2017年中國甘蔗機械化博覽會剛剛結束一周左右, 而業內人士對於中國的甘蔗收穫究竟需要何種機械的討論還在繼續.
在博覽會上, 有近20家企業展出了30台(套)左右的甘蔗收穫機, 幾乎涵蓋了我國蔗區使用的所有類型.
從生產企業看, 有國外大型高端產品, 如迪爾, 凱斯的甘蔗收穫機;也有國內大型產品, 如中聯, 柳工等企業的甘蔗收穫機;還有國內各種小型的甘蔗收穫機.
從機器結構, 工作原理看, 有砍稈鋪放式的, 有整稈式的, 也有切段式的;有結構簡單, 機身短小的履帶機, 也有配置豪華, 駕乘舒適的輪式機;有自裝自卸的單體機, 也有邊收邊卸的組合機等.
我國在甘蔗收穫機械的研製方面已走過了近50年的曆程, 有很深的曆史積澱. 因此中高檔甘蔗收穫機在結構布置方面已差別不大, 而小型產品卻各具特色.
雖然我們在甘蔗收穫機械的研發方面付出了巨大的努力, 但據權威資料統計, 目前我國大中型甘蔗收割機保有量僅有500台, 機收率只有0.3%.
有人說, 引進現成的國外大型甘蔗收穫機, 可以快速提升收穫機械化水平. 但筆者認為, 雖然機械化收穫是甘蔗產業化發展的必然趨勢, 但根據目前我國甘蔗生產的實際情況, 僅靠進口機械解決不了根本問題, 因為各種影響因素複雜多變.
機械化收穫的迫切性
甘蔗是我國食糖原料的主要來源, 保障食糖安全是國家戰略. 近幾年甘蔗生產成本逐漸提高, 人工收穫成本已佔總成本的一半. 甘蔗機械種植和收穫成為我國甘蔗生產發展的瓶頸, 甘蔗收穫更是勞動強度最大, 環境最惡劣的環節. 人工一天只能收穫1t左右的甘蔗.
目前我國農村勞動力缺乏, 青壯年外出打工, 基本都是老人, 婦女務農. 人工收穫甘蔗進度慢, 使得甘蔗收穫時間跨度延長;加之氣候變化, 傳統節日以及其他作物春播等, 會對甘蔗收穫造成影響.
另外, 人工收穫的甘蔗, 砍收質量良莠不齊, 導致糖廠吊榨, 斷槽, 停機現象時有發生, 不能滿負荷運轉, 榨季無限延長, 後期產糖率明顯下降, 浪費嚴重.
機械化收穫已成為提高甘蔗生產能力的迫切要求, 也是甘蔗產業發展的必然趨勢.
在廣西柳州的桂中思源 '雙高' 基地, 1000hm2(1.5萬畝)蔗田, 往年榨季要請600個勞力收甘蔗, 現在一台機器一天就能收割100t. 平均收穫成本可控制在30~ 40元/t, 比人工收穫節省成本50~ 60元/t.
機械化收穫甘蔗的好處還在於, 在切割刀片剛入土時切斷甘蔗, 可減少病蟲害的發生, 增加宿根蔗的產生, 苗根壯不易倒伏. 收穫後切碎的蔗葉平鋪地表, 可增加土壤有機成分, 提高來年甘蔗產量.
各種機型優劣
甘蔗機械化收穫工藝一般是切梢(均勻撒到已收割甘蔗地塊一側)→剝葉(在喂入, 輸送和切斷過程中完成)→切斷(壓倒滾筒將甘蔗壓倒在合適位置, 然後切斷)→除雜(將皮, 葉, 梢頭等廢棄物排出到已收割甘蔗地塊一側)和裝載(通過升運器等方式將甘蔗段送入料車中)等多項工序.
目前國內甘蔗種植區使用較多的主流機型是切段式收穫機, 其他各類機型也有少量應用, 或者處於試驗示範階段.
1. 切段式收穫機
我國甘蔗收穫技術多從國外引進, 且國外多是切段式收穫機, 因此我國市場上也以切段式甘蔗收穫機為主.
雖然切段後的甘蔗含雜率高, 潮濕天氣收割難以保存, 且必須在24h之內進行壓榨, 否則會出現黴變或降低產品質量等缺陷, 但由於切段式收穫機作業過程輔助人工少, 所以仍是大田蔗農的選擇.
另外, 切段式甘蔗收割機對嚴重倒伏的甘蔗收割效果比較好, 在氣候溫暖, 不需要蔗葉進行保溫, 保水, 保肥, 地塊較大, 甘蔗倒伏嚴重的地區非常適用.
2. 整稈式收穫機
整稈式收穫機作業效率較高, 比較適合於我國甘蔗主產區多為丘陵坡地的地理環境, 在雨季切段式收穫機不能作業的情況下, 這種機型可以正常作業. 收穫後的甘蔗具有方便運輸, 含雜質少, 損耗低, 出糖量高, 儲存時間長等優勢.
由於諸多優點, 事實上, 國內一些企業在20年前就開始研發整稈式收穫機, 但遺憾的是很多產品的技術和作業性能仍有待完善和提高.
而且, 整稈式收穫機存在不能收割嚴重倒伏甘蔗和需要人工進行輔助剝葉去梢的缺陷, 很多蔗農不喜歡使用.
3. 其他類型收穫機
博覽會上各類機型最明顯的特徵是液壓傳動技術的普遍使用, 液壓馬達已成為普遍採用的驅動元件. 所有整稈或切段機型都是單壟收穫, 但配套動力和自身質量相差極大, 有55.1kW(75hp)的, 更有275.6kW(375hp)的, 但大多都在147kW(200hp)左右.
在博覽會同期舉辦的甘蔗機械化作業演示會上發現, 各種機型的表現不一.
甘蔗長勢不規範, 多台機器的切梢作用不大;各類機器結構不同, 尤其是風機結構不同, 導致含雜率指標明顯不一致, 含雜主要是梢頭段和碎葉較多.
個別機型產生的收穫損失, 包括未進入機器的倒伏甘蔗和進入機器切斷後又落地的甘蔗段, 最多時地表一米一節. 農戶對於破頭率沒有過高的要求, 只要不鬆動蔗跟即可.
現場作業中, 鋪放式單一砍稈的收割機作業速度最快, 但還需要剝葉砍梢;整稈收穫的彎稈和梢頭處理欠佳;機身短小結構簡單的機器作業速度慢;自裝自卸式機械需要的輔助機具多, 邊收邊卸式機械入地難, 坡地險.
普遍存在的問題是, 切梢裝置調整不便, 對生長高度不齊的甘蔗難以控制到合理的切梢長度;割台可調性差, 造成割茬不齊, 破頭率高.
近20年來, 國內外企業積极參与甘蔗收穫機械的研製, 大力研發適合中國特色的收割機. 比如凱斯紐荷蘭在廣東佛山成立了甘蔗收穫機械生產廠, 中聯重科在博覽會上一次將8台甘蔗收穫機交付客戶.
尤其是近幾年, 國產甘蔗收割機的研發製造大有進展. 總體趨勢是國產甘蔗收穫機械不斷成熟, 機收替代人工收穫已有可選機型, 但高效能收割機供給仍然不足.
農機, 農藝, 糖廠各有掣肘
我國甘蔗種植區域以丘陵旱坡地區為主, 地形複雜, 蔗田地塊分散小, 坡度大, 石頭多, 機耕道不通暢. 一家一戶分散經營, 方式多樣, 品種不一.
大多蔗區是地不平, 稈不直, 沒有機耕道, 導致收割機根本進不去. 只有當甘蔗種植品種, 種植行距與機械化收割相適應, 行距正確時, 甘蔗才會處於機器中線保證收穫質量.
同時, 蔗區應培育, 引進適合我國主產蔗區機械化收穫的甘蔗品種;規範適宜機械化收穫的種植標準;整合土地資源, 修建適合機械化收穫的田間道路, 擴大機械化收穫規模.
目前廣西各地在 '雙高基地' 規範的要求下, 蔗農按照標準種植, 寬窄行距固定, 80, 135~ 140, 150cm行距均可進行機收. 此外, 通過不同熟性品種, 不同植期的科學安排, 可保證產糖效率和機收水平, 以提高效益.
蔗農對機械化收穫的要求則比較簡單, 只要機收不丟蔗稈, 不動蔗根, 料箱含雜少即可.
因此, 只有農機農藝相融合, 多培育適宜機械化和抗倒伏的品種, 甘蔗全程機械化才能加快實現.
而甘蔗產業鏈上的加工環節——糖廠, 對甘蔗機械化收穫也有著特殊的要求.
我國的糖廠大多都是在人工收割整稈入廠的方式下建立的, 使用整稈製糖生產流程基本固化. 目前糖廠的生產模式不能保證切段甘蔗隨到隨榨, 切段蔗並不符合糖廠的生產工藝.
但目前甘蔗機械收穫的主流技術是切段式收穫, 為減少含糖量損失, 切段式收穫甘蔗需在24h內進廠壓榨. 為此, 新的收穫, 運輸, 壓榨各環節間的銜接機制如何建立需要研究, 使收穫與加工能夠快速有機配合.
固然機械收穫含雜率比人工高, 但只要在糖廠合理扣除含雜, 對推進甘蔗機收生產不會造成太大影響.
據悉, 國內糖廠將進行全面改制, 政策空前利好. 市場將全面放開, 糖廠可以實現跨區收蔗. 如此, 以往壟斷局面將被打破, 糖廠不能強制選擇只收人工作業整稈的甘蔗, 這在很大程度上有利於促進甘蔗儘快實現機械收穫.
技術發展趨勢
甘蔗收穫機的常見故障包括蔗稈損失, 含雜率高和發動機轉速下降等, 需要解決的問題是提高可靠性, 增強適應性.
比如提高切梢裝置的靈敏度, 盡量做到多切梢少切稈;對生長彎曲, 倒伏嚴重的甘蔗, 收穫時的適應性要強;蔗區採用機械種植, 防止割茬不齊, 破頭率高;蔗地起壟平直, 保證收割機行進的穩定性和收割效果, 同時利於來年宿根蔗的生長, 砍斷處減少被撕裂分叉現象;剝葉通道內剝葉徹底, 減少料箱含雜.
未來的產品研發應向智能化(故障診斷, 田間石塊識別, 料箱含雜報警等), 自動化(自動對行, 自動調整扶蔗分蔗輥高度, 自動調整風機轉速等), 專業化方面發展, 減少機手勞動強度, 保證收穫性能和作業質量的提升. 研製在雨天作業時的機器, 以提高收穫機的有效利用率.
對於切梢器, 目前由於甘蔗植株生長高低不一, 所以作業中切梢只能按蔗梢位置的平均高度隨時調整, 但在相當多的地塊中, 甘蔗植株長勢高低懸殊過大, 向兩側傾斜過多, 使用切梢作用實際不大. 未來設計的切梢器, 其頂端高度和切梢旋轉方向根據田塊作物品種和長勢應該可以選擇. 正確設置和使用切梢器可以減少進入接料車中的雜質.
分蔗輥和扶蔗輥的旋轉方嚮應相反, 這樣可以有效分離相鄰行間相互纏繞的甘蔗. 若配置側刀可以切斷相互纏繞的蔗葉, 防止倒伏甘蔗在推送過程中連根拔起. 蔗輥距地高度也應獨立調整, 以保證收穫效果和防止泥土帶入底刀.
正確的位置是滑靴頂尖正好進入地表土可以扶起倒伏甘蔗進入切割, 而滑靴頂尖正好離開地表土則可以少帶泥土進入機器. 扶起倒蔗切斷時車速不易過快, 否則易產生拔根現象.
壓倒滾筒的高度也應當可以根據倒伏甘蔗的高度調整, 直稈升高, 倒稈降低. 過高影響切口和喂入, 過低則使蔗稈折斷或連根拔起.
底刀高度設置不正確時, 會產生切口不齊致使底根鬆動甚至連根拔起. 作業時底刀正好進入地表土, 保證切斷時由於蔗根周圍泥土擁擠不易產生破頭現象. 但位置過低, 刀頭易磨損且切割阻力大, 過高易破頭且影響產量. 底刀高度若設置壓力和高度感測器則能保證實現自動控制.
喂入滾筒組將切斷甘蔗向後輸送的過程中完成去土除雜, 切斷滾筒要保證切斷不粘連則必須刀片鋒利, 這對除雜和減少糖分損失有極大好處.
除雜風機應最大限度去除蔗段上的雜葉和泥土, 包括除去不含甜汁的梢段. 這就要求風機風速要大於梢段而小於甜稈段的漂浮速度. 風量風速應能調整, 以適應不同比重的甘蔗節.
升運器和提藍器可進一步清除雜物和泥土, 使進入儲運車的物料是較為乾淨的甜蔗段. 田間運輸對收割效率影響極大, 所以要求運輸車質量小且靈活, 輪距適合甘蔗行距, 輪胎形狀不易壓破蔗根.
發展模式
國外的大型高端甘蔗收穫機, 在小塊坡地上作業時機動性差, 蔗農感到不適用;加之價格昂貴, 農民的經濟水平很難承受.
就目前來看, 按工序分類的專用小型收穫機械最實用, 也最受小規模經營的蔗農歡迎.
因此, 國內外企業在研製大型甘蔗收穫機的同時, 也應關注小型甘蔗收穫系列機組. 這種機組可以由一些簡單的收割機, 小型自走式甘蔗剝葉機以及配套的裝運裝置組成, 蔗農可以根據需要自行選擇各種不同的組合.
總之, 鑒於目前我國甘蔗生產的實際情況, 僅依靠進口收穫機無法解決甘蔗收穫機械化問題. 在一定的階段內, 甘蔗收穫應當是小型機, 切段式和整稈式機型並存的發展模式.