×

整杆式甘蔗联合收割机

收藏

一、整杆式存在的必要性

如果我国的地形地貌、种植方式、甘蔗价格和机收发达国家一样,今天在中国则没有必要讨论整杆式,且近20年前整杆式也不会应运而生并延续至今。人类发展史表明物质创造发明都是基于客观现实需要及其诱发的文化背景而产生。

目前中国甘蔗主产区广西在建和续建的双高计划面积为500万亩,不到全区总面积50%。即使在双高基地全面建成及糖厂进榨按切段式要求更新之后,整杆式仍有充分的空间承担起部分机收任务。原因在于:

种植区地形地貌决定
我国甘蔗主产区广西有“八山一水一分田”之称。山地丘陵面积占总面积的 77%以上,平原约占20%。甘蔗种植区域分散、种植地形复杂、种植方式和甘蔗品种较多、土壤土质差异较大、蔗地多有坡度、甘蔗机收设备以中小型为主。对比切段式而言整杆式功率小,重心低,在坡地的行驶稳定性好。
种植模式决定
广西半数以上甘蔗为散户种植,地块小,所辖面积大的十几亩,小的几分地, 不利于要求及时进榨的全程机械化收割方式。 土地整合难以快速覆盖全区。
糖厂要求
糖厂传承几十年的进榨和管理模式,全部改变需漫长过程。且进榨和管理模式需与切段式机收和非切段式机收模式衔接和匹配。
气候决定
广西榨季期间不同程度的雨水天气每年均影响机械化收割。而整杆比切断更能存放,有利于保存和连续进榨。

二、整杆式的发展现状

1.整杆式是我国自创的一种甘蔗收割机具,比切段式在国内使用要早。但切段式发展速度更快,而整杆式在缓慢挣扎。两者快慢皆有因,但都是整个机收体系从零到当前阶段的自然反应。

2.整杆式属自主研发,其缓慢摸索和试错是必须过程。尽管有很多甘蔗地使用整杆式作业能够释放出使用优势,但因受各因素影响整杆式虽发展了近20年,但大多数未能突破效率、收割效果和可靠性瓶颈,处于自我挣扎中。

缓慢发展

◆研发成本大多是民间自投,负担沉重难以支撑系统性和长效研发

◆多数生产商现经营其他主营产品,只是把整杆式作为以后发展产品之一,处于试投观望状态

◆技术体系大多来自延续而少有突破,效率和效果均未能做到质的提升

◆大多配置低,制作粗糙,使得故障多连续作业性弱

◆少数厂家突破了以往整杆式的理念束缚,但又走进新技术误区

◆受目前机收大环境的影响,本处于困境的整杆式进入了半停滞阶段(政策支持和倾斜不同,在整杆式未出现成熟模式前均可理解)

三、整杆式的自我反思

1.大部分整杆式沿袭路径

  1.1 基础原理延续:在根切和输送的基础上,增加剥叶装置和排叶装置,完成蔗叶的剥离和去除。

  1.2 结构演变:在基础原理上,实际过程中出现某些结构变化

◆增多剥叶排叶装置数量,各厂商增加数量不一

◆输送辊由金属件向橡胶件方向发展

◆去除切稍装置,采用自动断尾

◆剥叶,排叶材料由单纯的橡胶件向多样化发展

◆机械式传动开始向液压传动逐渐发展

  1.3 通用技术

◆行走采用机械式变速箱传动,机械调速

◆工作装置少液压、多机械式传动

2. 误区

在沿袭以往经验的过程中,大多整杆式走入多个误区,延缓了成熟的步伐,主要误区:

  2.1 增加剥叶辊数量理论上可增加蔗叶剥净率,但实际效果不理想,原因:

◆剥叶辊线速度通常较高,刷片在击打甘蔗去叶时会加快甘蔗输送速度,增加剥叶辊数量使甘蔗的通过速度越来越快,甘蔗在所增加的剥叶辊处停留时间越来越短,刷片击打次数变少,去叶效果不明显。

◆刷片在击打甘蔗去叶时对甘蔗会造成一定程度损伤,线速越快、刷片材料越硬,损伤越大,多数量剥叶辊使甘蔗损伤率更高。

◆刷片材料在使用过程中的变形和高速运转使甘蔗有折断趋势,辊数越多,折断趋势越明显,折断的甘蔗或随刷片甩出,增加损失率;或横向停留在通道造成堵塞。

◆加剥叶装置带来的后果:成本增加、维修更换困难

  2.2 排叶装置作用是让甘蔗顺利通过、把蔗叶和杂质留下。在分离时有使甘蔗损伤和破裂的趋势。采用增加排叶装置的方式弊大于利:

◆成本增加  

◆维修、更换耗时、困难   

◆增大甘蔗的损伤和破裂

  2.3自动断尾技术的使用

一根甘蔗由甘蔗茎、甘蔗表(鹅蛋黄部分)、甘蔗稍三部分组成,其连接位置的脆性从甘蔗根到稍逐渐增加,自动断尾就是利用甘蔗这一特性采用适当的线速度和夹持力将甘蔗稍去除。

◆根据“一根筷子易断一把筷子难断”的理论 ,自动断尾:

A 降低收割速度,一次只通过单根或少量甘蔗,牺牲收割效率

B 较快的线速度和一定的夹持力

◆我国甘蔗品种较多,特性长势均有差异,自动断尾预设的参数对某一特定甘蔗能断,对其它品种可能产生不断或断蔗茎和蔗表,增加损失率

   2.4 其他技术误区

◆机械调速行驶:匀速收割是保证收割顺畅的前提。

◆机械传动:机收时产生的间歇性负荷冲击对机械结构受破坏的几率大于液压传动

整杆式需要自我反思如何解决自身的缺点,发挥本应被期待的机收功能。整杆式强弱项自查:

弱点

弱点

1. 收集困难

2. 有效运输装载量少

3.损耗件多不利更换维修

4. 目前效率受限

优势

1.  人工少 

2. 吨油耗低

3. 符合小地块是

散户理想选择

4.可存放受运输

不及时影响小

5.整杆特性决定损

失含杂破损率低

四、整杆式如何破解瓶颈达高效连续收割

此处所称的高效是指同功率段内甘蔗收割机应发挥出的中上幅度效能,而不是与其他更大功率设备直接比较得出的量级。

1.客户需求

从好产品开发需忠于客户端需求的角度而言,整杆式需非常明确机收各方客户对机具的要求

1糖厂要求

含杂低、甘蔗品质高 

2 蔗农要求

宿根破头率低 损失率低 

地块损伤和压实少

3 机收公司要求

作业效率高  油耗低 

使用费用 折旧占比少

4 运输要求

装载量大        

2.要求对比悬殊

从上述中可以看出,机收各方客户对机具的要求整杆和切段是相同的(参见系列三),不同的是,整杆式在实际作业中部分要求更高

《广西壮族自治区人民政府办公厅关于印发广西推进“双高”基地生产全程机械化实施方案(2015-2020年)》”中指出:机收应根据地块大小和行距选配合适的收获机械开展收获作业。机收时要求宿根破头率≤10%;含杂率,切段式≤10%,整秆式≤5%;总损失率,切段式≤10%,整秆式≤7%。具体指标由制糖企业、种植业主、机收业主等根据实际商定。

整杆式可存放,对机收后的甘蔗破损要求更高

◆防止甘蔗在存放期间发酵,影响甘蔗品质

◆破损撕裂都会引起外观不好看

3.借鉴切段成熟模式提升稳定性减少堵断

整杆式在我国发展了近20年,确立了整根收割的模式和总方向,其优势明显如上所述。但在实现方式上走进很多误区,沿袭的某些不合理结构未彻底改变。认真研究将发现整杆式常出现的甘蔗堵断等性能不稳定原因是喂入、输送、剥排叶工序上的结构不合理、内在性能参数不匹配、排列方式不正确。整杆式在剥排叶的前工序和切段式在切断的前工序有着同样的目标,即顺畅喂入和输送甘蔗至剥叶和切断辊处,且面对同样作业环境,但切段式的表现效果更好更稳定。大多数在用的切段式设备稳定性、输送通畅性等基本上都已得到广泛验证且用户接受。整杆式应力求先能用再好用,“据自身特点选择性学习切段式”将是整杆式缩短摸索周期提升稳定性的最佳办法之一。

稳定性提升

◆在甘蔗喂入通道前,可借鉴切段式的结构和技术(见系列三):切稍、扶倒、压入辊、喂入辊、割刀盘的相互位置及匹配比例关系

◆借鉴切段式的行走液压无极调速控制,减少机械传动带来的不稳定因素

◆剥叶辊前的所有辊(提升,三瓣辊的使用等)与割刀盘、压入喂入辊的位置,线速度、转速匹配关系可以借鉴,保证甘蔗在剥叶前的可靠输送

◆整杆式对甘蔗破损的要求更高,在借鉴时应充分考虑在剥叶前的输送元件对甘蔗的损伤。

4. 整杆式自我提升的方法

   4.1 蔗叶特性

◆甘蔗蔗叶是按一定的螺旋角度包裹在蔗茎上,随蔗叶的干枯程度不同会不同程度地散开

◆蔗叶占甘蔗的比例和品种有关,不同品种占比不同,同品种不同时段的占比也不同,一般说来,平均蔗叶占比在10%左右

  4.2 如何剥除10%左右的蔗叶而不影响收割效率,需合理匹配剥叶辊与其它输送辊的线速及位置关系

◆除纯绿甘蔗外,其他甘蔗需在蔗叶部位准确击打一定次数,蔗叶基本脱落(不同的甘蔗品种略有不同)

◆高效率整杆式需解决的技术问题是甘蔗在剥叶前重叠的层数不能过多

   4.3 真正的难题是将剥离的蔗叶分离出来,原因:   

◆未切除的蔗稍影响最大,它会将蔗叶带出

◆蔗叶分离装置在分离蔗叶时损伤甘蔗

    4.4 采用通道扩展法可基本解决机收时的断和堵现象

5. 如何平衡不同要求

◆切除蔗稍采用就高不就低原则,切除率达到70%以上

◆蔗叶剥净率达90%以上

◆非极端条件下,总体含杂≦5%,超出部分机收方与糖厂平衡

点评

4km/h的速度完成了高效连续收割阶段性目标

宿根坡头率低、收割效果好

可完成部分倒伏甘蔗的收割

但仍有改进空间,可做以下改进:

◆采用合理的收集系统完成甘蔗的收集和合理堆放

◆采用更适用的切稍装置,更准确切稍

◆结合切段与整杆的技术进一步完善结构参数的合理性和匹配性,成为更好效果更高效率的整杆式机型

◆外观和驾驶舒适性

五、整杆式进一步提升的综合技术

在做到高效连续收割的基础上,还需满足收割效果和其他细节完善,才能完成相应的机收任务。

措施

1.整杆切段通用技术:割刀高度自动调整

2.整杆技术

◆不同甘蔗品种、密度,剥叶排叶装置及输送速度自适应控制。

◆剥叶材料进一步优化,减少变形和更换频率。

整杆式进一步提升的综合技术

在做到高效连续收割的基础上,还需满足收割效果和其他细节完善,才能完成相应的机收任务。

措施

1.整杆切段通用技术:割刀高度自动调整

2.整杆技术

◆不同甘蔗品种、密度,剥叶排叶装置及输送速度自适应控制。

◆剥叶材料进一步优化,减少变形和更换频率。

六、整杆式以后可能的发展趋势

   整杆式的技术难点

1.1高效收割的同时,蔗叶分离困难

1.2 稍很难切除干净,蔗叶又会缠绕在进入通道的蔗稍上,加重含杂和影响外观质量。

1.3 收集困难,自动收集至转运车虽理论上可行,但实现有较大的难度:

◆甘蔗长度不一,就长不就短的方式加重整杆式的复杂系数。

◆失去整杆式小巧、灵活的特点。

1.4 有效装载量小,自动打捆可缓解,但自动打捆的难度也显而易见

◆缺少有效,无毒的打捆材料。

◆自动打捆时,甘蔗新增损伤和断裂,尤其对于弯曲的甘蔗。

   人工收割的现状

2.1 人工收割甘蔗过程中,切根、去稍、剥叶、打捆、堆放,其中切根和剥叶占整个收割作业大部分时间,约占75%以上。切根和打捆又是整个收割过程体力消耗最多的环节。

2.2人工短缺,但仅是一定程度上缺,不是完全没有劳动力

2.3人工收割,当地收割人群主要由老人和妇女组成,收割速度慢、体力无法满足,外地民工收割费用高。

   

第一阶段的机收+辅助人工模式

3.1由设备完成根切、去稍、剥叶、排叶工序,辅助人工完成清理、打捆

3.2整杆式的使用对象主要是小地块种植户和散户,使该模式成为可能

3.3 缓解整杆式的研发难度,加速市场化进程

3.4有效解决用工矛盾,减轻机收难度,解决当地闲散劳动力,提高蔗农收入

3.5解决转运有效装载量小的难题,已购置的抓蔗机有效充分利用

3.6减轻糖厂压力,降低糖厂负荷和减轻榨糖设备的磨损,降低糖厂的人工处理成本

3.7提高收割机的收割速度,使收割机发挥最大效能

   

第二阶段的机收+辅助人工模式

4.1由设备完成根切、剥叶工序,辅助人工完成集叶、切稍集稍、清理、打捆。

4.2随着蔗叶、蔗稍综合利用技术的完善,有效利用整杆式的收割方式带来额外的资源利用和增收方式

◆提供畜牧业青贮饲料

◆提供生物质燃料

◆为造纸业提供原料

4.3除第一阶段带来的效益外,还相应带来新的经济效益和社会效益

◆整杆式设备取消了切稍、除叶装置,设备技术难度降低、更小巧灵活,售价降低、吨油耗降低。

◆有效利用废弃资源,降低废物处理压力,有很好的社会效益。

◆设备折旧占比低,机收费用降低,蔗农增收,当地可扩展下游产业,增加就业率和提高当地收入,经济效益和社会效益都很明显。

   

   机械和人工的关系

在全人工收割和全程机械化中间的过渡时期,劳动力和机器可按需分工,而不是快速短期内让劳动力大量闲置。机器代劳强度大繁重部分,人工参与简单部分更符合稳步发展节奏。

理论上我们认为全程机械化收割是从甘蔗切根至运送进榨池全部由机械而非人工用劳动完成,甚至无需收割机手。这是全程化机收最高状态,也是未来的发展趋势。但采用任何方式都必须先符合国情,都需要一定过程不能一蹴而就。在特定的阶段内整杆式可自我定位为:人工和全程机械化的摆渡者。

目前本浅谈系列只是从机收设备如何突破瓶颈及优化提升来展开讨论。无法从机收的宏观层面和设备细节来完整论述整个机收大系统内各种要素,如参与主体间的关系协调、机具与人的关系、运营化的操作技术、及国际竞争等等。因为内容太庞杂不易在有限篇幅内一并论述。但因为设备提升是目前整个机收的关键瓶颈,所以选择该部分内容优先论述。期待更多人参与探讨,我们将一如既往沿着这条路走下去。

(来源:甘蔗机械化之路探讨)

请先登录再进行评论。 已有 0 条评论
pua
温馨提醒
尊敬的用户,为了获得更好的用户体验,建议您使用高版本浏览器来对网站进行查看。
一键下载放心安装
×