劉劍君 鄧明俐 賈世通 賀智濤

摘 ?要：馬鈴薯是中國主要的農(nóng)作物之一，種植面積大，產(chǎn)量高，適應(yīng)性強(qiáng)，在食品和工業(yè)領(lǐng)域都具有非常高的經(jīng)濟(jì)價值和實用價值，因此馬鈴薯的生產(chǎn)具有很大的市場前景，收獲馬鈴薯便成為一項重要的任務(wù)。筆者通過介紹和對比國內(nèi)外馬鈴薯收獲機(jī)械的主要類型和應(yīng)用現(xiàn)狀，著重闡述了中國馬鈴薯發(fā)展的趨勢及所面臨的問題，論述了馬鈴薯收獲的機(jī)械化和自動化會大大提高馬鈴薯的收獲效率，降低工作強(qiáng)度，使得國內(nèi)馬鈴薯的產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)不斷提高。

關(guān)鍵詞：馬鈴薯;收獲機(jī)械;現(xiàn)狀;發(fā)展趨勢;智能化

中圖分類號：S225.7+1 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ?論文編號：2014-0356

The Present Situation of Potato Harvester and Its Development Trends

Liu Jianjun1， Deng Mingli2， Jia Shitong2， He Zhitao2

（1Zhengzhou Filiale， Tobacco Company of Henan Province， Zhengzhou 450001， Henan， China;

2College of Agricultural Engineering， Henan University of Science and Technology， Luoyang 471003， Henan， China）

Abstract： The potato is one of the major crops in our country which has very big planting areas， high yield and strong adaptability， it has very high economic value and practical value in food and industry fields， therefore the potato production has great market prospects， harvesting the potatoes has become an important task. In this paper， through the introduction and contrast about main types and application status of potato harvest machinery at home and abroad， it stated emphatically the development trend of the potato harvest and the problems we were facing in our country， and pointed out that the application of mechanization and automation of potato harvest machinery would greatly improve the efficiency of potato harvesters， reduce working intensity， also it could improve potato industry in China economy.

Key words： Potato; Harvesting Machinery; Current Situation; The Development Trend; Intelligent

0 ?引言

馬鈴薯是一種廣泛種植的糧食作物和經(jīng)濟(jì)作物，具有生長期短、適應(yīng)性強(qiáng)、產(chǎn)量高、用途廣、產(chǎn)業(yè)鏈長且加工增值潛力大等優(yōu)點，被譽(yù)為21世紀(jì)十大熱門營養(yǎng)健康食品和最有發(fā)展前景的經(jīng)濟(jì)作物之一[1]。馬鈴薯除可食用外，還用于蔬菜、飼料和工業(yè)原料[2]。目前馬鈴薯是世界上僅次于小麥、水稻和玉米的第四大糧食作物，在中國是僅次于水稻、玉米、小麥與大豆的第五大糧食作物[3]。2012年中國馬鈴薯種植面積521萬hm2，總產(chǎn)量8154萬t，單產(chǎn)15.7 t/hm2，產(chǎn)量占世界馬鈴薯總產(chǎn)量的1/4[4]，預(yù)計到2015年全國馬鈴薯種植面積將達(dá)到800萬hm2。隨著市場經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的深入調(diào)整，馬鈴薯及衍生產(chǎn)品所形成的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈將進(jìn)一步向規(guī)?；彤a(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展[5]。

馬鈴薯種植過程中，收獲環(huán)節(jié)的用工量占其整個種植周期總用工量的半數(shù)以上[6]，馬鈴薯機(jī)械化收獲技術(shù)水平是直接影響馬鈴薯單產(chǎn)水平和品質(zhì)的關(guān)鍵因素[7]。隨著馬鈴薯向規(guī)?；N植的發(fā)展，農(nóng)民要求機(jī)械化收獲的愿望日趨強(qiáng)烈。因此，加強(qiáng)馬鈴薯收獲機(jī)械的研發(fā)，提高種植生產(chǎn)效率，降低勞動強(qiáng)度，減少收獲損失，增加農(nóng)民收入，對發(fā)展中國馬鈴薯產(chǎn)業(yè)具有非常重要的意義。

1 ?馬鈴薯收獲機(jī)械的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

馬鈴薯收獲過程主要由挖掘、分離、撿拾、清選、分級和裝運(yùn)等工序組成。根據(jù)收獲作業(yè)中的機(jī)械化程度不同，馬鈴薯收獲方式可分為人工收獲、畜力收獲和機(jī)械化收獲3種[8]。其中機(jī)械化收獲又可細(xì)分為聯(lián)合收獲、分別收獲和分段收獲，聯(lián)合收獲是指一次性完成挖掘、輸送、清選、提運(yùn)、裝卸等項作業(yè)，其特點是機(jī)械化作業(yè)程度高，損失率低，作業(yè)效果好，適應(yīng)大面積種植[9];分別收獲是指以挖掘→分離→撿拾→清選分級工藝路線進(jìn)行的工作;分段收獲法則指收獲由2個階段組成：第1階段包括挖起土垡、土塊、作物殘株和雜質(zhì)，并將若干行薯塊集鋪成一個狹窄條鋪，第2階段是撿拾、分離土壤并進(jìn)行裝運(yùn)。后2種方法適合于小田地作業(yè)，效率相對較低。不論采用哪種方法，對收獲機(jī)械都提出如下要求：高生產(chǎn)率，高質(zhì)量，勞動強(qiáng)度低，薯挾損失小[10]。

1.1 ?國外馬鈴薯收獲機(jī)械的發(fā)展概況

國外發(fā)達(dá)國家的馬鈴薯收獲機(jī)械起步早，發(fā)展技術(shù)水平高[11]。20世紀(jì)初，歐美等國家就開始用畜力代替人力進(jìn)行馬鈴薯挖掘作業(yè)，隨后改為由拖拉機(jī)牽引或懸掛作業(yè)。20世紀(jì)40年代，前蘇聯(lián)和美國開始研制、推廣應(yīng)用馬鈴薯收獲機(jī)械，到50年代就已經(jīng)實現(xiàn)了機(jī)械化[12-13];隨后日本，意大利，德國、韓國和瑞士等國家也相繼實現(xiàn)了馬鈴薯收獲的機(jī)械化作業(yè)[14]。到20世紀(jì)90年代，馬鈴薯收獲機(jī)械由傳統(tǒng)的挖掘機(jī)向聯(lián)合收獲機(jī)發(fā)展，目前聯(lián)合收獲機(jī)逐漸占據(jù)市場的主導(dǎo)地位。

隨著馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，其收獲的機(jī)械化程度不斷提高，很多新技術(shù)也逐漸應(yīng)用到馬鈴薯收獲機(jī)械中，使得馬鈴薯的收獲自動化和便捷化程度更高。

1.1.1 ?大型馬鈴薯收獲機(jī)械的概況 ?根據(jù)作業(yè)環(huán)境和機(jī)械化程度不同，國外馬鈴薯收獲機(jī)械大體可分為2類。一類以美國和前蘇聯(lián)為代表，其作業(yè)區(qū)域都是大規(guī)模農(nóng)場，主要采用大型自走式聯(lián)合收獲機(jī)作業(yè)。機(jī)具特點是機(jī)型功率大、體積大、工作效率高、集約化程度高。例如俄羅斯20世紀(jì)90年代中期研制的KKY-2、KKP-2、KOK-2等多種型式的自走式聯(lián)合收獲機(jī)，以及多種型號半懸掛式機(jī)型[15-17]。這些機(jī)具雖然機(jī)體笨重，但是生產(chǎn)效率高，適應(yīng)性強(qiáng)，機(jī)械化程度高，大大降低了農(nóng)民的勞動強(qiáng)度。又如美國的Double-L 973型馬鈴薯回流收獲機(jī)（圖1），其配備了回流收獲技術(shù)，使得田間作業(yè)具有更大的彈性和更高的效率。運(yùn)用這項技術(shù)，973型4行收獲機(jī)可以邊收獲邊換卡車。回流收獲系統(tǒng)還大大提高了收獲過程的清潔能力，提高了收獲效率。另外，973型收獲機(jī)的高效率、高品質(zhì)和優(yōu)化配置，縮短了收獲期，保證了馬鈴薯的完整度。

德國格力莫（GRIMME）生產(chǎn)的一款GT-170的馬鈴薯收獲機(jī)（圖2）。該機(jī)最大特點是采用全新的底盤傳動設(shè)計，為作業(yè)狀態(tài)提供了良好的環(huán)境。另外由于設(shè)計合理，維護(hù)要求和磨損較少，經(jīng)營成本得到了降低，該機(jī)型還可以方便地調(diào)整刀具的位置來適應(yīng)不同的地況。同時采用新穎的terra-control深度控制系統(tǒng)，提高了馬鈴薯的收獲質(zhì)量;設(shè)計出的multisep分離器，提高了馬鈴薯的輸出效率。

比利時公司研制的Spirit 6200雙行偏移倉收獲機(jī)（圖3）采用了先進(jìn)的轉(zhuǎn)向技術(shù)，并利用先進(jìn)分離技術(shù)使得馬鈴薯在收獲過程中不僅質(zhì)量完好，而且實現(xiàn)了收獲最大化。機(jī)具可以通過一個中心曲柄軸調(diào)整挖掘的深度，切割片則有效地防止了秸稈的堵塞。蓄電池和電液壓力控制系統(tǒng)的使用，確保了頂部壓力最小。另外在收獲過程中，其采用了2級振動器，并配備PUR驅(qū)動輪動力，可靠耐用，而且在第2個篩網(wǎng)中安裝了1個莖葉網(wǎng)，可以有效地去除莖葉。此外分離系統(tǒng)中旋轉(zhuǎn)梳齒上方的橫銷帶的使用，有效地對土塊、石頭和馬鈴薯進(jìn)行了分離。

1.1.2 ?中小型馬鈴薯收獲機(jī)械的概況 ?另一類馬鈴薯收獲機(jī)以日本、意大利為代表，其特點是生產(chǎn)的馬鈴薯收獲機(jī)械功率小、生產(chǎn)效率高、勞動強(qiáng)度低、自動化程度高，特別適合于中小型田地作業(yè)，如圖4所示的意大利公司生產(chǎn)的兩行偏置式馬鈴薯收獲機(jī)以及圖5所示的韓國馬鈴薯收獲機(jī)械。日本馬鈴薯收獲機(jī)的特點是自動化程度高，生產(chǎn)效率高，注重新技術(shù)的運(yùn)用。日本SANEL-MS系列馬鈴薯收獲機(jī)，是與拖拉機(jī)配套使用的牽引式塊莖、塊根類作物收獲機(jī)，其采用ON·OFF操作系統(tǒng)及電磁液壓閥門，操作方便省力;采用無滑動鏈驅(qū)動式旋轉(zhuǎn)斗，維護(hù)保養(yǎng)方便，作業(yè)安全;薯塊落口處設(shè)有海綿墊，避免破損;采用搖動式鎖定板，土、薯分離效果好，對土地適應(yīng)性強(qiáng)。

另外，國外一些馬鈴薯收獲機(jī)械還融入了不少高新技術(shù)，例如振動技術(shù)、液壓技術(shù)、傳感技術(shù)、氣流技術(shù)和光電技術(shù)等，使得馬鈴薯收獲機(jī)械化、自動化水平得到了很大提高。

1.2 ?國內(nèi)馬鈴薯收獲機(jī)械的發(fā)展概況

1.2.1 ?國內(nèi)初期馬鈴薯收獲機(jī)械發(fā)展?fàn)顩r ?20世紀(jì)60年代，中國的馬鈴薯收獲機(jī)械開始逐步發(fā)展，在引進(jìn)借鑒國外先進(jìn)機(jī)型的基礎(chǔ)上，自主研制了能使薯塊與泥土分離的升運(yùn)鏈?zhǔn)今R鈴薯收獲機(jī)，但是由于客觀條件限制，在實際生產(chǎn)中未能得到大面積推廣應(yīng)用。直至90年代，隨著國內(nèi)馬鈴薯種植面積的擴(kuò)大，拖拉機(jī)保有量的增加，馬鈴薯收獲機(jī)械的需求也與日俱增，國內(nèi)先后研發(fā)出多種馬鈴薯收獲機(jī)械。

山西省忻州市農(nóng)機(jī)推廣站引進(jìn)開發(fā)并委托內(nèi)蒙古農(nóng)大農(nóng)牧機(jī)械廠研制生產(chǎn)的4SW-40型馬鈴薯收獲機(jī)，是在意大利Checchi&Magli公司生產(chǎn)的SP100型馬鈴薯挖掘機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計而成，具有結(jié)構(gòu)緊湊的特點，大挖掘深度可達(dá)到21 cm、幅寬40 cm，可將薯塊全部挖起，符合當(dāng)?shù)伛R鈴薯生長特性及農(nóng)藝要求，收凈率達(dá)98%以上，明薯率為95%，傷薯率小于2%，實際生產(chǎn)中主粱易出現(xiàn)裂紋或斷裂破壞[18-21]。

中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究所下轄的中機(jī)美諾科技有限公司生產(chǎn)了一種適應(yīng)與沙土、砂壤土和中粘性土的收獲機(jī)，其可一次性完成挖掘、輸送分離、集條作業(yè)，收凈率高，破損率低，成本回收快。它采用分離篩，強(qiáng)制振動，分離效果好，適應(yīng)性強(qiáng);采用組合挖掘機(jī)構(gòu)，保證挖掘深度一致，浮動圓盤刀設(shè)計，更有效切斷雜草，減少挖掘阻力;采用國際先進(jìn)工藝，鑄膠皮帶驅(qū)動輪，減少鏈條磨損，提高了機(jī)器的使用壽命。

1.2.2 ?國內(nèi)新型馬鈴薯收獲機(jī)械的發(fā)展 ?隨著馬鈴薯收獲機(jī)的不斷發(fā)展和中小型拖拉機(jī)的推廣和使用，中國一些地區(qū)開始自主研發(fā)馬鈴薯收獲機(jī)，與拖拉機(jī)配套使用的各種機(jī)型的懸掛式或牽引式的馬鈴薯收獲機(jī)逐漸發(fā)展起來，例如黑龍江力農(nóng)農(nóng)機(jī)制造有限公司生產(chǎn)的4SW-130Ⅱ型、4SW-160型[22-24]、河北承德福悅達(dá)生產(chǎn)的4UM-900型馬鈴薯收獲機(jī)、4UM-1700A分秧式馬鈴薯收獲機(jī)、山西農(nóng)機(jī)研究公司與曲阜圣泰機(jī)械有限公司合作生產(chǎn)的ST-08型馬鈴薯收獲機(jī)等。圖6為山東富邦農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備有限公司生產(chǎn)的4U-2型馬鈴薯收獲機(jī)，其可調(diào)性強(qiáng)、適應(yīng)性強(qiáng)、破損率低、工作效率高，關(guān)鍵部位采用特制鋼材，延長了機(jī)器的使用壽命。圖7為山東青島洪珠農(nóng)機(jī)生產(chǎn)的4U-83型馬鈴薯收獲機(jī)，該設(shè)備可以較好地適應(yīng)于國內(nèi)馬鈴薯種植農(nóng)藝和生長特性要求，可實現(xiàn)挖掘、清土、鋪放等功能，破損率低。其采用挖掘裝置入土角與輸送分離裝置升運(yùn)角相一致設(shè)計，有效解決了鏟后積土問題;采用隨行限深機(jī)構(gòu)，有效減少阻力，提高作業(yè)順暢性;運(yùn)轉(zhuǎn)輕快無震動，不堵草，漏土快，結(jié)構(gòu)簡單，使用壽命長;該機(jī)體可以直接從土壤中提取殘留的農(nóng)膜，不影響下一季的作物生長[25]。

然而由于中國面積遼闊，不同區(qū)域馬鈴薯的種植方式和生活環(huán)境、氣候條件等的差異，使得馬鈴薯收獲機(jī)械的性能要求各不相同，因此適應(yīng)性強(qiáng)、性能可靠、作業(yè)質(zhì)量高的馬鈴薯收獲機(jī)并未真正出現(xiàn)。

2 ?中國馬鈴薯收獲機(jī)械發(fā)展存在的問題

2.1 ?配套動力問題

馬鈴薯收獲機(jī)械由于要實現(xiàn)掘土收獲、振動篩分等作業(yè)，導(dǎo)致機(jī)型功耗較大，往往需要大型拖拉機(jī)才能拖帶作業(yè)，這與國內(nèi)目前農(nóng)村主要以中小型拖拉機(jī)為主的現(xiàn)狀很不適應(yīng)。同時由于目前馬鈴薯播種時主要采用犁翻人工點播的作業(yè)方式，導(dǎo)致行距、株距和播深等均無法有效控制，進(jìn)一步提高了馬鈴薯收獲的動力消耗。

因此為了進(jìn)一步推廣馬鈴薯的機(jī)械化收獲，應(yīng)當(dāng)首先普及馬鈴薯的機(jī)械化播種。同時對馬鈴薯收獲機(jī)械的掘土部件、篩分部件和輸運(yùn)機(jī)構(gòu)等進(jìn)行詳細(xì)研究，找出合理的配置方式，減少機(jī)具的動力消耗，盡量實現(xiàn)中型拖拉機(jī)能夠拖帶作業(yè)，為馬鈴薯機(jī)械化收獲的全面普及提供基礎(chǔ)。

但目前馬鈴薯播種機(jī)的發(fā)展滯后，主要采用犁翻人工點播，既保證不了行距，也很難控制播深，給馬鈴薯機(jī)械收獲造成了困難。因此，推廣普及機(jī)械播種是發(fā)展馬鈴薯收獲機(jī)械的基礎(chǔ)。

2.2 ?機(jī)具工作可靠性和適應(yīng)性有待提高

馬鈴薯生產(chǎn)具有很強(qiáng)的地域性，在全國形成了各具特點的栽培方式和栽作類型。目前中國有4個馬鈴薯栽培區(qū)，分別為北方一作區(qū)、中原二作區(qū)、南方二作區(qū)和西南一、二季作垂直分布區(qū)[26]，不同區(qū)域的氣候、土壤和馬鈴薯生長方式均有很多不同，使馬鈴薯收獲機(jī)械的發(fā)展受到了一定的限制。目前現(xiàn)有的馬鈴薯收獲機(jī)械一般只適用于單一的環(huán)境條件下工作，適應(yīng)性較差，無法進(jìn)行大面積推廣。

就現(xiàn)有機(jī)具而言，也存在較多問題：（1）工作可靠性較差，故障較多，收獲前需要調(diào)整的輔助時間長，生產(chǎn)效率低;（2）針對沙質(zhì)土壤收獲效果較好，針對粘土等土壤的作業(yè)效果不佳;（3）作業(yè)效果難以完全滿足需要，或者薯土分離效果不好，或者傷薯率較高，需要進(jìn)一步改進(jìn)。

2.3 ?生產(chǎn)成本高，工作效率低

目前多數(shù)馬鈴薯收獲機(jī)械的研究處在經(jīng)驗設(shè)計階段，對馬鈴薯收獲過程中的土壤-馬鈴薯-機(jī)具之間的相互受力關(guān)系和運(yùn)動關(guān)系缺乏深入研究，往往憑經(jīng)驗對機(jī)具進(jìn)行修改完善，缺乏科學(xué)理論的分析指導(dǎo)，設(shè)計參數(shù)依據(jù)外國產(chǎn)品選取，與國內(nèi)馬鈴薯實際情況不適應(yīng)，導(dǎo)致機(jī)型開發(fā)時進(jìn)度緩慢，研發(fā)費(fèi)用較高，效率較低。

2.4 ?馬鈴薯收獲機(jī)械機(jī)械化水平低，智能化程度偏低

中國自20世紀(jì)60年代開始自行研制馬鈴薯收獲機(jī)，到80年代，國外各種規(guī)格的先進(jìn)機(jī)型被逐步引入，自主研發(fā)能力也不斷加強(qiáng)。目前，國內(nèi)馬鈴薯收獲機(jī)型式較多，馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)研制成功不久;農(nóng)村中小種植戶主要以分段收獲的馬鈴薯挖掘機(jī)為主?？傮w而言，中國馬鈴薯作業(yè)機(jī)械整體水平相當(dāng)于國外20世紀(jì)70年代左右的水平。

馬鈴薯收獲機(jī)械的智能系統(tǒng)發(fā)展還不夠完善，智能化程度遠(yuǎn)不能達(dá)到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需求，各種識別和智能控制手段目前還停留在實驗室階段，機(jī)具實際使用前需要大量調(diào)整，特殊地域只能采取人機(jī)結(jié)合的方法來完成任務(wù)。

3 ?結(jié)語

馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展迅速，馬鈴薯收獲機(jī)械的需求量也在不斷加大。在發(fā)達(dá)國家，馬鈴薯收獲機(jī)械的應(yīng)用比較早，其在推動城市化進(jìn)程和解放勞動力方面發(fā)揮了巨大的作用，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，為農(nóng)民增益不少。中國的馬鈴薯收獲機(jī)械研制工作起步較晚，相比于發(fā)達(dá)國家，其機(jī)械化程度低，技術(shù)水平差，而且由于中國不同地區(qū)馬鈴薯種植環(huán)境差異較大，對馬鈴薯收獲機(jī)械的性能和工作可靠性要求較高，從而導(dǎo)致馬鈴薯收獲機(jī)械的發(fā)展較為緩慢。近幾年，中央加大對農(nóng)機(jī)開發(fā)的扶持力度和投入，為農(nóng)業(yè)機(jī)械的發(fā)展提供了一個很好的平臺，中國的農(nóng)業(yè)機(jī)械正迎來高速蓬勃的發(fā)展期。目前，馬鈴薯收獲機(jī)械正在逐步地改進(jìn)和完善，并研制新的機(jī)型，以適應(yīng)不同的農(nóng)藝需求。

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