徐志鵬 ，羅志豪 ，劉 玉 ，吳利明 ，李月琪

（江蘇師范大學機電工程學院，江蘇 徐州 221116）

薯類是主要糧食作物之一，產(chǎn)量高，增產(chǎn)潛力大，且適應性強，在惡劣環(huán)境下也能穩(wěn)定高產(chǎn)。薯類具有較高的營養(yǎng)價值，也是發(fā)展畜牧業(yè)的好飼料，更是重要的輕工業(yè)原料。世界上薯類主要種植在北緯40°以南，以亞洲種植最多，亞洲種植面積占世界種植總面積的90%。據(jù)估計，2020年全球薯類市場價值達到32 020億美元，可見薯類具有巨大的經(jīng)濟價值。然而國內(nèi)外薯類收獲機械發(fā)展水平參差不齊，薯類收獲效率低下。

1 聯(lián)合收獲機

1.1 具有莖處理功能的收獲機

羅德遠等[1]公開了一種薯類收獲機，通過切割機構(gòu)和挖掘犁的設置，能將薯類秧的切割以及薯類的挖掘通過此工具實現(xiàn)機械化，提高薯類收獲的工作效率。???[2]公開了一種薯類收獲機，能夠同時粉碎莖并收獲作物，且通過挖掘部左右移動來根據(jù)田間的犁溝環(huán)境有效地收獲農(nóng)作物。孫星釗等[3]公開了一種能有效減少薯土分離功耗，降低破皮率，完成薯秧分離和薯塊收獲的薯類收獲機。???等[4]公開了一種薯類聯(lián)合收獲機，收割部分和莖粉碎部分一體化設置，在挖掘農(nóng)作物的同時去除作物的莖，防止堵塞，并且可以在挖掘之后快速地進行作物收集。劉錚[5]公開了一種薯類聯(lián)合收獲機，能一次性完成挖掘、輸送、薯莖分離、薯土分離等工序，具有生產(chǎn)效率高、勞動強度小、結(jié)構(gòu)緊湊、移動方便等特點。村并昌實等[6]公開了一種薯類聯(lián)合收獲機，在高速收獲的情況下收割和運輸農(nóng)作物的同時，使葉片不會殘留在農(nóng)作物中。

1.2 具有莖處理和清潔功能的收獲機

李學強等[7]公開了一種薯類聯(lián)合收獲機，通過可調(diào)挖掘鏟、薯土分離機構(gòu)、薯秧分離機構(gòu)、薯塊集放裝置，實現(xiàn)薯土分離、薯秧分離、薯塊集條鋪放?？商岣呙魇砺?，降低傷薯率。孫宏義等[8]公開了一種雙層錯位風選薯秧薯土分離的薯類聯(lián)合收獲機，可進行薯土薯秧分離，分離后薯塊落入內(nèi)層篩網(wǎng)，薯秧被外層篩網(wǎng)拋出，后根據(jù)薯塊比土塊比重小的特點通過風選機后將薯塊送入集薯箱。陶建臣[9]公開了一種薯類聯(lián)合收獲機，可一次性完成挖掘、輸送、薯秧分離、薯土分離、收集等工序，生產(chǎn)效率高。姜丹寧[10]公開了一種薯類聯(lián)合收獲機，能一次完成馬鈴薯挖掘、薯土分離、莖干雜草和地膜分離、薯塊收獲等工序，該機生產(chǎn)效率高，勞動強度小。馬力軍[11]公開了一種薯類聯(lián)合收獲機，能清理馬鈴薯上的泥土，使收獲的馬鈴薯干凈地落入運輸車中。運輸或者不作業(yè)時還可折疊起來，比較方便。李連生等[12]公開了一種薯類聯(lián)合收獲機，具有碎蔓功能，鼠籠式薯土分離器在完成薯土分離后將薯塊升運至集薯箱中，提高了作業(yè)效率。李維家[13]公開了一種牽引式薯類聯(lián)合收獲機，可一次完成挖掘、分選雜質(zhì)、雜質(zhì)收集、馬鈴薯分級、裝袋等作業(yè)，人工勞動需求小，效率高。閆小麗等[14]公開了一種薯類聯(lián)合收獲機，該機操作簡單，挖掘角度和深度可調(diào)節(jié)，可完成馬鈴薯的挖掘、薯土分離、撿拾、分離、裝袋收集等作業(yè)，且破皮率低。???[15]公開了一種薯類聯(lián)合收獲機。收獲機存在兩個異物去除裝置，以更好地分離異物和作物，同時附帶有箱裝載臺，用于收集作物。李維家[16]還公開了一種牽引式薯類聯(lián)合收獲機。該收獲機能在收獲薯類的同時把耕地表層絕大部分石塊雜質(zhì)清理出來，且可一次性完成挖掘、分選雜質(zhì)、雜質(zhì)收集、薯類分級、裝袋、裝車、放堆等作業(yè)，還可單獨進行土壤凈化作業(yè)。崔祥連等[17]公開了一種薯類聯(lián)合收獲機，該發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，防秧蔓纏繞，破皮率低，可收獲薯塊并在一側(cè)放置，工作效率高。

總結(jié)：上述兩種收獲機均屬于聯(lián)合收獲機范疇，依據(jù)完成工序數(shù)量不同而分類。但其主要結(jié)構(gòu)大多是傳統(tǒng)的薯類收獲機。

2 切蔓機

吳騰等[18]公開了一種步行式薯類切蔓機，并在分析整機結(jié)構(gòu)的基礎上具體闡述了薯類碎蔓還田機工作原理，闡明了碎蔓裝置、刀座防磨損設計、導向輪調(diào)節(jié)機構(gòu)和傳動系統(tǒng)等關(guān)鍵部件的設計。賀立恒等[19]公開了一種可以快速清除纏繞在鉤藤桿上的藤蔓的薯類切蔓機，有利于保證薯類收獲效率。姜鴻鑫等[20]公開了一種清蔓效果好的薯類切蔓機，通過V形清蔓鏟進行初步清理，再利用刀具對薯蔓再次清理，可以將薯塊與薯蔓分開，不易造成堵塞，提高收獲效率。NAM等[21]公開了一種能以恒定的速率切割和壓碎塊根作物的莖，并且將切碎和壓碎的塊根作物排入犁溝的薯類切蔓機，防止了在莖粉碎和收獲過程中對塊根作物的損害。王立國等[22]公開了一種易于清理的薯類切蔓機，通過挖掘鏟、切刀、挑秧桿的配合，使薯秧分離，提高明薯率。并且將土通過導薯柵的柵條間隙與薯塊分離，得到清潔的薯塊。魏訓成等[23]公開了一種懸掛式薯類秧收獲機，可一次性完成挑秧、割秧、粉碎和收集作業(yè)。???等[24]公開了一種薯類切蔓機，該裝置具有修剪器裝置，在最接近薯類的位置切割薯蔓以排除未切割狀態(tài)，從而消除了必須再次組織收割農(nóng)作物的不便，并防止排出的壓碎莖干影響壟。鄭文秀等[25]公開了一種薯類切蔓機，通過增加仿形挑秧鏟的方式，進行秧蔓的輸送、粉碎等一系列動作。切割刀采用橫切刀和縱切刀的安裝方式，保證秧蔓被及時粉碎，并通過刮板將其送到集秧箱。房增國[26]公開了一種新型薯類秧蔓切割粉碎刀組，根據(jù)不同壟體規(guī)格安裝不同刀片，并調(diào)整兩個抄秧刀間距離，實現(xiàn)秧蔓粉碎。

總結(jié)：該部分總結(jié)了國內(nèi)外關(guān)于切蔓機的專利，大部分具有切蔓和碎蔓一體化功能，而這些切蔓機大多是通過刀具更新或者切蔓方法優(yōu)化來提高切蔓效率的。

3 收獲機

王濤等[27]公開了一種具有防纏裝置的薯類收獲機，解決了現(xiàn)有薯類收獲機作業(yè)時未被粉碎的薯類秧蔓極易阻擋或懸掛在收獲機前端兩側(cè)輻板上，造成機具壅土阻塞的問題。楊建飛等[28]公開了一種自走式薯類收獲機，完成收獲機與牽引機一體化，實現(xiàn)機械化收獲薯類作物，同時提出液壓馬達與主動軸相連的方式替代原有薯類收獲機齒輪與鏈條的連接方式，減少零件的損壞，提高收獲效率。王海山等[29]公開了一種薯類收獲機，安裝了將薯類集聚一側(cè)并落于地面的傾斜網(wǎng)板以及用于薯類表面泥土刮離的清土輥和可調(diào)節(jié)挖掘深度的挖掘機構(gòu)，該發(fā)明在保證作物完整性的同時又可將作物翻出并集聚于一側(cè)，以便后續(xù)裝袋。趙萍等[30]公開了一種具有輸送分離裝置的薯類收獲機，其輸送分離裝置安裝傾角及轉(zhuǎn)速可調(diào)節(jié)，保證在不同土壤環(huán)境下土薯混合物的有效分離及輸送，提高收獲質(zhì)量及生產(chǎn)效率。Christoph Niehues等[31]公開了一種薯類收獲機，在其篩分帶上可以通過改進的分離裝置對揀選參數(shù)進行調(diào)整，從而可以對不同的收獲條件以及不同土壤結(jié)構(gòu)作出更好的反應，進而獲得最佳收獲效率。Фpaнц-Йoзeф Дeттмep等[32]公開了一種具有分離裝置的薯類收獲機，通過氣流完成作物與異物的相互分離，進而從石塊和類似固體的混合物中收獲馬鈴薯。CLAAS FRANCE SAS[33]公開了一種薯類收獲機，其拾取裝置具有適應地形拾取農(nóng)作物的功能，通過獨立驅(qū)動和可選擇的輸送機部分，可以輕松地適應不同的作物和不同的作業(yè)條件。戴文育[34]公開了一種薯類收獲機，該收獲機具有轉(zhuǎn)盤分離機構(gòu)，可分離土壤和薯類，優(yōu)點是不容易造成機械損壞，不易造成土壤粘黏，馬鈴薯破皮率降低，使用安全。程林潤等[35]公開了一種薯類收獲機，解決了現(xiàn)有的薯類通過人力挖掘效率低下的問題，該薯類收獲機能自動鏟出地里的薯類，使薯類收獲變得輕松高效，且挖掘鏟的高度位置可調(diào)，挖掘鏟的適應性更強。高國華等[36]公開了一種附帶輸送系統(tǒng)的薯類收獲機，薯土分離裝置傾斜角度可調(diào)節(jié)，該發(fā)明可根據(jù)不同土壤環(huán)境調(diào)節(jié)薯土分離裝置傾斜角度，實用性強，環(huán)境適應性高，極大地優(yōu)化收獲效果。張競博[37]公開了一種薯類收獲機，其可以直接挖入壟嶺，并將吞進的壟土和塊根作物完成分離，達到土在下方、薯在上方成堆的效果，該收獲機結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、操作方便、收獲效率高。胡良龍等[38]公開了一種壟頂自清理折疊式多行薯類收獲機。該收獲機可同時收獲多壟薯類，且當需要收獲機在田間轉(zhuǎn)移或運輸時，可通過操縱升降螺桿將兩側(cè)挖掘犁收起折疊。優(yōu)點是生產(chǎn)效率高，方便轉(zhuǎn)移運輸。賈崢嶸等[39]公開了一種可調(diào)式薯類收獲機，其最大特點是能根據(jù)壟的寬度、高度來調(diào)節(jié)不同的薯類壟作模式，適合不同壟作栽培模式的薯類收獲，很好地解決了勞動力緊張、生產(chǎn)效率低下、破損率高的問題。Christoph Niehues等[40]公開了一種帶有篩分機的薯類收獲機，在該篩分機的分選區(qū)域中，可以借助改進的分離裝置來最佳地設置改變分選參數(shù)，從而使收獲機能夠更好地對不同的收獲條件作出反應。Kim[41]公開了一種薯類收獲機，通過在中間的收集機，有效防止拖拉機在不同的山脊上進行連續(xù)挖掘作業(yè)時無法適應地形而對作物造成損害，同時保證作物收獲率。Lee[42]公開了一種薯類收獲機，犁裝置長度可隨壟的寬度改變，以調(diào)節(jié)適合于壟寬度的犁的面積，從而提供了工作上的便利，也可調(diào)節(jié)主機架的長度，目的是使其安裝在拖拉機的后部時容易通過復雜地形。此外，可以根據(jù)要進行收獲的數(shù)量來選擇性地限制使用犁的數(shù)量，使裝配更加簡易便捷。盛德蘭等[43]公開了一種薯類收獲機，該機可減輕分離排鏈的承載負荷，避免泥土在分離排鏈上堆積，還可清除馬鈴薯表面的泥土，提高收獲質(zhì)量。于振宣等[44]公開了一種薯類收獲機，可將收獲后的馬鈴薯自動升運、輸送到收集箱，并卸放成一堆，無需人工撿拾，減少人工工作量。戴文育[45]公開了一種改進型轉(zhuǎn)盤式薯類收獲機，該機可充分分離土壤及篩選薯類，并且能延長機器的使用壽命，減少馬鈴薯的破皮率，使用安全。魏學慶等[46]公開了一種薯類收獲機，解決了破皮率高、清泥效果差的問題，該機結(jié)構(gòu)緊湊，可在有限空間內(nèi)清除馬鈴薯上的土塊，且能將干凈的馬鈴薯成堆收集，保證不破皮，提高了收獲機的作業(yè)效率和收獲效率。李亞清等[47]公開了一種薯類收獲機，通過特殊設計的裝置，可以在作物運輸?shù)倪^程中，將土壤與石頭等外來物分離，大大提高作物收集率。王冰等[48]公開了一種小型桿條升運鏈式薯類收獲機，可提升薯土分離效果，提高明薯率，調(diào)節(jié)挖掘深度，保證了作業(yè)順暢性。董曉寧[49]公開了一種薯類收獲機，能將薯塊與土壤分離，并自動收集和運送到田邊或路上，明薯率高，方便裝袋。李鴻雁等[50]公開了一種四輪拖拉機配套使用的薯類收獲機，薯土分離徹底、明薯率高、破皮率低，且落到地面的馬鈴薯比較集中，操作方便，結(jié)構(gòu)簡單。劉富萍等[51]公開了一種薯類收獲機，該設備通過摩擦的方式進行薯土分離，既降低了破皮率，又有良好的薯土分離效果。輸送桿組下的滾刀組可以有效清理薯根，無需人工拾撿。高波等[52]公開了一種可實現(xiàn)側(cè)向輸送的馬鈴薯收獲機，該收獲機可完成挖掘、輸送分離和馬鈴薯側(cè)向輸送等作業(yè)。劉玉等[53]公開了一種三維振動的薯類收獲機，提高薯土分離效果，且降低破皮率，薯土分離的篩分效率高。

總結(jié)：這一部分主要總結(jié)了國內(nèi)外各種形式的收獲機，主要是在薯類秧蔓已經(jīng)去除的情況下進行的土薯分離和輸送堆放，而這也是大多數(shù)薯類收獲機所具有的功能。此類收獲機基本上只能完成單一的工作，自動化程度較低。

4 智能收獲機

Lee Kamp Redden等[54]公開了一種智能控制收獲機，由控制系統(tǒng)產(chǎn)生動作進而使機器在田間收獲作物，該控制系統(tǒng)以一個屬于人工神經(jīng)網(wǎng)絡的執(zhí)行模型為主體，該模型的作用是提高聯(lián)合收割機的收割性能。Wilken Andreas等[55]公開了一種自走式智能控制收獲機，其具有多個用于處理田間收割農(nóng)作物的工作構(gòu)件以及駕駛員輔助系統(tǒng)，其中駕駛員輔助系統(tǒng)可以存儲和處理收獲數(shù)據(jù)進而提高工作效率。董敬波[56]公開了一種自走式智能控制收獲機，可完成馬鈴薯的切蔓除秧、去土、堆置以及分類等作業(yè)，該機自動化程度高，所需人工勞動力小，使用方便。

總結(jié)：該部分總結(jié)了國內(nèi)外有關(guān)智能化方向的收獲機，其最大特點是將收獲機與人工智能和大數(shù)據(jù)聯(lián)系到一起，使得薯類收獲機收獲效率更高、人工工作量更小、操作起來也更方便和快捷。根據(jù)上述研究結(jié)果，可見如今薯類收獲機的發(fā)展已經(jīng)趨向于智能化，但完全脫離人工完成工作還是遠遠達不到的。當下，在智能化薯類收獲研究領域，仍然有一大堆空白等著研究者填補，希望不遠的將來，研究者可以突破更多的智能化難題，從而更好地節(jié)省人力物力財力，推動世界農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展。

5 當前和未來的發(fā)展

通過對各種薯類收獲機的分類比較可以得到，要想使收獲效率更高、工作量更小且操作更方便，就必須使薯類收獲機朝著智能化的方向發(fā)展，將其與人工智能、互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)聯(lián)系到一起，這是目前薯類收獲機的發(fā)展趨勢。普通的收獲機已經(jīng)無法滿足如今快速發(fā)展的時代的需要，而智能控制薯類收獲機才是未來薯類收獲中應用的主要機械。