馬鈴薯機械化收獲過程的損傷因素及試驗研究

周魏巖 陳維剛 郭兵

摘要：近年來，隨著我國產業結構的調整，在農業與種植業中，普遍實現了機械化，尤其是在馬鈴薯的種植與收獲中。馬鈴薯是一種重要的作物，其本身具備一定的經濟價值與食用價值，因此，很多地區逐步實現了大規模種植，而大規模種植往往伴隨著機械化作業的應用。而機械化收獲會對馬鈴薯產生一定的損傷，影響馬鈴薯的加工與食用。基于此，本文分析了馬鈴薯機械化收獲中的損傷因素，并開展了相應的試驗研究，對于馬鈴薯防損裝置的研究等具有一定的參考價值。

關鍵詞：馬鈴薯;機械化收貨;損傷因素;試驗研究

中圖分類號：S23

文獻標識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20191215018

基于馬鈴薯巨大的經濟與食用價值，國家加大了對馬鈴薯產業的支持。我國有些地區，逐步實現了馬鈴薯的大面積種植，形成了馬鈴薯產業鏈，而種植面積的增多使得其對于機械化的依賴程度逐步加大，雖然機械化保證了種植與收獲的效率，但是機械化收獲也導致了馬鈴薯的損傷，影響了其后期的加工與食用，因此，機械化收獲中降低損傷率是近年來馬鈴薯機械化收獲研究的熱點問題，對機械化收獲損傷因素以機理的試驗分析可以為減少損傷率提供一定的參考。

1馬鈴薯生產概況與機械收獲損傷的基本情況

馬鈴薯最初的原產地是南美洲，其種植的歷史悠久，本身具有種植簡單、產量高、營養豐富的特征，使馬鈴薯成為種植最為廣泛的作物之一，以中國、俄羅斯、烏克蘭、印度、波蘭等國家為例，這些國家的馬鈴薯種植產量極高，占世界馬鈴薯種植面積的60%以上，產量達到了世界產量的50%。

基于我國馬鈴薯種植面積的廣泛性，在馬鈴薯收獲中普遍實現了機械化，這種機械化收獲的方式大大提升了我國的糧食安全，促進了我國農業生產的現代化。但有關數據資料顯示，馬鈴薯機械化收獲造成了極高的損傷率，由收獲機所造成的損傷率高達70%以上，機械化收獲損傷主要表現在塊莖損傷上，而這種損傷會影響馬鈴薯的美觀性與內在品質，降低了馬鈴薯的再利用率，對馬鈴薯的加工等產生了一定的影響。因此，馬鈴薯機械化收獲不僅不利于加工行業經濟社會效益的實現，還不利于馬鈴薯產業結構的升級與調整。

2馬鈴薯機械化收獲的損傷因素與表現

馬鈴薯機械化收獲主要借助的是馬鈴薯收獲機，而收獲機的運行與使用會造成馬鈴薯收獲過程中的擠壓、碰撞與摩擦，在收獲機的隨機運轉下，馬鈴薯受到各種力的作用，從而發生損傷。一般情況下，根據馬鈴薯的損傷情況，其損傷主要表現為內部損傷與外部損傷2種。

2.1表面損壞

馬鈴薯的表層保護是其品質保持與長期存放的基本保證，完好的表皮能有效避免馬鈴薯塊莖脫水和變質。但是機械化收獲必須在機械元件的不停運轉中完成，加之高效率的快速作業條件下馬鈴薯會與金屬零件、其它馬鈴薯不斷地發生摩擦與撞擊，導致表層部分區域脫落或起皮，這不僅會影響馬鈴薯的外觀品質，更可能在儲運發生腐爛變質問題。

2.2內部損壞

馬鈴薯機械化收獲中出現的內部損壞，主要是由于馬鈴薯機械化收獲中受到機械有關金屬零件的劇烈碰撞、沖擊、擠壓等形成的，內部損傷會使馬鈴薯的塊莖組織逐步形成黑斑等，隨后引發馬鈴薯內部結構的物理與化學變化，導致馬鈴薯內部受損位置出現變質、腐爛等現象，一旦出現內部損壞，就會影響馬鈴薯的加工，降低其經濟價值。

3機械損傷對馬鈴薯的不利影響

馬鈴薯機械化收獲中產生的損傷會影響馬鈴薯經濟效益的實現，具體來說，機械損傷會直接降低馬鈴薯的產量，雖然有些機械損傷的馬鈴薯依然可以銷售與加工，但是其較差的外觀等會使得馬鈴薯的銷售價格偏低，進而影響馬鈴薯的銷售收益。有關資料顯示，馬鈴薯的產量受到多方面因素的影響，機械化收獲所造成的機械損傷是其中的一個主要因素，機械化收獲所造成的表皮損傷對馬鈴薯產量的影響約占21%，而內部損傷可達13%左右。

馬鈴薯機械化收獲所造成的機械損傷位置會出現生物堿、黃酮類等成分，使得馬鈴薯變質，最終影響馬鈴薯的食用價值與經濟價值。

4馬鈴薯機械化收獲損傷試驗

4.1基本情況

通過開展馬鈴薯機械化收獲的損傷試驗，可以在一定程度上掌握損傷機理，從而為馬鈴薯收獲機的改進等提供相對合理的參考。本試驗在室內進行，基于馬鈴薯的形狀具有不規則的特性，因此，在馬鈴薯體積的區分上往往借助于馬鈴薯的重量確定來實現。根據各個馬鈴薯重量的差異性，將試驗對象的馬鈴薯分為3類，重量在100g以下的塊莖為小馬鈴薯，而重量在250g以上的塊莖為大馬鈴薯，100～250g的塊莖為中馬鈴薯。為保證試驗結果的準確性，在試驗中所選取的馬鈴薯對象必須具備體積上的均勻性，保證試驗中包含了大、中、小類型的馬鈴薯，并且要保證試驗前期的馬鈴薯不存在破損現象。

本次試驗中，所使用的試驗設備主要包含了普通的稱量設備、萬能試驗機、動態測試分析設備與測力傳感器等。普通的稱量設備主要為刻度尺、天平等。萬能試驗機在試驗中起到對馬鈴薯的拉伸、壓縮、剝離等作用，在此過程中，還可以進行有關試驗參數的呈現。動態測試分析設備可以在試驗過程中對馬鈴薯的溫度、振動等加以試驗，還可以直接進行試驗結果的分析與對比。測力傳感器的使用是為了實時測試馬鈴薯的沖擊力等。

4.2試驗內容與結果

4.2.1下跌高度對損傷的影響

在該試驗中，將馬鈴薯從5個不同的高度進行跌落試驗，其碰撞材料為45#鋼，選取的試驗對象為含水率在71%～78%之間的馬鈴薯。試驗結果表明，馬鈴薯下落所承受的沖擊力隨著下跌高度的增加而增大，二者呈現出正向的變化關系。而基于碰撞材料的特殊性，馬鈴薯在下跌過程中主要受到變形與反彈的影響，因此，為了減小馬鈴薯的損傷，可以通過對下跌高度的控制來實現。

4.2.2應用材料對損傷的影響

在其它因素保持不變的情況下，分別將45#鋼、橡膠、馬鈴薯和干燥土塊為碰撞材料，每組進行5次的試驗，隨后取試驗結果的平均值。根據試驗結果可知，如果金屬材料的硬度較大，在碰撞試驗中產生的變形較小，使得馬鈴薯承受的沖擊力較大，因此，在碰撞材料的選擇上，可以選用硬度相對較小的材料，減少損傷。

4.2.3含水率對損傷的影響

在馬鈴薯含水率對損傷的影響試驗中，將在土壤中放置時間在6d左右的馬鈴薯作為對象，分2組進行跌落實驗，2組的試驗時間不一致，前1組試驗在后1組試驗的前6d進行，前1組的試驗對象馬鈴薯較不成熟，但是其含水量相對較高。試驗結果表明，含水率較高的馬鈴薯，其在跌落中與碰撞材料之間的變形較大，從而使二者的接觸黏性較大。

5結論

基于馬鈴薯機械化收獲中機械損傷產生的機理，有關的設計人員在馬鈴薯收獲機的設計中要充分利用該機理，結合本文的試驗內容，對收獲機中的跌落高度、碰撞材料等加以合理控制與選擇，保障收獲機設計的合理性，使得其在收獲中減小對馬鈴薯的損傷，提高馬鈴薯的產量，實現馬鈴薯的經濟價值。

參考文獻

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作者簡介：

周魏巖（1986-），大專，中級工程師，車間主任。研究方向：農機工程。