劉洋，楊善東，魏忠彩，邱田元，蓋金星，胡培杰

(1.山東理工大學，農業(yè)工程與食品科學學院，山東淄博，255091；2.山東省馬鈴薯生產裝備智能化工程技術研究中心，山東德州，253600)

0 引言

甜菜，屬二年生草本植物，具有耐寒、耐旱、耐鹽堿等特性，是世界上主要的糖料作物之一。除制糖外，甜菜還是制作化工和醫(yī)藥用品的重要原料，其榨糖后的殘渣亦可用于制作復合飼料等農副產品，具備較高的綜合利用價值[1]。

近年來，隨著中國經濟水平和人民生活水平的迅速提高，國內人均食糖消費水平呈穩(wěn)步上升趨勢，在甘蔗生產資源受限的情況下[2]，推進甜菜生產產業(yè)的發(fā)展以滿足食糖市場對國民經濟的支持，前景廣闊。

然而，由于國內甜菜種植產業(yè)化起步晚，發(fā)展進程在國內和國際食糖市場雙重因素影響下曲折緩慢[3]，限制了甜菜生產裝備的研發(fā)進展，進而致使甜菜生產農藝與機械化的適應與融合存在水平低、進程慢、問題多等情況，難以滿足生產與加工產業(yè)化需求。

隨著國內甜菜種植面積的回升和穩(wěn)步增長，不完備的機械化水平對甜菜生產的影響愈發(fā)明顯，主要體現在兩個方面：(1)據統(tǒng)計，甜菜生產用工量約比玉米高47%～58%、比小麥高72%～82%、比大豆高91%～156%[4]，機械化生產能力的不足，造成國內有限的農業(yè)生產勞動力與甜菜生產的高用工量之間的矛盾日益突出，致使甜菜生產效益在農業(yè)產業(yè)中的競爭力逐漸下降；(2)在相同收獲條件下，甜菜的機收損失率高出同為根莖類作物的馬鈴薯3%～14%，高出谷物4%～16%[5]，作為專用性最強甜菜生產機械，甜菜收獲裝備因研發(fā)與制造水平不足而造成的機收高損失率，嚴重影響了甜農的生產收益。

雖然國內也有企業(yè)、高校和研究院揚對國外先進設備進行了引進和學習，但在關鍵技術的消化吸收和自主創(chuàng)新進程上仍顯疲軟，研制機型不能夠兼顧國外設備的先進性和對國內生產實情的適應性，難以滿足國內甜菜產業(yè)化生產對配套裝備的需求。

因此，研究和優(yōu)化適用于中國國情的甜菜生產裝備對促進國內甜菜生產產業(yè)化的發(fā)展意義重大。為此，以甜菜各生產環(huán)節(jié)的農藝和機械化技術為切入點，對國內外前沿甜菜生產裝備的機械結構、工作原理及存在問題進行分析和總結，期望對推進國內甜菜生產機械化進程提供支持和幫助。

1 甜菜種植農藝

甜菜是深根作物，土層深厚、疏松的壤土或沙壤土適宜其生長，實行四年以上輪作，適宜的前茬作物為瓜果、豆類、麥類和綠肥作物等[6]。

甜菜的生產流程主要包括種床整備、種植、田間管理和收獲等環(huán)節(jié)，種植方式、種子質量、土壤狀況、株行距、肥藥施用和收獲質量等都是影響甜菜最終產量及含糖量的重要因素。

甜菜種植對種床整備的質量要求較高，耕深要求在200 mm以上，條件允許可深至350 mm，宜秋耕，耕層土壤要求細碎平整、上虛下實，墑情要達到手捏成團、扔地易散的標準[7]。石塊會造成甜菜塊根生長畸形，應盡量減少耕層內石塊摻雜。

當深5 cm的土溫連續(xù)5 d持續(xù)保持在5℃以上即可進行甜菜播種作業(yè)[7]，甜菜種植一般控制行距45～50 cm，株距15～18 cm，播深2～5 cm，理論株量約為100 000～125 000株/hm2。播種要求株行距均勻、播深一致、無斷條漏播等[8]。精密直播和育苗移栽是甜菜種植最主要的兩種方式，種子丸?；夹g(如圖1)規(guī)范了甜菜種子的外部形態(tài)并增其粒重，使甜菜種植得以實現機械精密直播，避免了種子的浪費和間苗作業(yè)對勞動力的需求，并為后續(xù)生產環(huán)節(jié)提供了機械作業(yè)的可行條件[9-10]；育苗移栽技術可延長甜菜生長期30～40 d，提高保苗率至95%以上，能有效解決茬口矛盾和積溫不足等問題[11-12]。

圖1 丸?；昂筇鸩朔N子外形Fig.1 Seed shape of sugar beet before and after pelleting

中耕和施藥是甜菜田間管理的主要作業(yè)內容。中耕作業(yè)包括松土、培土、除草和施肥等，可達到保持土壤疏松、促進耕層營養(yǎng)傳遞、消滅雜草及補充甜菜生長期的營養(yǎng)供給等目的。此外，中耕作業(yè)還是甜菜施行“蹲苗”管理的主要措施，通過抑制根系徒長，能有效提高塊根的吸水吸肥能力，為甜菜高產打下基礎[8]。甜菜施藥應避免施藥量過度或不足，在保證藥液高利用率并滿足作物對施藥量需求的同時，避免因施藥量過度而造成環(huán)境污染或農產品藥物殘留等問題。

甜菜收獲作業(yè)包括打纓切頂和收獲兩部分。當地溫低于8℃時甜菜根莖不再生長，糖分儲量的提升也趨于停滯，當地溫低于5℃時，甜菜塊根儲藏的糖分將會隨消耗慢慢減少[13]。因此，適時收獲是保證甜菜產量和含糖量的重要因素。

2 甜菜種床整備與種植機械

2.1 甜菜種床整備機械

作為深根作物，甜菜對種床整備質量要求較高，種床整備質量的優(yōu)劣將對甜菜的出苗率、保苗率及后期長勢等產生重要影響。國內甜菜種床整備作業(yè)一般選用深松機、翻轉犁、動力耙、旋耕機、圓盤耙等機具配合進行。觸土部件性能的優(yōu)劣是影響耕整裝備作業(yè)質量的關鍵因素，也是國內外于種床整備機械研究內容中的重點部分，主要包括減阻降耗、耐磨延壽、減粘脫附等[14]，如通過模仿生物體輪廓結構設計入土部件實現減粘脫附的效果；利用堆焊耐磨焊材、熱噴涂等處理技術在入土部件表面制造耐磨層；采用激光強化和高能離子注滲入土基材等方法改變基材的晶體結構，以提高材料的耐磨特性等[15-16]。

近年來，聯(lián)合耕整地裝備(圖2)因可同時完成多項作業(yè)內容，并具備作業(yè)效果好、效率高、成本低和益于土壤保護等優(yōu)勢在我國迅速普及。相對于多機具重復作業(yè)，聯(lián)合作業(yè)模式在農業(yè)生產的可持續(xù)發(fā)展方面具備巨大潛能，然而在相關設備推廣時依然存在一些限制：(1)多單元同時作業(yè)加大了機具對動力的需求，動力配備問題形成對中小型農場的生產資本考驗；(2)現有聯(lián)合作業(yè)裝備存在作業(yè)單元之間組合柔性不足的問題，在掛接和搭載時往往具有強制性，難以根據種床整備的需求自由調整組合方式，降低了機具對不同地況及土壤特性的適應能力，在實際應用中常表現為無效作業(yè)和動力浪費等情況。因此，在減阻降耗和組合柔性等方面的突破應作為推進聯(lián)合耕整裝備發(fā)展的主要研究方向。

圖2 聯(lián)合整地機Fig.2 Combined soil preparation machine

2.2 甜菜種植機械

甜菜種植主要分為精密直播和育苗移栽兩種形式，種植設備的優(yōu)良性能可為甜菜后續(xù)生產環(huán)節(jié)的機械作業(yè)打下良好基礎，也是提高甜農最終生產收益的基礎保障。

2.2.1 甜菜精密播種機械

甜菜播種作業(yè)主要包括開溝、施肥、播種、鎮(zhèn)壓、覆土等內容，精密播種裝備是實現甜菜精密播種的主要手段(圖3)。高質量的精密播種應保證播量穩(wěn)定、株行距均勻和種植深度的一致等，以達到節(jié)約種子、避免間苗、保證植株間營養(yǎng)均衡等目的[17]，并為后續(xù)的田間管理和收獲等環(huán)節(jié)的機械作業(yè)打下良好基礎。

圖3 甜菜精密播種機Fig.3 Beet precision seeder

精密播種機作業(yè)質量的好壞由排種器、輸種管、覆土及鎮(zhèn)壓裝置共同決定，其中排種器的作業(yè)性能對整機作業(yè)質量的影響最為關鍵。根據排種器的作業(yè)方式不同，甜菜播種機可分為機械式和氣力式兩類，其中機械式甜菜播種機因具備結構簡潔、制造成本低、性能穩(wěn)定等優(yōu)點，在國內應用最為廣泛。機械式排種器主要由主殼體、法蘭盤軸和排種盤組成(圖4)。

圖4 甜菜機械式排種器Fig.4 Beet mechanical metering device

主殼體負責進種、存種和排種，法蘭盤軸負責傳動，排種盤上均布取種槽孔，負責取種和排種。工作時，播種機將動力傳遞給排種器傳動鏈輪，由鏈輪帶動法蘭盤軸轉動，法蘭盤帶動排種盤轉動，排種盤轉動時，主殼體排種區(qū)內的種子依靠種群壓力及自身重力充入排種盤槽孔內，并隨其一起轉動，當種子轉動到清種毛刷位置時，清種毛刷將多余種子刷掉，并使種子靠近排種盤外壁，避免種子在未進入弧形擋片時提前掉落，造成缺種、漏種，當種子隨排種盤轉動至排種口位置時，壓種輪將種子從護盤中壓出，完成排種過程。

此種方式對種子的外形尺寸要求嚴格，傷種率和漏播率高，以適應高速作業(yè)，超過一定作業(yè)速度時，其漏播率和種子損傷率會急劇上升，限制了整機的作業(yè)效率。

氣力式播種機依靠正負壓氣流實現排種作業(yè)，其排種器根據對氣流的應用方式可分為氣吸式、氣吹式和氣壓式三種，其中氣吸式排種器在國內外專利的研發(fā)中占比最高，分別為87.9%和51.6%[18]。氣吸式排種器主要由主殼體、吸種盤、副殼體和中心軸組成，主殼體負責進種、存種和排種，吸種盤上均布取種槽孔，與副殼體之間密封形成正、負壓區(qū)，中心軸負責傳動。工作時，播種機將動力傳遞給排種器傳動鏈輪，由鏈輪帶動中心軸轉動，中心軸帶動吸種盤轉動，當吸種盤上槽孔轉動至負壓區(qū)時，主殼體排種區(qū)內的種子在負氣壓作用下被吸附到吸種盤槽孔內，并隨吸種盤轉動，當種子轉動到清種毛刷位置時，清種毛刷將多余種子刷掉以保證單粒，當種子隨吸種盤轉動至正壓區(qū)時，有正氣壓將種子從吸種盤中排出，完成排種過程[19]。

氣力式排種器結構復雜，氣室的密封性能要求高，作業(yè)的穩(wěn)定性對風力供應系統(tǒng)的要求較高，整機的制造成本和作業(yè)能耗也較高[20]，但其對種子的幾何尺寸要求不再嚴格，傷種率和漏播率低，并可以滿足高速作業(yè)，在作業(yè)效率、可靠性、通用性等方面都優(yōu)于機械式排種，是國內推進甜菜精密播種裝備發(fā)展的重要方向。

甜菜種子丸粒后的規(guī)則外形使其具備了對排種器高度的適應能力，也因此，國內少有專用于甜菜種植的播種裝備，多與玉米、大豆、向日葵、油菜等農作物共用，一般通過更換排種器吸種盤的方式來適應其種子外形尺寸和株距對排種的需求。國外對甜菜專用播種裝備的研究已頗為成熟，市場流通較為廣泛的品牌及機型皆具備高效率、高精度及專用性強等特點(表1)。

表1 甜菜播種機Tab.1 Sugarbeet planter

甜菜精密播種裝備對施肥、施藥系統(tǒng)和保護性作業(yè)能力的搭載已屬其基礎配備，播種狀況監(jiān)測、覆土鎮(zhèn)壓力度的自動調節(jié)、零速投種等方面的新技術在研究和實際應用中也逐漸實現[27]。此外，新的排種方式如磁吸播種[28]、靜電播種、液體播種[29]等雖尚存弊端，但為排種技術研究思路的拓展提供了借鑒意義。

2.2.2 甜菜移栽機械

育苗移栽是甜菜的另一種植形式。根據送苗方式不同，甜菜移栽機分為半自動移栽機和全自動移栽機兩類。半自動式移栽機由人工取苗并將種苗喂入送苗裝置，存在作業(yè)效率低、作業(yè)連續(xù)性差、用工量大的問題，但目前在我國甜菜移栽作業(yè)中依然占有較大比例[30]；全自動移栽機以自動供苗裝置代替人工取苗和喂苗，可保證作業(yè)的連續(xù)性和高效率，解放了取喂苗作業(yè)環(huán)節(jié)中的勞動力，提高了機械作業(yè)的生產效益，對甜菜生產機械化的發(fā)展意義深遠。

基于自動供苗裝置對甜菜移栽機的重要性，國內對自動供苗裝置的研究較為豐富。包括取苗裝置的運動軌跡和取苗姿態(tài)的研究[31]，通過對PLC、單片機等控制技術的應用來實現對種苗的精準抓取、輸送和投放等。此外，為解決移栽作業(yè)中的漏栽問題，文永雙等[32]設計缽苗檢測及漏苗補償系統(tǒng)，在利用傳感器判定苗盤缺苗的情況下，由PLC控制步進電機驅動補苗裝置進行補苗，補苗系統(tǒng)識別成功率達到了98.15%，將移栽機漏栽率降低到2.31%，為提高移栽機的作業(yè)質量提供了可行性解決方案。

育苗移栽技術雖然能在很大程度上提高甜菜的產量和含糖量，但在國內推廣面積僅占甜菜總面積的12%，究其原因是復雜的農藝要求和作業(yè)流程限制了此種農藝技術發(fā)展，且甜菜種苗的物理狀態(tài)對機械化種植的約束性較強，使得移栽機作業(yè)效率和穩(wěn)定性方面很難滿足大田作業(yè)的種植需求。此外，與國外成熟的育苗、移栽產業(yè)化生產模式相比，國內目前尚未形成標準及規(guī)模化的甜菜育苗產業(yè)，更沒有基于育苗設備和移栽裝備形成配套的設備體系，造成國內區(qū)域種植模式各自為戰(zhàn)，以種植習慣為農藝標準的耕作意識依然盛行。

3 甜菜田間管理機械

國家十三五規(guī)劃“藥肥雙減”項目的實施，為國內田間管理裝備的研究提供參考方向和政策支持。提高田間管理設備的精準施藥、肥能力，確保藥、肥高利用率，避免藥、肥施用過量造成土壤、作物污染等，成為田間管理設備研發(fā)的主導思路。

3.1 甜菜中耕機械

甜菜機械中耕的普及代替了高強度的人工作業(yè)，同時緩解了化學除草對作物和土壤的污染，對推進甜菜生產機械化進程和提高甜菜生產質量意義重大。甜菜的中耕作業(yè)包括松土、培土、除草、追肥等內容，碎土程度、除草能力、傷苗率等是衡量中耕機械作業(yè)水準的主要指標。

甜菜的追肥作業(yè)一般與中耕同時進行，施肥系統(tǒng)的動力來源主要有機械驅動、液壓驅動和電力驅動等形式，其中機械驅動利用轉輪觸地滾動來提供動力，通過更換鏈輪調整施肥量，在國內應用最廣。但這種驅動方式作業(yè)穩(wěn)定性易受農田地表狀況影響，難以達到精準施肥的作業(yè)要求(圖5)。

圖5 甜菜中耕機Fig.5 Beet fertilizing field cultivator

提高機械精準施肥作業(yè)能力是保證肥料高利用率、避免肥料浪費及污染土壤的有效措施。國內對精準施肥的研究：如以穴施代替溝施，通過物理方法測得植株位置，后由施肥裝置對單植株進行施肥，存在一定的傷苗率和擬合度偏差[33]；采用機器視覺方法，根據作物長勢判斷肥料需求，控制排肥裝置精準施肥；利用遙感技術獲取農田作物長勢信息，判斷區(qū)塊肥量需求，控制施肥裝備據此進行區(qū)塊精準施肥等。

3.2 甜菜施藥機械

甜菜對施藥機械的適用性較強，常規(guī)施藥裝備大都能滿足其施藥需求(圖6)。因此，體現在甜菜施藥機械方面的問題也是國內常規(guī)施藥機械的共通性問題，主要有兩點：(1)國內現有的施藥方式依然多采用均勻施藥法，施藥量利用手動調壓閥控制，自動化程度低，難以滿足精準施藥的要求；(2)高效率的追求使大寬幅成為施藥設備的“標配”，但大的作業(yè)寬幅也對機具作業(yè)的穩(wěn)定性帶來了不利的影響，對地面起伏和顛簸的應對能力較差，難以保持噴頭和植株冠層之間最佳施藥距離，易出現施藥不均和霧滴漂移的情況。上述問題皆影響著施藥機械的精準施藥作業(yè)水平。

圖6 牽引打藥機Fig.6 Trailed sprayer

國內對噴藥設備的研究也主要集中在從各個角度促進實現設備的精準作業(yè)能力上。王相友等[34]設計了一種回流式變量噴藥控制系統(tǒng)，可根據機具的行駛速度智能調節(jié)水路系統(tǒng)回流口的開口度以達到變量施藥的目的，將設定噴藥量和實際噴藥量之間相對誤差控制在了6%以內，實現了較高控制精度的實時變量施藥；徐艷蕾等[35]設計了一種基于多噴頭組合的變量噴藥系統(tǒng)，通過應用機器視覺技術采集雜草信息并確定區(qū)域施藥量，根據區(qū)域施藥量需求控制噴頭搭載的電磁閥達到變量施藥的目的，在試驗中將實際施藥量與理論值誤差控制在了10%以內。也有學者應用超聲波傳感器實測機具作業(yè)時兩側噴桿的對地或對冠距離，通過對比設定的作業(yè)高度值，控制油缸實時調整噴桿高度和平衡，使機具保持穩(wěn)定的作業(yè)狀態(tài)[36]。

總體來看，為提高噴藥設備的精準作業(yè)水平，國內學者在噴藥機的智能控制和作業(yè)穩(wěn)定性等方面做了較多研究，對如智能控制、機器視覺、傳感器等技術也進行了比較廣泛的應用并取得了一定成果。但從研究成果到實際產品的轉化的進程依然緩慢，應用到實際生產中的精準、智能施藥技術并不多見，農藥利用率低、農產品農藥殘留超標及環(huán)境污染等依然是制約國內施藥機械發(fā)展的主要問題。

4 甜菜收獲機械

甜菜收獲作業(yè)包括打纓切頂和收獲兩個環(huán)節(jié)。作業(yè)方式分為一段式、二段式和三段式三種。一段式收獲作業(yè)使用自走式聯(lián)合收獲機或牽引聯(lián)合式收獲機配備前置打纓機進行；二段式收獲作業(yè)使用打纓機和牽引式聯(lián)合收獲機進行；三段式收獲作業(yè)使用打纓機、懸掛式收獲機配合塊根撿拾機或人工撿拾的方式進行。

4.1 甜菜打纓機

甜菜打纓機分為前置和懸掛兩種形式，前置式一般用于一段收獲，懸掛式用于二、三段收獲。打纓作業(yè)內容包括打纓和削頂兩部分，作業(yè)質量的優(yōu)劣直接關系到甜菜的產量和后續(xù)收獲作業(yè)的質量，是甜菜生產環(huán)節(jié)中的重要組成部分。

受種床條件、種子品質、種植質量及后天管理等因素的影響，同一地塊甜菜生長的大小和青頂高度往往都存在一定的差別，對打纓機具的作業(yè)效果影響明顯，易因此出現打纓量過度或不足、多切、少切、漏切等情況[5]，嚴重影響著甜農的生產收益。因此，研發(fā)性能可靠的甜菜打纓機對提高甜菜生產效益意義重大。

國內對甜菜打纓機的研究主要集中在甜菜物理特性、打纓方式和仿形削頂等方面。如通過獲取收獲期甜菜塊根的物理狀態(tài)數據來分析影響甜菜打纓質量的客觀因素；研究刀軸的排列順序和打纓刀片的安裝排布對打纓效果影響；通過設計性能可靠的仿形裝置來降低甜菜削頂作業(yè)造成的產量損失等[37-38]。

總體來看，國內于甜菜打纓裝備的研究較為成熟，在研究成果轉化方面也取得了一定成績。圖7為一款4JT-360B型牽引式甜菜打纓機，通過對鋼制打纓刀片和橡膠清纓刀片在作業(yè)方向和安裝排布上進行合理分配，使得打纓機獲得良好的打纓及清纓效果；此外，該機型搭載了平行四桿仿形削頂機構，配合切刀滑切削頂作業(yè)，在滿足甜菜切頂要求同時大幅降低了甜菜的切削損失率，大田作業(yè)質量和穩(wěn)定性都達到國內領先水平。

圖7 牽引式甜菜打纓機Fig.7 Trailed beet tasseling machine

4.2 甜菜收獲機

甜菜的收獲裝備分為懸掛式、牽引式、自走式三種類型。懸掛式甜菜收獲機用于三段式收獲作業(yè)；牽引式甜菜聯(lián)合收獲機用于二段式收獲作業(yè)或配備懸掛式打纓機用于一段式收獲作業(yè)；自走式甜菜收獲機用于一段式收獲作業(yè)。

4.2.1 懸掛式甜菜收獲機

懸掛式甜菜收獲機主要由挖掘裝置、清選輸送裝置、集條裝置等組成(圖8)，可實現塊根挖掘、清選輸送和集條鋪放等，鋪放至地面的塊根由人工或機械撿拾。

圖8 懸掛式甜菜收獲機Fig.8 Mounted sugar beet harvester

懸掛式甜菜收獲機結構簡單、作業(yè)靈活、制造成本低，適用于小規(guī)模作業(yè)；其收獲后的甜菜塊根鋪放田間，需要人工或撿拾機撿取，機械化程度低、用工量大、作業(yè)時耗長，且易造成塊根埋藏和漏撿，難以滿足我國甜菜產業(yè)規(guī)?；?、集約化的需求，在甜菜收獲設備的市場占有率較低。

4.2.2 牽引式甜菜聯(lián)合收獲機

牽引式甜菜聯(lián)合收獲機是甜菜打纓后的聯(lián)合收獲裝備(圖9)，配合等行前置式甜菜打纓機可完成甜菜一段式收獲作業(yè)。牽引式甜菜收獲機主要由動力系統(tǒng)、挖掘單元、清選輸送單元、提升單元和存儲裝車系統(tǒng)等組成，作業(yè)內容包括塊根挖掘、清潔輸送、提升存儲、卸料裝車等，其中挖掘單元是影響甜菜收獲質量的關鍵部件。

圖9 牽引式甜菜聯(lián)合收獲機Fig.9 Trailed sugar beet joint tasseling machine

甜菜收獲機的挖掘單元主要分為輪式和鏟式。輪式挖掘器，如圖10揚示。

圖10 輪式挖掘單元Fig.10 Wheeled digging unit

由兩片呈“倒八字”狀排布的起拔輪組成，作業(yè)時起拔輪陷入土層一定深度，隨機具前進被動滾動，對挖掘空間內包裹甜菜塊根的土垡產生擠壓、松碎和向后上方的拔取力，將甜菜塊根與土壤分離、夾持并延圓盤運動軌跡向后拋送，在撥送器的輔助下將塊根送入清選輸送單元，完成拔取作業(yè)。

相比鏟式挖掘器將土垡及塊根整體挖掘的作業(yè)方式，輪式挖掘器有效的降低整機的作業(yè)阻力和功耗，拔取后的塊根夾帶土雜少，減輕了清選輸送系統(tǒng)的作業(yè)壓力，在各類型甜菜收獲裝備中應用廣泛。甜菜塊根由挖掘裝置挖掘后，在撥送器的協(xié)助下進入清選輸送單元，由清選輸送單元將甜菜塊根黏附的泥土及夾帶的菜纓、雜草、石塊等篩除并輸送至提升單元；提升單元將甜菜塊根提升至儲存裝車系統(tǒng)，由儲存輸送帶送入儲料箱或由裝車輸送帶直接裝車，完成輸送清潔、提升和裝車作業(yè)。

高損失率是現今制約甜菜聯(lián)合收獲裝備發(fā)展的主要問題。在眾多影響因素中，挖掘單元的作業(yè)性能是影響甜菜機收損失的關鍵，而體現在挖掘單元的對行偏差問題是影響機收損失的重中之重。

胡志超、王申瑩、吳惠昌等[39-41]一直致力于對甜菜挖掘器自動對行系統(tǒng)的研發(fā)與優(yōu)化，分別設計了自動對行探測系統(tǒng)、自動對行液壓糾偏執(zhí)行系統(tǒng)和搭載于牽引式甜菜聯(lián)合收獲機的自動對行系統(tǒng)，其中聯(lián)合收獲機自動對行系統(tǒng)以塊根漏挖率、折斷率、損傷率和系統(tǒng)反應時間等為性能指標，最終分析結果表明了當復位彈簧預緊力在198 N時漏挖率和破損率達到最低值，分別為2.34%和3.77%，當液壓流量q=25 L/min時，破損率和反應時間最小，分別為3.77%、0.47 s，并明確了機具前進速度和偏移距離等對個別性能指標的影響規(guī)律。

王方艷等[42-44]通過分析收獲期甜菜的物理特征和田間分布規(guī)律，從而確定塊根質量、最大截面尺寸和長度為影響起拔力的主要因素，針對收獲過程易壅堵的問題，以粘土率、折斷率和損傷率為主要評價指標，確定了當挖掘器張角為15°、偏轉角為30°、挖掘深度為120 mm時各項指標達到最佳狀態(tài)；針對對行偏差問題，研制了挖掘器自動導向裝置并確定了其較優(yōu)參數組合。

劉百順等通過對甜菜進行壓縮試驗，測定了壓縮力、壓縮速度和壓縮時間對甜菜變形位移之間的影響關系；張洪宇等[45]通過分析甜菜拔送和清選裝置在協(xié)同作業(yè)過程種對甜菜運動規(guī)律的影響，確定了當拔送器轉速為190 r/min、輸送鏈線速度為1.6 m/s、輸送鏈地面水平傾角為10°時，甜菜損傷率為2.6%，優(yōu)于國家行業(yè)標準。

在整機研究方面，胡志超等[46]牽頭研制4LT-A型牽引式甜菜錯行聯(lián)合收獲機，是近年來較為成熟的甜菜收獲裝備，此機型雙行作業(yè)，一次可完成打纓、切頂、挖掘、輸送、清選、裝卸等作業(yè)內容，純生產效率達到0.3 hm2/h，并將塊根含雜率控制在2%以下，塊根綜合損失率控制在4%以下，各項指標達均達到了國家規(guī)定標準。

牽引式甜菜聯(lián)合收獲機相比自走式甜菜聯(lián)合收獲機在自動化程度、作業(yè)效率、機動性等方面存在較大差距，但從國內現有農業(yè)機械研發(fā)水平、制造水平、生產需求等方面來看，牽引式甜菜聯(lián)合收獲機在國內擁有更廣闊的發(fā)展空間，也是國內農業(yè)生產機械化向更高層次發(fā)展的必經之路。

4.2.3 自走式甜菜聯(lián)合收獲機

自走式甜菜聯(lián)合收獲機應用于一段式甜菜收獲作業(yè)，是由大功率底盤搭載打纓切頂、挖掘輸送、存儲裝卸等機構構成的聯(lián)合作業(yè)裝備，具備作業(yè)效率高、機動靈活、轉彎半徑小、操作方便、視野廣闊等優(yōu)點；但其結構復雜，動力部分利用率較低，制造及維護成本高昂，主要適用于大型甜菜種植農場。

目前，國內對于自走式甜菜聯(lián)合收獲機的研發(fā)尚未有突出成果，需求主要依賴進口；國外對自走式甜菜聯(lián)合收獲機的研究起步早，發(fā)展快，研制機型先進且高效[47]，隨著社會的發(fā)展和農業(yè)機械技術的進步，甜菜自走式收獲裝備在滿足作業(yè)效率、清潔性能、收獲減損等方面追求的同時，已逐漸注重于向駕駛人性化和土壤保護性作業(yè)等方面的拓展。

表2為目前市面上主要存在的自走式甜菜收獲機的技術參數及技術特點的對比內容。

表2 自走式甜菜收獲機Tab.2 Self-propelled sugar beet harvester

5 結論與建議

本文通過對甜菜生產耕、種、管、收各環(huán)節(jié)農藝及機械化技術的研究進展進行系統(tǒng)的分析和總結，展望如下：(1)對于甜菜種床整備，聯(lián)合作業(yè)模式的普及已成必然之勢，如何提高聯(lián)合耕整地機械的作業(yè)質量，并在節(jié)能降耗、設備組合柔性、不同作物農藝需求的適應性等方面做出突破是今后應該考慮的重點。(2)對于甜菜種植，首先，機械式播種設備的研究應在提高排種效率和保證播種質量之間尋找平衡點，尋求打破機械排種效率與質量之間壁壘的排種方式、方法尤為重要；其次，氣力式播種設備的研究重點應放在提高優(yōu)化排種器密閉性能和氣力供應源的穩(wěn)定性能等方面；最后，加強育苗-移栽產業(yè)一體化種植模式的構建力度是推廣育苗移栽種植的重要途徑。(3)對于甜菜田間管理，應以解決現階段國內藥、肥均勻施用模式對土壤環(huán)境及農產品安全造成的不利影響為出發(fā)點，將提高藥、肥施用機械的精準作業(yè)能力作為植保機械重點研究方向。(4)對于甜菜收獲，適用于現代化生產模式的聯(lián)合作業(yè)裝備研發(fā)能力不足和關鍵部件的科研性成果向實用性成果轉化進程緩慢是限制國內甜菜收獲裝備發(fā)展的主要因素，以?！舐?lián)合研究、研發(fā)的形式為主導，推進甜菜聯(lián)合收獲裝備整體設計和關鍵部件優(yōu)化的進程，開拓新技術的搭載空間并降低新技術的搭載局限性，同時加強對國外先進技術的引進、學習和吸收力度，或將是解決國內甜菜收獲裝備發(fā)展難題的關鍵。