小型甘蔗剥叶机的试验与研究

黎毓鹏，郑广平，宋咏春，张铁异，吴 悦

（广西大学机械工程学院，广西南宁530004）

甘蔗是我国南方省份的一种主要经济作物。每年榨季甘蔗的收获是一项既费工时又费劳力的艰苦作业。甘蔗收获的工序一般包括：打顶、根部收割、脱叶、装卸。其中脱叶劳动时间最长。国内外的统计资料表明，脱叶所占用的时间为整个收获作业时间的65%左右。目前我国的甘蔗收获仍沿用古老的人工作业方式，效率低下，严重制约了甘蔗规模生产的发展。研制新型的、具有我国南方地域特点的甘蔗剥叶机、实现甘蔗收获机械化，是发展甘蔗规模生产的迫切需要。

1 各种剥叶方法的比较和分析

甘蔗收获时茎叶很多，若不进行处理，将带叶的甘蔗进行榨糖，叶子会粘附糖汁而被浪费掉，结果会使产糖量显著减少，所以必须将这些茎叶尽可能在榨糖前除掉。日本制糖工艺要求，甘蔗的含杂率不能超过2%，我国糖厂基本控制在5%以下。

当今世界甘蔗茎叶的处理方式主要有三种：

（1）手工法。手工法即借助剥叶刀进行人工剥叶。这是最古老、原始、落后的作业方式。

（2）焚烧法。在美国、澳大利亚、古巴、巴西以及日本的南北大岛、石垣岛，甘蔗种植面积大，收获前先进行枯叶焚烧，然后用切段式收获机切断收获。这种作业方式生产效率高，但收获的甘蔗必须在16 h内完成运输和加工，以免变质，也即是要求整个制糖业的管理水平较高。另外，焚烧后的甘蔗糖份损失大，糖色变黄，需返工漂白。

（3）机械剥叶法。机械剥叶按剥叶原理分为：离心力撞击摩擦法，压缩空气分离法。根据采用剥叶元件的不同，还可分为：钢丝元件剥叶法，橡胶元件剥叶法，滚筒边缘摩擦剥叶法，风动分离抓取法。按切段式收割和整杆式收割方式又可分为：分段剥叶法和整秆剥叶法。

我国蔗糖生产和管理水平较低，甘蔗收获后常常存放一星期左右，此外大多数种蔗区蔗地小，不规则，不成片。焚烧法和与之相适应的分段式甘蔗收获，以及后来发展起来的分段收获然后剥叶的茎叶处理方式，均不适用于我国。整秆式甘蔗机械剥叶能较大幅度地提高劳动生产率，又不损失糖份，符合我国糖业生产的要求。毫无疑问，研制一种价格合理、适应于田间作业的小型整秆式甘蔗剥叶机，在蔗区一定有着广阔的销售市场。

2 剥叶装置的基本工作原理与关键技术

剥叶滚筒高速旋转时，滚筒上的剥叶元件因受离心力的作用而甩开。甘蔗在剥叶元件离心力、柔性打击力及剥叶元件与蔗茎相对运动产生的摩擦力的共同作用下，其表面的枯叶被剥落。简言之，剥叶元件就像一根皮鞭，当人用皮鞭狠狠地抽打甘蔗表面，其茎叶就被打碎打落下来，这就是离心式剥叶装置基本的工作原理。

图1 离心式剥叶装置简图

2.1 小型甘蔗剥叶机应具备的技术指标

满足田间作业要求的小型甘蔗剥叶机，应具有以下的技术指标：

（1）含杂率≤4%；

（2）伤皮率＜8%；

（3）折断率≤5%；

（4）剥叶元件的寿命不能低于250 h；

（5）剥叶效率约2 t/h。

2.2 高质量剥叶机的关键技术

剥叶装置是剥叶机的心脏和质量保证。一般说来，剥叶滚筒转速愈高，打击力度愈大，打击次数愈多，剥叶越干净。但打击力度过大，甘蔗在剥叶区运动的动能发生剧变，产生纵向和横向冲击，甘蔗易弯曲折断，剥叶元件也易于疲劳损伤，使用寿命降低。影响剥叶机质量的因素很多，其中以下数点是研制高质量剥叶机的关键技术：

（1）剥叶元件材料、形状和热处理技术；

（2）剥叶元件的分布装夹方式；

（3）保证能同时输送多条直径大小不同的甘蔗的输入、输出机构。

3 甘蔗剥叶机的研制现状

小型甘蔗剥叶机是在全机械化收获机（一台机械完成甘蔗打顶、收割、剥叶清理、堆集全部作业）的基础上，根据东南亚各国甘蔗收获特点而发展起来的。日本是较早研制小型甘蔗剥叶机的国家。日本40%的蔗区，种植面积大，甘蔗收获使用全机械化类型的收获机；60%的蔗区田块小，不连片，推广小型机械化收获体系（由手扶式小型收割机、小型脱叶机和搬运装置组成）。川村登等人于1975年连载报道了钢丝式剥叶机的研究成果。实验结果表明：钢丝剥叶元件的使用寿命主要受钢丝直径、固定方式、旋转速度、打击节距的影响。滚筒转速提高，含杂率降低，甘蔗折损率提高，钢丝寿命降低。钢丝拍打甘蔗时，当甘蔗干涉的长度增加，钢丝应力增大，易形成疲劳损坏。打击节距增大，对甘蔗折损率影响不大，但含杂率会增加。钢丝初接触甘蔗时受力最小，脱离时受力最大，力作用于钢丝顶部，由装夹的根部承受。滚筒结构按图2设计，主要技术参数按表1选择。在田间实验的结果是每剥蔗35 t需更换钢丝束，钢丝寿命在70 h左右。

印度种植甘蔗3.2万km2，83%是小农户种植，甘蔗收获大多是手工，剥叶使用剥叶刀。上世纪90年代旁遮普农业大学动力与机械系研制了风动、滚筒抓取式剥叶机，生产率380～823 kg/h，含杂率6.38%以下。

表1 小型甘蔗剥叶机主要技术参数表

图2 滚筒结构简图

我国甘蔗产区主要在两广、福建、云南、海南等。甘蔗收获机的研制和使用与外国比较起步较晚，目前独立的小型甘蔗剥叶机仍处于研制阶段。贵港甘蔗研究所曾为整秆式甘蔗收获机的剥叶部分，研制了一种新式的装夹方法。据报道，剥叶元件选用单根直径0.7 mm，一束直径10 mm的钢丝绳，剥叶效果良好，正常收割0.015km2（22亩）后，钢丝绳未有疲劳和折断现象。该装夹方法的最大特点（见图3）即是钢丝绳中部由护板支承。护板作用有二方面，一是扶托甘蔗和避免甘蔗插入芯轴；二是护板就像一个活动链支承钢丝中部，在钢丝绳不断的弯伸中起一定的弹性作用。

图3 钢丝绳装夹方法简图

4 结束语

小型甘蔗剥叶机，是最适合我国南方丘陵地带甘蔗收获的一种小型农机，能较大幅度地提高劳动生产率，对发展我国蔗糖业有很重要的意义。

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