我国小型甘蔗收获机发展应用现状及思考

摘 要：文章阐述了国内、外甘蔗收获机的发展现状，概述了我国甘蔗收获机的市场应用状况，指出了我国甘蔗收获机存在的主要问题，并且为我国甘蔗收获机的发展提出了建议。

关键词：甘蔗；收获机；剥叶机；现状；应用；问题；建议

中图分类号：S225.53 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）30-0077-03

我国是世界甘蔗生产大国，同时甘蔗是我国南方的一种重要经济作物，也是我国制糖工业的主要原料，蔗糖业已成为我国经济发展的重要支柱和农民脱贫致富的主要经济来源。其种植区域主要分布于广西、广东、海南、云南等省份。在甘蔗收获环节，劳动需求量大，作业强度高。随着近年来糖类需求量的增加和农村劳动力的转移，甘蔗生产成本也快速提高，我国目前蔗糖生产成本过高，糖价在国际市场竞争中没有优势。在甘蔗收获环节中，又分为收割、剥叶、清理打捆和运输几个环节，而剥叶环节占总工序时间的60%左右，是甘蔗收获机械化的关键环节之一。因此，借鉴国内外小型甘蔗剥叶机的研究与应用经验，研制适合我国甘蔗种植产业特点的小型甘蔗剥叶机，提高甘蔗收获技术水平是亟待解决的问题，特别是实现甘蔗剥叶机械化具有非常重要的现实意义。

1 国内外甘蔗收获机研究发展应用状况

1.1 国外的发展应用状况

世界上发达的产糖国家，如美国、巴西和澳大利亚等国甘蔗连片种植面积大、田园平整，便于机械化作业，甘蔗收获机械化水平高，大型切段式甘蔗联合收割机得到了广泛应用，切段式收获方式成为现代甘蔗收获技术的主流，其蔗叶通过焚烧和大功率的吹风系统来去除，使用这一技术的大型收获机在澳大利亚、美国和南美洲得到了普遍应用。在这些国家和地区，其他类型的剥叶机没得到有效的研究和开发。大型甘蔗切段式联合收割机的代表厂商和机型有：英国SERRANA公司、巴西SAHTAL公司、澳大利亚TOFT系列、凯斯的7000/7700型（原澳大利亚ATSTOFT工业公司产品） 、德国CLASS和美国CAMECO等。这些机型基本原理都一样，结构上大同小异。特点是技术先进成熟、功率大、效率高、可靠性高。这些机型的24 h生产率达到了400～900 t。此外，日本文明农机株式会社生产的HC50―NN型属切段式甘蔗联合收割机，特点是机型小、履带行走、网袋装蔗，比较适合小地块窄行距和丘陵地区使用；但是装车需要配备专用吊装机，生产效率较低。

日本是较早研制整杆式甘蔗收获机的亚洲国家之一，剥叶机构的形式为离心式剥叶机，其剥叶元件使用钢丝绳，利用高速旋转的滚筒带动剥叶元件打击、冲刷蔗茎以去除蔗叶，有配套手扶拖拉机式和手推式两种形式，剥叶元件寿命为处理甘蔗55 t左右。久保田公司生产的BMC-250型剥叶机是日本甘蔗剥叶机的典型机型。该类机型经过近30 a的改进与发展，技术上较为成熟和完善，目前主要在日本、菲律宾、印度尼西亚等国家推广应用。亚洲的泰国、印度等国也根据本国蔗区地块小、地形复杂的特点，分别开展了小型甘蔗收获机以及风动分离滚筒抓取式小型甘蔗剥叶机的研制，但均未能较好解决剥叶、去尾等后续处理问题。小型甘蔗收获机代表机型有日本久保田公司生产的UT-70K型、松元机工株式会社生产的MCH―15型、文明农机株式会社生产的NB―11型小型甘蔗收割机（切割机）等。这些机型功率较小，每小时生产率为3 t。

现代主流的切断式甘蔗收获技术并不适应亚洲的甘蔗生产作业，主要原因是亚洲国家蔗区多为山地与丘陵地形、田块小、种植规模小，造成效率低下，以致机械收获成本高于人工收获成本。

1.2 国内的发展应用状况

近年来，国内的广西农机研究所、广西大学、华南农业大学和湛江农业机械研究所等有关高等院校和科研机构都对甘蔗收获机进行了大量研究，并开展了日本、澳大利亚等国外引进机型的吸收、消化和改造工作，主要通过数理统计分析数学建模和计算机优化的方法，取得了一定的成果，研制出一批性能指标达到国外同类机型同等水平的甘蔗剥叶机，但仍未能较好解决含杂率高和剥叶元件寿命短这两大关键技术问题，基本上都是采用离心式滚筒剥叶，剥叶机未能大面积推广应用。

国内的切断式甘蔗联合收割机大都是仿照国外大型甘蔗联合收割机改进而成。该类机型代表是广西农机研究所研制的4GZ―140型自走切段式甘蔗收割机，生产率高达25 t/h，含杂率和损失率分别控制在7%～10%之内，宿根破头率在20%之内。由于切段原料蔗不受糖厂欢迎，该类机型没有得到推广应用。国内整杆联合式甘蔗收获机主要机型有云马汉升的HS260整秆式甘蔗收割机、广西来宾市农业机械化技术推广站研制的6BZ-1型、广西农机研究所研制的以中马力轮式拖拉机作底盘的KALTOR―80型甘蔗联合收获机和华南农业大学研制的4ZBQ-9型。整杆分段式收获机有自走底盘式、侧挂大中马力轮式拖拉机式和利用手扶拖拉机底盘式等型式，代表机型有广东农机所研制的4GZ―35型侧挂式甘蔗收割机。

国内普遍整杆甘蔗收获机剥叶机构都是采用离心撞击摩擦式剥叶原理方式剥叶，值得注意的是，近年来也出现了一些非离心式的新型甘蔗剥叶机。这类剥叶机安装圆周式剥叶元件，利用与蔗茎圆周接触的剥叶元件划过蔗茎表面而剥落蔗叶，圆周式剥叶刀具有开度自动调节功能，可以自动适应不同茎径的甘蔗剥叶，但目前还缺乏系统的剥叶机理理论研究。此类剥叶装置的特点在于，首先，剥叶元件完整扫过蔗茎表面，没有剥叶盲区，剥净率高；其次，可多工位同时进行工作，工效较高；再次，能量只消耗在剥叶而不是将甘蔗叶击碎，有用功多，功率消耗小；最后，整机尺寸小，重量轻，可以方便运送到蔗田边工作，减少搬运量。

2 我国甘蔗收获机的应用现状

2.1 甘蔗收获机械机型和工作方式

甘蔗收获机械主要有三种型式：切段式甘蔗联合收获机、整杆联合式甘蔗收获机、整杆分段式甘蔗收获机（配套独立剥叶机）。切段式甘蔗联合收获机在作业过程中一次性完成扶倒、切梢、收割、切段、清选、装载、剥叶、蔗叶分离、集蔗等工序；其不设置剥叶元件，蔗叶分离是通过风机把切断成短条段状的甘蔗吹出机体外，完成剥叶环节；整杆联合式甘蔗收获机是将甘蔗收获环节一起连续完成，不切断甘蔗，通过机械剥叶方式达到蔗叶分离；和切段式相比，除了剥叶装置部分，其他部分几乎大同小异。在整杆分段式收获机工作过程中，是将甘蔗的切割、剥叶、集堆、运输等环节分别由专门的机器或人工来执行，工作时先整杆收割，然后把砍下的整杆甘蔗集中，再用剥叶机剥叶，剥叶后再集堆并运输到糖厂。

切段式甘蔗联合收获机甘蔗茎叶主要采取焚烧法处理，收获机不设剥叶机构，焚烧后的剩余包叶通过安装在收获机上的大功率吹风系统分离去杂。具有功率大、作业效率高、功能齐全、自动化程度高、含杂率低等特点。切段式收获机工作方式是通过该机器对甘蔗田里的甘蔗进行收割后，把甘蔗直接切成250～300 mm长的小段，同时，通过抽风机把切碎的甘蔗叶抽出分离，得到干净的短节甘蔗，再通过输送机输送到跟随的甘蔗收集车上，或甘蔗运输车上，由甘蔗运输车直接运输到糖厂完成整个甘蔗收割过程。整秆式甘蔗联合收获机则是由收获机一次性完成甘蔗的收割和剥叶工序，剥叶机构不会切断甘蔗；具有以手扶拖拉机底盘为动力和行走装置，安装有地面仿形装置，割台可调程度高等特点。分段式甘蔗收获机械机型较小，首先由甘蔗收割机把整秆甘蔗割倒，然后由人工把甘蔗喂入剥叶机进行剥叶和去梢；仅实现甘蔗的割倒、铺放等工序，然后利用配套的剥叶机进行切梢、剥叶，甘蔗不会被切断，经人工集堆后，机械装载，再用运输车运到糖厂，适于丘陵地区小块蔗田作业。

现在国内主流的整杆式剥叶机都是采用离心滚筒式剥叶原理，离心撞击摩擦式剥叶机主要由输入辊、第1级剥叶辊第2级剥叶辊和输出辊构成。工作时，剥叶辊筒高速旋转，安装在剥叶辊筒上的剥叶元件对甘蔗进行打击挤压和摩擦，从而使蔗叶脱落。从割台形式看，主要有卧式整杆式甘蔗收割机和立式整杆式甘蔗收割机两种形式。从收割机的悬挂形式看，主要有侧挂式、腹挂式和背负式三种形式；剥叶机按剥叶元件的装夹方式又可分为固定排刷式和锤片式两种，锤片式是通过高速旋转时，片状橡胶在离心力作用下沿径向抛出，依靠摩擦和撞击对甘蔗茎秆进行梳擦，将蔗叶剥离和粉碎。甘蔗剥叶滚筒的排列形式基本是按上下对称排列。通过上下两个转向相反的滚筒，在高速旋转下带动剥叶元件对蔗茎进行摩擦和打击，达到剥离蔗叶的目的。目前基本上采用两级输送、一组剥叶元件工作的方式，这主要是考虑适应坡地和小地块，转移方便灵活，降低成本。

2.2 目前我国市场上甘蔗收获机典型的产品应用情况

2.2.1 切段式甘蔗联合收获机

柳州市汉森机械制造有限公司研制的4GQ-350型切段式甘蔗联合收割机具有独特的驾驶室内风机调速控制系统，具有可根据甘蔗品种、蔗叶量进行风机排叶匹配风量实施调节的特点，采用液压驱动行走方式，配套动力261 kW，整机重量为16 t、生产率50 t/h、宿根破头率≤15.0%、含杂率≤10.0、总损失率≤7.0。广西云马泰缘机械制造股份有限公司研制的4GQ-260型切段式联合收获机采用全液压驱动与控制，大范围可调高度的切梢器、割台及扶倒器，可转换的甘蔗切断长度，无级调速的后轮驱动；配套动力194 kW，整机重量为11 t，总损失率≤5%，破损率≤15%，含杂率≤7%，生产率20 t/h。广东科利亚现代农业装备有限公司研制的4GZ-91切段式甘蔗联合收割机，该机型适应行距为0.9～1.2 m，能在甘蔗小田块种植面积不大的情况下使用，能适应一定坡度的山地作业，用履带式无级变速行走，机械田间行走灵便，机身尾部装有集蔗袋，并且对蔗地压力小，不会出现轮式联合收割机压坏蔗头的现象。配套动力 91 kW，整机重量为7 t，总损失率≤7%，破损率≤15%，含杂率≤7%，生产率10 t/h。

2.2.2 整杆联合式甘蔗收获机

浙江三佳农机装备有限公司研制的三佳牌SJ-1400型甘蔗收获机，该机型采用先进的全液压数字控制和驱动系统，整机体形小、重量轻，转弯半径小，通过性强；地头转弯、横跨蔗垄轻便，使用灵活，操作简便，采用履带式行走方式，配套动力66.15 kW，整机重量为4.5 t，总损失率≤15%，破损率≤16%，含杂率≤4%，生产率6 t/h。浙江温岭市宏顺机械有限公司研制的4ZL-130型整杆式甘蔗联合收割机采用履带式行走方式，整机体积小，全液压驱动，作业行走采用无级变速，采用高强度的复合材料破叶去梢，物流通道采用浮动式机构保证不会堵塞；配套动力66.2 kW，整机重量为4.5 t，总损失率≤7%，破损率≤20%，含杂率≤10%，以及SG1300型整杆式甘蔗收获机。其他类似的产品有广西云马泰缘机械制造股份有限公司研制的4GZ-260型、柳州市汉森机械制造有限公司研制的HSM1000型、河南省坤达农业机械设备有限公司研制的坤达4GZD-75甘蔗收获机等。

2.2.3 整杆分段式甘蔗收获机

南宁市星连农机有限责任公司“星远牌”6BZ-0.5整杆分段式小型甘蔗剥叶机，该产品机型小，重量轻，便于移动，存放方便，剥叶干净，工作效率高，工作成本低，维护简单，方便。配套动力2.06 kW，整机重量为98 kg（不含动力），含杂率≤0.3%，生产率1.15 t/h（双人操作），未剥净率≤15%。山东禹城亚泰机械制造有限公司生产的4BC-350A型整杆分段式小型甘蔗剥叶机，采用牵引式（自走式）行走方式，配套动力7.4 kW，整机重量为400 kg，含杂率≤3%，未剥净率≤6，蔗径合格率≥97%，生产率4 t/h。除此之外，其他机型还有云南省农业机械研究所4BZS-2.0型剥叶机、广西农机研究院研制的4ZB-12型甘蔗剥叶机、南宁手扶拖拉机厂研制的6BZ-5单工位甘蔗剥叶机和6BZ-9双工位自走式甘蔗剥叶机、广西来宾市农机推广站研制的6BZ-1型甘蔗剥叶机和广西大学研制的4ZB-6A小型甘蔗剥叶机。

3 我国甘蔗收获机发展存在的问题

对于切断式甘蔗联合收获机，由于甘蔗切段后，必须在24 h内开榨，否则糖分下降，影响出糖率和蔗糖质量，而目前糖厂的经营管理模式不能保证及时开榨，并且我国蔗区丘陵小块蔗田的情况也不满足其工作条件，所以主流的切段式甘蔗联合收获机不适合我国国情。我国研制的整杆式甘蔗收获机，工作效率低、含杂率较高、机架刚性不足，破皮率高、折断率高、宿根破头率高、倒伏或弯曲收割效果差、功能不齐全、自动化程度不高等缺点。导致了机器总体性能不理想，由此增加了操作者的劳动强度，降低了工作效率，总体性能仍然有待全面提高。

总而言之，虽然国内开发了不少机型，但是适合生产实际应用的成熟、稳定机型基本上还没有，现有机型主要存在很多问题。由于剥叶元件的工况较为恶劣，剥叶元件在工作过程中会周期性地受到较强的冲击载荷、摩擦力、扭转力矩，因此容易发生磨损和折断，为此剥叶元件应具有较好的韧性、强度性能，这对剥叶材料的选择提出了较高的要求；由于主流的剥叶机构采用离心式剥叶方式，存在剥叶盲区，况且多跟喂入时容易造成剥叶机构堵塞及蔗茎折断，导致剥叶含杂率偏高；由于剥叶机构甘蔗多跟喂入会使其互相重叠交叉，堵塞物流通道，使含杂率、折断率，破皮率大大提高，并造成危险工况，所以普遍采用单根或少量喂入，最终导致剥叶效率较低。由于主流的甘蔗剥叶机都采用离心滚筒式剥叶机构，然而这种剥叶方式存在剥叶盲区、开放性差、功耗高，剥叶元件的维护、更换麻烦等缺点；由于收获机的对象甘蔗的直径是一个变量而不是一种标准件，工况复杂，涉及到到很多非线性问题，而现有的收获机械设计成固定的机构，不能达到理想的设计工作要求，最终导致整机适应性差；由于大型整杆式甘蔗收获机机型的结构复杂、体量大，导致造价昂贵，一般几十万一台，而我国单户种植面积少，并且只有每年的收获季节才能用到收获机，造成投资大，机械利用率低，维护成本高，因为价格价值的问题，最终导致推广困难。

4 我国甘蔗收获机的发展建议

切段式甘蔗联合收获机由于自身工作条件的限制适合规模化经营的农场单位使用，随着我国基础设施建设的发展，割后甘蔗24 h进糖厂也成为可能。所以，切段式甘蔗收割机将来在连片种植联合经营地区的应用成为可能。整杆式甘蔗收获机虽然存在不能收割严重倒伏甘蔗、工作效率低、功耗高等缺点，但是在甘蔗倒伏不严重，气候干燥，地块较大，而且甘蔗到糖厂所需时间较长的地区应用推广具有很大的前景。对于我国广大蔗农来说，小型轻便的收获机械是最为实用的。就目前来看，按工序分类的专用小型机械最受欢迎。所以，在研制大型的甘蔗收获机械的同时，应该侧重于研究小型的甘蔗收割机械系统，这种系统可以由一些简便的收割机，小型自走式甘蔗剥叶机和一些配套的装运装置组成。农民可以根据自己需要选择不同的机器。

基于我国的特殊国情和甘蔗收获机发展应用情况，建议重点研究的方向有，首先， 建议加强蔗叶剥离的机理更深一步的研究， 创新研究思路，更新研究方法，从不同视角、不同方位展开对甘蔗剥叶的工作机理分析，深入揭示剥叶机理，为研制小型、高效、低能、紧凑型的适合广大蔗区农户使用的甘蔗剥叶机提供理论依据；其次，建议进一步加强小型化甘蔗收割机、甘蔗剥叶机的研究，着力解决抗倒伏、含杂率、伤皮率、损失率、折断率以及整机适应性等关键技术问题，研制适合我国蔗区生产条件的、灵活机动的小型化机械收获系统，逐步实现甘蔗种、管、收全程机械化作业；再次，建议优化剥叶机械的结构参数和运动参数，提高剥叶效率和剥叶质量，并对剥叶元件布局及元件材料相关影响因素进行更深入的研究，使其能适应我国复杂地形和国情的小型甘蔗剥叶机构；最后，为了实现机械化收获甘蔗，应加强规范种植及田间管理、加强制糖企业生产管理水平、加强国家农机补贴政策扶持和加强甘蔗收获机推广租赁管理维护等。

5 结 语

我国由于蔗区特殊的地理和自然环境，特殊的蔗糖生产工艺和设备，特殊的制度和国情，随着农业产业化机械化的发展，研究开发适合我国南方丘陵地带甘蔗收获的一种小型农机显得尤为重要。甘蔗收获机械化作业能较大幅度地提高劳动生产率，减轻作业人员劳动强度，提高甘蔗收获效率，确保甘蔗收获质量，并降低了生产成本，提高蔗农收入，对促进我国蔗糖产业的发展具有极大的价值。所以，加快研发适合我国国情的小型甘蔗收获机械具有极其重要的现实意义。

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