我國小型甘蔗收獲機發展應用現狀及思考

黃煒等

摘 要：文章闡述了國內、外甘蔗收獲機的發展現狀，概述了我國甘蔗收獲機的市場應用狀況，指出了我國甘蔗收獲機存在的主要問題，并且為我國甘蔗收獲機的發展提出了建議。

關鍵詞：甘蔗；收獲機；剝葉機；現狀；應用；問題；建議

中圖分類號：S225.53 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）30-0077-03

我國是世界甘蔗生產大國，同時甘蔗是我國南方的一種重要經濟作物，也是我國制糖工業的主要原料，蔗糖業已成為我國經濟發展的重要支柱和農民脫貧致富的主要經濟來源。其種植區域主要分布于廣西、廣東、海南、云南等省份。在甘蔗收獲環節，勞動需求量大，作業強度高。隨著近年來糖類需求量的增加和農村勞動力的轉移，甘蔗生產成本也快速提高，我國目前蔗糖生產成本過高，糖價在國際市場競爭中沒有優勢。在甘蔗收獲環節中，又分為收割、剝葉、清理打捆和運輸幾個環節，而剝葉環節占總工序時間的60%左右，是甘蔗收獲機械化的關鍵環節之一。因此，借鑒國內外小型甘蔗剝葉機的研究與應用經驗，研制適合我國甘蔗種植產業特點的小型甘蔗剝葉機，提高甘蔗收獲技術水平是亟待解決的問題，特別是實現甘蔗剝葉機械化具有非常重要的現實意義。

1 國內外甘蔗收獲機研究發展應用狀況

1.1 國外的發展應用狀況

世界上發達的產糖國家，如美國、巴西和澳大利亞等國甘蔗連片種植面積大、田園平整，便于機械化作業，甘蔗收獲機械化水平高，大型切段式甘蔗聯合收割機得到了廣泛應用，切段式收獲方式成為現代甘蔗收獲技術的主流，其蔗葉通過焚燒和大功率的吹風系統來去除，使用這一技術的大型收獲機在澳大利亞、美國和南美洲得到了普遍應用。在這些國家和地區，其他類型的剝葉機沒得到有效的研究和開發。大型甘蔗切段式聯合收割機的代表廠商和機型有：英國SERRANA公司、巴西SAHTAL公司、澳大利亞TOFT系列、凱斯的7000/7700型（原澳大利亞ATSTOFT工業公司產品） 、德國CLASS和美國CAMECO等。這些機型基本原理都一樣，結構上大同小異。特點是技術先進成熟、功率大、效率高、可靠性高。這些機型的24 h生產率達到了400～900 t。此外，日本文明農機株式會社生產的HC50—NN型屬切段式甘蔗聯合收割機，特點是機型小、履帶行走、網袋裝蔗，比較適合小地塊窄行距和丘陵地區使用；但是裝車需要配備專用吊裝機，生產效率較低。

日本是較早研制整桿式甘蔗收獲機的亞洲國家之一，剝葉機構的形式為離心式剝葉機，其剝葉元件使用鋼絲繩，利用高速旋轉的滾筒帶動剝葉元件打擊、沖刷蔗莖以去除蔗葉，有配套手扶拖拉機式和手推式兩種形式，剝葉元件壽命為處理甘蔗55 t左右。久保田公司生產的BMC-250型剝葉機是日本甘蔗剝葉機的典型機型。該類機型經過近30 a的改進與發展，技術上較為成熟和完善，目前主要在日本、菲律賓、印度尼西亞等國家推廣應用。亞洲的泰國、印度等國也根據本國蔗區地塊小、地形復雜的特點，分別開展了小型甘蔗收獲機以及風動分離滾筒抓取式小型甘蔗剝葉機的研制，但均未能較好解決剝葉、去尾等后續處理問題。小型甘蔗收獲機代表機型有日本久保田公司生產的UT-70K型、松元機工株式會社生產的MCH—15型、文明農機株式會社生產的NB—11型小型甘蔗收割機（切割機）等。這些機型功率較小，每小時生產率為3 t。

現代主流的切斷式甘蔗收獲技術并不適應亞洲的甘蔗生產作業，主要原因是亞洲國家蔗區多為山地與丘陵地形、田塊小、種植規模小，造成效率低下，以致機械收獲成本高于人工收獲成本。

1.2 國內的發展應用狀況

近年來，國內的廣西農機研究所、廣西大學、華南農業大學和湛江農業機械研究所等有關高等院校和科研機構都對甘蔗收獲機進行了大量研究，并開展了日本、澳大利亞等國外引進機型的吸收、消化和改造工作，主要通過數理統計分析數學建模和計算機優化的方法，取得了一定的成果，研制出一批性能指標達到國外同類機型同等水平的甘蔗剝葉機，但仍未能較好解決含雜率高和剝葉元件壽命短這兩大關鍵技術問題，基本上都是采用離心式滾筒剝葉，剝葉機未能大面積推廣應用。

國內的切斷式甘蔗聯合收割機大都是仿照國外大型甘蔗聯合收割機改進而成。該類機型代表是廣西農機研究所研制的4GZ—140型自走切段式甘蔗收割機，生產率高達25 t/h，含雜率和損失率分別控制在7%～10%之內，宿根破頭率在20%之內。由于切段原料蔗不受糖廠歡迎，該類機型沒有得到推廣應用。國內整桿聯合式甘蔗收獲機主要機型有云馬漢升的HS260整稈式甘蔗收割機、廣西來賓市農業機械化技術推廣站研制的6BZ-1型、廣西農機研究所研制的以中馬力輪式拖拉機作底盤的KALTOR—80型甘蔗聯合收獲機和華南農業大學研制的4ZBQ-9型。整桿分段式收獲機有自走底盤式、側掛大中馬力輪式拖拉機式和利用手扶拖拉機底盤式等型式，代表機型有廣東農機所研制的4GZ—35型側掛式甘蔗收割機。

國內普遍整桿甘蔗收獲機剝葉機構都是采用離心撞擊摩擦式剝葉原理方式剝葉，值得注意的是，近年來也出現了一些非離心式的新型甘蔗剝葉機。這類剝葉機安裝圓周式剝葉元件，利用與蔗莖圓周接觸的剝葉元件劃過蔗莖表面而剝落蔗葉，圓周式剝葉刀具有開度自動調節功能，可以自動適應不同莖徑的甘蔗剝葉，但目前還缺乏系統的剝葉機理理論研究。此類剝葉裝置的特點在于，首先，剝葉元件完整掃過蔗莖表面，沒有剝葉盲區，剝凈率高；其次，可多工位同時進行工作，工效較高；再次，能量只消耗在剝葉而不是將甘蔗葉擊碎，有用功多，功率消耗??；最后，整機尺寸小，重量輕，可以方便運送到蔗田邊工作，減少搬運量。

2 我國甘蔗收獲機的應用現狀

2.1 甘蔗收獲機械機型和工作方式

甘蔗收獲機械主要有三種型式：切段式甘蔗聯合收獲機、整桿聯合式甘蔗收獲機、整桿分段式甘蔗收獲機（配套獨立剝葉機）。切段式甘蔗聯合收獲機在作業過程中一次性完成扶倒、切梢、收割、切段、清選、裝載、剝葉、蔗葉分離、集蔗等工序；其不設置剝葉元件，蔗葉分離是通過風機把切斷成短條段狀的甘蔗吹出機體外，完成剝葉環節；整桿聯合式甘蔗收獲機是將甘蔗收獲環節一起連續完成，不切斷甘蔗，通過機械剝葉方式達到蔗葉分離；和切段式相比，除了剝葉裝置部分，其他部分幾乎大同小異。在整桿分段式收獲機工作過程中，是將甘蔗的切割、剝葉、集堆、運輸等環節分別由專門的機器或人工來執行，工作時先整桿收割，然后把砍下的整桿甘蔗集中，再用剝葉機剝葉，剝葉后再集堆并運輸到糖廠。

切段式甘蔗聯合收獲機甘蔗莖葉主要采取焚燒法處理，收獲機不設剝葉機構，焚燒后的剩余包葉通過安裝在收獲機上的大功率吹風系統分離去雜。具有功率大、作業效率高、功能齊全、自動化程度高、含雜率低等特點。切段式收獲機工作方式是通過該機器對甘蔗田里的甘蔗進行收割后，把甘蔗直接切成250～300 mm長的小段，同時，通過抽風機把切碎的甘蔗葉抽出分離，得到干凈的短節甘蔗，再通過輸送機輸送到跟隨的甘蔗收集車上，或甘蔗運輸車上，由甘蔗運輸車直接運輸到糖廠完成整個甘蔗收割過程。整稈式甘蔗聯合收獲機則是由收獲機一次性完成甘蔗的收割和剝葉工序，剝葉機構不會切斷甘蔗；具有以手扶拖拉機底盤為動力和行走裝置，安裝有地面仿形裝置，割臺可調程度高等特點。分段式甘蔗收獲機械機型較小，首先由甘蔗收割機把整稈甘蔗割倒，然后由人工把甘蔗喂入剝葉機進行剝葉和去梢；僅實現甘蔗的割倒、鋪放等工序，然后利用配套的剝葉機進行切梢、剝葉，甘蔗不會被切斷，經人工集堆后，機械裝載，再用運輸車運到糖廠，適于丘陵地區小塊蔗田作業。

現在國內主流的整桿式剝葉機都是采用離心滾筒式剝葉原理，離心撞擊摩擦式剝葉機主要由輸入輥、第1級剝葉輥第2級剝葉輥和輸出輥構成。工作時，剝葉輥筒高速旋轉，安裝在剝葉輥筒上的剝葉元件對甘蔗進行打擊擠壓和摩擦，從而使蔗葉脫落。從割臺形式看，主要有臥式整桿式甘蔗收割機和立式整桿式甘蔗收割機兩種形式。從收割機的懸掛形式看，主要有側掛式、腹掛式和背負式三種形式；剝葉機按剝葉元件的裝夾方式又可分為固定排刷式和錘片式兩種，錘片式是通過高速旋轉時，片狀橡膠在離心力作用下沿徑向拋出，依靠摩擦和撞擊對甘蔗莖稈進行梳擦，將蔗葉剝離和粉碎。甘蔗剝葉滾筒的排列形式基本是按上下對稱排列。通過上下兩個轉向相反的滾筒，在高速旋轉下帶動剝葉元件對蔗莖進行摩擦和打擊，達到剝離蔗葉的目的。目前基本上采用兩級輸送、一組剝葉元件工作的方式，這主要是考慮適應坡地和小地塊，轉移方便靈活，降低成本。

2.2 目前我國市場上甘蔗收獲機典型的產品應用情況

2.2.1 切段式甘蔗聯合收獲機

柳州市漢森機械制造有限公司研制的4GQ-350型切段式甘蔗聯合收割機具有獨特的駕駛室內風機調速控制系統，具有可根據甘蔗品種、蔗葉量進行風機排葉匹配風量實施調節的特點，采用液壓驅動行走方式，配套動力261 kW，整機重量為16 t、生產率50 t/h、宿根破頭率≤15.0%、含雜率≤10.0、總損失率≤7.0。廣西云馬泰緣機械制造股份有限公司研制的4GQ-260型切段式聯合收獲機采用全液壓驅動與控制，大范圍可調高度的切梢器、割臺及扶倒器，可轉換的甘蔗切斷長度，無級調速的后輪驅動；配套動力194 kW，整機重量為11 t，總損失率≤5%，破損率≤15%，含雜率≤7%，生產率20 t/h。廣東科利亞現代農業裝備有限公司研制的4GZ-91切段式甘蔗聯合收割機，該機型適應行距為0.9～1.2 m，能在甘蔗小田塊種植面積不大的情況下使用，能適應一定坡度的山地作業，釆用履帶式無級變速行走，機械田間行走靈便，機身尾部裝有集蔗袋，并且對蔗地壓力小，不會出現輪式聯合收割機壓壞蔗頭的現象。配套動力 91 kW，整機重量為7 t，總損失率≤7%，破損率≤15%，含雜率≤7%，生產率10 t/h。

2.2.2 整桿聯合式甘蔗收獲機

浙江三佳農機裝備有限公司研制的三佳牌SJ-1400型甘蔗收獲機，該機型采用先進的全液壓數字控制和驅動系統，整機體形小、重量輕，轉彎半徑小，通過性強；地頭轉彎、橫跨蔗壟輕便，使用靈活，操作簡便，采用履帶式行走方式，配套動力66.15 kW，整機重量為4.5 t，總損失率≤15%，破損率≤16%，含雜率≤4%，生產率6 t/h。浙江溫嶺市宏順機械有限公司研制的4ZL-130型整桿式甘蔗聯合收割機采用履帶式行走方式，整機體積小，全液壓驅動，作業行走采用無級變速，采用高強度的復合材料破葉去梢，物流通道采用浮動式機構保證不會堵塞；配套動力66.2 kW，整機重量為4.5 t，總損失率≤7%，破損率≤20%，含雜率≤10%，以及SG1300型整桿式甘蔗收獲機。其他類似的產品有廣西云馬泰緣機械制造股份有限公司研制的4GZ-260型、柳州市漢森機械制造有限公司研制的HSM1000型、河南省坤達農業機械設備有限公司研制的坤達4GZD-75甘蔗收獲機等。

2.2.3 整桿分段式甘蔗收獲機

南寧市星連農機有限責任公司“星遠牌”6BZ-0.5整桿分段式小型甘蔗剝葉機，該產品機型小，重量輕，便于移動，存放方便，剝葉干凈，工作效率高，工作成本低，維護簡單，方便。配套動力2.06 kW，整機重量為98 kg（不含動力），含雜率≤0.3%，生產率1.15 t/h（雙人操作），未剝凈率≤15%。山東禹城亞泰機械制造有限公司生產的4BC-350A型整桿分段式小型甘蔗剝葉機，采用牽引式（自走式）行走方式，配套動力7.4 kW，整機重量為400 kg，含雜率≤3%，未剝凈率≤6，蔗徑合格率≥97%，生產率4 t/h。除此之外，其他機型還有云南省農業機械研究所4BZS-2.0型剝葉機、廣西農機研究院研制的4ZB-12型甘蔗剝葉機、南寧手扶拖拉機廠研制的6BZ-5單工位甘蔗剝葉機和6BZ-9雙工位自走式甘蔗剝葉機、廣西來賓市農機推廣站研制的6BZ-1型甘蔗剝葉機和廣西大學研制的4ZB-6A小型甘蔗剝葉機。

3 我國甘蔗收獲機發展存在的問題

對于切斷式甘蔗聯合收獲機，由于甘蔗切段后，必須在24 h內開榨，否則糖分下降，影響出糖率和蔗糖質量，而目前糖廠的經營管理模式不能保證及時開榨，并且我國蔗區丘陵小塊蔗田的情況也不滿足其工作條件，所以主流的切段式甘蔗聯合收獲機不適合我國國情。我國研制的整桿式甘蔗收獲機，工作效率低、含雜率較高、機架剛性不足，破皮率高、折斷率高、宿根破頭率高、倒伏或彎曲收割效果差、功能不齊全、自動化程度不高等缺點。導致了機器總體性能不理想，由此增加了操作者的勞動強度，降低了工作效率，總體性能仍然有待全面提高。

總而言之，雖然國內開發了不少機型，但是適合生產實際應用的成熟、穩定機型基本上還沒有，現有機型主要存在很多問題。由于剝葉元件的工況較為惡劣，剝葉元件在工作過程中會周期性地受到較強的沖擊載荷、摩擦力、扭轉力矩，因此容易發生磨損和折斷，為此剝葉元件應具有較好的韌性、強度性能，這對剝葉材料的選擇提出了較高的要求；由于主流的剝葉機構采用離心式剝葉方式，存在剝葉盲區，況且多跟喂入時容易造成剝葉機構堵塞及蔗莖折斷，導致剝葉含雜率偏高；由于剝葉機構甘蔗多跟喂入會使其互相重疊交叉，堵塞物流通道，使含雜率、折斷率，破皮率大大提高，并造成危險工況，所以普遍采用單根或少量喂入，最終導致剝葉效率較低。由于主流的甘蔗剝葉機都采用離心滾筒式剝葉機構，然而這種剝葉方式存在剝葉盲區、開放性差、功耗高，剝葉元件的維護、更換麻煩等缺點；由于收獲機的對象甘蔗的直徑是一個變量而不是一種標準件，工況復雜，涉及到到很多非線性問題，而現有的收獲機械設計成固定的機構，不能達到理想的設計工作要求，最終導致整機適應性差；由于大型整桿式甘蔗收獲機機型的結構復雜、體量大，導致造價昂貴，一般幾十萬一臺，而我國單戶種植面積少，并且只有每年的收獲季節才能用到收獲機，造成投資大，機械利用率低，維護成本高，因為價格價值的問題，最終導致推廣困難。

4 我國甘蔗收獲機的發展建議

切段式甘蔗聯合收獲機由于自身工作條件的限制適合規?；洜I的農場單位使用，隨著我國基礎設施建設的發展，割后甘蔗24 h進糖廠也成為可能。所以，切段式甘蔗收割機將來在連片種植聯合經營地區的應用成為可能。整桿式甘蔗收獲機雖然存在不能收割嚴重倒伏甘蔗、工作效率低、功耗高等缺點，但是在甘蔗倒伏不嚴重，氣候干燥，地塊較大，而且甘蔗到糖廠所需時間較長的地區應用推廣具有很大的前景。對于我國廣大蔗農來說，小型輕便的收獲機械是最為實用的。就目前來看，按工序分類的專用小型機械最受歡迎。所以，在研制大型的甘蔗收獲機械的同時，應該側重于研究小型的甘蔗收割機械系統，這種系統可以由一些簡便的收割機，小型自走式甘蔗剝葉機和一些配套的裝運裝置組成。農民可以根據自己需要選擇不同的機器。

基于我國的特殊國情和甘蔗收獲機發展應用情況，建議重點研究的方向有，首先， 建議加強蔗葉剝離的機理更深一步的研究， 創新研究思路，更新研究方法，從不同視角、不同方位展開對甘蔗剝葉的工作機理分析，深入揭示剝葉機理，為研制小型、高效、低能、緊湊型的適合廣大蔗區農戶使用的甘蔗剝葉機提供理論依據；其次，建議進一步加強小型化甘蔗收割機、甘蔗剝葉機的研究，著力解決抗倒伏、含雜率、傷皮率、損失率、折斷率以及整機適應性等關鍵技術問題，研制適合我國蔗區生產條件的、靈活機動的小型化機械收獲系統，逐步實現甘蔗種、管、收全程機械化作業；再次，建議優化剝葉機械的結構參數和運動參數，提高剝葉效率和剝葉質量，并對剝葉元件布局及元件材料相關影響因素進行更深入的研究，使其能適應我國復雜地形和國情的小型甘蔗剝葉機構；最后，為了實現機械化收獲甘蔗，應加強規范種植及田間管理、加強制糖企業生產管理水平、加強國家農機補貼政策扶持和加強甘蔗收獲機推廣租賃管理維護等。

5 結 語

我國由于蔗區特殊的地理和自然環境，特殊的蔗糖生產工藝和設備，特殊的制度和國情，隨著農業產業化機械化的發展，研究開發適合我國南方丘陵地帶甘蔗收獲的一種小型農機顯得尤為重要。甘蔗收獲機械化作業能較大幅度地提高勞動生產率，減輕作業人員勞動強度，提高甘蔗收獲效率，確保甘蔗收獲質量，并降低了生產成本，提高蔗農收入，對促進我國蔗糖產業的發展具有極大的價值。所以，加快研發適合我國國情的小型甘蔗收獲機械具有極其重要的現實意義。

參考文獻：

[1] 李俚，夏鵬，周曉蓉.整稈式甘蔗收獲機械收獲效果試驗研究與分析[J].

農機化研究，2014，（3）.

[2] 黃暉，李明，鄧干然.我國甘蔗剝葉機械的發展現狀與建議[J].中國熱帶 農業，2008，（6）.

[3] 楊尚平，楊曉玉，趙斌.中空軸爪式甘蔗剝葉機的研究開發[J].機電產品 開發與創新，2007，（3）.

[4] 黎毓鵬，鄭廣平，宋詠春，等.小型甘蔗剝葉機的試驗與研究[J].裝備制造 技術，2010，（2）.

[5] 劉芳建，楊學軍，劉赟東，等.我國整稈式甘蔗剝葉機械研究現狀及思考 [J].農機化研究，2013，（10）.

[6] 姚煒.我國甘蔗剝葉機械技術的發展現狀與思考[J].農機化研究，2007，

（10）.

[7] 程紹明，王俊，王永維.我國整桿式甘蔗聯合收割機的現狀和問題[J].現 代農業科技，2013，（10）.

[8] 莫建霖，劉慶庭.我國甘蔗收獲機械化技術探討[J].農機化研究，2013，

（3）.

[9] 牟向偉，區穎剛，劉慶庭，等.彈性齒滾筒式甘蔗剝葉裝置[J].農業機械學 報，2012，（4）.