甘薯收获机破皮率影响因素研究

马坡 刘玉 张庆俊 耿义 李隆杰

摘要    甘薯具有较高的药用、营养、食用和经济价值。我国是世界上最大的甘薯生产国，甘薯的种植面积广、种植量大，提高机械化收获效率显得尤为重要。本文设计了正交试验研究振动杆间距、薯土分离材料、振幅等因素对甘薯破皮率的影响。结果表明，3种因素的影响程度依次为振幅>材料>杆距。正交试验最优组合为杆距50 mm、材料钢管、振幅20 mm，杆距60 mm、材料钢筋、振幅20 mm，破皮率最低，仅1%。

关键词    甘薯;收获机;破皮率;正交试验;影响因素

中图分类号    S225.71        文献标识码    A

文章编号   1007-5739（2020）06-0158-01                                                                                     开放科学（资源服务）标识码（OSID）

人口的增长和经济技术的发展促进了甘薯收获机械的发展和进步。近年来，国外利用振动和液压技术研发的高产量甘薯收获机是以开发传感器技术控制物料、运量、分类、气压，矿电技术进行土壤破碎和分离，利用计算机监测来提高甘薯的收获率。

目前，人工带动行进的方式会使甘薯收获机的收获路径发生偏移，迫切需要自动操作设备的挖掘方式。 如果在挖掘工作期间挖掘铲的方向存在偏差，则不会将甘薯从土壤里全部清出，需要进行手动二次挖掘，不仅挖掘机损耗大，还会经常造成停机调整。为了能够对齐垄工作，收获机的驾驶员需要停下机器来判断方向是否有误差，从而调整前进方向，不仅驾驶员和操作者劳动强度高，而且操作的准确性也较差，难以保证收获时的明薯率、破薯率[4-6]。因此，采收的自动直行挖掘是提高甘薯收获机械化水平的关键。薯类自动对中装置的技术难点在于引导方式的设计和控制系统的设计。近年来，对马铃薯、甘薯及其他根茎收获机的自动对准装置进行了深入的研究，大部分是通过作物的引导机制或植物土面上的植株来判断是否需要改变其行径，受到作物生长条件，土地实际情况外在因素的影响。同时，装置结构复杂、成本较高，只停留在研究和探索阶段，也是影响其推广的重要原因[7-8]。现对甘薯收获机破皮率的影响因素进行研究，以期提高甘薯机械化收获效率。

1    材料与方法

1.1    试验材料

钢丝固定的栅栏状土薯振动分离筛，其间距分别为50、60、70 mm，材料分别为钢筋、钢管和铝合金，振幅分别为15、20、25 mm;甘薯。

1.2    试验设计

采用3因素3水平的L9（33）正交试验设计，选取间距（A）、材料（B）、振幅（C）3个影响甘薯收获机关键部件—振动分离筛的主要因素，各因素水平如表1所示。为找到较好或者最好的试验因素和条件，在保证每组薯茎大小一致的情况下，在全面组合试验的基础上又对每一组进行了3次试验求测了平均破皮面积。

2     结果与分析

分析其中一组具有代表性的组合试验，使用间距60 mm的钢筋链条（图1），选取3个大块茎的甘薯，标上大22、大23和大24，重复振动的过程，破薯程度如图2所示。可将长条状甘薯看作圆柱体，将卵形甘薯看作球体来大致计算其表面积，而甘薯表面的破皮部分可以采用方格法测出其面积。正交试验甘薯破皮率结果见表2。

F检测结果显示，杆距和材料的F值均较F0.05小，振幅的F值远大于F0.05，所以3种因素的影响程度由大到小依次为振幅（C）>材料（B）>杆距（A），振幅对破皮率的影响最大，其中振幅15 mm与振幅20 mm的影响最大，振幅25 mm的影响较小;材料对破皮率的影响较大，其中铝合金与钢筋的影响最大，钢管的影响最小;间距对破皮率的影响最小，其中间距50 mm与间距60 mm的影响最大，间距70 mm的影响最小（表3）。

3    结论

本次试验分析杆距、材料、振幅3个因素对甘薯破皮率時发现薯茎大小对破皮影响也较小，但实际收获操作中无法保证其不变，所以不作为主要研究因素。正交试验最优组合为杆距50 mm、材料钢管、振幅20 mm，杆距60 mm、材料钢筋、振幅20 mm，破皮率最低，仅1%。考虑到薯土分离能力的限制，振动时需要有足够的力去完成清洁薯的功能，所以本设计选用20 mm及以下振幅的钢管，杆距调节范围在50～60 mm，既能保证分离效果，还能控制破皮率在2%以下，符合甘薯收获机的土薯振动分离筛的设计要求。

4    参考文献

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[2] 王冰，胡志超，胡良龙，等.甘薯联合收获机的研究现状及发展.农业部南京农业机械化研究所，2014，19（2）：174-180.

[3] 王传俊，李益民，王小瑜.4U-60型甘薯收获机的设计[J].农业装备与车辆工程，2014，52（8）：55-57.

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[8] 孙健，贾晓菁.Google云计算平台的技术架构及对其成本的影响研究[J].农业工程学报，2018，34（11）：26-30.