1 甘蔗收割机发展现状与前景展望
田新庆1陈国晶2孙鹏1
（1黑龙江省农副产品加工机械化研究所，佳木斯154004；2黑龙江科技学院 机械工程学院，哈尔滨150027）
【摘要】本文简要介绍了甘蔗收割机械的发展简史，阐述了国内、外甘蔗收割机的发展现状，指出了甘蔗收割机存在的主要问题，进一步展望了其发展趋势。
【关键词】甘蔗 收割机 现状 发展
The Developing Status and Future of Sugarcane Harvester
Tian Xinqing1 Chen Guojing2 Sun Peng1
(1.Agricultural and Sideline Product Processing Machinery Research Institute of Heilongjian, Jiamusi China; 2.
College of Mechanical Engineering of Heilongjiang Science and Technology Institute，Harbin)
【Abstract】This paper simply introduced the developed history of the sugarcane harvester, illustrated
development states of sugarcane mechanization in homeland and outside country, point out the main exiting
problem, then discussed the developing trend of sugarcane harvester in our country.
【key words】sugarcane harvester states development
1.甘蔗收割机械的发展简史
1.1甘蔗收割机械的初级阶段
中国、新几内亚、印度、东南亚是世界甘蔗主要发源地。早在公元前4世纪，我国就有种植甘蔗及甘蔗制糖的历史。然而，两千多年来，甘蔗的收获仍然保持着手工作业，直到十九世纪80年代才开始甘蔗收割机械的研制，1890年John Rowland 设计制造了世界上第一台甘蔗收割机[1]，才开始了甘蔗从手工作业到机械作业的转变。十九世纪90年代到二十世纪初这一时期的甘蔗收割机械主要用马匹作动力，割后处理仍然保持着完全的手工作业，工作效率仅是人工操作工效的2～3倍。
1.2以拖拉机为动力的阶段
拖拉机的出现推动了甘蔗收割机械的发展。1928年Cliff Rowland成功地设计制造了以拖拉机为动力的整秆式收割机，1932年又成功地研制了世界上第一台切段式收割机[1]。二十世纪40～50年代，收割机的设计充分利用拖拉机动力，基本上结束了以马匹作为主要动力的历史。
1.3甘蔗收割机的纵深发展阶段
二十世纪40～70年代间是整秆式收割机发展较为完善的时期，同时割后处理技术也有了很大发展，RayVenton设计的收割机是60年代的成功之作。1963年，Toft兄弟将螺旋技术应用于甘蔗收割机，设计了同时适用于直立与倒伏的甘蔗收割机，成为甘蔗收获技术发展史上的里程碑[1]。70年代后期，切段式收割机得到了很大发展。同时，在不同地区，整秆式收割机也得到了进一步发展。现在的收割机不仅适用于直立或倒伏的甘蔗收获，也适用于焚烧的或青秆甘蔗收获。随着配备功率的增大，机械工作效率得到较大提高。
2.国内外甘蔗收割机发展现状
2.1 国内甘蔗收割机发展现状
目前，我国的甘蔗种植面积100多万ha，但在全国范围内，甘蔗收割机还没有得到广泛的应用，收割机的实际应用在国内还是一片空白，仍处于单样机的研制状态，发展较为缓慢。我国从20世纪70年代开始研制甘蔗收割机，大多数收割机是以仿照国外大型收割机为主，并沿用传统的设计方法进行开发，研制的机型主要分为两种型式：切段式甘蔗联合收割机和整秆式甘蔗收割机。
切段式甘蔗联合收割机是仿照国外大型甘蔗联合收割机改进而成。通过改造中马力轮式拖拉机的轮系，抬高拖拉机的离地间隙，以适应甘蔗垄作和原料蔗输送。割台悬挂于拖拉机尾部，以拖拉机后退方向为收割前进方向，可一次性完成切梢、扶倒、切割、喂入、切段、输送、清选、装载等工序[2]。代表机型是广西农机研究所研制的4GZ—140型自走切段式甘蔗收割机，生产率高达25吨/小时，含杂率和损失率分别控制在10%和7%之内，宿根破头率在20%之内。由于切段原料蔗不受糖厂欢迎，该类机型没有得到推 2 广应用。
整秆式甘蔗收割机从割台形式看，主要有卧式整秆和立式整秆两种；从悬挂形式看主要有侧挂式、腹挂式和肩背式三种；从收获方式看分为联合式和分段式整秆收获两种[3]。联合式整秆甘蔗收割机可一次性完成：切梢、扶倒、切割、输送、清选、剥叶等工序。代表机型为广西农机研究院研制的以中马力轮式拖拉机作底盘的KALTOR—80型甘蔗联合收割机。分段式整秆收割机可一次性完成扶倒、切割输送、铺放（或打捆）等工序。这类机型有自走底盘式、侧挂大中马力轮式拖拉机式和利用手扶拖拉机底盘式等型式，代表机型有广东农机所研制的4GZ—35型侧挂式甘蔗收割机、华南农大研制的侧挂式甘蔗收割机和自走底盘式甘蔗收割机、仙游县农机厂研制的配套手拖的4GZ—12型甘蔗收割机。各种机形的发展仍然滞留在八十年代的形式上，适应性、可靠性有待提高，正在开发试验改进中。由于技术上的因素，目前均没有大量推广使用。
2.2国外甘蔗收割机发展现状
在国外,甘蔗收获技术发展比较迅速,甘蔗收割机的发展也呈现出了各自不同的特点。国外甘蔗收割机主要有两种型式：一种为切段式甘蔗收割机，一种为整秆式甘蔗收割机（配套剥叶机）。
大型切段式甘蔗联合收割机是甘蔗收获机械技术发展的主要方向。目前，在巴西、澳大利亚、古巴等产糖发达国家，由于土地资源十分丰富，甘蔗连片种植面积大，田园平整，便于机械化作业。同时，糖厂制糖工艺接受切段式原料蔗，大型切段式甘蔗联合收割机得到了广泛应用，在澳大利亚完全有取代整秆式收割机的趋势。这些大型甘蔗联合收割机作业时能够一次性完成：扶倒、切梢、收割、切段、清选、装载、蔗叶切碎还田等工序，代表机型为澳大利亚TOFT系列，24小时生产率达到400～900吨。小型甘蔗联合收割机代表机型有日本久保田公司生产的UT—70K型、松元机工株式会社生产的MCH—15型等。这些机型功率较小，每小时生产率为3吨。
整秆式甘蔗收割机适于丘陵地区小田块蔗田作业，在世界主产糖国应用范围不是很广泛，目前，在日本、菲律宾、印度尼西亚等国应用，只实现甘蔗的割倒、铺放等工序。该类机型较小、轻便、灵活，其结构特点是：以手扶拖拉机底盘为动力和行走装置，安装有地面仿型装置，割台可调程度高等。代表机型有日本文明农机株式会社生产的NB—11型小型甘蔗收割机和HC-50型履带自走切断式甘蔗联合收割机。前一种收割机即国内的割铺机，设计形式新颖，操作技术较低，价格相对较低，普遍使用于以家庭为单位的农户。后一种甘蔗收割机尾部配有特殊的袋式收集装置，易于在岛屿或小块土地上作业.行走系统采用液压驱动,工作系统采用液压机械相结合以液压驱动为主。与澳大利亚现行的全液压驱动甘蔗收割机械相比，在收割技术和整机工作的可靠性上还存在着一定的差距。
3.国内甘蔗收割机存在的技术问题
虽然国内开发了不少机型，目前研发的热度也正在高涨，但是适合生产实际应用的成熟、稳定机型基本上还没有，甘蔗收割机的实际应用还是一片空白，现有机型主要存在以下问题。
3.1宿根破头率问题
甘蔗是宿根性作物，宿根的好坏直接影响着下一季的发芽率，进而影响甘蔗的产量。当然，影响宿根发芽的因素很多，除了砍伐的时间、天气、管理等因素外，收割机切割器的切割质量也是重要因素之一。宿根的破头率是衡量切割器工作性能的一个指标。切割器离地高度、工作因素（前进速度、刀盘转速）、结构因素（刀片刃角、刀片切割角、刀片数目、刀盘倾角）直接影响切割器的工作性能，从而影响着宿根破头率的大小。目前国内外研制的甘蔗切割器的切割破头率虽然控制在20％以下，但还尚未达到理想的结果，其主要原因是切割器的设计参数及工作参数仅停留在试验摸索阶段，还尚未建立其较完善的设计理论根据。同时，有些机型的切割器工作时是定参数工作，使得收割机在崎岖不平的地面上工作时，不能随时对切割器进行调整；有些机型的切割器在作业过程中工作参数虽然可调，但不能随工作环境的变化灵活而准确地调整切割器的工作参数。因此，目前所研制的甘蔗收割机切割器在结构设计上还有待于进一步改善。
3.2含杂率问题
含杂率既是影响甘蔗产糖量的因素，又是衡量甘蔗收割机工作性能的重要指标之一。收割机剥叶机构工作性能的好坏直接影响着机收甘蔗含杂率的大小。目前国内切段式甘蔗联合收割机收获的甘蔗含杂率一般为10％左右，国外切段式甘蔗联合收割机收获的甘蔗含杂率一般为5％左右，而国内糖厂对甘蔗含杂率 3 有较严格的要求，因此剥叶机构在剥叶技术及结构设计上仍有待改进。
3.3工作可靠性问题
甘蔗收获是一个系统的机械作业过程，是一个各环节协同作业的田间机器系统。由于甘蔗收割后处理工序的特殊性，以至于在单机的研制及使用过程中暴露了许多问题。其中最为严重的问题就是收割机的工作可靠性问题，如链式或带式传动机构、驱动部件、控制系统等在工作过程中经常出现异常现象。虽然目前所研制的较为先进的甘蔗收割机采用了液压技术，实现了无级变速和液压控制，但作业过程中的可靠性问题仍未得到令人满意的结果。另外，切割器刀片、剥叶元件等其它零部件的使用寿命较低，也是影响整机工作可靠性的原因之一。
4.甘蔗收割机的发展前景展望
4.4.1 创新甘蔗收割机的变量作业技术
目前国内外所研制的甘蔗收割机无论是切割机构还是剥叶机构，在作业过程中大部分采用的是定量作业技术。虽然有些先进收割机的切割机构在作业过程中可根据作业环境人为调节工作参数，但仍未解决上述所存在的问题。就剥叶机构而言，定量作业不仅使滚筒刷寿命降低，且在工作过程中功率消耗大，生产率相对较低，因而不能实现节本增效的农作要求。随着农业生产要求的提高，甘蔗收割机的定量作业技术已经不再适应农作的要求，创新甘蔗收割机的变量作业技术已经成为甘蔗收割机发展的趋势。变量作业技术是电子信息科技发展的产物。就甘蔗收割机而言，是利用信息技术（如传感技术）采集收割机在作业过程的地表形状、甘蔗的形状等外部环境信息，通过专家分析系统及时调整切割机构、剥叶机构等工作参数，实现甘蔗收割机的变量作业。实现定量作业到变量作业的转变，需要依靠先进的农用智能信息技术装备的支持。可以想象，随着信息技术向农业领域的渗透和工业技术的不断发展，智能型的甘蔗收割机在不久的将来将被利用到甘蔗收割的作业之中。
4.4.2向高经济效益的收割机型发展
目前，国外大中型甘蔗收割机每台价格为180～230万元人民币，国产收割机预期价格为70～80万元人民币,中型机每台约为20万元人民币。可见收割机的价格相对蔗农的收入水平悬殊较大，为进一步实现甘蔗收割机的机械化，还需要在降低收割机的制造成本上进行研究。因此，在收割机的研制过程中不仅要提高其性能，还要利用先进工艺、先进技术和材料降低制造成本，从而实现甘蔗收割机械化。在注重甘蔗收割机经济效益的同时，发展高社会效益的收割机已成为社会发展的需要。总之，高经济效益和高社会效益的甘蔗收割机必将成为未来发展的主流。
4.4.3 向符合国情的甘蔗收割机方向发展
由于各国农业种植结构和种植模式不同，发展符合各自国情的甘蔗收割机已经是各国实现农业走向全程机械化发展的要求。日本、泰国、菲律宾等亚洲一些国家与我国的种植规模有很大的相似之处，都是小规模小经营方式的甘蔗种植模式。而澳大利亚、美国等一些欧美国家的甘蔗种植规模需要的是大型联合收割机，因此，这些国家的甘蔗研制开发部门都将重点聚集在大型联合收割机的研制开发上。目前我国的甘蔗种植大多集中在云南、海南、福建、广东及广西等地[4]。为适应国情的要求，适应市场的需要研究符合中国国情的甘蔗收割机具有重要的意义，多样型的甘蔗收割机也必将出现在未来的农机市场上。
参考文献
[1].丁启朔.甘蔗收获技术的发展与思考[J].农机化研究，2001(1)：5－7
[2].陈奇海.甘蔗收获机械技术的现状及发展对策[J].热带农业工程，2003(4)：2－6
[3].刘楚强.整秆式甘蔗收获机的研发现状及展望[J].广西蔗糖，2002(4)：21-22
[4].梁兆新.甘蔗生产机械化发展状况探讨[J].中国农机化，2003(2)：14-18