甘蔗收獲機械的歷史沿革

甘蔗收獲機械的歷史沿革

1甘蔗收獲機械的發(fā)展1.1甘蔗生產(chǎn)機械化中國、西亞、印度和東南亞是世界甘蔗的主要來源。早在公元前4世紀，我國就有種植甘蔗及甘蔗制糖的歷史。然而，2000多年來，甘蔗的收獲仍然保持著手工作業(yè)狀態(tài)，直到19世紀80年代才開始甘蔗收割機械的研制。1890年JohnRowland設計制造了世界上第1臺甘蔗收割機，才開始了甘蔗從手工作業(yè)到機械作業(yè)的轉(zhuǎn)變。19世紀90年代到20世紀初這一時期的甘蔗收割機械主要用馬匹作動力，割后處理仍然保持著完全的手工作業(yè)，工作效率僅是人工操作工效的2～3倍。1.2研制整稈式7年生中國地區(qū)的各種堆場拖拉機的出現(xiàn)推動了甘蔗收割機械的發(fā)展。1928年CliffRowland成功地設計制造了以拖拉機為動力的整稈式收割機，1932年又成功地研制了世界上第一臺切段式收割機。20世紀40-50年代，收割機的設計充分利用拖拉機動力，基本上結束了以馬匹作為主要動力的歷史。1.3甘蔗生產(chǎn)技術的發(fā)展歷程20世紀40-70年代間是整稈式收割機發(fā)展較為完善的時期，同時割后處理技術也有了很大發(fā)展，RayVenton設計的收割機是60年代的成功之作。1963年，Toft兄弟將螺旋技術應用于甘蔗收割機，設計了同時適用于直立與倒伏的甘蔗收割機，成為甘蔗收獲技術發(fā)展史上的里程碑。70年代后期，切段式收割機得到了很大發(fā)展。同時，在不同地區(qū)，整稈式收割機也得到了進一步發(fā)展?，F(xiàn)在的收割機不僅適用于直立或倒伏的甘蔗收獲，也適用于焚燒的或青稈甘蔗收獲。隨著配備功率的增大，機械工作效率得到較大提高。2國內(nèi)外甘蔗收獲機的發(fā)展2.1中風力式甘蔗整理生產(chǎn)設備及工藝特點目前，我國的甘蔗種植面積100多萬hm2，但在全國范圍內(nèi)，甘蔗收割機還沒有得到廣泛的應用，收割機的實際應用在國內(nèi)還是一片空白，仍處于單樣機的研制狀態(tài)，發(fā)展較為緩慢。我國從20世紀70年代開始研制甘蔗收割機，大多數(shù)收割機是以仿照國外大型收割機為主，并沿用傳統(tǒng)的設計方法進行開發(fā)，研制的機型主要分為2種型式：切段式甘蔗聯(lián)合收割機和整稈式甘蔗收割機。切段式甘蔗聯(lián)合收割機是仿照國外大型甘蔗聯(lián)合收割機改進而成。通過改造中馬力輪式拖拉機的輪系，抬高拖拉機離地間隙，以適應甘蔗壟作和原料蔗輸送。割臺懸掛于拖拉機尾部，以拖拉機后退方向為收割前進方向，可一次性完成切梢、扶倒、切割、喂入、切段、輸送、清選、裝載等工序。代表機型是廣西農(nóng)機研究所研制的4GZ-140型自走切段式甘蔗收割機，生產(chǎn)率高達25t/h，含雜率和損失率分別控制在10%和7%之內(nèi)，宿根破頭率在20%之內(nèi)。由于切段原料蔗不受糖廠歡迎，該類機型沒有得到推廣應用。整稈式甘蔗收割機從割臺形式看，主要有臥式整稈和立式整稈2種；從懸掛形式看主要有側掛式、腹掛式和肩背式3種；從收獲方式看分為聯(lián)合式和分段式整稈收獲2種。聯(lián)合式整稈甘蔗收割機可一次性完成：切梢、扶倒、切割、輸送、清選、剝?nèi)~等工序。代表機型為廣西農(nóng)機研究院研制的以中馬力輪式拖拉機作底盤的KALTOR-80型甘蔗聯(lián)合收割機。分段式整稈收割機可一次性完成扶倒、切割輸送、鋪放（或打捆）等工序。這類機型有自走底盤式、側掛大中馬力輪式拖拉機式和利用手扶拖拉機底盤式等型式，代表機型有廣東農(nóng)機所研制的4GZ-35型側掛式甘蔗收割機、華南農(nóng)大研制的側掛式甘蔗收割機和自走底盤式甘蔗收割機、仙游縣農(nóng)機廠研制的配套手拖的4GZ-12型甘蔗收割機。各種機型的發(fā)展仍然滯留在80年代的形式上，適應性、可靠性有待提高，正在開發(fā)試驗改進中，由于技術上的因素，目前均沒有大量推廣使用。2.2大型切段式正常收縮在國外,甘蔗收獲技術發(fā)展比較迅速,甘蔗收割機的發(fā)展也呈現(xiàn)出了各自不同的特點。國外甘蔗收割機主要有2種型式：一種為切段式甘蔗收割機，一種為整稈式甘蔗收割機（配套剝?nèi)~機）。大型切段式甘蔗聯(lián)合收割機是甘蔗收獲機械技術發(fā)展的主要方向。目前，在巴西、澳大利亞、古巴等產(chǎn)糖發(fā)達國家，由于土地資源十分豐富，甘蔗連片種植面積大，田園平整，便于機械化作業(yè)。同時，糖廠制糖工藝接受切段式原料蔗，大型切段式甘蔗聯(lián)合收割機得到了廣泛應用，在澳大利亞完全有取代整稈式收割機的趨勢。這些大型甘蔗聯(lián)合收割機作業(yè)時能夠一次性完成：扶倒、切梢、收割、切段、清選、裝載、蔗葉切碎還田等工序，代表機型為澳大利亞TOFT系列，24h生產(chǎn)率達到400～900t。小型甘蔗聯(lián)合收割機代表機型有日本久保田公司生產(chǎn)的UT-70K型、松元機工株式會社生產(chǎn)的MCH-15型等。這些機型功率較小，生產(chǎn)率為3t/h。整稈式甘蔗收割機適于丘陵地區(qū)小田塊蔗田作業(yè)，在世界主產(chǎn)糖國應用范圍不是很廣泛，目前，在日本、菲律賓、印度尼西亞等國應用，只實現(xiàn)甘蔗的割倒、鋪放等工序。該類機型較小、輕便、靈活，其結構特點是：以手扶拖拉機底盤為動力和行走裝置，安裝有地面仿型裝置，割臺可調(diào)程度高等。代表機型有日本文明農(nóng)機株式會社生產(chǎn)的NB-11型小型甘蔗收割機和HC-50型履帶自走切斷式甘蔗聯(lián)合收割機。前一種收割機即國內(nèi)的割鋪機，設計形式新穎，操作技術較低，價格相對較低，普遍使用于以家庭為單位的農(nóng)戶。后一種甘蔗收割機尾部配有特殊的袋式收集裝置，易于在島嶼或小塊土地上作業(yè)。行走系統(tǒng)采用液壓驅(qū)動,工作系統(tǒng)采用液壓機械相結合以液壓驅(qū)動為主。與澳大利亞現(xiàn)行的全液壓驅(qū)動甘蔗收割機械相比，在收割技術和整機工作的可靠性上還存在著一定的差距。3現(xiàn)有甘蔗干燥機存在的問題雖然國內(nèi)開發(fā)了不少機型，目前研發(fā)的熱度也正在高漲，但是適合生產(chǎn)實際應用的成熟、穩(wěn)定機型基本上還沒有，甘蔗收割機的實際應用還是一片空白，現(xiàn)有機型主要存在以下問題。3.1切割器工作性能的研究尚屬試驗研究的方向2甘蔗是宿根性作物，宿根的好壞直接影響著下一季的發(fā)芽率，進而影響甘蔗的產(chǎn)量。當然，影響宿根發(fā)芽的因素很多，除了砍伐的時間、天氣、管理等因素外，收割機切割器的切割質(zhì)量也是重要因素之一。宿根的破頭率是衡量切割器工作性能的一個指標。切割器離地高度、工作因素（前進速度、刀盤轉(zhuǎn)速）、結構因素（刀片刃角、刀片切割角、刀片數(shù)目、刀盤傾角）直接影響切割器的工作性能，從而影響著宿根破頭率的大小。目前國內(nèi)外研制的甘蔗切割器的切割破頭率雖然控制在20%以下，但尚未達到理想的結果，其主要原因是切割器的設計參數(shù)及工作參數(shù)僅停留在試驗摸索階段，還尚未建立其較完善的設計理論根據(jù)。同時，有些機型的切割器工作時是定參數(shù)工作，使得收割機在崎嶇不平的地面上工作時，不能隨時對切割器進行調(diào)整；有些機型的切割器在作業(yè)過程中工作參數(shù)雖然可調(diào)，但不能隨工作環(huán)境的變化靈活而準確地調(diào)整切割器的工作參數(shù)。因此，目前所研制的甘蔗收割機切割器在結構設計上還有待于進一步改善。3.2機構工作性能含雜率既是影響甘蔗產(chǎn)糖量的因素，又是衡量甘蔗收割機工作性能的重要指標之一。收割機剝?nèi)~機構工作性能的好壞直接影響著機收甘蔗含雜率的大小。目前國內(nèi)切段式甘蔗聯(lián)合收割機收獲的甘蔗含雜率一般為10%左右，國外切段式甘蔗聯(lián)合收割機收獲的甘蔗含雜率一般為5%左右，而國內(nèi)糖廠對甘蔗含雜率有較嚴格的要求，因此剝?nèi)~機構在剝?nèi)~技術及結構設計上仍有待改進。3.3生產(chǎn)過程中暴露的問題甘蔗收獲是一個系統(tǒng)的機械作業(yè)過程，是一個各環(huán)節(jié)協(xié)同作業(yè)的田間機器系統(tǒng)。由于甘蔗收割后處理工序的特殊性，以至于在單機的研制及使用過程中暴露了許多問題。其中最為嚴重的問題就是收割機的工作可靠性問題，如鏈式或帶式傳動機構、驅(qū)動部件、控制系統(tǒng)等在工作過程中經(jīng)常出現(xiàn)異?，F(xiàn)象。雖然目前所研制的較為先進的甘蔗收割機采用了液壓技術，實現(xiàn)了無級變速和液壓控制，但作業(yè)過程中的可靠性問題仍未得到令人滿意的結果。另外，切割器刀片、剝?nèi)~元件等其它零部件的使用壽命較低，也是影響整機工作可靠性的原因之一。4甘蔗收割機的發(fā)展趨勢4.1甘蔗整理過程中量作業(yè)技術的應用目前國內(nèi)外所研制的甘蔗收割機無論是切割機構還是剝?nèi)~機構，在作業(yè)過程中大部分采用的是定量作業(yè)技術。雖然有些先進收割機的切割機構在作業(yè)過程中可根據(jù)作業(yè)環(huán)境人為調(diào)節(jié)工作參數(shù)，但仍未解決上述所存在的問題。就剝?nèi)~機構而言，定量作業(yè)不僅使?jié)L筒刷壽命降低，且在工作過程中功率消耗大，生產(chǎn)率相對較低，因而不能實現(xiàn)節(jié)本增效的農(nóng)作要求。隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要求的提高，甘蔗收割機的定量作業(yè)技術已經(jīng)不再適應農(nóng)作的要求，創(chuàng)新甘蔗收割機的變量作業(yè)技術已經(jīng)成為甘蔗收割機發(fā)展的趨勢。變量作業(yè)技術是電子信息科技發(fā)展的產(chǎn)物。就甘蔗收割機而言，是利用信息技術（如傳感技術）采集收割機在作業(yè)過程的地表形狀、甘蔗的形狀等外部環(huán)境信息，通過專家分析系統(tǒng)及時調(diào)整切割機構、剝?nèi)~機構等工作參數(shù)，實現(xiàn)甘蔗收割機的變量作業(yè)。實現(xiàn)定量作業(yè)到變量作業(yè)的轉(zhuǎn)變，需要依靠先進的農(nóng)用智能信息技術裝備的支持?？梢韵胂?，隨著信息技術向農(nóng)業(yè)領域的滲透和工業(yè)技術的不斷發(fā)展，智能型的甘蔗收割機在不久的將來將被利用到甘蔗收割的作業(yè)之中。4.2采用先進的制造技術，降低生產(chǎn)成本。在生產(chǎn)目前，國外大中型甘蔗收割機每臺價格為180～230萬元人民幣，國產(chǎn)收割機預期價格為70～80萬元人民幣,中型機每臺約為20萬元人民幣?？梢娛崭顧C的價格相對蔗農(nóng)的收入水平懸殊較大，為進一步實現(xiàn)甘蔗收割的機械化，還需要在降低收割機的制造成本上進行研究。因此，在收割機的研制過程中不僅要提高其性能，還要利用先進工藝、先進技術和材料降低制造成本，從而實現(xiàn)甘蔗收割機械化。在注重甘蔗收割機經(jīng)濟效益的同時，發(fā)展高社會效益的收割機已成為社會發(fā)展的需要?？傊?，高經(jīng)濟效益和高社會效益的甘蔗收割機必將成為未來發(fā)展的主流。4.3種植規(guī)模小，集中于大型聯(lián)合長由于各國農(nóng)業(yè)種植結構和種植模式不同，發(fā)展符合各自國情的甘蔗收割機已經(jīng)是各國實現(xiàn)農(nóng)業(yè)走向全程機械化發(fā)展的要求。日本、泰國