夏雄

摘 要：馬鈴薯收獲在馬鈴薯產(chǎn)業(yè)鏈中是最費工，耗時的一項作業(yè)，馬鈴薯收獲機械化的發(fā)展就顯得尤為重要。馬鈴薯收獲機是實現(xiàn)馬鈴薯收獲機械化的前提，其關(guān)鍵技術(shù)主要體現(xiàn)在薯塊挖掘、薯土分離清選、薯塊輸送等。文章結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)和專利，介紹了國內(nèi)外馬鈴薯收獲機的發(fā)展?fàn)顩r及趨勢，著重分析了不同馬鈴薯收獲機的特點及各個關(guān)鍵技術(shù)的分支，著重介紹了各個關(guān)鍵技術(shù)的分支及分支的特點。

關(guān)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(biāo)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(chǎn)業(yè)鏈中是最費工，耗時的一項作業(yè)，消耗的工作量占整個產(chǎn)業(yè)鏈工作量的40%，收獲期短，勞動強度大。因此要實現(xiàn)馬鈴薯生產(chǎn)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?qū)＠暾埱闆r

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(shù)起步之后，相關(guān)專利申請量大致呈上升趨勢，從1976年開始進入一個緩慢發(fā)展階段（1976-2004年），專利申請量保持在一個穩(wěn)定變化的區(qū)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(lián)）、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(lián)），二者申請量數(shù)量之和相當(dāng)于其他國家的數(shù)量之和。

2.2 國內(nèi)專利申請情況

國內(nèi)針對馬鈴薯收獲機的研制相對起步較晚，如圖3為國內(nèi)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(shù)量較少，這個時期正是國內(nèi)研究單位和公司還處于馬鈴薯收獲機技術(shù)引進和消化吸收過程，與國外先進的馬鈴薯收獲機技術(shù)差距較大。2006-2011年，國內(nèi)馬鈴薯收獲機技術(shù)開始發(fā)展，申請量穩(wěn)步增長。進入2012年以后，國內(nèi)的馬鈴薯收獲機技術(shù)出現(xiàn)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(fā)明專利申請增長速度已經(jīng)開始逐步趕超實用新型專利申請，這表明國內(nèi)相關(guān)企業(yè)單位或個人在消化吸收國外先進技術(shù)的基礎(chǔ)上已經(jīng)加強了馬鈴薯收獲機技術(shù)的創(chuàng)新和儲備。

在國內(nèi)關(guān)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(nèi)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(qū)域馬鈴薯的種植方式和生活環(huán)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(yīng)性的機型。再加上中國馬鈴薯種植戶零散，大面積種植的農(nóng)場較少，進而國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的馬鈴薯收獲機可能只是針對當(dāng)?shù)氐拇笮陀脩?，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(shè)計生產(chǎn)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(shù)分支

3.1 馬鈴薯挖掘

馬鈴薯收獲機挖掘鏟是收獲作業(yè)的起始部件，根據(jù)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(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定，該方式應(yīng)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(diào)等特點，如SU1276284A1，一種根莖作物收獲機，采用曲柄連桿驅(qū)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(diào)的振動式挖掘鏟，還包括切莖刀；寧夏回族自治區(qū)農(nóng)業(yè)機械化技術(shù)推廣站申請的CN201639983U，三振動側(cè)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(jù)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(chǔ)上做的改進，將條形設(shè)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(nóng)業(yè)大學(xué)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(shè)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(zhì)等混在一起，一般馬鈴薯收獲機在挖掘部件后都會設(shè)有分離清選裝置，按分離部件的結(jié)構(gòu)形式， 可將挖掘分為升運鏈?zhǔn)?、旋轉(zhuǎn)分離篩式、振動篩式、分離輥式、滾筒篩式等。

3.2.1 升運鏈?zhǔn)椒蛛x清選

升運鏈?zhǔn)今R鈴薯挖掘機作業(yè)時，挖掘鏟將薯塊連同泥土挖起，送到回轉(zhuǎn)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?zhǔn)降姆蛛x清選裝置。升運鏈?zhǔn)降姆蛛x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(lián)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(yè)，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(nóng)作物挖掘收獲機，采用的技術(shù)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(qū)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(qū)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(qū)動挖掘鏟后方的振動篩前后擺動。

3.2.3 旋轉(zhuǎn)分離篩式分離清選

旋轉(zhuǎn)分離篩又稱為轉(zhuǎn)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(zhuǎn)盤分離篩中，薯塊和土塊混合物在轉(zhuǎn)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(shè)置在小型馬鈴薯挖掘收獲機中，由牽引裝置牽引驅(qū)動。如CN101803508A、CN102077726A、CN202035284U、CN203446207

U等專利申請均采用旋轉(zhuǎn)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(shè)置在馬鈴薯聯(lián)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(jié)構(gòu)為在挖掘鏟后設(shè)置多個旋轉(zhuǎn)的輥或滾筒，轉(zhuǎn)向相同，在輥或滾筒上設(shè)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(jié)構(gòu)如專利CN201878537U，機引多功能薯類挖掘機。該結(jié)構(gòu)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(shè)置在馬鈴薯聯(lián)合收獲機中，一般采用擋邊帶式輸送機，布置形式為側(cè)向升運式，根據(jù)實際需求，有折疊式和非折疊式，同時，有的馬鈴薯聯(lián)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(jié)構(gòu)緊湊的特點。一般分為工作狀態(tài)和儲運狀態(tài)。專利CN202524757U，馬鈴薯聯(lián)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(jié)構(gòu)簡單，使用方便，應(yīng)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(lián)合收獲機，均采用的是多級升運鏈?zhǔn)降妮斔脱b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(lián)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(shè)備進行的改進，其中SU1802989A1，馬鈴薯聯(lián)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(lián)合收獲機，則采用在輸送過程中設(shè)置輥軸鏈?zhǔn)椒旨壯b置進行馬鈴薯分級。

4 結(jié)束語

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

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