我國甘蔗收獲機(jī)械化開發(fā)現(xiàn)狀與發(fā)展建議

　我國甘蔗生產(chǎn)主要依賴人畜力作業(yè)，甘蔗成本高達(dá)110～150元/噸。澳大利亞、巴西等蔗糖生產(chǎn)大國因機(jī)械化程度高，甘蔗的生產(chǎn)成本僅為70～80元/噸。與之相比，我國甘蔗生產(chǎn)成本要高近1倍，這使得我國制糖業(yè)缺乏市場競爭力。降低甘蔗成本的關(guān)鍵是采用機(jī)械化生產(chǎn)。甘蔗收獲機(jī)械化是zui重要問題。

　　甘蔗收獲機(jī)械化是我國熱帶地區(qū)農(nóng)業(yè)機(jī)械的熱點(diǎn)、難點(diǎn)問題之一。懸掛式甘蔗收獲機(jī)已列入“十一五”國家支持項(xiàng)目之一，不少科研單位都在進(jìn)行研究或引進(jìn)相關(guān)技術(shù)與設(shè)備。部分國營農(nóng)場、民營企業(yè)也自投巨資進(jìn)行研究開發(fā)工作。

　　甘蔗收獲機(jī)械的種類與機(jī)型

　　甘蔗生產(chǎn)全程機(jī)械化包括耕整地、種植、中耕施肥、植保、收獲、裝運(yùn)等工序，而收獲包括切梢、切割、清理和裝運(yùn)等作業(yè)工序，其工作量zui多，也zui為艱苦，約占生產(chǎn)甘蔗總作業(yè)量的55%。其中各工序的時間比例為：收割占17.0%，剝?nèi)~占59.3%，清理打捆占10.9%，裝運(yùn)占12.8%。

　　甘蔗機(jī)械收獲按收獲方式分有分段式收獲和聯(lián)合收獲兩種，其中分段式收獲機(jī)械包括甘蔗割鋪機(jī)、甘蔗剝?nèi)~機(jī)、甘蔗裝載機(jī)等類型，多數(shù)屬于整桿式收獲機(jī)械；而甘蔗聯(lián)合收獲機(jī)包括整桿式聯(lián)合收獲機(jī)和切段式聯(lián)合收獲機(jī)兩大類型。國內(nèi)外已研制的甘蔗收獲機(jī)械的機(jī)型及主要性能參數(shù)。

　　甘蔗割鋪機(jī)甘蔗割鋪機(jī)多數(shù)為自走式的小型割鋪機(jī)或配套中小型輪式拖拉機(jī)，較為方便在甘蔗田間轉(zhuǎn)移作業(yè)，配套動力多數(shù)為4 kW～25 kW，一般由圓盤切割刀、帶撥指的鏈?zhǔn)椒稣崞骱弯伔叛b置等組成。作業(yè)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(jīng)鋪放裝置橫向鋪放在地面上。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：一般安裝地面仿形機(jī)構(gòu)，割臺高低可調(diào)。代表機(jī)型如日本久保田公司生產(chǎn)的NB-11K型，中國農(nóng)機(jī)研究院研制的前置式甘蔗割鋪機(jī)等。

　　甘蔗剝?nèi)~機(jī)多數(shù)為小型自走式剝?nèi)~機(jī)或手扶拖拉機(jī)作為配套動力式，以方便在蔗田間移動作業(yè)，適應(yīng)橫向鋪放成堆的甘蔗剝?nèi)~作業(yè)。剝?nèi)~元件的使用壽命，剝?nèi)~效果是剝?nèi)~部件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，也是甘蔗收獲機(jī)械設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。過去國內(nèi)外研制的剝?nèi)~機(jī)均采用橡膠剝?nèi)~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(yīng)性差而未能大面積應(yīng)用。而近年研制的剝?nèi)~機(jī)通過采用尼龍絲狀和剝刷總成等剝?nèi)~部件，綜合性能有所提高。廣西大學(xué)研制的4ZB-6A型甘蔗剝?nèi)~機(jī)，采用上、下剝刷總成結(jié)構(gòu)，其主要技術(shù)指標(biāo)已達(dá)到國外同類機(jī)型的水平。

　　甘蔗裝載機(jī)甘蔗裝載機(jī)主要有3種型式：一是料斗式裝載機(jī)，安裝在拖拉機(jī)上可升降的料斗，緊隨著甘蔗剝?nèi)~機(jī)一起前行，承接削葉機(jī)構(gòu)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(jī)，安裝有升降機(jī)構(gòu)，可把成堆的甘蔗抓吊入運(yùn)輸卡車。三是提升式裝載機(jī)，采用雙鏈?zhǔn)教嵘Y(jié)構(gòu)，多數(shù)是移動式，配置小型柴油機(jī)，可安裝在手扶拖拉機(jī)上，方便轉(zhuǎn)移，也有由電動機(jī)驅(qū)動的固定式。廣西南寧市農(nóng)機(jī)化技術(shù)推廣站研制的5S-15型手扶拖拉機(jī)式甘蔗提升裝載機(jī)。

　　甘蔗聯(lián)合收獲機(jī)切段式收獲時，必須在24小時內(nèi)到達(dá)糖廠進(jìn)行壓榨，否則會引起原料變質(zhì)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(fēng)選除雜、蔗段裝車等。作業(yè)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(cè)的螺旋扶蔗器把甘蔗植株導(dǎo)入割臺。甘蔗植株被機(jī)架推向前傾斜，根部被底部的圓盤刀切斷，蔗株經(jīng)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(jīng)2個軸流風(fēng)機(jī)吸除輕雜物，較重雜物在升運(yùn)器的底板孔中排出機(jī)外，甘蔗段則由升運(yùn)器拋送入平行行駛的裝運(yùn)車中。動力配套147～245千瓦，生產(chǎn)效率zui高可達(dá)50噸/小時。代表機(jī)型為凱斯-7000型切段式甘蔗聯(lián)合收獲機(jī)、廣西農(nóng)機(jī)研究院的切段式甘蔗聯(lián)合收獲機(jī)。

　　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(yùn)可分開進(jìn)行，但收獲的甘蔗由于車廂利用率低而不便于裝運(yùn)，并對嚴(yán)重倒伏的甘蔗適應(yīng)性較差。整桿式甘蔗聯(lián)合收獲機(jī)工藝過程一般為分蔗、扶蔗、切梢、切蔗根、剝?nèi)~、集堆等。作業(yè)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?nèi)~裝置進(jìn)行剝?nèi)~作業(yè)，將葉清出機(jī)外，甘蔗送入機(jī)后的裝運(yùn)車內(nèi)。代表機(jī)型是廣西農(nóng)機(jī)研究院研制的KALTOR-80型。

　　甘蔗收獲機(jī)械的研究開發(fā)現(xiàn)狀

　　對甘蔗收獲機(jī)械技術(shù)，人們進(jìn)行了各種嘗試。對扶蔗機(jī)構(gòu)從單螺旋結(jié)構(gòu)到雙螺旋結(jié)構(gòu)，到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(jī)器行進(jìn)、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(jī)械在十九世紀(jì)80年代開始研制。zui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除葉和尾梢。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，整桿式收獲成為主要收割方式，去梢、除葉技術(shù)有了較快發(fā)展。20世紀(jì)80年代，切段式甘蔗聯(lián)合收獲機(jī)成為現(xiàn)代甘蔗收獲技術(shù)的主流。其工效高、功能齊全、自動化程度高和適應(yīng)性強(qiáng)，是較為成熟和穩(wěn)定的收獲機(jī)具，已在澳大利亞、美國、南美洲得到了普遍應(yīng)用。迪爾、凱斯公司制造和推廣此類甘蔗收獲機(jī)，不再生產(chǎn)其他機(jī)型。

　　各國甘蔗收獲機(jī)械化的發(fā)展有所不同。澳大利亞1979年實(shí)現(xiàn)甘蔗收獲機(jī)械化，巴西在2005年80%的甘蔗實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化收獲，古巴達(dá)到73%。泰國1996年應(yīng)用切段式甘蔗聯(lián)合收獲機(jī)，2004年達(dá)到250臺。我國甘蔗收獲仍然是主要是人工砍蔗，機(jī)械裝運(yùn)方式。

　　提高甘蔗收獲機(jī)械的適應(yīng)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(yán)重的，切段式甘蔗聯(lián)合收獲機(jī)工效低。凱斯-7000型在美國、澳大利亞等國家作業(yè)工效為0.76公頃/小時，我國試驗(yàn)實(shí)際工效僅0.60公頃/小時。這是影響切段式甘蔗聯(lián)合收獲機(jī)應(yīng)用zui主要zui直接的原因。整桿式甘蔗聯(lián)合收獲機(jī)對于彎曲和倒伏嚴(yán)重的，則存在扶蔗困難、損失率高等問題。

　　全面提高切割質(zhì)量和改善收獲性能。甘蔗收獲切割質(zhì)量差主要表現(xiàn)在是甘蔗破頭率高和切割損失率大。由于割臺仿形性差，使甘蔗破頭率在濕土條件作業(yè)高達(dá)20%，降低了來年甘蔗發(fā)芽率，影響來年產(chǎn)量。切梢裝置調(diào)整不便，對高低不齊的甘蔗難于控制合理的切梢長度，使切割損失率大，尤其是對于倒伏嚴(yán)重的甘蔗，損失率高達(dá)7%。

　　降低動力消耗，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析研究。大型甘蔗聯(lián)合收獲機(jī)配置動力較大，zui大為245千瓦，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力相對落后時期推廣有相當(dāng)困難。尤其是對于地形復(fù)雜、田塊小，種植規(guī)模小的，收獲效率低下，以致機(jī)械收獲成本高于人工收獲。如何降低動力消耗和作業(yè)成本需深入研究。

　　向智能化數(shù)字化收獲機(jī)械方向全面發(fā)展澳大利亞甘蔗收獲系統(tǒng)通過GPS進(jìn)行科學(xué)調(diào)度，可保證原料在16小時內(nèi)加工完畢，糖廠內(nèi)沒有一根多余甘蔗積存，確保收割和運(yùn)輸有序，取得較大進(jìn)展，值得進(jìn)一步深入研究和推廣應(yīng)用。

　　發(fā)展我國甘蔗收獲機(jī)械的建議

　　甘蔗作為我國熱帶、亞熱帶地區(qū)zui大宗作物，尤其是當(dāng)前經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整，甘蔗種植南移，主要集中在廣東省粵西地區(qū)、廣西西南部、云南省南部和海南省等優(yōu)勢地區(qū)。然而，隨著城市化進(jìn)程的加快和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)人口逐年減少，農(nóng)業(yè)勞動力越來越緊缺，致使收獲甘蔗的費(fèi)用逐年上升。因此應(yīng)積極推進(jìn)甘蔗收獲機(jī)械化進(jìn)程。實(shí)現(xiàn)甘蔗收獲機(jī)械化是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，農(nóng)業(yè)、機(jī)械、加工這3個子系統(tǒng)必須協(xié)調(diào)和相互適應(yīng)。

　　加強(qiáng)農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝的相結(jié)合研究，推行寬行種植。我國甘蔗種植行距多數(shù)為0.4～1.2米，與收獲機(jī)械輪距不吻合，致使機(jī)具不能下地作業(yè)，即使能下地作業(yè)，也造成損失率大及不方便操作。因此必須改革目前的種植工藝，推行適當(dāng)?shù)膶捫谢驅(qū)捳蟹N植。

　　進(jìn)行蔗田的綜合整治與規(guī)劃，推行規(guī)模化種植。良好的蔗田環(huán)境條件是推廣應(yīng)用甘蔗收獲機(jī)械化的前提和基礎(chǔ)。我國目前種植戶經(jīng)營面積小而分散，有的一片甘蔗地由幾戶種植，種植時間、規(guī)格也不一致，很不利于機(jī)械收獲作業(yè)。應(yīng)該使蔗田盡可能面積大而平整，并搞好蔗田機(jī)耕道建設(shè)，推行適度規(guī)模化、集約化。

　　引進(jìn)國外關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備，進(jìn)行適應(yīng)性示范試驗(yàn)。國外不少國家甘蔗收獲機(jī)械技術(shù)較為成熟，并向大型、方向發(fā)展。我國蔗區(qū)因自然條件、人員及管理水平的限制，若全部依賴引進(jìn)國外甘蔗收獲機(jī)械，顯然投資大，不切合實(shí)際。有選擇地引進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)與裝備，進(jìn)行示范試驗(yàn)，做好技術(shù)消化吸收，可大大加快我國甘蔗收獲機(jī)械化的發(fā)展。

　　實(shí)行階段性推進(jìn)，先小后大，先易后難，逐步提高。實(shí)行以分段式中、小型和聯(lián)合收獲機(jī)并舉，逐漸過渡到以切段式甘蔗聯(lián)合收獲機(jī)為主體。目前，國外應(yīng)用多數(shù)是切段式甘蔗聯(lián)合收獲機(jī)。其優(yōu)點(diǎn)是無論植株彎曲或倒伏，均能較好地完成收獲作業(yè)。我國目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力相對落后，蔗農(nóng)收入普遍較低，以分段式中、小型作業(yè)和甘蔗聯(lián)合收獲機(jī)并舉的模式仍將會持續(xù)一段時間。甘蔗收獲機(jī)械化未來將會以率、適應(yīng)性強(qiáng)的切段式甘蔗聯(lián)合收獲機(jī)為主體，整桿式中、小型分段式收獲機(jī)為輔。目前，甘蔗收獲機(jī)械化技術(shù)攻關(guān)重點(diǎn)是：改進(jìn)與中型輪式拖拉機(jī)配套的整稈收獲機(jī)結(jié)構(gòu)，開發(fā)由割鋪機(jī)、剝?nèi)~機(jī)、小型提升裝載機(jī)等組成的小型甘蔗收獲機(jī)體系，發(fā)展大中型切段甘蔗聯(lián)合收獲機(jī)，重點(diǎn)是開發(fā)研究收獲倒伏甘蔗的機(jī)械化技術(shù)。

　　改造制糖前處理技術(shù)與設(shè)備，推行計(jì)劃收獲。制糖企業(yè)現(xiàn)有制糖前處理設(shè)備均采用平帶輸送，只適應(yīng)整條甘蔗的輸送和喂入。必須改造原料輸送系統(tǒng)，并增加水洗除雜設(shè)備等，以適應(yīng)切段式甘蔗收獲的需要。目前，甘蔗到達(dá)糖廠后幾天甚至幾十天才進(jìn)行壓榨。若切段式收獲，則會造成甘蔗原料變質(zhì)和含糖量損失。所以，糖廠多適宜采用整桿收獲，且要求甘蔗含雜率要求過高，僅為0.8%。國外各類甘蔗收獲機(jī)械，其損失率和含雜率共為14%，余下作業(yè)工序則由糖廠原料前處理系統(tǒng)來完成，這為甘蔗收獲機(jī)械的應(yīng)用提供了較好的條件。

　　建立健全的社會化服務(wù)體系，推行流動作業(yè)方式。目前我國農(nóng)戶擁有大型甘蔗聯(lián)合收獲機(jī)械，太不現(xiàn)實(shí)。可行的方法是提供農(nóng)機(jī)作業(yè)報(bào)務(wù)，可以以農(nóng)機(jī)專業(yè)戶的形式或互相合作形式推廣應(yīng)用甘蔗收獲機(jī)械。如小麥、玉米等收獲機(jī)具一樣，實(shí)行流動作業(yè)，甚至是跨區(qū)作業(yè)。也可以建立制糖企業(yè)與農(nóng)戶相結(jié)合形式，由制糖企業(yè)提供機(jī)具服務(wù)，達(dá)到統(tǒng)一種植與統(tǒng)一收獲。