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马铃薯机械化水平的现状与前景
潘晓琳
（河北科技师范学院 机电工程学院）
摘要:马铃薯是我国具有优势特色的经济作物之一，历史久远，随着农业产业结构的不断调整，种植面积逐年扩大。但由于起步较晚，马铃薯种植机械化水平较低，基本上采用传统手工方式作业，生产、加工效率低、劳动强度大、经济效益不能有效显现，特别是加工作业更为突出，急需发展机械化生产。为此，在中国农机化发展的战略思考中，经济作物的机械化问题已经摆上日程，需不断改进试验，使机械的作业性能、工作可靠性和地区适应性大大提高。尤其在我国西部地区，马铃薯是农民脱贫致富和发展区域经济重要化、产业化方向发展，马铃薯生产、加工机械的需求日益增大。因此，研制马铃薯生产、加工机械设备，提高机生产质量，对于减轻西部地区农民的劳动强度，提高马铃薯生产、加工效率，增加农民收入，都具有非常重要的意义。关键字:马铃薯；收获机；加工机
1.我国马铃薯的生产、加工现状及存在的问题
1.1 我国马铃薯的生产、加工现状
（1）用小四轮拖拉机配挂牵引犁进行作业，结构简单，但收净率低，生产率低。
（2）引进国外机型，但配套动力大，适应性差，使得作业成本高，维护费用高，因而未得到推广。（3）在消化引进国外机型的基础上，国内农机厂家先后开发出一些马铃薯挖掘机，主要机型：
①哈尔滨市大顺农机公司开发的4SG系列悬挂式薯类收获机，适于马铃薯、甘薯和甜菜的收获。该 机悬挂在小四轮拖拉机后面，能一次完成薯块的挖掘、升运，并与土壤分离3首工序，薯块收净率高，损伤和丢失少。机器性能较稳定，挖掘深度和宽度可调整，能安装起垄、中耕和播种部件和通用机架，实现一机多用。
②由内蒙古商都牧机厂研制，获国家专利的4V-125型多功能挖掘机，可一次完成马铃薯或农作物根茬与残膜的挖掘、输送、分选和集堆等多项作业。
③在内蒙古农业大学与山西忻州地区农机推广站合作开发的4SM-40、80型马铃薯挖掘机，已通过省级鉴定，并列为内蒙古推广产品和新产品开发项目。该机吸收了国外同类产品的先进技术，可与国产拖拉机配套，作业性能适合我国北方地区平作种植马铃薯的农艺要求。可一次完成薯块的挖掘、分离与铺条等项作 业，具有明薯率高和薯块破损少等优点。如 4UJ-2型马铃薯收获机
[2][1]
该机结构紧凑、性能稳定，适应性强，操作维护简单方便，收获效率高，收净率高，伤薯率低，在粘重土壤及湿度较大土壤中可以将收获的马铃薯在地里成条铺放，在沙土地及湿度适中土壤加装马铃薯成堆堆放装置后（选装），还可实现马铃薯成堆堆放。该机具是将收获后的马铃薯自动升运、输送到收集箱在装满收集箱后，由驾驶员操作液压手柄，将马铃薯收集箱倾转，将箱内马铃薯卸成一堆，用很少的人力分选，或就地用湿土掩盖，即不损失水份，也不影响马铃薯的品质，却大大减少了捡拾的人工，降低了劳动强度，只需1个人就能把不能及时运走的马铃薯用土掩盖，有效避免了马铃薯冻伤，节省了人工又抢了农时，深受用户好评。结构、工作原理
支承地轮等组成（如图1所示），[3]
该机主要由挖掘机构，链式薯土分离机构，筛片摇摆分离机构、机架、齿轮箱、三点悬挂机构，1
图1
（1）挖掘铲（2）薯土分离链（3）支承地轮（4）筛式摇摆机构（5）齿轮箱（6）机架侧板（7）悬挂机构
有马铃薯集堆功能的机具还加装了旋转升运笼，输送带，及收集箱等部件（如图2所示）。
图2
（1）挖掘铲（2）薯土分离链（3）支承地轮（4）悬挂机构（5）齿轮箱(6)机架侧板（7）旋转升运笼（8）减速器（9）输送带（10）集料箱
工作原理
机具在拖拉机的牵引下，将土壤及土壤中的马铃薯一起铲到挖掘铲上部，随着机具的前进滑移到链式薯土分离机构，将土壤筛落地上，而马铃薯继续向后输送，直到落到筛式摇摆分离机构，进一步将残留的土壤筛落，而马铃薯滚落在地表成条铺放。而带集堆功能的机具是将马铃薯送到旋转升运笼中，马铃薯随笼子的旋转上升，直到顶部滚落到输送带上，由输送带送到收集箱，在装满收集箱后，再操作拖拉机的液压手柄，由液压油缸推动收集箱倾转，将马铃薯成堆堆在地上，完成收获。（4）马铃薯的加工机
a 旋流站
旋流器总成由旋流器缸体，门盖，密封调整螺栓，大隔板，小隔板，手轮，顶流口（溢流口），进料口，底流口，Ο型密封圈，旋流管（十几支到上百支）等组成，缸体内由隔板分离成进料，溢流和底流三个腔室，并由O型密封圈密闭（见图1）。
图3 旋流器结构图 b 真空脱水机
该设备吸收了国内外先进技术，运转平稳，结构紧凑，能耗低，占地面积小，工作性能好，脱水率高，无噪音，操作维修方便，是大中型淀粉生产企业的理想选择。结构与原理
真空脱水机由机架、主轴、电机、减速器、进料联接口、滤槽、溢流口、回收联接口、搅拌器、冲洗水进口、气动刮刀、真空管联接口、检修人孔、旋转滚筒、搅拌器电机、滤布等组成。
图4 真空脱水机结构图
水平旋转滚筒的多孔表面覆有一层一定目数的滤布，在滤布与多孔筒壳间装有支撑网，旋流滚筒穿过滤槽，滤槽内装有一定液面高度的须脱水的淀粉乳液。通过真空泵与脱水机真空管的连接，使之滚筒内压降至最高200兆巴，滚筒内部与外部（大气）之间的压差作用，液体穿过滤布并到达滚筒内部，通过滤液泵与回收联接口的连接管泵出。淀粉乳液中的固体（淀粉）不能穿过滤布并停留滚筒表面，在滚筒面再次侵入淀粉乳液之前，气动刮刀装置连续不断地将固体（淀粉）从旋转滚筒表面刮下，并落入皮带输送机进入下道工序。
c气流干燥机
气流干燥机由热交换器、扬料轮机、干燥管、旋风分离器（沙克龙）、关风器、引风机、风机主管尾气排放管等组成 图5 气流干燥机结构图
在干燥过程中，新鲜洁净的空气，通过热交换器加热后，与从扬料轮机输送来的物料颗粒混合（也可采用特制的密封螺旋输送机输送颗粒物料），并利用热空气做介质，把热能传给物料颗粒，使附着在物料颗粒表面上和一部分含在物料颗粒内部的水分，变成蒸汽而混入干燥管中的气流当中。最后利用旋风分离器（沙克龙）、关风器，将物料与空气、水蒸汽分离，从而降低了物料中水分。干燥后的物料经出料口进入下道工序；尾气通过引风机主管，经尾气排放管排出。d 连续除石机
上附着的砂粒及夹杂的大砂石，砖块等重质杂物。结构与原理
旋流重力式连续除石机由电机、主轴、进料口、壳体、机架、石杂收集器、出料口、叶片、石杂出口、皮带输送机、反冲水入口等组成（见图6）。
连续除石机广泛应用于薯类淀粉生产中清洗除石工序，可有效去除马铃薯，红薯，木薯等薯类物料
图6 旋流重力式连续除石机结构图
该机工作时薯类物料随水流经进料口进入机壳体内，由主轴叶片旋转带动，在锥形壳体内高速旋转，在离心力和反冲水的作用下，较轻的薯类物料通过出料口进入下道工序。较重的石杂、砂粒等重质杂物因离心力和重力的作用，沿着圆锥形壳体内壁向下，进入石杂收集器，由皮带输送机送至石杂出口排除。
e 滚笼清洗机
滚笼清洗机主要应用于薯类淀粉、马铃薯全粉等成套生产线中的原料（物料）清洗。
该机采用逆流洗涤原理，物料（薯类）从进口流入清洗机滚笼内随螺旋绞条至出口，而清洗槽内的水，在滚笼内螺旋绞条的反作用下流向清洗机进口，与物料（薯类）逆向运动，清洗效果好，可有效除泥、除砂。结构与原理
清洗机由机架、主轴、滚笼、螺旋绞条、清洗槽及传动件组成，整机结构精简，设计合理，运行平稳，物料破碎率低，节能节水。
在清洗工作时，物料输送到转动的滚笼内，物料随螺旋绞条滚动前移，移至滚笼出口处，固定在滚笼出口端的料斗将洗净的物料舀至机外的输送带上，连接不断地将经过逆向水流清洗干净的物料送至下道工序。[18]
图7
滚笼清洗机结构图 1.2 我国马铃薯的生产、加工存在的问题
（1）马铃薯作业机械配套性差，没有形成系列化，机具型式上小型的多、大中型的少；低端产品多，高新技术产品少，生产马铃薯机械的专业企业数量更少。
（2）市场空间较大，但精深加工落后
马铃薯的精深加工主要是精淀粉加工及马铃薯加工食品的消费。我国人均年消费马铃薯14kg，其中食品消费仅占22%。随着人民生活水平的提高和人们饮食观念的更新，人们对于食品的多样性需求也在增长。选用绿色食品、健康食品以及适应快生活节奏的方便食品成为时尚，特别是马铃薯食品在青少年中倍受青睐，形成一个很大的特定消费群体。目前我国精淀粉年产量约30万t，市场缺口约50万t，而国产的合格精淀粉不足20万t，每年需大量从国外进口，预计到2030年国内精淀粉需求量将达到300万t。
（3）可靠性低。由于马铃薯收获机械的制造质量差，适应性不强，作业故障多，导致停工次数多，调整等待时间长，因此工作可靠性低，降低了收获效率。
（4）生产率不高。目前大部分机型都只有挖掘功能，而分离清选输送功能差，挖掘出来的马铃薯有时还需人工拣拾分离，因而事实上劳动强度虽有改善，但手工工作量仍较大，使实际收获时间和收获成本都较高。
（5）利用率低。马铃薯收获期短，气候的变化对收获机械的使用性能要求高，但现有机具可靠性低，功能单一，因而实际利用率较低，投资回收期长，限制了其进一步推广。
[23]发展趋势
（1）加强基础性能研究。研究土壤性质，可准确确定机器的受力特性，合理选择结构设计参数；研究马铃薯性状，可减少其破损量，提高分选效率，特别是田地存在大小不等的石块时，深入研究土壤和马铃薯特性有助于优化机器结构，提高使用性能。
（2）提高可靠性。马铃薯收获机械在恶劣的环境条件下工作，易磨损、腐蚀，要从结构、工艺和材料几方面综合分析，以提高零部件的可靠性。对易损件，可采用先进的表面喷涂技术，改善表面质量，提高寿命，减少维护费用。[24]（3）降低机收成本。根据收获地区的农艺、土壤和产量等特点，合理选择机型，降低动力消耗，提高机器利用率，降低机收成本。
（4）重视功能集成。随着机器生产率的提高，马铃薯挖掘所需时间减少，而拣拾时间增加。因此，要通过消化吸收国内外先进技术，进一步优化集成挖掘、分离、清选和输送功能，提高生产效率。同时要提高机器的适应能力，完善根茬、残膜的收集功能，加强收获其他薯类、甜菜等作物的适应性研究，开发挖掘器、马铃薯收获机及马铃薯联合收获机系列产品。
（5）系统发展马铃薯收获机械。机器挖净率、马铃薯破损率的高低与农艺措施密切相关，要进一步推广机播工艺，使收获机具与农艺措施相配套。马铃薯深加工是马铃薯增值、农民增加收益的关键环节，要以市场为导向，促进马铃薯向商品化、产业化方向发展，切实提高农民的收入。
（6）发挥政府的调控作用。充分发挥政府引导、市场调节和农民参与3方面的作用，对适销对路的马铃薯收获设备，制定优惠政策，大力宣传推广，通过产业化实现规模效益，增加农民收入，促进农村生产力发展。[30]马铃薯机具的改进
由于以上诸多原因；为此，技术人员对马铃薯机具还有大部分部件和工艺不适合本地农艺要点、对2cm-1马铃薯播种机和4u-1马铃薯收获机进行适当改型。
a)输送带改进为链条和弹簧钢条铆接在一起的输送链条，其强度好，传动效果也较好。b)动力牵引方式：把偏牵引装置改为正牵引装置，以减小工作阻力，c)分体式机架材料小，强度不够，容易变形，改造为整体式机架。d)铲刀，挖掘的主要工作部件，凹形铲刀改为凸形铲刀，以减少工作阻力。
[31]我国马铃薯生产加工机的前景
今后一个时期我国经济运行面临新的不确定因素，国民经济的不景气对马铃薯收获机行业影响很大，就要求我们站在全球视野的高度、把握好经济发展的周期、剖析国家宏观政策走向，对土豆收获机行业市场情况具体问题具体分析，认清形势、抓住机遇，合理预测土豆收获机行业未来走势，制定正确的发展规划、及时调整发展战略、积极开拓新的市场，在危机中立于不败之地，在发展中更上一层楼。
4.1 向大中型、联合化方向发展。
沿着从无到有，从小型到大中型的道路梯度推进，这是一般发展规律，我国也不例外，但进程比较缓慢。随着农机社会化服务体系和代耕中心等实体的建立和完善，在土地分散经营的条件下通过社会化服务扩大作业量，获得较好的经济效益，将促进马铃薯的生产、加工机械向大中型、联合作业方向发展。
4.2液压、气动和机电一体化技术将逐步得到应用。
随着拖拉机性能的完善和配套农具的大型化进程，在收获机械上应用液压、气动和机电一体化技术越来越成为可行和必须。
4.3 加快马铃薯作业机械的科技创新
对马铃薯作业机械的基础研究和科技攻关给予优先列项和专项经费支持，对机具的中试与产业化给予政策扶持。要培育具有自主知识产权的新产品，重点解决关键工作部件的试验、改进与创新。要创新研究为大功率拖拉机配套的栽植部件、挖掘部件、分离部件的原理、型式、技术参数与整机配置，解决好重播、漏播、理薯、伤薯等问题，提高产品的科技含量，促进高新技术的应用与推广。同时要加快研究产业化、规模化生产条件下的新型大中型机械，把牵引式、自走式马铃薯联合收获机的研制提上日程，并向马铃薯产后加工设备的研究与开发延伸。要十分注意研究马铃薯生产的标准化问题，高度重视节本增效与降耗问题，高度重视产业升级问题。争取用5年左右的时间，到2010年，基本上实现马铃薯机械的更新换代，为马铃薯产业化提供坚实的技术与物质基础。
参考文献：
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PanXiaolin
(Dept.of Machinery and Electron ,Hebei Normal
University of Science & Technology)
(Instructor: Chang-Rong Liu)Abstract: The potato has the advantage of China's crop of economic characteristics, has a long history, with the constant adjustment of agricultural structure, the expansion of planting area each year.However, due to late start, a relatively low level of mechanization of potato cultivation, largely by hand using the traditional manner, the production, proceing and inefficient, labor-intensive, cost-effectivene is not an effective show, especially the more prominent proceing operations, an urgent need to develop mechanized production.To this end, the development of agricultural mechanization in China's strategic thinking, economic crops, mechanization has been put on the agenda, which need to be constantly improving the test, so that the operation of mechanical performance, reliability and adaptability of the work greatly increased.Especially in China's western regions, poverty and the potato farmers an important regional economic development and industrialization of the direction of the development of potato production, proceing, increasing the demand for machinery.Therefore, the development of potato production, proceing machinery and equipment, to improve the quality of machine production, the western region for farmers to reduce labor intensity and improve potato production, proceing efficiency, increase their income, are of great significance.Keywords: potato;Harvester;proceing machine.7
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