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1、马铃薯挖掘机的设计 学 生：龙秀松 指导老师：翁 伟（湖南农业大学东方科技学院，长沙 410128） 摘 要：马铃薯挖掘机的研究和应用进行介绍和分析，设计了组合分离式马铃薯挖掘机。对该机的主要参数进行了选择，对主要零部件的设计进行了理论计算和结构优化。马铃薯为地下产物，且是块茎繁殖， 其收获受季节和天气限制。由于马铃薯的收获费时费力、劳动强度大且季节性强，因此给农民造成极大的困难。为了解决上述问题，本文就国内外马铃薯收获机现状、马铃薯收获机的研究和应用进行介绍和分析，设计了组合分离式马铃薯收获机。对该机的主要参数进行了选择，对主要零部件的设计进行了理论计算。关键词：马铃薯；挖掘机；结构优化Th
2、e Design of Potato Excavator Student: Long Xiusong Tutor: Weng Wei(Oriental Science Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128)Abstract: Potato is an under ground plant. Its harvest is limited by the crown of the year and weather. Since the potato harvesting process has som
3、e difficult problems for farmers such as being strenuous and time consuming, great in labor intensity and urgent in seasonal demand, the paper analyses the present situation of potato harvest, and a combined separation potato digger has been developed through selection of principal parameters and th
4、eoretical calculation for the design of essential parts. Key words: potato; excavator; optimize the structure1 前言马铃薯的营养价值非常高，市场潜力巨大。在国外，大约占40%的马铃薯加工成食品后进入消费市场。在国内，一向被国人视为不能登大雅之堂的马铃薯产品也突然间在市场上风靡起来。在北京、上海、广州及西安等全国大中城市，以马铃薯条、马铃薯泥为基本原料的麦当劳、肯德基食品已占据我国快餐市场的半壁江山，而从各种渠道进口的其它油炸薯片或膨化食品等也滚滚而来。中国农科院副院长屈东玉博士在日前召
5、开的中国马铃薯学术年会上指出：“马铃薯是一种产量高、适应性强、经济价值大的作物，应把马铃薯主产区列入国家粮食商品粮基地，享受与水稻、小麦等商品粮基地同样的财税待遇，这将是保证我国粮食安全的有效手段。”马铃薯作为经济作物，种植面积越来越大，而传统的马铃薯收获手段费时费事，劳动强度大且季节性强，因此给农民造成极大的困难。马铃薯种植区大部分在潜山和腰山地区，落后的人工收获方式造成马铃薯冻害和减产等不必要的损失，农民对马铃薯挖掘机械的要求十分迫切。为了解决上述问题，推广应用小型马铃薯挖掘机势在必行。应用马铃薯挖掘机可以大大提高收获效率，降低劳动者的劳动强度，增产增收，减少收获损失，为我国马铃薯生产奠定
6、良好的基础。根据我国马铃薯挖掘机械多年研制生产经验可以看出， 日本、意大利、美国等国外机具适应垄作，很难适应我国平作种植形式。各类型机械需要进行多地域、多收获季节的田间试验和多轮改进，才能提高适应性。马铃薯是我国主要作物之一。发展马铃薯生产，对调整优化农业产业结构、加快脱贫致富及地区经济发展具有非常重要的作用。马铃薯为地下产物, 且是块茎繁殖, 其收获方式以挖掘机为主。马铃薯挖掘机可以大大提高收获效率, 降低劳动强度, 减少损失, 为马铃薯生产奠定良好的基础。但是收获方式的落后极大的制约了马铃薯生产发展。为促进马铃薯生产地发展，解决机械化收获问题势在必行。马铃薯挖掘机械化的关键矛盾是配套动力与
7、机具性能要求之间的矛盾。鉴于动力的限制，与14kw一下拖拉机配套机具的性能不宜要求功能全，只要完成起薯环节，让署块基本露于地面即可，其他工序由人工捡拾完成。从发展看这类机械作为与目前农村具有的小型拖拉机相配套的过渡性机型予以开发、推广。随着近年来马铃薯种植面积的不断增加，对马铃薯收获的机械化水平的需求越来越大。 2 马铃薯收获机发展概况马铃薯是我国北方主要粮食作物之一， 在内蒙、甘肃、宁夏、河北、山西、黑龙江、河南等省大面积种植，特别是内蒙、甘肃、河北北部等地因常年干旱少雨，气候寒冷，沙质土壤多，不利于其它作物的生长，马铃薯使成为这些地区的主产粮食作物。近几年来，马铃薯迅速以经济作物走向市场，
8、大量销售到北京、天津、上海、广州等各大城市，美国百事食品有限公司等国外企业也纷纷在我国以承包大面积种薯地形式而参与到马铃薯种植和深加工行业。随着马铃薯向规模化种植的发展，农民要求机械化收获的愿望日趋强烈。由于各地土壤、气候、地形及种植习惯的差异，种植机械发展相对滞后，多采用犁翻人工点播种植，行距不统一。小行距平作与大行距垄作形式共存，平作行距在400-550mm 之间，垄作在600900mm之间。近几年，随着早上市鲜薯需求量的增加，收获季节提前，马铃薯茎叶生长旺盛，薯皮鲜嫩，机械收获更易破皮和缠绕拥土，使农艺要求与机械收获适应性的矛盾更加突出。机械化收获马铃薯技术，关键问题是收获机械适应性差，
9、伤薯率高。因此，研制开发性能优良，适应性强，伤薯率低，多型号，价格适中，并能同大中马力拖拉机配套的收获机械是非常必要的。新中国成立初期, 我国收获马铃薯采用人工刨或旧犁挖掘的落后方式。直到20世纪60年代中期,马铃薯收获机具的研制工作才逐步发展起来。研究人员在研究原西德、原苏联、日本、瑞士等国外机具的基础上，研制成功了升运链式马铃薯收获机，但是由于受当时历史条件的限制，没能实现大面积推广和使用。20世纪70年代中期，由于手扶拖拉机的大量推广应用, 国内又掀起了为手扶拖拉机配套的马铃薯收获机的研制高潮, 成功研制了鼠笼式马铃薯收获机, 但受当时的配套动力限制, 未能生产和推广。1979年，12国
10、农机展览会后，国家将全部马铃薯收获机样机都投放在黑龙江省农业机械工程科学研究院，从而为马铃薯收获机的研究工作创造了良好的条件。到 20 世纪 90 年代中期, 由于国产小四轮拖拉机的大量推广和应用, 研制马铃薯收获机已被列入重要日程。而此后, 其市场需求旺盛, 先后有小型升运链式马铃薯收获机和振动式马铃薯收获机投放市场,并占据了很大的市场份额。2.1 国外块茎挖掘机的发展现状国外块茎挖掘机械化收获起步早、发展快、技术水平高。20世记初，欧美国家出现畜力牵引挖掘机来代替手锄挖掘块茎、随后改由拖拉机牵引或悬挂。20年代末出现了升运链式和抛掷轮式块茎挖掘机。在20世纪40年代初，前苏联、美国就开始研
11、制、推广应用块茎挖掘机械，50年代末即己实现了机械化。7080年代，德、英、法、意大利、瑞士、波兰、匈牙利、日本和韩国亦相继实现了块茎作物生产机械化。70年代主要是研制大功率自走式根块作物联合挖掘机，且以收获垄作种植为主。这些机型是大功率拖拉机变型，如荷兰在拖拉机基础上按照甜菜联合挖掘机的原理制成的双行马铃薯联合挖掘机，为了加强筛选效果，分离器有四个液压泵带动。美国在1948年以前用挖掘机来收获块茎，然后人工捡拾，直到1967年，开始使用联合挖掘机， 20世纪90年代，美国已基本实现了块茎挖掘机械化。前苏联是生产块茎作物挖掘机最早的国家，生产了许多半悬挂式机型，如KKY2型、KOK2型、KKP
12、2型等块茎作物联合挖掘机，机器体积较庞大笨重，到20世纪90年代初，块茎挖掘机共有16种机型，其中10种是联合挖掘机，90年代中期，开始生产自走式联合挖掘机，其劳动生产率比其它行挖掘机提高12倍。近年来，欧美的马铃薯挖掘机型仍然是以大功率机组为主。这些机型只能在大面积土地上使用，不适用于中小地块。有些国家和地区生产一些小型挖掘机械，如意大利的SP100机型为小型垄作挖掘机械。在亚洲生产马铃薯挖掘机械的国家较少。日本在1955年以前使用畜力挖掘犁，1955年196年生产悬挂式抛掷式和升运链式挖掘机，70年代开始引进英国、美国等发达国家的联合挖掘机，并研制适合日本国情的联合挖掘机，对于根菜（萝卜、
13、家山药青芋、胡萝卜等）机械收获的研究从1960年开始，近几年韩国、日本生产了一些小型马铃薯挖掘机，如韩国高山机械工业公司生产的小型单行和双行土豆、地瓜挖掘机械。发展中国家基本上采用挖掘犁和挖掘机进行收获作业,发达国家的块茎作物收获已基本实现了机械化联合作业。如德国、美国的联合挖掘机在自动化控制块茎分离以及减少块茎作物损伤等方面都有独到之处。东洋农机公司、日本三A公司久保田公司等都生产适合小地块作业的中小型自走式块茎作物挖掘机9。2.2 国内多功能块茎挖掘机的现状分析近年来,国内市场上也出现了一些此类机械，如大蒜挖掘机就有对行松土铲式和不对行平铲式输送方式也有多种。但大多数机型在适应性和质量可靠
14、性方面仍然不同程度地存在着一些问题,主要体现在两个方面,一是损伤作物的问题,因为象大蒜、生姜此类作物,收获时皮质鲜嫩易损,而损伤后会严重影响其价格;二是适应性差,因各地农艺不同,行距及株距存在着差异,机具难以满足这种要求。由于进口农机具价格较高,农民难以接受,根茎挖掘机械还是要走国产化道路,而且还要根据中国国情,不能盲目照搬。主机利用现有的机型,如田园管理机、手扶拖拉机及四轮拖拉机,对国外的机型原理加以消化吸收,研制出适合中国国情的机具。国内根茎作物的机械化收获还有较长的路要走,不仅需要科研部门及企业的大力研制及投入,还牵涉到农民的认识和接受问题。国外发达国家（如日本、美国、法国、意大利等国）
15、地下作物的收获已实现机械化，对于长根作物（萝卜、山药等）和断根作物（洋葱、大蒜等）都有不同的挖掘机械，工艺十分的先进，但机械价位较高，全部引进国内无法接受，例如，意大利产的DSC-120和日本宝田公司产的DCL-130型土豆挖掘机，大多用于沙壤土作业，这些设备不太适应我国地下作物种植的农艺要求和土壤状况。根据以上分析，在国内外现有的基础上，结合我国农村市场的实际情况，分析国内块茎类作物的农艺要求和土壤的物理特性而研制出的多功能块茎类挖掘机。综观国内外多功能块茎挖掘机的发展特点及外部环境，专家预测未来多功能块茎收割机的主要发展趋势是：1） 开发节能、高效、可靠、环保型产品的多功能块茎收割机。2）
16、 安全性及通用性是产品发展的重要目标。3）大型化与小型化仍是产品系列化的两极方向。4） 技术进步、操作方便和售后服务将成为企业生存的三大关键因素。2.3 块茎作物收获的主要方法在原始农业生产中，因种植作物不同，其收获方法及使用的工具也不相同11。收获块根和块茎作物时，除了用手直接拔取外，主要是使用尖头木棍(木耒)或骨铲、鹿角锄等工具挖取。根据生产规模，马铃薯的收获可采用不同工具，包括铲形耙、犁或商业马铃薯挖掘机（可从土中将马铃薯挖出并通过摆动或吹气将土薯分离）。重要的一点是，在收获期间应避免出现碰伤或其它损伤，因为这会给贮藏期疾病提供入口。现在人们基本采用单一型联合挖掘机，与拖拉机配套使用12。2.4 多功能块茎挖掘机的发展趋势1）向适应性，通用性发展如采取在一台块茎挖掘机上换装不同型号的清选、分
