2017年中國甘蔗機(jī)械化博覽會剛剛結(jié)束一周左右,而業(yè)內(nèi)人士對于中國的甘蔗收獲究竟需要何種機(jī)械的討論還在繼續(xù)。
在博覽會上,有近20家企業(yè)展出了30臺(套)左右的甘蔗收獲機(jī),幾乎涵蓋了我國蔗區(qū)使用的所有類型。
從生產(chǎn)企業(yè)看,有國外大型高端產(chǎn)品,如迪爾、凱斯的甘蔗收獲機(jī);也有國內(nèi)大型產(chǎn)品,如中聯(lián)、柳工等企業(yè)的甘蔗收獲機(jī);還有國內(nèi)各種小型的甘蔗收獲機(jī)。
從機(jī)器結(jié)構(gòu)、工作原理看,有砍稈鋪放式的,有整稈式的,也有切段式的;有結(jié)構(gòu)簡單、機(jī)身短小的履帶機(jī),也有配置豪華、駕乘舒適的輪式機(jī);有自裝自卸的單體機(jī),也有邊收邊卸的組合機(jī)等。
我國在甘蔗收獲機(jī)械的研制方面已走過了近50年的歷程,有很深的歷史積淀。因此中高檔甘蔗收獲機(jī)在結(jié)構(gòu)布置方面已差別不大,而小型產(chǎn)品卻各具特色。
雖然我們在甘蔗收獲機(jī)械的研發(fā)方面付出了巨大的努力,但據(jù)權(quán)威資料統(tǒng)計,目前我國大中型甘蔗收割機(jī)保有量僅有500臺,機(jī)收率只有0.3%。
有人說,引進(jìn)現(xiàn)成的國外大型甘蔗收獲機(jī),可以快速提升收獲機(jī)械化水平。但筆者認(rèn)為,雖然機(jī)械化收獲是甘蔗產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的必然趨勢,但根據(jù)目前我國甘蔗生產(chǎn)的實際情況,僅靠進(jìn)口機(jī)械解決不了根本問題,因為各種影響因素復(fù)雜多變。
機(jī)械化收獲的迫切性
甘蔗是我國食糖原料的主要來源,保障食糖安全是國家戰(zhàn)略。近幾年甘蔗生產(chǎn)成本逐漸提高,人工收獲成本已占總成本的一半。甘蔗機(jī)械種植和收獲成為我國甘蔗生產(chǎn)發(fā)展的瓶頸,甘蔗收獲更是勞動強(qiáng)度最大、環(huán)境最惡劣的環(huán)節(jié)。人工一天只能收獲1t左右的甘蔗。
目前我國農(nóng)村勞動力缺乏,青壯年外出打工,基本都是老人、婦女務(wù)農(nóng)。人工收獲甘蔗進(jìn)度慢,使得甘蔗收獲時間跨度延長;加之氣候變化、傳統(tǒng)節(jié)日以及其他作物春播等,會對甘蔗收獲造成影響。
另外,人工收獲的甘蔗,砍收質(zhì)量良莠不齊,導(dǎo)致糖廠吊榨、斷槽、停機(jī)現(xiàn)象時有發(fā)生,不能滿負(fù)荷運轉(zhuǎn),榨季無限延長,后期產(chǎn)糖率明顯下降,浪費嚴(yán)重。
機(jī)械化收獲已成為提高甘蔗生產(chǎn)能力的迫切要求,也是甘蔗產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢。
在廣西柳州的桂中思源“雙高”基地,1000hm2(1.5萬畝)蔗田,往年榨季要請600個勞力收甘蔗,現(xiàn)在一臺機(jī)器一天就能收割100t。平均收獲成本可控制在30~40元/t,比人工收獲節(jié)省成本50~60元/t。
機(jī)械化收獲甘蔗的好處還在于,在切割刀片剛?cè)胪習(xí)r切斷甘蔗,可減少病蟲害的發(fā)生,增加宿根蔗的產(chǎn)生,苗根壯不易倒伏。收獲后切碎的蔗葉平鋪地表,可增加土壤有機(jī)成分,提高來年甘蔗產(chǎn)量。
各種機(jī)型優(yōu)劣
甘蔗機(jī)械化收獲工藝一般是切梢(均勻撒到已收割甘蔗地塊一側(cè))→剝?nèi)~(在喂入、輸送和切斷過程中完成)→切斷(壓倒?jié)L筒將甘蔗壓倒在合適位置,然后切斷)→除雜(將皮、葉、梢頭等廢棄物排出到已收割甘蔗地塊一側(cè))和裝載(通過升運器等方式將甘蔗段送入料車中)等多項工序。
目前國內(nèi)甘蔗種植區(qū)使用較多的主流機(jī)型是切段式收獲機(jī),其他各類機(jī)型也有少量應(yīng)用,或者處于試驗示范階段。
1.切段式收獲機(jī)
我國甘蔗收獲技術(shù)多從國外引進(jìn),且國外多是切段式收獲機(jī),因此我國市場上也以切段式甘蔗收獲機(jī)為主。
雖然切段后的甘蔗含雜率高,潮濕天氣收割難以保存,且必須在24h之內(nèi)進(jìn)行壓榨,否則會出現(xiàn)霉變或降低產(chǎn)品質(zhì)量等缺陷,但由于切段式收獲機(jī)作業(yè)過程輔助人工少,所以仍是大田蔗農(nóng)的選擇。
另外,切段式甘蔗收割機(jī)對嚴(yán)重倒伏的甘蔗收割效果比較好,在氣候溫暖,不需要蔗葉進(jìn)行保溫、保水、保肥,地塊較大,甘蔗倒伏嚴(yán)重的地區(qū)非常適用。
2.整稈式收獲機(jī)
整稈式收獲機(jī)作業(yè)效率較高,比較適合于我國甘蔗主產(chǎn)區(qū)多為丘陵坡地的地理環(huán)境,在雨季切段式收獲機(jī)不能作業(yè)的情況下,這種機(jī)型可以正常作業(yè)。收獲后的甘蔗具有方便運輸、含雜質(zhì)少、損耗低、出糖量高、儲存時間長等優(yōu)勢。
由于諸多優(yōu)點,事實上,國內(nèi)一些企業(yè)在20年前就開始研發(fā)整稈式收獲機(jī),但遺憾的是很多產(chǎn)品的技術(shù)和作業(yè)性能仍有待完善和提高。
而且,整稈式收獲機(jī)存在不能收割嚴(yán)重倒伏甘蔗和需要人工進(jìn)行輔助剝?nèi)~去梢的缺陷,很多蔗農(nóng)不喜歡使用。
3.其他類型收獲機(jī)
博覽會上各類機(jī)型最明顯的特征是液壓傳動技術(shù)的普遍使用,液壓馬達(dá)已成為普遍采用的驅(qū)動元件。所有整稈或切段機(jī)型都是單壟收獲,但配套動力和自身質(zhì)量相差極大,有55.1kW(75hp)的,更有275.6kW(375hp)的,但大多都在147kW(200hp)左右。
在博覽會同期舉辦的甘蔗機(jī)械化作業(yè)演示會上發(fā)現(xiàn),各種機(jī)型的表現(xiàn)不一。
甘蔗長勢不規(guī)范,多臺機(jī)器的切梢作用不大;各類機(jī)器結(jié)構(gòu)不同,尤其是風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)不同,導(dǎo)致含雜率指標(biāo)明顯不一致,含雜主要是梢頭段和碎葉較多。
個別機(jī)型產(chǎn)生的收獲損失,包括未進(jìn)入機(jī)器的倒伏甘蔗和進(jìn)入機(jī)器切斷后又落地的甘蔗段,最多時地表一米一節(jié)。農(nóng)戶對于破頭率沒有過高的要求,只要不松動蔗跟即可。
現(xiàn)場作業(yè)中,鋪放式單一砍稈的收割機(jī)作業(yè)速度最快,但還需要剝?nèi)~砍梢;整稈收獲的彎稈和梢頭處理欠佳;機(jī)身短小結(jié)構(gòu)簡單的機(jī)器作業(yè)速度慢;自裝自卸式機(jī)械需要的輔助機(jī)具多,邊收邊卸式機(jī)械入地難、坡地險。
普遍存在的問題是,切梢裝置調(diào)整不便,對生長高度不齊的甘蔗難以控制到合理的切梢長度;割臺可調(diào)性差,造成割茬不齊、破頭率高。
近20年來,國內(nèi)外企業(yè)積極參與甘蔗收獲機(jī)械的研制,大力研發(fā)適合中國特色的收割機(jī)。比如凱斯紐荷蘭在廣東佛山成立了甘蔗收獲機(jī)械生產(chǎn)廠,中聯(lián)重科在博覽會上一次將8臺甘蔗收獲機(jī)交付客戶。
尤其是近幾年,國產(chǎn)甘蔗收割機(jī)的研發(fā)制造大有進(jìn)展??傮w趨勢是國產(chǎn)甘蔗收獲機(jī)械不斷成熟,機(jī)收替代人工收獲已有可選機(jī)型,但高效能收割機(jī)供給仍然不足。
農(nóng)機(jī)、農(nóng)藝、糖廠各有掣肘
我國甘蔗種植區(qū)域以丘陵旱坡地區(qū)為主,地形復(fù)雜,蔗田地塊分散小、坡度大、石頭多、機(jī)耕道不通暢。一家一戶分散經(jīng)營,方式多樣,品種不一。
大多蔗區(qū)是地不平、稈不直,沒有機(jī)耕道,導(dǎo)致收割機(jī)根本進(jìn)不去。只有當(dāng)甘蔗種植品種、種植行距與機(jī)械化收割相適應(yīng),行距正確時,甘蔗才會處于機(jī)器中線保證收獲質(zhì)量。
同時,蔗區(qū)應(yīng)培育、引進(jìn)適合我國主產(chǎn)蔗區(qū)機(jī)械化收獲的甘蔗品種;規(guī)范適宜機(jī)械化收獲的種植標(biāo)準(zhǔn);整合土地資源,修建適合機(jī)械化收獲的田間道路,擴(kuò)大機(jī)械化收獲規(guī)模。
目前廣西各地在“雙高基地”規(guī)范的要求下,蔗農(nóng)按照標(biāo)準(zhǔn)種植,寬窄行距固定,80、135~140、150cm行距均可進(jìn)行機(jī)收。此外,通過不同熟性品種、不同植期的科學(xué)安排,可保證產(chǎn)糖效率和機(jī)收水平,以提高效益。
蔗農(nóng)對機(jī)械化收獲的要求則比較簡單,只要機(jī)收不丟蔗稈、不動蔗根、料箱含雜少即可。
因此,只有農(nóng)機(jī)農(nóng)藝相融合,多培育適宜機(jī)械化和抗倒伏的品種,甘蔗全程機(jī)械化才能加快實現(xiàn)。
而甘蔗產(chǎn)業(yè)鏈上的加工環(huán)節(jié)——糖廠,對甘蔗機(jī)械化收獲也有著特殊的要求。
我國的糖廠大多都是在人工收割整稈入廠的方式下建立的,使用整稈制糖生產(chǎn)流程基本固化。目前糖廠的生產(chǎn)模式不能保證切段甘蔗隨到隨榨,切段蔗并不符合糖廠的生產(chǎn)工藝。
但目前甘蔗機(jī)械收獲的主流技術(shù)是切段式收獲,為減少含糖量損失,切段式收獲甘蔗需在24h內(nèi)進(jìn)廠壓榨。為此,新的收獲、運輸、壓榨各環(huán)節(jié)間的銜接機(jī)制如何建立需要研究,使收獲與加工能夠快速有機(jī)配合。
固然機(jī)械收獲含雜率比人工高,但只要在糖廠合理扣除含雜,對推進(jìn)甘蔗機(jī)收生產(chǎn)不會造成太大影響。
據(jù)悉,國內(nèi)糖廠將進(jìn)行全面改制,政策空前利好。市場將全面放開,糖廠可以實現(xiàn)跨區(qū)收蔗。如此,以往壟斷局面將被打破,糖廠不能強(qiáng)制選擇只收人工作業(yè)整稈的甘蔗,這在很大程度上有利于促進(jìn)甘蔗盡快實現(xiàn)機(jī)械收獲。
技術(shù)發(fā)展趨勢
甘蔗收獲機(jī)的常見故障包括蔗稈損失、含雜率高和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速下降等,需要解決的問題是提高可靠性、增強(qiáng)適應(yīng)性。
比如提高切梢裝置的靈敏度,盡量做到多切梢少切稈;對生長彎曲、倒伏嚴(yán)重的甘蔗,收獲時的適應(yīng)性要強(qiáng);蔗區(qū)采用機(jī)械種植,防止割茬不齊,破頭率高;蔗地起壟平直,保證收割機(jī)行進(jìn)的穩(wěn)定性和收割效果,同時利于來年宿根蔗的生長,砍斷處減少被撕裂分叉現(xiàn)象;剝?nèi)~通道內(nèi)剝?nèi)~徹底,減少料箱含雜。
未來的產(chǎn)品研發(fā)應(yīng)向智能化(故障診斷、田間石塊識別、料箱含雜報警等)、自動化(自動對行、自動調(diào)整扶蔗分蔗輥高度、自動調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速等)、專業(yè)化方面發(fā)展,減少機(jī)手勞動強(qiáng)度,保證收獲性能和作業(yè)質(zhì)量的提升。研制在雨天作業(yè)時的機(jī)器,以提高收獲機(jī)的有效利用率。
對于切梢器,目前由于甘蔗植株生長高低不一,所以作業(yè)中切梢只能按蔗梢位置的平均高度隨時調(diào)整,但在相當(dāng)多的地塊中,甘蔗植株長勢高低懸殊過大,向兩側(cè)傾斜過多,使用切梢作用實際不大。未來設(shè)計的切梢器,其頂端高度和切梢旋轉(zhuǎn)方向根據(jù)田塊作物品種和長勢應(yīng)該可以選擇。正確設(shè)置和使用切梢器可以減少進(jìn)入接料車中的雜質(zhì)。
分蔗輥和扶蔗輥的旋轉(zhuǎn)方向應(yīng)相反,這樣可以有效分離相鄰行間相互纏繞的甘蔗。若配置側(cè)刀可以切斷相互纏繞的蔗葉,防止倒伏甘蔗在推送過程中連根拔起。蔗輥距地高度也應(yīng)獨立調(diào)整,以保證收獲效果和防止泥土帶入底刀。
正確的位置是滑靴頂尖正好進(jìn)入地表土可以扶起倒伏甘蔗進(jìn)入切割,而滑靴頂尖正好離開地表土則可以少帶泥土進(jìn)入機(jī)器。扶起倒蔗切斷時車速不易過快,否則易產(chǎn)生拔根現(xiàn)象。
壓倒?jié)L筒的高度也應(yīng)當(dāng)可以根據(jù)倒伏甘蔗的高度調(diào)整,直稈升高,倒稈降低。過高影響切口和喂入,過低則使蔗稈折斷或連根拔起。
底刀高度設(shè)置不正確時,會產(chǎn)生切口不齊致使底根松動甚至連根拔起。作業(yè)時底刀正好進(jìn)入地表土,保證切斷時由于蔗根周圍泥土擁擠不易產(chǎn)生破頭現(xiàn)象。但位置過低,刀頭易磨損且切割阻力大,過高易破頭且影響產(chǎn)量。底刀高度若設(shè)置壓力和高度傳感器則能保證實現(xiàn)自動控制。
喂入滾筒組將切斷甘蔗向后輸送的過程中完成去土除雜,切斷滾筒要保證切斷不粘連則必須刀片鋒利,這對除雜和減少糖分損失有極大好處。
除雜風(fēng)機(jī)應(yīng)最大限度去除蔗段上的雜葉和泥土,包括除去不含甜汁的梢段。這就要求風(fēng)機(jī)風(fēng)速要大于梢段而小于甜稈段的漂浮速度。風(fēng)量風(fēng)速應(yīng)能調(diào)整,以適應(yīng)不同比重的甘蔗節(jié)。
升運器和提藍(lán)器可進(jìn)一步清除雜物和泥土,使進(jìn)入儲運車的物料是較為干凈的甜蔗段。田間運輸對收割效率影響極大,所以要求運輸車質(zhì)量小且靈活,輪距適合甘蔗行距,輪胎形狀不易壓破蔗根。
發(fā)展模式
國外的大型高端甘蔗收獲機(jī),在小塊坡地上作業(yè)時機(jī)動性差,蔗農(nóng)感到不適用;加之價格昂貴,農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)水平很難承受。
就目前來看,按工序分類的專用小型收獲機(jī)械最實用,也最受小規(guī)模經(jīng)營的蔗農(nóng)歡迎。
因此,國內(nèi)外企業(yè)在研制大型甘蔗收獲機(jī)的同時,也應(yīng)關(guān)注小型甘蔗收獲系列機(jī)組。這種機(jī)組可以由一些簡單的收割機(jī)、小型自走式甘蔗剝?nèi)~機(jī)以及配套的裝運裝置組成,蔗農(nóng)可以根據(jù)需要自行選擇各種不同的組合。
總之,鑒于目前我國甘蔗生產(chǎn)的實際情況,僅依靠進(jìn)口收獲機(jī)無法解決甘蔗收獲機(jī)械化問題。在一定的階段內(nèi),甘蔗收獲應(yīng)當(dāng)是小型機(jī)、切段式和整稈式機(jī)型并存的發(fā)展模式。
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