文|王之东[1]，周军平[2]，杨学军[1]，刘云强[2]，刘芳建[2]
1.中国农业机械化科学研究院
2.现代农装科技股份有限公司
木薯是世界上重要的作物之一，其生存能力强，可在劣质土壤上种植，不与粮食争地。而且，木薯产量高且鲜薯块根淀粉含量达24%～32%，有“淀粉之王”、“地下粮仓”的誉称。当出现粮食短缺问题，或谷物价格高位运行时，木薯可以作为一种应急作物，对粮食安全有着重要意义。另外，木薯是我国重要的工业原料，木薯块根应用非常广泛，产业链长，综合效益高，开发前景好。
我国木薯常年种植面积约29.1万hm2，主要分布于广东、广西。传统木薯生产作业中需要大量劳动力，其中种植与收获环节分别占木薯生产作业的12%和61%。木薯生产过程包括整地、种植、田间管理和收获4个阶段，其中整地机械、种植机械、植保机械和木薯茎秆粉碎机械技术成熟，已基本满足使用需求，在一定程度上减轻了农民的劳动负担，降低了木薯生产中的劳动力成本，但木薯块根收获机械仍不能满足使用需求。
木薯收获机具概况
WH-CM4000型木薯联合收获机
目前，国内外木薯块根收获作业中常用机型根据挖掘原理可分为挖掘式、拔式、挖拔结合式和挖掘-升运链抖动分离式等。非洲是木薯主要生产区，但非洲农业机械基础薄弱，多为手工收获木薯，或使用简易挖掘工具。
木薯生产机械化程度较高的是巴西，其次是泰国，广泛为木薯种植国借鉴的机型大多出自巴西。巴西已有木薯联合收获机型投入木薯生产作业中，一次进地即可完成挖掘、夹持输送、薯茎分离和去土收集等多工序作业，极大提高了生产效率，减少人工成本。该类机型一般体积大、质量大，多采用大功率拖拉机配套牵引。
我国木薯种植地块较散乱，机具多采用3点悬挂式作业，且作业环境复杂。当机具在土壤黏重，杂草多或断秆覆盖率高的地块作业时，易产生杂草、断秆缠绕或壅堵、阻力大、挖深不够和收获损伤大等问题，国外成熟机型多无法适用于我国种植情况。
我国木薯收获机型大多借鉴其他薯类收获机型，多为挖掘式和挖掘-升运链抖动分离式，存在适应性差、损伤严重以及收获成本高等缺点，难以满足木薯收获的要求。如何开发适合我国木薯收获的机型，值得思考。
木薯收获机典型机型
1. 挖掘式木薯收获机
P-900型双行木薯收获机
挖掘式木薯收获机是使用挖掘铲破坏薯块与土壤的连接，然后由人工进行捡拾、分切和装袋等作业，适合于收获垄作栽培，薯块生长密集的环境。该类机型结构简单，制造成本低，强度高，机器适应性好，效率高，油耗低，在我国使用较为广泛。
目前常见挖掘式木薯收获机可分为两种，两者主要区别在于对土壤的扰动程度不同。第1类对土壤扰动程度低，代表机型有巴西Planti center公司生产的P-900型双行木薯块根收获机、巴西IKEDA公司生产的SMDP 2 LM型木薯块根收获机和TSM 2MII型木薯块根收获机，中国热带农业科学院农业机械研究所研制的4UMS-390Ⅱ/4UMS-900/4UMS-1800型木薯收获机，中国农业机械化科学研究院研制的4UM-2型木薯收获机。
SMDP 2 LM型木薯收获机
第2类机型工作时有一定的侧向翻土作用，对土壤扰动较大，明薯率较高，如泰国一种圆盘形挖掘铲。
其中，P-900型双行木薯块根收获机、TSM 2MII型木薯块根收获机、4UM-2型木薯收获机结构相似，设有切土圆盘，可有效切碎土壤和杂草，减小牵引阻力和立柱挂草，适用于黏土和砂土收获。但该结构受力稳定性较差，当两侧受力差异较大时，立柱会严重变形甚至扭断。
4UM-2型木薯收获机
泰国圆盘形木薯挖掘铲
SMDP 2 LM型木薯块根收获机、4UMS-900型木薯收获机和4UMS-1800型木薯收获机结构相似，采用门框式结构，该结构整机受力稳定。
2. 挖掘-升运链式木薯收获机
WH15-2L型木薯收获机
国内有多个企业生产挖掘-升运链式木薯收获机，该机型主要由机架、挖掘部件和杆链式土薯分离部件构成，有升运链振动式和升运链不振动式两种机型，振动升运链式机型分离效果更好。工作时，挖掘铲将薯块与土壤同时掘起，输送至升运链，升运链一边向后输送土薯混合物一边抖动，泥土从杆条间隙筛下，木薯通过杆链式土薯分离部件后，裸露铺放于土壤表面，然后由人工捡拾。
LW-602双行木薯收获机
该类机型适合在砂质土壤和土壤含水率低、杂草较少的情况下工作，性能稳定，明薯率高，但存在一定的缺点，如机器笨重，牵引阻力大，易碰伤木薯，升运链磨损快，升运链易缠草且缠草难清理，在黏重、干硬土壤入土困难，分离效果差等。
印度KARTAR公司的木薯收获机
代表机型有巴西HENNIPMAN公司生产的WH15-2L型木薯块根收获机。我国该类机型有河南坤达农业机械设备有限公司生产的4U-160型木薯收获机，广西水力机械所研制的LW-602双行木薯收获机，武鸣县农机化技术推广服务站研制的木薯收获机。另外，还有泰国和印度KARTAR公司生产的两种前置式木薯收获机，这两种机型悬挂于拖拉机前方作业，可有效避免拖拉机轮胎挤压造成的木薯损失。
3. 挖掘-夹持链拔起式木薯收获机
挖拔式木薯收获机
东南亚地区是木薯重要生产区，其中泰国、印尼、越南木薯种植面积最大，泰国的木薯生产机械化程度较高。20世纪六七十年代，泰国就研制出了木薯种植机。该地区多砂性土壤，主要使用的机型为单行挖掘式和挖掘夹持链拔起式木薯收获机。挖拔式木薯收获机在进行木薯收获作业前，需沿地面一定高度进行砍秆作业。进行块根收获时挖掘铲先挖松土壤，随后由夹持链夹持茎秆拔起木薯向后输送。在砂性土壤中工作效果良好，在黏重土壤中断薯损失严重。
我国该类机型有4UMS-1型木薯收获机，该机型挖掘深度可达45 cm，在夹持输送后方设有切薯装置，该装置由两个电动机带动切薯刀旋转，将薯块切下落至地面，再由人工捡拾，但该类机型在国内还没有广泛应用。
4. 木薯联合收获机
Maniva 2LR型木薯联合收获机
木薯联合收获机在国外有一定的研究，并得到应用。我国木薯种植地块小，地形崎岖，大型联合收获机作业困难，目前国内仍没有木薯联合收获机型得到应用。
巴西HENNIPMAN公司生产的WH-CM4000型木薯联合收获机，由103kW拖拉机牵引作业。工作前先由液压系统放下挖掘铲和升运链部分，挖掘铲掘起土薯混合物输送向后方振动链进行薯土分离，然后经输送带向后输送至工作平台，在平台处由12人使用砍刀手工进行薯茎分离，砍后的木薯块根向后输送装袋，装满后由液压系统不停机释放至地面，全程实现连续作业，一次完成两行木薯的块根收获，平均收获效率7～13t/h。
该机集成了木薯收获的多个工序，在一定程度上提高了生产效率，降低了劳动强度，但仍需要投入大量人力劳动，整机长度较长，转弯掉头所需空间大，机器操作困难。
巴西MIAC公司生产的Maniva 2LR型木薯联合收获机，工作时夹持链直接拔起双行木薯，设有薯茎自动分离装置，可在夹持输送过程中自动分切木薯，分切后的木薯块根通过传送带输送至机器后方装袋，自动化程度较高，整机只需3人操作，生产效率4hm2/d。
该机由55kW拖拉机牵引作业，机具驱动动力为液压驱动，整机质量4.8t。该类机型无挖掘铲疏松土壤，因此只适用在疏松土壤中作业，对行准确度要求高，增加了机手的操作难度，对木薯成行性要求高，需要配套木薯种植机械。
巴西TRIUMAQ公司研制的自走式木薯联合收获机
巴西TRIUMAQ公司设计了一种自走式试验机型，设有木薯拔起装置、木薯分切装置、薯块输送装置、料箱和横向卸料装置。工作时由液压系统放下夹持链，通过夹持链直接拔起4行木薯，可自动完成薯土分离，经自动分切后的木薯由薯块输送装置装箱，还设有横向卸料装置，可将薯块横向卸料至卡车等运输工具。该机自动化程度高，整机只需3人操作。
几点思考
(1)挖掘铲仍是木薯收获机主要研究对象。为提高木薯收获机的挖净率和土壤适应性和可靠性并减少工作阻力，对挖掘铲参数和工作面进行全面优化设计，使挖掘铲的功能得到进一步加强，不仅能够完成挖掘木薯的任务，还可以更好实现碎土脱土等功能。
4UMS-1800型木薯收获机
(2)因地制宜确立区域最佳木薯收获方式和技术路线。各种木薯收获方式均有其适用条件和特点，木薯种植区域环境差异较大，为保证收获机具良好的作业质量，在深入调研的基础上，结合地域特点，因地制宜确立不同地区最佳木薯收获方式和技术路线，有针对性地进行木薯块根收获机技术研发和推广应用。
(3)农机农艺结合建立规范化区域木薯种植技术体系。加强种植标准化推广和规模化种植，采用现代化标准农业生产模式，合理优化并形成区域规范的木薯生产技术体系，机器研制单位与机器使用单位建立多方位、多层次的协作网络，农艺与农机相互适应，相互融合，共同促进我国木薯产业的发展。
(4)培育适宜机器收获品种。木薯机械化收获主要面临的难题是我国木薯生长土壤黏重，埋薯较深，木薯本身细长而易脆断，木薯长向分散，如果培育一种结薯深度浅，薯块长度短而粗壮，结薯方向一致，将极大地降低机械化收获木薯块根的难度。
4U-160型木薯收获机
(5)加强收获基础理论研究和资料共享。我国木薯收获机研究起步较晚，缺乏木薯研究的基础理论资料。国内机型大多借鉴国外机型以及其他块根作物收获机型，但由于木薯自身属性和生长环境的特殊性，目前国内机型适应性和可靠性较差，难以得到推广应用。通过对各品种木薯块根参数的综合测定及其力学特性，损伤规律的研究，以及各种典型土壤的应力应变、流动性、塑性和滑移等性质的测定与研究，建立基础数据库并实现数据共享，使不同单位信息系统更加合理地进行资源配置、节约社会成本、创造更多价值。