马铃薯收获机的清选分级技术与工作性能分析

侯国强，韩休海，陈维刚

(黑龙江省农业机械工程科学研究院，哈尔滨 150081)

0 引言

马铃薯是极具市场价值的农作物，不仅是生活必须的粮食和蔬菜，还作为牲畜饲料和工业原料广泛应用于社会生产中。马铃薯经过不同的加工工艺能进一步提高其市场价值，因此，马铃薯生产的有效实施是农业生产的重要保证。随着农业生产模式逐渐向承包经营模式发展，马铃薯的种植面积逐年增加，尽管我国的马铃薯产量居世界首位，但是马铃薯的品质问题降低了其在国际市场的竞争力，同时也影响着马铃薯在国内市场的销售收益[1]。利用现代化的马铃薯收获机，不仅能够提高马铃薯的收获效率，而且能够同时实现对马铃薯的清选分级工作，有利于不同级别马铃薯的分级利用，成色好、个头大的马铃薯主要应用于蔬菜销售或食品加工，而个头较小、成色不佳的马铃薯可用于牲畜饲喂和加工工业原料，从而进一步提高马铃薯产业的经济效益。

1 马铃薯收获机的总体结构

现阶段使用的马铃薯收获机多采用与拖拉机配套作业的形式，通过与拖拉机后悬挂系统可靠挂接后，利用拖拉机提供的动力进行收获作业。马铃薯收获机的总体结构包括挖掘铲、镇压轮、输送装置、分离装置、清选装置、机架、连接杆、传动轴、变速箱等组成。根据马铃薯收获机机型大小的不同，配套的拖拉机动力通常在18～36 kW(24～48马力)之间，且近年来配套动力呈不断增大趋势。作业时，通过挖掘铲将马铃薯从地下挖出，镇压轮将土块压碎，分离装置将杂物分离，清选装置根据不同尺寸的马铃薯进行大小分选，最后将大小两类或多类的马铃薯分别收集，从而完成马铃薯的机械化收获作业[2]。

2 清选分级的原理及关键技术

2.1 基本原理

马铃薯的清选分级装置是由传统的独立分选机为原型设计的，将其功能集成在马铃薯收获机上，从而形成马铃薯联合收获机，使传统的马铃薯收获机功能更加丰富。清选分级装置主要包括清选辊、清选架体、清选毛刷、调整机构、传动机构几部分组成。清选辊是清选工作的主要部件，清选辊通常由金属材料制造，也有采用尼龙等材料的清选辊。以最常见的金属辊为例，其表面加工有螺旋槽，在装配时，螺旋槽左旋和右旋的清选辊成对安装，且呈交错排列。在清选辊运转时左旋和右旋辊呈对向转动，螺旋槽起到螺旋推动作用使马铃薯具有横向运动趋势，且在移动过程中不停转动，在毛刷的作用下，马铃薯表层残余的泥土被进一步清理，并由清选辊的间隙掉落。与此同时，尺寸小于清选辊间隙的马铃薯也会从间隙处落下，从而实现对马铃薯的分级。现阶段，较为先进的马铃薯收获机的分级装置可实现多级分级，从而进一步提高马铃薯的应用价值。

2.2 清选分级标准与功能实现

马铃薯的视觉性状接近椭球形，但从不同方向的视觉性状存在较大差别，根据我国的马铃薯质量分级标准，马铃薯的外形主要参数如图1所示，包括了长径H1、中径H2、短径H3三个主要衡量指标，清选工作主要针对短径H3进行。清选装置通常由3～6组清选辊组成，即需要左旋、右旋的螺旋辊共计6～12根，根据分级数量的不同，清选辊的布置形式也不同。以三级分选为例，需要布置两层清选辊，上层清选辊间隙大于下层，一般来说，上层用于分选短径大于55 mm的马铃薯，下层用于分选短径在40～55 mm范围间的马铃薯，短径尺寸小于40 mm的马铃薯会由下层清选辊间隙掉落，不同级别的马铃薯由不同的输送带进行输送，从而实现大、中、小分级收集[3]。

3 清选工作性能分析

3.1 清选效率

马铃薯清选的主要工作在于清除表面泥土和对马铃薯进行分级，清选工作的效率取决于马铃薯供给量、清选辊转速、清选辊间隙、输送带输送能力四方面。

(1)马铃薯的供给量决定了单位时间进入清选机构的马铃薯数量，在清选机构设计之初，对马铃薯供给量会有合理的设计，过多的马铃薯供给会降低清选的准确性，并使马铃薯运动速度降低，不利于快速完成清选，马铃薯进入量不足，清选机构存在空间浪费，清选效率降低。

(2)清选辊的转速决定马铃薯横向运动的速度和转动速度，横向运动速度决定了小径大于清选间隙的马铃薯的排出速度，马铃薯转动速度决定了小径小于清选间隙的马铃薯的掉落效率。

(3)清选辊间隙的选择也影响到清选效率，间隙过大无法满足小径分选的功能需求，使分级不明确，间隙过小导致马铃薯在清选辊上大量聚集，不利于及时排出。

(4)分级输送带的输送能力决定了清选后马铃薯的排出速度，输送能力与运转速度和布置形式直接相关，当皮带转速过慢会导致马铃薯在皮带上运行速度过低，排出过慢导致马铃薯聚堆，影响机具正常运转。此外，若分级输送皮带的布置倾角过大，也会导致部分马铃薯在皮带上滚动，影响输送效率。

因此，清选机构的合理调整及与上下级机构之间形成良好的匹配十分重要，使用者应当根据收获机的工作能力、马铃薯的平均直径等因素合理调整清选机构的相关参数。

3.2 伤薯问题

清选机构的运转过程也可能会对收获的马铃薯造成一定损伤，主要体现在以下几方面：一是喂入量过大导致马铃薯在清选辊上部聚堆，不仅会造成清选困难，而且由于压力增加导致清选效率降低，会使下层马铃薯磨损，导致马铃薯破皮问题出现；二是马铃薯进入清选机构时的下落过程会与清选辊碰撞，易导致出现磕伤、破损等问题；三是清选辊转速过高会导致马铃薯在与清选辊接触阶段表皮磨损，出现破皮问题；四是上下层清选辊之间的垂直高度差导致马铃薯下落时被磕伤；五是分级输送装置与清选机构的衔接位置和输送装置输出位置的高度差，会造成马铃薯的掉落，可能导致出现磕伤。因此，应重视对清选机构的合理化设计，通过降低马铃薯垂直落差、合理调整清选辊转速、科学匹配马铃薯喂入量等方式降低在清选过程的伤薯率，有效提高马铃薯的收获品质。

4 结语

综上所述，尽管现阶段马铃薯收获机的应用逐渐增多，其工作效率与性能也获得了越来越多农民的认可，因我国的马铃薯收获机研究与普及时间相对较短，我国生产的大部分马铃薯收获机仍以中小型产品为主，并不具备清选功能，这造成了马铃薯收获后的剩余工作量仍比较大。而自主生产的大型马铃薯收获机，其清选结构在与整机的性能匹配上仍有较大的提升空间，同时也存在着伤薯的问题，这说明自主先进机型仍需加强结构优化与升级，以进一步提升马铃薯的清选效率，同时保证收获机的收获品质，进而提高我国马铃薯产业在国际市场的竞争力。