馬鈴薯收獲機械現狀與發展趨勢

劉劍君 鄧明俐 賈世通 賀智濤

摘 ?要：馬鈴薯是中國主要的農作物之一，種植面積大，產量高，適應性強，在食品和工業領域都具有非常高的經濟價值和實用價值，因此馬鈴薯的生產具有很大的市場前景，收獲馬鈴薯便成為一項重要的任務。筆者通過介紹和對比國內外馬鈴薯收獲機械的主要類型和應用現狀，著重闡述了中國馬鈴薯發展的趨勢及所面臨的問題，論述了馬鈴薯收獲的機械化和自動化會大大提高馬鈴薯的收獲效率，降低工作強度，使得國內馬鈴薯的產業經濟不斷提高。

關鍵詞：馬鈴薯;收獲機械;現狀;發展趨勢;智能化

中圖分類號：S225.7+1 ? ?文獻標志碼：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濟作物，具有生長期短、適應性強、產量高、用途廣、產業鏈長且加工增值潛力大等優點，被譽為21世紀十大熱門營養健康食品和最有發展前景的經濟作物之一[1]。馬鈴薯除可食用外，還用于蔬菜、飼料和工業原料[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，總產量8154萬t，單產15.7 t/hm2，產量占世界馬鈴薯總產量的1/4[4]，預計到2015年全國馬鈴薯種植面積將達到800萬hm2。隨著市場經濟快速發展和農業產業結構的深入調整，馬鈴薯及衍生產品所形成的經濟產業鏈將進一步向規模化和產業化方向發展[5]。

馬鈴薯種植過程中，收獲環節的用工量占其整個種植周期總用工量的半數以上[6]，馬鈴薯機械化收獲技術水平是直接影響馬鈴薯單產水平和品質的關鍵因素[7]。隨著馬鈴薯向規模化種植的發展，農民要求機械化收獲的愿望日趨強烈。因此，加強馬鈴薯收獲機械的研發，提高種植生產效率，降低勞動強度，減少收獲損失，增加農民收入，對發展中國馬鈴薯產業具有非常重要的意義。

1 ?馬鈴薯收獲機械的國內外發展現狀

馬鈴薯收獲過程主要由挖掘、分離、撿拾、清選、分級和裝運等工序組成。根據收獲作業中的機械化程度不同，馬鈴薯收獲方式可分為人工收獲、畜力收獲和機械化收獲3種[8]。其中機械化收獲又可細分為聯合收獲、分別收獲和分段收獲，聯合收獲是指一次性完成挖掘、輸送、清選、提運、裝卸等項作業，其特點是機械化作業程度高，損失率低，作業效果好，適應大面積種植[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，并將若干行薯塊集鋪成一個狹窄條鋪，第2階段是撿拾、分離土壤并進行裝運。后2種方法適合于小田地作業，效率相對較低。不論采用哪種方法，對收獲機械都提出如下要求：高生產率，高質量，勞動強度低，薯挾損失小[10]。

1.1 ?國外馬鈴薯收獲機械的發展概況

國外發達國家的馬鈴薯收獲機械起步早，發展技術水平高[11]。20世紀初，歐美等國家就開始用畜力代替人力進行馬鈴薯挖掘作業，隨后改為由拖拉機牽引或懸掛作業。20世紀40年代，前蘇聯和美國開始研制、推廣應用馬鈴薯收獲機械，到50年代就已經實現了機械化[12-13];隨后日本，意大利，德國、韓國和瑞士等國家也相繼實現了馬鈴薯收獲的機械化作業[14]。到20世紀90年代，馬鈴薯收獲機械由傳統的挖掘機向聯合收獲機發展，目前聯合收獲機逐漸占據市場的主導地位。

隨著馬鈴薯產業的發展，其收獲的機械化程度不斷提高，很多新技術也逐漸應用到馬鈴薯收獲機械中，使得馬鈴薯的收獲自動化和便捷化程度更高。

1.1.1 ?大型馬鈴薯收獲機械的概況 ?根據作業環境和機械化程度不同，國外馬鈴薯收獲機械大體可分為2類。一類以美國和前蘇聯為代表，其作業區域都是大規模農場，主要采用大型自走式聯合收獲機作業。機具特點是機型功率大、體積大、工作效率高、集約化程度高。例如俄羅斯20世紀90年代中期研制的KKY-2、KKP-2、KOK-2等多種型式的自走式聯合收獲機，以及多種型號半懸掛式機型[15-17]。這些機具雖然機體笨重，但是生產效率高，適應性強，機械化程度高，大大降低了農民的勞動強度。又如美國的Double-L 973型馬鈴薯回流收獲機（圖1），其配備了回流收獲技術，使得田間作業具有更大的彈性和更高的效率。運用這項技術，973型4行收獲機可以邊收獲邊換卡車。回流收獲系統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型收獲機的高效率、高品質和優化配置，縮短了收獲期，保證了馬鈴薯的完整度。

德國格力莫（GRIMME）生產的一款GT-170的馬鈴薯收獲機（圖2）。該機最大特點是采用全新的底盤傳動設計，為作業狀態提供了良好的環境。另外由于設計合理，維護要求和磨損較少，經營成本得到了降低，該機型還可以方便地調整刀具的位置來適應不同的地況。同時采用新穎的terra-control深度控制系統，提高了馬鈴薯的收獲質量;設計出的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（圖3）采用了先進的轉向技術，并利用先進分離技術使得馬鈴薯在收獲過程中不僅質量完好，而且實現了收獲最大化。機具可以通過一個中心曲柄軸調整挖掘的深度，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驅動輪動力，可靠耐用，而且在第2個篩網中安裝了1個莖葉網，可以有效地去除莖葉。此外分離系統中旋轉梳齒上方的橫銷帶的使用，有效地對土塊、石頭和馬鈴薯進行了分離。

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

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

1.2 ?國內馬鈴薯收獲機械的發展概況

1.2.1 ?國內初期馬鈴薯收獲機械發展狀況 ?20世紀60年代，中國的馬鈴薯收獲機械開始逐步發展，在引進借鑒國外先進機型的基礎上，自主研制了能使薯塊與泥土分離的升運鏈式馬鈴薯收獲機，但是由于客觀條件限制，在實際生產中未能得到大面積推廣應用。直至90年代，隨著國內馬鈴薯種植面積的擴大，拖拉機保有量的增加，馬鈴薯收獲機械的需求也與日俱增，國內先后研發出多種馬鈴薯收獲機械。

山西省忻州市農機推廣站引進開發并委托內蒙古農大農牧機械廠研制生產的4SW-40型馬鈴薯收獲機，是在意大利Checchi&Magli公司生產的SP100型馬鈴薯挖掘機的基礎上進行改進設計而成，具有結構緊湊的特點，大挖掘深度可達到21 cm、幅寬40 cm，可將薯塊全部挖起，符合當地馬鈴薯生長特性及農藝要求，收凈率達98%以上，明薯率為95%，傷薯率小于2%，實際生產中主粱易出現裂紋或斷裂破壞[18-21]。

中國農業機械化科學研究所下轄的中機美諾科技有限公司生產了一種適應與沙土、砂壤土和中粘性土的收獲機，其可一次性完成挖掘、輸送分離、集條作業，收凈率高，破損率低，成本回收快。它采用分離篩，強制振動，分離效果好，適應性強;采用組合挖掘機構，保證挖掘深度一致，浮動圓盤刀設計，更有效切斷雜草，減少挖掘阻力;采用國際先進工藝，鑄膠皮帶驅動輪，減少鏈條磨損，提高了機器的使用壽命。

1.2.2 ?國內新型馬鈴薯收獲機械的發展 ?隨著馬鈴薯收獲機的不斷發展和中小型拖拉機的推廣和使用，中國一些地區開始自主研發馬鈴薯收獲機，與拖拉機配套使用的各種機型的懸掛式或牽引式的馬鈴薯收獲機逐漸發展起來，例如黑龍江力農農機制造有限公司生產的4SW-130Ⅱ型、4SW-160型[22-24]、河北承德福悅達生產的4UM-900型馬鈴薯收獲機、4UM-1700A分秧式馬鈴薯收獲機、山西農機研究公司與曲阜圣泰機械有限公司合作生產的ST-08型馬鈴薯收獲機等。圖6為山東富邦農業機械裝備有限公司生產的4U-2型馬鈴薯收獲機，其可調性強、適應性強、破損率低、工作效率高，關鍵部位采用特制鋼材，延長了機器的使用壽命。圖7為山東青島洪珠農機生產的4U-83型馬鈴薯收獲機，該設備可以較好地適應于國內馬鈴薯種植農藝和生長特性要求，可實現挖掘、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角相一致設計，有效解決了鏟后積土問題;采用隨行限深機構，有效減少阻力，提高作業順暢性;運轉輕快無震動，不堵草，漏土快，結構簡單，使用壽命長;該機體可以直接從土壤中提取殘留的農膜，不影響下一季的作物生長[25]。

然而由于中國面積遼闊，不同區域馬鈴薯的種植方式和生活環境、氣候條件等的差異，使得馬鈴薯收獲機械的性能要求各不相同，因此適應性強、性能可靠、作業質量高的馬鈴薯收獲機并未真正出現。

2 ?中國馬鈴薯收獲機械發展存在的問題

2.1 ?配套動力問題

馬鈴薯收獲機械由于要實現掘土收獲、振動篩分等作業，導致機型功耗較大，往往需要大型拖拉機才能拖帶作業，這與國內目前農村主要以中小型拖拉機為主的現狀很不適應。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方式，導致行距、株距和播深等均無法有效控制，進一步提高了馬鈴薯收獲的動力消耗。

因此為了進一步推廣馬鈴薯的機械化收獲，應當首先普及馬鈴薯的機械化播種。同時對馬鈴薯收獲機械的掘土部件、篩分部件和輸運機構等進行詳細研究，找出合理的配置方式，減少機具的動力消耗，盡量實現中型拖拉機能夠拖帶作業，為馬鈴薯機械化收獲的全面普及提供基礎。

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

2.2 ?機具工作可靠性和適應性有待提高

馬鈴薯生產具有很強的地域性，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，分別為北方一作區、中原二作區、南方二作區和西南一、二季作垂直分布區[26]，不同區域的氣候、土壤和馬鈴薯生長方式均有很多不同，使馬鈴薯收獲機械的發展受到了一定的限制。目前現有的馬鈴薯收獲機械一般只適用于單一的環境條件下工作，適應性較差，無法進行大面積推廣。

就現有機具而言，也存在較多問題：（1）工作可靠性較差，故障較多，收獲前需要調整的輔助時間長，生產效率低;（2）針對沙質土壤收獲效果較好，針對粘土等土壤的作業效果不佳;（3）作業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，需要進一步改進。

2.3 ?生產成本高，工作效率低

目前多數馬鈴薯收獲機械的研究處在經驗設計階段，對馬鈴薯收獲過程中的土壤-馬鈴薯-機具之間的相互受力關系和運動關系缺乏深入研究，往往憑經驗對機具進行修改完善，缺乏科學理論的分析指導，設計參數依據外國產品選取，與國內馬鈴薯實際情況不適應，導致機型開發時進度緩慢，研發費用較高，效率較低。

2.4 ?馬鈴薯收獲機械機械化水平低，智能化程度偏低

中國自20世紀60年代開始自行研制馬鈴薯收獲機，到80年代，國外各種規格的先進機型被逐步引入，自主研發能力也不斷加強。目前，國內馬鈴薯收獲機型式較多，馬鈴薯聯合收獲機研制成功不久;農村中小種植戶主要以分段收獲的馬鈴薯挖掘機為主。總體而言，中國馬鈴薯作業機械整體水平相當于國外20世紀70年代左右的水平。

馬鈴薯收獲機械的智能系統發展還不夠完善，智能化程度遠不能達到農業生產的需求，各種識別和智能控制手段目前還停留在實驗室階段，機具實際使用前需要大量調整，特殊地域只能采取人機結合的方法來完成任務。

3 ?結語

馬鈴薯產業的發展迅速，馬鈴薯收獲機械的需求量也在不斷加大。在發達國家，馬鈴薯收獲機械的應用比較早，其在推動城市化進程和解放勞動力方面發揮了巨大的作用，提高了生產效率，降低了生產成本，為農民增益不少。中國的馬鈴薯收獲機械研制工作起步較晚，相比于發達國家，其機械化程度低，技術水平差，而且由于中國不同地區馬鈴薯種植環境差異較大，對馬鈴薯收獲機械的性能和工作可靠性要求較高，從而導致馬鈴薯收獲機械的發展較為緩慢。近幾年，中央加大對農機開發的扶持力度和投入，為農業機械的發展提供了一個很好的平臺，中國的農業機械正迎來高速蓬勃的發展期。目前，馬鈴薯收獲機械正在逐步地改進和完善，并研制新的機型，以適應不同的農藝需求。

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