甘蔗剝?nèi)~機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

甘蔗剝?nèi)~機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

0甘蔗生產(chǎn)機(jī)械化的現(xiàn)狀中國是世界上最大的糖產(chǎn)區(qū)。甘蔗是農(nóng)業(yè)部《優(yōu)勢農(nóng)業(yè)區(qū)域布局規(guī)劃》（2003-2007）的優(yōu)勢農(nóng)業(yè)之一，主要分布在廣西、廣東、福建和云南等省。近年來,我國蔗糖業(yè)得到了飛速發(fā)展,如在廣西甘蔗優(yōu)勢產(chǎn)區(qū),2005~2006年的榨季,廣西入榨甘蔗達(dá)4332萬t,產(chǎn)糖量占全國總產(chǎn)量的61%。蔗糖收入約占廣西56個縣(占全廣西縣、市總數(shù)的65.12%)財政收入的20%~70%。蔗糖業(yè)已成為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱和農(nóng)民脫貧致富的主要經(jīng)濟(jì)來源。在我國的甘蔗生產(chǎn)中,除耕整地和運(yùn)輸作業(yè)實現(xiàn)機(jī)械化外,播種、中耕除草、施肥培土和收獲等生產(chǎn)環(huán)節(jié)仍主要依靠人力與畜力作業(yè),處于較低水平的發(fā)展?fàn)顟B(tài)。落后的生產(chǎn)技術(shù)是造成甘蔗單產(chǎn)低、生產(chǎn)成本高、勞動強(qiáng)度大和生產(chǎn)效率低的主要原因。據(jù)統(tǒng)計,甘蔗的生產(chǎn)成本約占蔗糖成本的60%~70%。而收獲是甘蔗生產(chǎn)過程中勞動強(qiáng)度最大、耗時最長的作業(yè)環(huán)節(jié),其作業(yè)量占到甘蔗種植總作業(yè)量的55%。人工收獲作業(yè)各道工序時間比例:收割為17.2%,剝?nèi)~為59.3%,清理打捆為10.9%,運(yùn)輸為12.8%。由此可見,剝?nèi)~所占用的時間最長、影響最大,是甘蔗收獲機(jī)械化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前,適應(yīng)我國國情的甘蔗機(jī)械收獲技術(shù)可分為整稈聯(lián)合式收獲和分段式收獲兩種。其中,聯(lián)合式是收割和剝?nèi)~一起連續(xù)完成;分段式則是先進(jìn)行整稈收割,然后用剝?nèi)~機(jī)進(jìn)行剝?nèi)~和去梢。雖然目前國內(nèi)研制了整稈式與切斷式聯(lián)合收割機(jī)、分段式收獲的整稈割鋪機(jī)和剝?nèi)~機(jī),但生產(chǎn)的聯(lián)合式收割機(jī)均屬大型機(jī)械,不適合我國絕大多數(shù)蔗區(qū)尤其是復(fù)雜地形和小地塊地區(qū)使用。分段式等小型收獲機(jī)械還不成熟,市場接受程度很低,仍處在研發(fā)試驗階段。因此,收獲機(jī)械在蔗區(qū)的應(yīng)用基本還是空白,甘蔗收獲基本上還是人力勞作,勞動強(qiáng)度大,效率低,生產(chǎn)成本高,所以實現(xiàn)甘蔗收獲機(jī)械化已成為甘蔗生產(chǎn)機(jī)械化的關(guān)鍵。為此,闡述了我國甘蔗剝?nèi)~機(jī)械的現(xiàn)狀、發(fā)展與思考。1甘蔗收獲機(jī)械技術(shù)的國內(nèi)外開發(fā)1.1現(xiàn)代切段式收獲技術(shù)國外甘蔗收獲機(jī)械在19世紀(jì)80年代就已開始研制,最初的收獲機(jī)械并沒有剝?nèi)~機(jī)構(gòu),只是在有必要時才用附加裝置去除葉子和梢部;1932年發(fā)展起來的切斷式甘蔗收割機(jī)是通過在其上部設(shè)置吹風(fēng)系統(tǒng)以達(dá)到分離去雜的目的;20世紀(jì)50年代以后,整稈式收獲成為主要收割方式,去梢和除葉技術(shù)才有了較快的發(fā)展;但到了20世紀(jì)80~90年代,成熟的切段式收獲方式成為現(xiàn)代甘蔗收獲技術(shù)的主流,其蔗葉通過焚燒和大功率的吹風(fēng)系統(tǒng)來去除,使用這一技術(shù)的大型收割機(jī)在澳大利亞、美國和南美洲得到了普遍應(yīng)用?，F(xiàn)代主流的切斷式甘蔗收獲技術(shù)并不適應(yīng)亞洲的甘蔗生產(chǎn)作業(yè),主要原因是亞洲國家地形復(fù)雜、田塊小、種植規(guī)模小,造成效率低下,以致機(jī)械收獲成本高于人工收獲。20世紀(jì)70年代,日本開始研制甘蔗剝?nèi)~機(jī),其代表機(jī)型是日本京都大學(xué)和鹿兒島大學(xué)研制的鋼絲繩式甘蔗脫葉機(jī)。該機(jī)采用轉(zhuǎn)速為800r/min的脫葉滾筒帶動鋼絲繩打擊沖刷蔗莖去除蔗葉,含雜率為2%~4%。印度旁遮普農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的甘蔗剝?nèi)~機(jī)采用滾筒抓取式方法來剝?nèi)~,含雜率為0.87%~6.4%。20世紀(jì)90年代,泰國根據(jù)本國地塊小與地形復(fù)雜的特點研制的小型收割機(jī)也暴露出許多問題,最突出的就是剝?nèi)~和去梢等收割后續(xù)處理問題沒有得到較好的解決。1.2甘蔗剝?nèi)~機(jī)我國于20世紀(jì)60年代開始研制和使用甘蔗收獲機(jī)械。1961年,廣東研制成功第一臺甘蔗剝?nèi)~機(jī),工作原理是采用排列滾筒四周的膠棒機(jī)械指,在蔗莖三側(cè)沖擊和摩擦,使蔗葉和葉鞘脫落;主要結(jié)構(gòu)分為5部分,即以2.2~3.3kW汽油機(jī)為動力的傳動系統(tǒng)、滾筒、排列在滾筒上的剝?nèi)~棒手指、出入口裝置以及機(jī)架;生產(chǎn)率約為2.5t/臺·h。20世紀(jì)70年代以后,研制的重點是以手扶拖拉機(jī)為配套動力的甘蔗剝?nèi)~機(jī)。典型代表為湛農(nóng)-4型甘蔗剝?nèi)~機(jī),其與工農(nóng)-10型手扶拖拉機(jī)配套使用,工作原理是利用滾筒上的膠指在高速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生離心摩擦力打擊蔗莖而將蔗葉剝除。其主要由前喂入臺、方向盤、后喂入輥、后輸出集蔗臺、剝?nèi)~滾筒、尾輪、前喂入輥等組成,生產(chǎn)率約為2t/臺·h,含雜率為5%。其它機(jī)型有工農(nóng)-12型和5BZ-10型,都是采用橡膠剝?nèi)~元件,未能應(yīng)用推廣的原因是由于橡膠元件容易磨損、壽命短。20世紀(jì)80年代以后,我國加大了對甘蔗收獲機(jī)械的研制力度。1998~1999年,廣西農(nóng)機(jī)研究所和廣西大學(xué)分別研制成功兩種采用尼龍絲作剝?nèi)~元件的剝?nèi)~機(jī),主要指標(biāo)達(dá)到日本同類機(jī)型的水平,但由于含雜率過高,蔗農(nóng)無法接受而得不到應(yīng)用。雖然華南農(nóng)業(yè)大學(xué)、廣西大學(xué)、廣西農(nóng)業(yè)機(jī)械研究院、湛江農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所等有關(guān)高等院校和科研機(jī)構(gòu)近年也進(jìn)行了相關(guān)的研究,甘蔗剝?nèi)~機(jī)械的研究也取得了一定的進(jìn)展,但含雜率高和剝?nèi)~元件壽命短兩大關(guān)鍵問題仍沒得到根本解決,致使甘蔗剝?nèi)~機(jī)仍未能大量推廣使用。2甘蔗收獲機(jī)類型及工作形式2.1甘蔗收獲機(jī)類型目前,甘蔗剝?nèi)~機(jī)可分為動力自走式和手推車式兩種,前者以手扶拖拉機(jī)為配套動力,后者以自配柴油機(jī)為動力。2.1.1型景觀設(shè)計該機(jī)由廣西大學(xué)研制,采用多層組合排刷式剝?nèi)~輥,整機(jī)質(zhì)量為160kg,剝?nèi)~含雜率為0.4%,生產(chǎn)率為2.3t/h,傷皮率為2.2%,油耗為0.43L/t,適用于坡地、丘陵和小塊蔗地作業(yè)。2.1.2動力液壓系統(tǒng)該機(jī)由南寧手扶拖拉機(jī)廠研制生產(chǎn),采用手推車式結(jié)構(gòu),配套動力為170柴油機(jī),由柴油機(jī)、三角皮帶傳動機(jī)構(gòu)、機(jī)架和輪軸等組成。其生產(chǎn)率為1t/h,含雜率≤3%,結(jié)構(gòu)質(zhì)量為125kg,移動方便靈活,適合田塊小、坡度較大的蔗田使用。2.1.3葉機(jī)、起重機(jī)和動力傳動機(jī)構(gòu)該機(jī)由南寧手扶拖拉機(jī)廠研制生產(chǎn)。自走式結(jié)構(gòu),由GN91座耕式手扶拖拉機(jī)、兩組剝?nèi)~機(jī)、機(jī)架和動力傳動機(jī)構(gòu)等組成,動力儲備充足,行走部分有動力驅(qū)動,可方便地實現(xiàn)前進(jìn)、后退和長距離轉(zhuǎn)移。配套動力為195柴油機(jī),適應(yīng)壟高≤135mm,適應(yīng)坡高≤15%,含雜率≤3%,損失率≤3%,生產(chǎn)率為2t/h,結(jié)構(gòu)質(zhì)量為518kg。2.1.4剝?nèi)~作業(yè)的化學(xué)防治該機(jī)由廣西農(nóng)機(jī)研究院研制,以手扶拖拉機(jī)為動力,用于對甘蔗割鋪機(jī)或手工砍下的甘蔗進(jìn)行剝?nèi)~作業(yè)。主要技術(shù)指標(biāo):生產(chǎn)率為2t/h(3人操作),含雜率<1.5%,損傷率<5%,配套動力為8.8kW,質(zhì)量約為580kg(含手扶拖拉機(jī))。2.1.5傳動機(jī)構(gòu)接收劑聚葉卷葉卷該機(jī)由廣西來賓市農(nóng)機(jī)推廣站研制,采用手推車式結(jié)構(gòu),由柴油機(jī)、傳動機(jī)構(gòu)、剝?nèi)~滾筒、機(jī)架和輪軸等組成。甘蔗含雜率≤2%,折斷率≤2%,配套動力為2.94~3.67kW,生產(chǎn)率為2t/h。2.2多層排刷式甘蔗剝?nèi)~機(jī)目前,市場上機(jī)型的剝?nèi)~原理基本上都是采用離心式滾筒剝?nèi)~,利用高速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生離心摩擦力打擊甘蔗莖稈而將蔗葉剝除。按剝?nèi)~元件的裝夾方式可分為固定排刷式和錘片式兩種,多層排刷組合式的代表為廣西大學(xué)研制的4ZB-6A型甘蔗剝?nèi)~機(jī)。廣西來賓市農(nóng)機(jī)推廣站研制的6BZ-1型甘蔗剝?nèi)~機(jī)屬于錘片式結(jié)構(gòu)。錘片式結(jié)構(gòu)的原理是:高速旋轉(zhuǎn)時,片狀橡膠在離心力作用下沿徑向拋出,依靠摩擦力和摔擊力對甘蔗莖稈進(jìn)行梳擦,將蔗葉剝離和粉碎。2.3帶動剝?nèi)~元件工作甘蔗剝?nèi)~滾筒的排列形式基本是按上下各一個呈對稱排列。通過上下兩個各自轉(zhuǎn)向相反的滾筒在高速旋轉(zhuǎn)下帶動剝?nèi)~元件對蔗莖進(jìn)行摩擦和打擊,達(dá)到剝離蔗葉的目的。目前,基本上采用兩級輸送、一組剝?nèi)~元件工作的方式。這主要是考慮適應(yīng)坡地和小地塊、轉(zhuǎn)移方便靈活、降低成本。采用兩組以上剝?nèi)~元件工作的有4ZB-6A小型甘蔗剝?nèi)~機(jī)和6BZ-1型甘蔗剝?nèi)~機(jī)。3主要問題3.1降雨后韌性由于我國南方在甘蔗收獲季節(jié)時都是陰雨連綿,葉子在雨淋后韌性增加,不容易剝離和粉碎,不但使剝?nèi)~困難,而且容易造成蔗葉纏繞滾筒,使剝?nèi)~無法進(jìn)行。這是目前剝?nèi)~機(jī)械尚未得到廣泛認(rèn)可和推廣使用的主要原因之一。3.2葉片含雜量高機(jī)械剝?nèi)~的含雜率與人工相比仍偏高,糖廠對此有抱怨,蔗農(nóng)不愿意使用。3.3裝夾中的蔗莖常用的剝?nèi)~元件材料有鋼絲繩、鋼刷、膠指、尼龍絲和環(huán)鏈等。由于鋼刷和鋼絲繩不易裝夾,而且容易產(chǎn)生疲勞斷裂,對蔗莖有所損傷;環(huán)鏈雖然壽命較長,但對蔗莖損傷嚴(yán)重,剝?nèi)~后要盡快進(jìn)行壓榨處理,市場接受程度低。所以,目前基本上是采用膠指和尼龍絲作剝?nèi)~元件,但這兩種材料的使用壽命較短,影響了剝?nèi)~機(jī)的推廣使用。4甘蔗的分段式收獲目前,甘蔗聯(lián)合收割機(jī)技術(shù)已經(jīng)越來越成熟,但就我國甘蔗的種植情況而言,只有20%~30%的土地屬于連片種植適應(yīng)大中型聯(lián)合收割機(jī)作業(yè),因此甘蔗的分段式收獲仍然是必需的,而且這種狀況在今后相當(dāng)長一段時間內(nèi)不會改變。因此,研究適合我國國情的甘蔗剝?nèi)~機(jī)并進(jìn)行推廣使用很有必要。4.1葉機(jī)正常使用的條件我國南方甘蔗收獲季節(jié)陰雨連綿,甘蔗剝?nèi)~機(jī)不能在雨后正常使用。這是目前該技術(shù)的一大致命弱點,因此研制全天候作業(yè)的甘蔗剝?nèi)~機(jī)應(yīng)作為今后研究的主要方向。4.2潤滑的裝夾方式為甘蔗有關(guān)文獻(xiàn)資料表明,影響剝?nèi)~質(zhì)量和動力消耗的主要因素如下:一是剝?nèi)~元件對蔗莖的打擊力、摩擦