马铃薯机械化薯秧处理现状与发展

马铃薯是仅次于小麦、稻谷和玉米的全球第四大重要的粮食作物。其培育过程主要包括：播种、切块、栽种、放苗、施肥、中耕和收获等，其中马铃薯的收获过程劳动量最大。适时割秧，可以促使马铃薯的嫩皮老化变硬，减少挖掘时对表皮的损坏；防止茎叶部分的病害向薯块传播；茎叶还田，增加土壤有机质含量，提高土壤肥力。马铃薯的杀秧时间对马铃薯的成熟度与产量有直接影响。

国内外目前研制的大部分中小型马铃薯收获机在收获前不打秧，挖掘作业时薯秧和杂草易进入到振动筛上，造成拖堆堵塞，行进阻力增大，难以保证收获作业的顺利进行，影响马铃薯的挖掘。只能依靠收获前人工割秧或化学灭秧，专门的马铃薯杀秧机械普及率较低，缺少适合我国国情的联合式收获机，马铃薯机械化生产问题亟待解决。

1 马铃薯种植概况与农艺要求

1.1 马铃薯种植概况

根据联合国粮农组织（FAO）数据显示，截至到2017年全世界马铃薯种植面积为1 930.3万hm2，总产量达38 819.1万t。中国是世界马铃薯总产最多的国家，2017年我国马铃薯收获面积为576.7万hm2，总产量达9 920.6万t，单产量达17.2 t/hm2。总产量自2010年呈上升趋势，趋势平稳。

1.2 马铃薯种植农艺要求

马铃薯种植方式也随着我国农村种植结构的调整逐渐呈现出多元化发展趋势。种植方式主要有以下3种。

（1）露地与地膜覆盖。这种模式在马铃薯栽培中最常见。在马铃薯生长前期覆膜可提高表层土壤日平均温度，有利于根系早期的生长，对马铃薯的地上部和地下部生长均有明显影响。

（2）宽垄与窄垄。垄宽对于马铃薯块茎大小、产量和病虫害情况有重要影响。我国不同地区根据地形气候特点与马铃薯品种采用不同垄宽。

（3）起垄种植和平作。相对平作而言，马铃薯起垄种植更加常见。垄作的种植方式能提高土壤温度，提高马铃薯对光、温、水、肥等的利用效果，有利于马铃薯的生长。我国多数地区采用单行或双行高垄栽培。

根据马铃薯种植农艺要求，我国多采用的起垄加地膜覆盖种植方式，同时依据马铃薯秧茎特点设计通用型马铃薯薯秧处理设备，我国现有的杀秧设备也多为仿垄型设计。

2 国内外马铃薯薯秧处理机械研究现状

当前国内外已有的马铃薯杀秧机存在作业效率较低、留茬高度不均匀、薯秧易缠绕机器与带薯率高等问题。且相当一部分马铃薯由于田间管理不当等原因造成生长分布较浅，甚至裸露于垄顶表层。另外，若杀秧时间与田间收获时间间隔太短，残留茎秆与薯块之间仍存在营养供给，薯皮老化不完全，机械收获过程中易伤薯。

2.1 国外马铃薯薯秧处理机械特点与不足

国外对马铃薯全程机械化的研发起步很早，各环节研究都较成熟，已生产出不同型号、系列的机具且产品生产效率、技术水平与稳定性较高。在马铃薯杀秧机产品方面，德国Grimme公司、美国Reekie公司、荷兰APH公司和比利时AVR公司等都代表世界先进技术水平的农机企业。

如图1所示，专用马铃薯杀秧装备以GRIMME（格立莫）KS3600马铃薯杀秧机为代表。采用前后悬挂的三点悬挂支架，4条重负荷V型胶带传动，带自由轮的双侧驱动的甩刀轴，92个甩刀，2个支撑轮。作业行距为4行，85/90 cm，配套动力为55 kW（最小）拖拉机。该机型在没有使用除秧分秧网的收获机或在薯秧量极大时，在收获前杀秧有较好的收获效果。不足是所需配套拖拉机动力较大，价格昂贵，小型农用拖拉机难以牵引作业，难以满足我国国情需求。

图1 GRIMME KS3600 马铃薯杀秧机

马铃薯联合收获机以比利时AVR-PUMA3自走式马铃薯四行收获机为代表。作业行距为4行，75/90 cm，储存仓容量为8 t，采用IVECO-6发动机。此机型收获效率高，机器操纵灵活，自然环境适应力较强，目前同类机型中全球销量第一。

国外关于马铃薯杀秧机与联合收获机的各类产品很多，但是其主要适用于大块地作业，我国薯类种植区除北方一作区外多为中小地块，国外成熟大型杀秧机难以适应我国的种植区域特点，适应性较差；价格昂贵，难以被普通种植户接受；另外，零配件供应渠道也不畅通，维修与保养问题突出。因此，亟需开发研制适合我国国情的马铃薯杀秧机。

2.2 国内马铃薯薯秧处理研究进展

我国的薯秧处理从传统的人工割秧、木磙压秧到机械粉碎杀秧；杀秧技术从刀片式还田杀秧、锤爪式还田杀秧到如今的仿垄形机械杀秧技术，在短短几年间有了飞跃进步。虽存在问题较多，但已填补了我国杀秧机及杀秧技术的空白。

当前我国设计的杀秧机整机由悬挂架、机架总成、护罩、传动系统和刀辊系统等组成。其中，刀辊系统由无缝钢管及短轴、立式甩刀和刀座等组成。刀辊系统中甩刀的刀片形状与排列方式对杀秧效果有重要影响，因此现有研究中的马铃薯杀秧机主要对甩刀结构形状与刀辊排列进行设计优化。

2.2.1 甩刀结构研究现状

（1）仿垄专用刀片式。仿垄专用刀片式是目前国内的主要杀秧形式，可实现垄台垄沟全方位杀秧。此杀秧机主要采用多种不同形状的专用刀片，通过适应垄宽垄幅来排列组合实现仿垄形杀秧。垄顶短刀、垄侧刀、垄沟长条折弯刀、垄沟长条刀和垄沟短条刀等根据工作面设计成不同弧度与斜度，充分适应杀秧刀在不同位置与薯秧的接触。杀秧机刀片总装效果如图2所示。

图2 杀秧机刀片总装效果图

（2）仿垄形长短刀片式。仿垄专用刀片式虽得到广泛应用但也存在一些问题，一是由多种刀片组合而成，难以保证整机动平衡，刀辊加工难，要求较高；二是低速运转时薯秧粉碎效果不理想，影响收获效率。因此现有公司着手研究仿垄形长短刀片式结构，代表机型有黑龙江德沃4MFS-4马铃薯专用杀秧机（图3），4种长短杀秧刀按照不同行距的马铃薯垄形进行分布和排列，实现仿垄仿形。该机器动力适应范围较大，作业效率高，地区适应性较强。不足是对垄距要求较高，配套动力较高。

图3 黑龙江德沃 4MFS 系列马铃薯专用杀秧机

（3）定刀片与动刀片组合结构。改变了传统杀秧机单纯依靠甩刀杀秧的工作模式，在杀秧机腔体内增设了与甩刀配合作业的仿垄形定刀。动定刀的组合结构增加了对秧秆的粉碎能力。动刀片为仿垄形组合，有效提高了碎秧效果，定刀片一端固定于杀秧机腔体，一端为定刀端切割

进入杀秧机腔体内的秧秆。田间生产试验检测表明，打碎长度合格率为90.4%，抛撒不均匀率为11.2%，漏打率为0.4%，符合相关标准要求。

2.2.2 甩刀刀片排列方式研究现状

刀辊上甩刀刀片的排列方式直接影响参与杀秧的刀片数量，决定了杀秧机的杀秧效果。目前马铃薯杀秧机刀片的排列方式有单螺线排列、双螺线排列、对称排列和交错平衡排列等。选择排列方式时必须考虑保持刀辊的平衡，特别是刀片在转动过程中的平衡性。不能保持平衡性会在轴上产生严重振动负荷，长期累积将会造成刀辊轴的断裂。

当前我国马铃薯杀秧机械主要采用双螺线排列结构，代表机型有中机美诺1804型马铃薯杀秧机。甩刀按双螺旋线排列在刀辊轴上，保证刀辊受力均匀；作业效率高，茎秆粉碎效果好。据田间试验测得，该机械切碎长度合格率为92%，割茬平均高度75 mm，可靠性有效度95%，满足我国标准要求。

单、双螺线排列虽应用广泛，但在杀秧过程中需注意马铃薯薯秧侧向移动现象，保持机具平衡。

2.2.3 存在的不足

国内目前小型杀秧机品种较少，多依据秸秆还田机或甘薯碎蔓机改装而成，技术尚未成熟且普及率较低。通过分析，目前我国杀秧机主要机型虽可实现马铃薯机械化薯秧处理，但借助拖拉机带动仍存在机械配套动力不足、收获成本较高和农机功能较单一等弊端。与以俄罗斯为代表的大功率自走式联合收获机或以德国、挪威为代表的中型拖拉机配套的牵引式马铃薯收获机相比，还存在进步空间。

3 马铃薯机械化薯秧处理发展方向

（1）提高马铃薯薯秧处理机械的适应性与专用性。根据不同地区种植模式与土壤特点设计专用机械，提高设备使用性能与利用率。同时，加强收获其他薯类等作物的适应性研究。

（2）实现马铃薯联合收获作业。积极发展牵引式、自走式等马铃薯联合收获机，一次性完成薯秧处理、挖掘铲土、土薯分离、果实输送和升运装车等工序，提高劳动生产率。

（3）实现自动控制。根据垄形、行距、薯秧类型、地形、土壤条件和杀秧收获间隔时间，实现自动调整刀片排列和分布、整机离地高度、刀轴转速与旋转方向。

（4）实现智能监控。采用刀片刀轴自动停机保护，刀片磨损自动报警等，提高操作安全性与设备使用寿命。

4 结语

随着“十三五”农业科技发展规划的实行，马铃薯种植与收获重点着眼于农业机械化技术开发、优化配置与技术创新。马铃薯机械化薯秧处理的研发工作对于实现马铃薯产业轻简化生产技术产生巨大的推动作用，对马铃薯生产节本增效、提高总产量与生产率，满足我国马铃薯食用与加工需求具有广阔的市场前景与深远意义。

（文章来源：《农业机械》11期

作者：宋 佳 吕钊钦 穆桂脂 张广玲 辛青青）