件的運動速度

當清理器轉(zhuǎn)動所在的平面與甜菜行中心線平行、垂直或成角度時，留在塊根上的莖葉量與清理器的移動速度（即機器的作業(yè)速度）的關(guān)系如圖1所示，當清理器轉(zhuǎn)動所在的平面與甜菜行中心線成角度，或清理器轉(zhuǎn)動所在的平面與甜菜行中心線垂直時，隨著清理器移動速度的提高，根頭清理質(zhì)量惡化，而前者較后者惡化得更快，這是因為，在整個工作幅寬內(nèi) （特別是六行作業(yè)的機器），清理器要輸送行上和行間的莖葉與植物混雜物而減弱對根頭的清理作用所致，因此更適于低速作業(yè)。而清理器轉(zhuǎn)動所在的平面與甜菜行中心線平行時，隨著清理器移動速度的提高，留在根頭上的莖葉的量增加得并不明顯，根頭清理質(zhì)量惡化較慢，因此比較適于高速作業(yè)。對各種不同結(jié)構(gòu)的清理器來說，隨著機器工作速度的提高，而在根頭上的莖葉也隨之增加，即清理根頭的總的時間減少了。

圖1 根頭上殘留莖葉量與機器工作速度的關(guān)系

對工作部件轉(zhuǎn)動所在平面垂直于甜菜行中心線的清理器，當機器工作速度為2m/s時，可以獲得清理根頭上植物混雜物的最好工作質(zhì)量。將機器工作速度提高到2.5～3m/s時，能提高其生產(chǎn)率，但此時清理器將不能滿足農(nóng)業(yè)技術(shù)要求。

3.4 清理部件的材料

現(xiàn)有甜菜收獲機的根頭清理器工作部件基本上是用橡膠帶、浸橡膠布帶或塑料帶制成的扁平葉片，葉片長125～360mm，寬30～75mm，厚8～24mm。但是，這種工作部件沒有足夠的耐磨性，不僅不能有效地清理根頭，還會造成塊根的損傷和從土壤中打出塊根，同時又使清理器的動力消耗也隨之增加。

用卡普隆絲（尼龍6）做工作部件的清理器，同用批量生產(chǎn)的橡膠葉片做工作部件的清理器進行的對比試驗表明，在清除根頭上殘留莖葉時，兩種清理器都能保證大致相同的清理效果。但是，帶橡膠葉片的清理器，在機器前進速度為2～3m/s時，輕微損傷的塊根為4%～6%，嚴重損傷的塊根為2.5%～4%。此外，從行中被打出的塊根，也超過農(nóng)業(yè)技術(shù)要求。用卡普隆絲做工作部件的清理器，在正常工作條件下，塊根既無損傷，也不會被打出來。

4 切削質(zhì)量對甜菜產(chǎn)量的影響

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，切削方法分為一刀平切和多刀切削。一刀平削法省工、省力、效率高，多為機械收獲所采用。

由于仿器機構(gòu)，切削位置和操作等方面的問題，機械收獲造成塊根損失，關(guān)于切削量對甜菜產(chǎn)量的影響問題，有關(guān)資料已有較多的報道。從圖2中可看出，甜菜單產(chǎn)為42t/hm2時，正常切削對產(chǎn)量無影響；多切深1cm，塊根損失3400kg/hm2，產(chǎn)量損失達8%；如多切2cm，塊根損失 6300kg/hm2，產(chǎn)量損失達15%；如多切3cm，塊根損失9200kg/hm2，產(chǎn)量損失多達22%。因此，采用機械化收獲甜菜，切削質(zhì)量對甜菜產(chǎn)量有重要影響。

甜菜莖葉切削裝置工作性能的好壞還直接影響到供給糖廠原料的質(zhì)量。莖葉切削裝置應將莖葉連同塊根青頂一起切除，使塊根上沒有殘留的莖葉，因為塊根堆積中含有莖葉之類的混雜物會使塊根變壞并引起糖分的損失。另一方面，當切削過低時，則與被切下的莖葉一起帶走的含糖物質(zhì)也將增加，使糖產(chǎn)量下降。塊根切削高度低于正常切削面時含糖物質(zhì)的損失接近8%～15%。由此可見，使莖葉切削裝置實現(xiàn)準確切削是多么重要，而切削的準確度又取決于許多因素。

圖2 甜菜頂切削量與產(chǎn)量損失的關(guān)系

5 結(jié)論

甜菜收獲機的工作效果，在很大程度上取決于根頭的切削質(zhì)量。但是，由于塊根在行上分布得不均勻，有時達不到所要求的切削質(zhì)量，特別是在工作速度提高的情況下，更是如此。因此，改善清除根頭上殘留莖葉和葉柄的工作過程是很重要的問題。而且這些問題的合理解決必將提高塊根含糖物質(zhì)的收獲量，消除清理塊根的手工勞動，減少塊根收獲物中的莖葉含量，以及提高甜菜收獲機的生產(chǎn)率。

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