【科技進步】我國甘蔗收獲機械化的現狀與發展
我國甘蔗生產主要依賴人畜力作業,甘蔗成本高達110~150元/噸。澳大利亞、巴西等蔗糖生產大國因機械化程度高,甘蔗的生產成本僅為70~80元/噸。與之相比,我國甘蔗生產成本要高近1倍,這使得我國制糖業缺乏國際市場競爭力。降低甘蔗成本的關鍵是采用機械化生產。甘蔗收
我國甘蔗生產主要依賴人畜力作業,甘蔗成本高達110~150元/噸。澳大利亞、巴西等蔗糖生產大國因機械化程度高,甘蔗的生產成本僅為70~80元/噸。與之相比,我國甘蔗生產成本要高近1倍,這使得我國制糖業缺乏國際市場競爭力。降低甘蔗成本的關鍵是采用機械化生產。甘蔗收獲機械化是最重要問題。
甘蔗收獲機械化是我國熱帶地區農業機械的熱點、難點問題之一。懸掛式甘蔗收獲機已列入“十一五”國家支持項目之一,不少科研單位都在進行研究或引進相關技術與設備。部分國營農場、民營企業也自投巨資進行研究開發工作。
甘蔗收獲機械的種類與機型
甘蔗生產全程機械化包括耕整地、種植、中耕施肥、植保、收獲、裝運等工序,而收獲包括切梢、切割、清理和裝運等作業工序,其工作量最多,也最為艱苦,約占生產甘蔗總作業量的55%。其中各工序的時間比例為:收割占17.0%,剝葉占59.3%,清理打捆占10.9%,裝運占12.8%。
甘蔗機械收獲按收獲方式分有分段式收獲和聯合收獲兩種,其中分段式收獲機械包括甘蔗割鋪機、甘蔗剝葉機、甘蔗裝載機等類型,多數屬于整桿式收獲機械;而甘蔗聯合收獲機包括整桿式聯合收獲機和切段式聯合收獲機兩大類型。國內外已研制的甘蔗收獲機械的機型及主要性能參數。
甘蔗割鋪機 甘蔗割鋪機多數為自走式的小型割鋪機或配套中小型輪式拖拉機,較為方便在甘蔗田間轉移作業,配套動力多數為4 kW~25 kW,一般由圓盤切割刀、帶撥指的鏈式扶蔗器和鋪放裝置等組成。作業時扶蔗器把倒伏的甘蔗植株扶起來,同時蔗根被圓盤切割刀切斷后經鋪放裝置橫向鋪放在地面上。其結構特點:一般安裝地面仿形機構,割臺高低可調。代表機型如日本久保田公司生產的NB-11K型,中國農機研究院研制的前置式甘蔗割鋪機等。
甘蔗剝葉機 多數為小型自走式剝葉機或手扶拖拉機作為配套動力式,以方便在蔗田間移動作業,適應橫向鋪放成堆的甘蔗剝葉作業。剝葉元件的使用壽命,剝葉效果是剝葉部件設計的關鍵,也是甘蔗收獲機械設計的難點。過去國內外研制的剝葉機均采用橡膠剝葉部件,由于橡膠部件易磨損,壽命短,且對于彎曲、大小不均的甘蔗植株適應性差而未能大面積應用。而近年研制的剝葉機通過采用尼龍絲狀和剝刷總成等剝葉部件,綜合性能有所提高。廣西大學研制的4ZB-6A型甘蔗剝葉機,采用上、下剝刷總成結構,其主要技術指標已達到國外同類機型的水平。
甘蔗裝載機 甘蔗裝載機主要有3種型式:一是料斗式裝載機,安裝在拖拉機上可升降的專用料斗,緊隨著甘蔗剝葉機一起前行,承接削葉機構切斷后的甘蔗段,裝滿后卸入地邊的包裝袋中。二是抓吊式裝載機,安裝有升降機構,可把成堆的甘蔗抓吊入運輸卡車。三是提升式裝載機,采用雙鏈式提升結構,多數是移動式,配置小型柴油機,可安裝在手扶拖拉機上,方便轉移,也有由電動機驅動的固定式。廣西南寧市農機化技術推廣站研制的5S-15型手扶拖拉機式甘蔗提升裝載機。
甘蔗聯合收獲機 切段式收獲時,必須在24小時內到達糖廠進行壓榨,否則會引起原料變質和含糖量損失。其工藝過程主要有分蔗、扶蔗、切梢、切蔗根、輸送蔗株、除雜、切段、輸送蔗段并篩除泥沙、風選除雜、蔗段裝車等。作業時,切梢圓盤刀切斷甘蔗梢并將其拋向已切割地面,割臺兩側的螺旋扶蔗器把甘蔗植株導入割臺。甘蔗植株被機架推向前傾斜,根部被底部的圓盤刀切斷,蔗株經提升輥和上下輸送輥送到切段裝置,被切成25~40毫米的甘蔗段先后經2個軸流風機吸除輕雜物,較重雜物在升運器的底板孔中排出機外,甘蔗段則由升運器拋送入平行行駛的裝運車中。動力配套147~245千瓦,生產效率最高可達50噸/小時。代表機型為凱斯-7000型切段式甘蔗聯合收獲機、廣西農機研究院的切段式甘蔗聯合收獲機。
整桿式收獲時,甘蔗斷口少,可儲存較長時間,且損失少,收獲和裝運可分開進行,但收獲的甘蔗由于車廂利用率低而不便于裝運,并對嚴重倒伏的甘蔗適應性較差。整桿式甘蔗聯合收獲機工藝過程一般為分蔗、扶蔗、切梢、切蔗根、剝葉、集堆等。作業時集梢桿將蔗梢引入切梢圓盤刀,切下的甘蔗梢由撥梢輪拋向已切割地面,甘蔗植株被推梢桿推向前傾斜,由雙圓盤切割刀切斷甘蔗根部,并倒伏于切割刀盤上。在切割刀盤面、喂入撥輪和提升輥的共同作用下,喂入剝葉裝置進行剝葉作業,將葉清出機外,甘蔗送入機后的裝運車內。代表機型是廣西農機研究院研制的KALTOR-80型。
甘蔗收獲機械的研究開發現狀
對甘蔗收獲機械技術,人們進行了各種嘗試。對扶蔗機構從單螺旋結構到雙螺旋結構,到最新型的前端錐形螺旋扶蔗器。除了使其具有較好的扶蔗性能外,還增加了分蔗的能力,使在地面上縱橫交錯的甘蔗扶起分開,便于機器行進、收割甘蔗。切梢采用雙圓盤刀到增加雙傳動錐輥,提高甘蔗梢的識別率,控制蔗梢長度誤差。甘蔗切割刀由單圓盤到雙圓盤刀,刀刃由光刃到鋸齒刃口,使宿根甘蔗割茬平整,以保證宿根甘蔗來年的生長。
國外甘蔗收獲機械在十九世紀80年代開始研制。最初的收獲機械并沒有剝葉機構,只是在有必要時才用附加裝置除葉和尾梢。1932年發展起來的切斷式甘蔗收割機是通過在其上部設置吹風系統以達到分離去雜的目的。20世紀50年代以后,整桿式收獲成為主要收割方式,去梢、除葉技術有了較快發展。20世紀80年代,切段式甘蔗聯合收獲機成為現代甘蔗收獲技術的主流。其工效高、功能齊全、自動化程度高和適應性強,是較為成熟和穩定的收獲機具,已在澳大利亞、美國、南美洲得到了普遍應用。迪爾、凱斯公司制造和推廣此類甘蔗收獲機,不再生產其他機型。
各國甘蔗收獲機械化的發展有所不同。澳大利亞1979年實現甘蔗收獲機械化,巴西在2005年80%的甘蔗實現了機械化收獲,古巴達到73%。泰國1996年應用切段式甘蔗聯合收獲機,2004年達到250臺。我國甘蔗收獲仍然是主要是人工砍蔗,機械裝運方式。
提高甘蔗收獲機械的適應性、通用性及可靠性。由于螺旋扶蔗的兩螺旋間距離不能改變等因素影響,對于種植行距小于1.4米和倒伏嚴重的,切段式甘蔗聯合收獲機工效低。凱斯-7000型在美國、澳大利亞等國家作業工效為0.76公頃/小時,我國試驗實際工效僅0.60公頃/小時。這是影響切段式甘蔗聯合收獲機應用最主要最直接的原因。整桿式甘蔗聯合收獲機對于彎曲和倒伏嚴重的,則存在扶蔗困難、損失率高等問題。
甘蔗收獲機械化是我國熱帶地區農業機械的熱點、難點問題之一。懸掛式甘蔗收獲機已列入“十一五”國家支持項目之一,不少科研單位都在進行研究或引進相關技術與設備。部分國營農場、民營企業也自投巨資進行研究開發工作。
甘蔗收獲機械的種類與機型
甘蔗生產全程機械化包括耕整地、種植、中耕施肥、植保、收獲、裝運等工序,而收獲包括切梢、切割、清理和裝運等作業工序,其工作量最多,也最為艱苦,約占生產甘蔗總作業量的55%。其中各工序的時間比例為:收割占17.0%,剝葉占59.3%,清理打捆占10.9%,裝運占12.8%。
甘蔗機械收獲按收獲方式分有分段式收獲和聯合收獲兩種,其中分段式收獲機械包括甘蔗割鋪機、甘蔗剝葉機、甘蔗裝載機等類型,多數屬于整桿式收獲機械;而甘蔗聯合收獲機包括整桿式聯合收獲機和切段式聯合收獲機兩大類型。國內外已研制的甘蔗收獲機械的機型及主要性能參數。
甘蔗割鋪機 甘蔗割鋪機多數為自走式的小型割鋪機或配套中小型輪式拖拉機,較為方便在甘蔗田間轉移作業,配套動力多數為4 kW~25 kW,一般由圓盤切割刀、帶撥指的鏈式扶蔗器和鋪放裝置等組成。作業時扶蔗器把倒伏的甘蔗植株扶起來,同時蔗根被圓盤切割刀切斷后經鋪放裝置橫向鋪放在地面上。其結構特點:一般安裝地面仿形機構,割臺高低可調。代表機型如日本久保田公司生產的NB-11K型,中國農機研究院研制的前置式甘蔗割鋪機等。
甘蔗剝葉機 多數為小型自走式剝葉機或手扶拖拉機作為配套動力式,以方便在蔗田間移動作業,適應橫向鋪放成堆的甘蔗剝葉作業。剝葉元件的使用壽命,剝葉效果是剝葉部件設計的關鍵,也是甘蔗收獲機械設計的難點。過去國內外研制的剝葉機均采用橡膠剝葉部件,由于橡膠部件易磨損,壽命短,且對于彎曲、大小不均的甘蔗植株適應性差而未能大面積應用。而近年研制的剝葉機通過采用尼龍絲狀和剝刷總成等剝葉部件,綜合性能有所提高。廣西大學研制的4ZB-6A型甘蔗剝葉機,采用上、下剝刷總成結構,其主要技術指標已達到國外同類機型的水平。
甘蔗裝載機 甘蔗裝載機主要有3種型式:一是料斗式裝載機,安裝在拖拉機上可升降的專用料斗,緊隨著甘蔗剝葉機一起前行,承接削葉機構切斷后的甘蔗段,裝滿后卸入地邊的包裝袋中。二是抓吊式裝載機,安裝有升降機構,可把成堆的甘蔗抓吊入運輸卡車。三是提升式裝載機,采用雙鏈式提升結構,多數是移動式,配置小型柴油機,可安裝在手扶拖拉機上,方便轉移,也有由電動機驅動的固定式。廣西南寧市農機化技術推廣站研制的5S-15型手扶拖拉機式甘蔗提升裝載機。
甘蔗聯合收獲機 切段式收獲時,必須在24小時內到達糖廠進行壓榨,否則會引起原料變質和含糖量損失。其工藝過程主要有分蔗、扶蔗、切梢、切蔗根、輸送蔗株、除雜、切段、輸送蔗段并篩除泥沙、風選除雜、蔗段裝車等。作業時,切梢圓盤刀切斷甘蔗梢并將其拋向已切割地面,割臺兩側的螺旋扶蔗器把甘蔗植株導入割臺。甘蔗植株被機架推向前傾斜,根部被底部的圓盤刀切斷,蔗株經提升輥和上下輸送輥送到切段裝置,被切成25~40毫米的甘蔗段先后經2個軸流風機吸除輕雜物,較重雜物在升運器的底板孔中排出機外,甘蔗段則由升運器拋送入平行行駛的裝運車中。動力配套147~245千瓦,生產效率最高可達50噸/小時。代表機型為凱斯-7000型切段式甘蔗聯合收獲機、廣西農機研究院的切段式甘蔗聯合收獲機。
整桿式收獲時,甘蔗斷口少,可儲存較長時間,且損失少,收獲和裝運可分開進行,但收獲的甘蔗由于車廂利用率低而不便于裝運,并對嚴重倒伏的甘蔗適應性較差。整桿式甘蔗聯合收獲機工藝過程一般為分蔗、扶蔗、切梢、切蔗根、剝葉、集堆等。作業時集梢桿將蔗梢引入切梢圓盤刀,切下的甘蔗梢由撥梢輪拋向已切割地面,甘蔗植株被推梢桿推向前傾斜,由雙圓盤切割刀切斷甘蔗根部,并倒伏于切割刀盤上。在切割刀盤面、喂入撥輪和提升輥的共同作用下,喂入剝葉裝置進行剝葉作業,將葉清出機外,甘蔗送入機后的裝運車內。代表機型是廣西農機研究院研制的KALTOR-80型。
甘蔗收獲機械的研究開發現狀
對甘蔗收獲機械技術,人們進行了各種嘗試。對扶蔗機構從單螺旋結構到雙螺旋結構,到最新型的前端錐形螺旋扶蔗器。除了使其具有較好的扶蔗性能外,還增加了分蔗的能力,使在地面上縱橫交錯的甘蔗扶起分開,便于機器行進、收割甘蔗。切梢采用雙圓盤刀到增加雙傳動錐輥,提高甘蔗梢的識別率,控制蔗梢長度誤差。甘蔗切割刀由單圓盤到雙圓盤刀,刀刃由光刃到鋸齒刃口,使宿根甘蔗割茬平整,以保證宿根甘蔗來年的生長。
國外甘蔗收獲機械在十九世紀80年代開始研制。最初的收獲機械并沒有剝葉機構,只是在有必要時才用附加裝置除葉和尾梢。1932年發展起來的切斷式甘蔗收割機是通過在其上部設置吹風系統以達到分離去雜的目的。20世紀50年代以后,整桿式收獲成為主要收割方式,去梢、除葉技術有了較快發展。20世紀80年代,切段式甘蔗聯合收獲機成為現代甘蔗收獲技術的主流。其工效高、功能齊全、自動化程度高和適應性強,是較為成熟和穩定的收獲機具,已在澳大利亞、美國、南美洲得到了普遍應用。迪爾、凱斯公司制造和推廣此類甘蔗收獲機,不再生產其他機型。
各國甘蔗收獲機械化的發展有所不同。澳大利亞1979年實現甘蔗收獲機械化,巴西在2005年80%的甘蔗實現了機械化收獲,古巴達到73%。泰國1996年應用切段式甘蔗聯合收獲機,2004年達到250臺。我國甘蔗收獲仍然是主要是人工砍蔗,機械裝運方式。
提高甘蔗收獲機械的適應性、通用性及可靠性。由于螺旋扶蔗的兩螺旋間距離不能改變等因素影響,對于種植行距小于1.4米和倒伏嚴重的,切段式甘蔗聯合收獲機工效低。凱斯-7000型在美國、澳大利亞等國家作業工效為0.76公頃/小時,我國試驗實際工效僅0.60公頃/小時。這是影響切段式甘蔗聯合收獲機應用最主要最直接的原因。整桿式甘蔗聯合收獲機對于彎曲和倒伏嚴重的,則存在扶蔗困難、損失率高等問題。