馬鈴薯收獲機專利技術綜述

夏雄

摘 要：馬鈴薯收獲在馬鈴薯產業鏈中是最費工，耗時的一項作業，馬鈴薯收獲機械化的發展就顯得尤為重要。馬鈴薯收獲機是實現馬鈴薯收獲機械化的前提，其關鍵技術主要體現在薯塊挖掘、薯土分離清選、薯塊輸送等。文章結合現有技術和專利，介紹了國內外馬鈴薯收獲機的發展狀況及趨勢，著重分析了不同馬鈴薯收獲機的特點及各個關鍵技術的分支，著重介紹了各個關鍵技術的分支及分支的特點。

關鍵詞：馬鈴薯收獲機；挖掘；分離；清選；輸送；專利

中圖分類號：T-18 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）19-0010-03

1 概述

我國是世界馬鈴薯種植面積最大的國家，馬鈴薯收獲在馬鈴薯產業鏈中是最費工，耗時的一項作業，消耗的工作量占整個產業鏈工作量的40%，收獲期短，勞動強度大。因此要實現馬鈴薯生產機械化就必須重點解決收獲機械化問題。

2 馬鈴薯收獲機專利分析

2.1 全球專利申請情況

圖1是全球歷年來馬鈴薯收獲機申請量，從全球歷史申請量來看，自從1966年馬鈴薯收獲機的研制技術起步之后，相關專利申請量大致呈上升趨勢，從1976年開始進入一個緩慢發展階段（1976-2004年），專利申請量保持在一個穩定變化的區間，維持在平均每年20件左右的申請量的水平；自2005年起馬鈴薯收獲機專利申請呈急劇增長趨勢，并于2013年達到頂點。

從圖2國家申請量分布來看，中國、俄羅斯（含前蘇聯）、日本、德國是主要的馬鈴薯收獲機專利申請國，特別是中國和俄羅斯（含前蘇聯），二者申請量數量之和相當于其他國家的數量之和。

2.2 國內專利申請情況

國內針對馬鈴薯收獲機的研制相對起步較晚，如圖3為國內馬鈴薯收獲機的申請量。由圖3可知，我國于1992年申請了第一份馬鈴薯收獲機專利申請。一直到2006年，整個專利申請的數量較少，這個時期正是國內研究單位和公司還處于馬鈴薯收獲機技術引進和消化吸收過程，與國外先進的馬鈴薯收獲機技術差距較大。2006-2011年，國內馬鈴薯收獲機技術開始發展，申請量穩步增長。進入2012年以后，國內的馬鈴薯收獲機技術出現急劇增長趨勢，這與近幾年馬鈴薯種植面積擴大和馬鈴薯需求量增加的趨勢相吻合。2014年專利申請量達到了87件，并且發明專利申請增長速度已經開始逐步趕超實用新型專利申請，這表明國內相關企業單位或個人在消化吸收國外先進技術的基礎上已經加強了馬鈴薯收獲機技術的創新和儲備。

在國內關于馬鈴薯收獲機專利申請中，申請人主要是個人，其次是公司，高校和研究所等相對較少，圖4表示國內申請人的申請量分布。個人申請占了一半以上，這與我國的馬鈴薯種植情況相符。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，進而不同地方需要具有不同適應性的機型。再加上中國馬鈴薯種植戶零散，大面積種植的農場較少，進而國內企業生產的馬鈴薯收獲機可能只是針對當地的大型用戶，而不適用于其他地方的用戶需求以及小種植戶的需求，高校和研究所也同樣如此；而個人則針對自己或其他小種植戶的需求，設計生產滿足自己需求的馬鈴薯收獲機的情況較為多見。

3 馬鈴薯收獲機的技術分支

3.1 馬鈴薯挖掘

馬鈴薯收獲機挖掘鏟是收獲作業的起始部件，根據其工作方式可分為固定式挖掘鏟和振動式挖掘鏟，固定式挖掘鏟結構簡單，性能穩定，該方式應用最為廣泛，如RU2309572、CN201639982U、CN102077726A、JP特開2008-182963A、KR20

020022431A等專利申請。振動式挖掘鏟具有挖掘效果好，薯土分離效果好、入土角度可調等特點，如SU1276284A1，一種根莖作物收獲機，采用曲柄連桿驅動挖掘鏟振動；KR20-0448815Y1，一種馬鈴薯收獲裝置，采用入土角度可調的振動式挖掘鏟，還包括切莖刀；寧夏回族自治區農業機械化技術推廣站申請的CN201639983U，三振動側拋送馬鈴薯挖掘機，采用振動鏟挖掘，降低挖掘阻力，增加土壤破碎率，有利于薯土分離。

根據挖掘鏟形狀可分為犁形鏟、條形鏟、齒形鏟等類型。犁形鏟一般為固定式挖掘鏟，如RU2309572、CN201639982U、CN103828529A等專利申請，適合壟作種植的馬鈴薯的挖掘，挖掘后的馬鈴薯露在土表面；條形挖掘鏟的工作方式為把整個壟的馬鈴薯連土塊一起挖起，然后整體輸送到薯土分離部進行分離，如CN200980250Y、CN202135494U、CN202799646U等專利申請；齒形挖掘鏟則是在條形挖掘鏟的基礎上做的改進，將條形設置成多個齒狀，達到更好的挖掘效果，如CN202276642U、CN102440113A等專利申請，甘肅農業大學申請的CN102440113A，馬鈴薯收獲機階梯狀挖掘鏟，即采用條形挖掘鏟設置成多個齒狀，增強了挖掘鏟的入土性能。

3.2 馬鈴薯分離清選

挖掘后的馬鈴薯跟土塊雜質等混在一起，一般馬鈴薯收獲機在挖掘部件后都會設有分離清選裝置，按分離部件的結構形式， 可將挖掘分為升運鏈式、旋轉分離篩式、振動篩式、分離輥式、滾筒篩式等。

3.2.1 升運鏈式分離清選

升運鏈式馬鈴薯挖掘機作業時，挖掘鏟將薯塊連同泥土挖起，送到回轉抖動式升運鏈上，在升運鏈的抖動作用下，泥土與薯塊分離，從升運鏈桿條的間隙中漏下，薯塊則由升運鏈后端下落。如DE3810942、SU1802989A1、CN203206728U等專利申請，均采用升運鏈式的分離清選裝置。升運鏈式的分離清選裝置除了具有分離清選功能外，還具有運送功能，如馬鈴薯聯合收獲機：JP特開平847318A、SU893162，均采用多級升運鏈，邊清選邊輸送，輸送過程中一直在進行分離清選作業，清選分離效果好。

3.2.2 振動篩式分離清選

振動篩式分離清選裝置的分離部件一般由前后配置的2個篩子組成。在第一篩（前篩）的前端固定著挖掘鏟，并由動力通過振動部件使其振動。如CN202135494U，一種農作物挖掘收獲機，采用的技術方案即為與挖掘鏟22固定的由梳桿21組成的前篩，通過振動臂19驅動振動，以及后部的簸篩邊框15中的振動篩，由后振動臂16驅動振動。按分離篩的固定形式和擺動方向，此類振動篩式分離清選裝置可分為2種：一種是分離篩繞立軸擺動的振動篩；另一種是分離篩安裝在4根平行吊桿上，可做前后擺動的振動篩，如SU1720531A1，根莖收獲機挖掘分離部件，即采用多根平行吊桿驅動挖掘鏟后方的振動篩前后擺動。

3.2.3 旋轉分離篩式分離清選

旋轉分離篩又稱為轉盤式分離篩，一般布置在挖掘鏟后方，由圓盤形的外邊框支架和成十字交叉的支桿支撐形成。該裝置工作時，首先挖掘鏟挖掘起來的薯塊和土塊混合物進入到轉盤分離篩中，薯塊和土塊混合物在轉盤分離篩中滾動，土塊慢慢變碎，被篩分出去。該類型分離清選裝置一般設置在小型馬鈴薯挖掘收獲機中，由牽引裝置牽引驅動。如CN101803508A、CN102077726A、CN202035284U、CN203446207

U等專利申請均采用旋轉分離篩式進行分離清選。

3.2.4 滾筒篩式分離清選

滾筒式分離清選裝置一般體積較大，但分離清選效果好，通常設置在馬鈴薯聯合收獲機中，如RU2080764C1、CN203181549U、KR100744355B等專利申請均采用滾筒式分離清選裝置進行分離清選。

3.2.5 分離輥式分離清選

分離輥式分離清選裝置的一般結構為在挖掘鏟后設置多個旋轉的輥或滾筒，轉向相同，在輥或滾筒上設置若干分離齒，相鄰的輥或滾筒上的分離齒交錯排列。具體結構如專利CN201878537U，機引多功能薯類挖掘機。該結構的特點是分離輥上的分離齒具有破土和梳刷的功能，對大土塊破碎效果好，并且對于莖稈類雜物進行梳刷分離，防止分離清選裝置堵塞。EP1836889B1、JP特開2000-106729A、RU2187923C2、JP特開2011-130668A等專利申請均是對分離輥式分離清選裝置進行的改進。

3.3 馬鈴薯輸送裝置

輸送裝置一般設置在馬鈴薯聯合收獲機中，一般采用擋邊帶式輸送機，布置形式為側向升運式，根據實際需求，有折疊式和非折疊式，同時，有的馬鈴薯聯合收獲機中的輸送裝置還具有分級功能。

3.3.1 折疊式輸送裝置

折疊式輸送裝置具有輸送距離遠，結構緊湊的特點。一般分為工作狀態和儲運狀態。專利CN202524757U，馬鈴薯聯合收獲機，即是對折疊式輸送裝置的一種改進。此外，GB2134763A、US20130149092A1等專利申請也是對折疊式輸送裝置進行的改進。

3.3.2 非折疊式輸送裝置

非折疊式輸送裝置由于結構簡單，使用方便，應用較為普遍，專利申請CN102428793A、JP特開平847318A、SU1050598

A、SU1329655A1、GB2195223A等均是對非折疊式輸送裝置進行的改進。非折疊式輸送裝置一般都采用多級輸送裝置，其中GB2195223A，馬鈴薯收獲機分級裝置，和SU1329655A1，馬鈴薯聯合收獲機，均采用的是多級升運鏈式的輸送裝置，輸送過程中不斷分離薯塊中的土塊。

3.3.3 具有分級功能的輸送裝置

在很多馬鈴薯聯合收獲機中，輸送裝置輸送過程中會帶有馬鈴薯分級功能，如專利SU1554801A1、SU1802989A1、CN

101606458A、CN103503627A均是對輸送裝置中的分級設備進行的改進，其中SU1802989A1，馬鈴薯聯合收獲機，在提升輸送之后采用傾斜的篩孔由小到大的分選篩進行分級。而CN101606458A，分級裝袋式薯類聯合收獲機，則采用在輸送過程中設置輥軸鏈式分級裝置進行馬鈴薯分級。

4 結束語

我國馬鈴薯收獲過程在整個農業收獲體系中處于自動化及機械化的較低水平，現有的馬鈴薯收獲機械不能滿足生產要求，如售價較高、機械化程度低、生產效率低下、作業損失大以及通用性差等，研制高效、機械化程度高、生產效率高、作業損失小和通用性好的馬鈴薯聯合收獲機械是必然趨勢。

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