盧秉福 ，耿 貴 1，，周艷麗 2，

（1.黑龍江大學(xué)農(nóng)作物研究院，哈爾濱 150080；2.黑龍江大學(xué)農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學(xué)院，哈爾濱 150080；3.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院甜菜研究所，哈爾濱 150080）

甜菜收獲作業(yè)是甜菜生產(chǎn)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，也是甜菜生產(chǎn)機(jī)械化的一個(gè)難點(diǎn)，季節(jié)性強(qiáng)，勞動(dòng)強(qiáng)度大。實(shí)現(xiàn)甜菜收獲機(jī)械化，不僅能提高生產(chǎn)效率，節(jié)約勞力，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，將人們從繁重的甜菜收獲勞動(dòng)中解脫出來，還能降低收獲環(huán)節(jié)中不必要的損失。隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平的不斷提高，采用機(jī)械化、自動(dòng)化收獲機(jī)具實(shí)現(xiàn)甜菜收獲，對(duì)提高甜菜產(chǎn)業(yè)競爭力具有重要的意義。

1 甜菜機(jī)械化收獲方法

1.1 聯(lián)合收獲法

聯(lián)合收獲法是指用甜菜聯(lián)合收獲機(jī)一次作業(yè)完成切纓、挖掘、清土、裝運(yùn)等工序。此法的優(yōu)點(diǎn)是一次完成所有甜菜收獲作業(yè)，所需要的勞動(dòng)力少，勞動(dòng)生產(chǎn)率可以大幅度提高，勞動(dòng)強(qiáng)度減輕，收獲損失也較小，適用于經(jīng)營規(guī)模大、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平高的地區(qū)。它的缺點(diǎn)是聯(lián)合收獲機(jī)構(gòu)造復(fù)雜，投資費(fèi)用大，而在一年中的使用時(shí)間短，并要求有較高的使用技術(shù)。

1.2 分段收獲法

分段收獲法也稱兩段法或三段法收獲。先切去甜菜葉纓，然后再用甜菜挖掘機(jī)起收并裝運(yùn)，或先切去甜菜葉纓，用甜菜挖掘機(jī)挖出甜菜集條，再用撿拾機(jī)械撿拾并裝運(yùn)。此法的優(yōu)點(diǎn)是甜菜收獲時(shí)可以各自完成作業(yè)，缺點(diǎn)是機(jī)器兩次或三次作業(yè)，對(duì)土壤破壞和壓實(shí)程度增加，油料消耗比聯(lián)合收獲法增加7%～10%。

2 甜菜莖葉切削裝置

現(xiàn)代甜菜收獲機(jī)上獲得最廣泛應(yīng)用的莖葉切削裝置有3種類型，它們之間的區(qū)別在于主要部件——仿形器與切刀本身構(gòu)造不同以及兩者之間組合的不同。

2.1 主動(dòng)圓盤仿形器和被動(dòng)平直切刀莖葉切削裝置

主動(dòng)帶齒圓盤仿形器和被動(dòng)平面切刀組合，通過主動(dòng)圓盤仿形器對(duì)甜菜產(chǎn)生仿形效果，使切刀位于所要求的切削高度，在水平位置將甜菜莖葉及青頂切除。在仿形與切削過程中，仿形器經(jīng)過的軌跡可分為4個(gè)階段，即沖擊、升起、切削、下降，其中每個(gè)階段都應(yīng)滿足一定的技術(shù)要求，尤其是在沖擊階段，仿形器不能將塊根推斜或推倒，為此，仿形器對(duì)塊根作用的水平分力不應(yīng)超過某一許可值。此外切刀和仿形器的參數(shù)以及機(jī)器的工作速度等要選擇合理，調(diào)整得當(dāng)，相互適應(yīng)，滿足甜菜的農(nóng)業(yè)物理特性及其莖葉和青頂?shù)那邢饕?。目前大多?shù)甜菜收獲機(jī)都采用主動(dòng)圓盤仿形器和被動(dòng)平直切刀莖葉切削裝置，這種甜菜莖葉切削裝置結(jié)構(gòu)簡單，有良好的工作性能和適應(yīng)性，能在濕度較大，土質(zhì)松軟的地里工作。其缺點(diǎn)是容易堵塞切刀，不能適應(yīng)高速作業(yè)。表1為幾種具有代表性的主動(dòng)仿形器和被動(dòng)切刀的莖葉切除裝置的技術(shù)參數(shù)。

2.2 被動(dòng)仿形器和主動(dòng)旋轉(zhuǎn)圓盤切刀切削裝置

被動(dòng)滑掌式仿形器與主動(dòng)圓盤切刀組合，仿形器從甜菜頂上拖過時(shí)產(chǎn)生仿形效果，帶動(dòng)與之連接的圓盤切刀在適當(dāng)?shù)乃轿恢脤⑶o葉切除。這種裝置適用于中等莖葉產(chǎn)量，青頂較低以及土壤堅(jiān)實(shí)的地區(qū)。其最大優(yōu)點(diǎn)在于作業(yè)可靠，對(duì)氣候條件適應(yīng)性強(qiáng)，可以適應(yīng)較高的工作速度，而工作性能又不明顯變壞，同時(shí)，也不會(huì)堵塞切刀。但是，該裝置結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，不易調(diào)整，不便于莖葉收集。

表1 具有主動(dòng)仿形器和被動(dòng)切刀的莖葉切除裝置的技術(shù)參數(shù)

被動(dòng)仿形器在甜菜塊根長出地面較高以及塊根與土壤連結(jié)較弱的地塊工作時(shí)，會(huì)發(fā)生甜菜塊根被仿形器推倒或推斜的現(xiàn)象，并且隨著速度的加快，被推倒的塊根數(shù)也隨之增加，其變化范圍為1.9%~5.6%，此時(shí)，莖葉切除質(zhì)量下降。幾種典型具有被動(dòng)仿形器和主動(dòng)切刀的莖葉切除裝置的技術(shù)參數(shù)如表2所示。

2.3 旋轉(zhuǎn)連枷式除葉、滑板式切刀切削裝置

采用一對(duì)反方向旋轉(zhuǎn)的滾筒鋼刀和橡膠棒，將甜菜根頭上部莖葉打掉并清理干凈，隨后，仿形板帶動(dòng)切刀從根頭上拖過將根頭切去。該裝置以法國生產(chǎn)的甜菜收獲機(jī)使用最多，其他國家較少見。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，不會(huì)堵塞，根頭切削質(zhì)量好。特點(diǎn)是莖葉嚴(yán)重破碎，只能做綠肥，不能回收利用。

表2 具有被動(dòng)仿形器和主動(dòng)切刀的莖葉切除裝置的技術(shù)參數(shù)

3 甜菜根頭清理部件

3.1 清理部件的類型

根頭清理部件一般配置在挖掘部件前面，或者配置在莖葉切割裝置和挖掘部件之間，清理器工作部件與其機(jī)體的連接形式主要為鉸接或鋼性連接。在單行或雙行收獲機(jī)上，清理器大多采用鋼性連接、鏈傳動(dòng)，用來清理甜菜根頭，并把混雜物拋到行間或已收過的地段。采用鋼性連接的清理器，其結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠。隨著寬幅分段式甜菜收獲機(jī)械的應(yīng)用，出現(xiàn)了不僅要清理甜菜行上和行間，而且還有把植物混雜物排出清理區(qū)之外的必要性，為此研制出了回轉(zhuǎn)式和螺旋回轉(zhuǎn)式清理器。其傳動(dòng)為混合式，它包括減速箱、萬向節(jié)、鏈條或皮帶。

3.2 清理部件的運(yùn)動(dòng)方向

清理部件的運(yùn)動(dòng)有運(yùn)動(dòng)方向與機(jī)器前進(jìn)方向一致的清理器、也有運(yùn)動(dòng)方向水平垂直于機(jī)器前進(jìn)方向的清理器、垂直轉(zhuǎn)軸的根頭清理器和擺動(dòng)的根頭清理器。在美國、法國、荷蘭等國家，廣泛采用運(yùn)動(dòng)向與機(jī)器前進(jìn)方向一致的清理器，這種清理器的優(yōu)點(diǎn)是能把清理區(qū)內(nèi)的、行上和行間的殘留莖葉清出界外。由于清理器把泥土、殘葉和其它植物殘余輸送到已收過的地面上，動(dòng)力消耗較大。運(yùn)動(dòng)方向水平垂直于機(jī)器前進(jìn)方向的清理器，即對(duì)甜菜行來說，是從橫向清理塊根，這種清理器多被用在單行和雙行甜菜聯(lián)合收獲機(jī)樣機(jī)上。其優(yōu)點(diǎn)是，在根頭清理質(zhì)量令人滿意的情況下，可以把莖葉排除到工作行區(qū)域之外。但是，隨著作業(yè)行數(shù)增多和工作速度的提高，工作質(zhì)量顯著下降。垂直轉(zhuǎn)軸根頭清理器和擺動(dòng)的根頭清理器由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作可靠性差，而未能在生產(chǎn)上大量應(yīng)用。

3.3 清理部件的運(yùn)動(dòng)速度

當(dāng)清理器轉(zhuǎn)動(dòng)所在的平面與甜菜行中心線平行、垂直或成角度時(shí)，留在塊根上的莖葉量與清理器的移動(dòng)速度（即機(jī)器的作業(yè)速度）的關(guān)系如圖1所示，當(dāng)清理器轉(zhuǎn)動(dòng)所在的平面與甜菜行中心線成角度，或清理器轉(zhuǎn)動(dòng)所在的平面與甜菜行中心線垂直時(shí)，隨著清理器移動(dòng)速度的提高，根頭清理質(zhì)量惡化，而前者較后者惡化得更快，這是因?yàn)?，在整個(gè)工作幅寬內(nèi) （特別是六行作業(yè)的機(jī)器），清理器要輸送行上和行間的莖葉與植物混雜物而減弱對(duì)根頭的清理作用所致，因此更適于低速作業(yè)。而清理器轉(zhuǎn)動(dòng)所在的平面與甜菜行中心線平行時(shí)，隨著清理器移動(dòng)速度的提高，留在根頭上的莖葉的量增加得并不明顯，根頭清理質(zhì)量惡化較慢，因此比較適于高速作業(yè)。對(duì)各種不同結(jié)構(gòu)的清理器來說，隨著機(jī)器工作速度的提高，而在根頭上的莖葉也隨之增加，即清理根頭的總的時(shí)間減少了。

圖1 根頭上殘留莖葉量與機(jī)器工作速度的關(guān)系

對(duì)工作部件轉(zhuǎn)動(dòng)所在平面垂直于甜菜行中心線的清理器，當(dāng)機(jī)器工作速度為2m/s時(shí)，可以獲得清理根頭上植物混雜物的最好工作質(zhì)量。將機(jī)器工作速度提高到2.5～3m/s時(shí)，能提高其生產(chǎn)率，但此時(shí)清理器將不能滿足農(nóng)業(yè)技術(shù)要求。

3.4 清理部件的材料

現(xiàn)有甜菜收獲機(jī)的根頭清理器工作部件基本上是用橡膠帶、浸橡膠布帶或塑料帶制成的扁平葉片，葉片長125～360mm，寬30～75mm，厚8～24mm。但是，這種工作部件沒有足夠的耐磨性，不僅不能有效地清理根頭，還會(huì)造成塊根的損傷和從土壤中打出塊根，同時(shí)又使清理器的動(dòng)力消耗也隨之增加。

用卡普隆絲（尼龍6）做工作部件的清理器，同用批量生產(chǎn)的橡膠葉片做工作部件的清理器進(jìn)行的對(duì)比試驗(yàn)表明，在清除根頭上殘留莖葉時(shí)，兩種清理器都能保證大致相同的清理效果。但是，帶橡膠葉片的清理器，在機(jī)器前進(jìn)速度為2～3m/s時(shí)，輕微損傷的塊根為4%～6%，嚴(yán)重?fù)p傷的塊根為2.5%～4%。此外，從行中被打出的塊根，也超過農(nóng)業(yè)技術(shù)要求。用卡普隆絲做工作部件的清理器，在正常工作條件下，塊根既無損傷，也不會(huì)被打出來。

4 切削質(zhì)量對(duì)甜菜產(chǎn)量的影響

我國甜菜收購標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，每個(gè)塊根重量應(yīng)大于100g，尾根直徑應(yīng)大于1cm，切削方法分為一刀平切和多刀切削。一刀平削法省工、省力、效率高，多為機(jī)械收獲所采用。

由于仿器機(jī)構(gòu)，切削位置和操作等方面的問題，機(jī)械收獲造成塊根損失，關(guān)于切削量對(duì)甜菜產(chǎn)量的影響問題，有關(guān)資料已有較多的報(bào)道。從圖2中可看出，甜菜單產(chǎn)為42t/hm2時(shí)，正常切削對(duì)產(chǎn)量無影響；多切深1cm，塊根損失3400kg/hm2，產(chǎn)量損失達(dá)8%；如多切2cm，塊根損失 6300kg/hm2，產(chǎn)量損失達(dá)15%；如多切3cm，塊根損失9200kg/hm2，產(chǎn)量損失多達(dá)22%。因此，采用機(jī)械化收獲甜菜，切削質(zhì)量對(duì)甜菜產(chǎn)量有重要影響。

甜菜莖葉切削裝置工作性能的好壞還直接影響到供給糖廠原料的質(zhì)量。莖葉切削裝置應(yīng)將莖葉連同塊根青頂一起切除，使塊根上沒有殘留的莖葉，因?yàn)閴K根堆積中含有莖葉之類的混雜物會(huì)使塊根變壞并引起糖分的損失。另一方面，當(dāng)切削過低時(shí)，則與被切下的莖葉一起帶走的含糖物質(zhì)也將增加，使糖產(chǎn)量下降。塊根切削高度低于正常切削面時(shí)含糖物質(zhì)的損失接近8%～15%。由此可見，使莖葉切削裝置實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確切削是多么重要，而切削的準(zhǔn)確度又取決于許多因素。

圖2 甜菜頂切削量與產(chǎn)量損失的關(guān)系

5 結(jié)論

甜菜收獲機(jī)的工作效果，在很大程度上取決于根頭的切削質(zhì)量。但是，由于塊根在行上分布得不均勻，有時(shí)達(dá)不到所要求的切削質(zhì)量，特別是在工作速度提高的情況下，更是如此。因此，改善清除根頭上殘留莖葉和葉柄的工作過程是很重要的問題。而且這些問題的合理解決必將提高塊根含糖物質(zhì)的收獲量，消除清理塊根的手工勞動(dòng)，減少塊根收獲物中的莖葉含量，以及提高甜菜收獲機(jī)的生產(chǎn)率。

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