马铃薯机械化收获过程的损伤因素及试验研究
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摘要：近年来，随着我国产业结构的调整，在农业与种植业中，普遍实现了机械化，尤其是在马铃薯的种植与收获中。马铃薯是一种重要的作物，其本身具备一定的经济价值与食用价值，因此，很多地区逐步实现了大规模种植，而大规模种植往往伴随着机械化作业的应用。而机械化收获会对马铃薯产生一定的损伤，影响马铃薯的加工与食用。基于此，本文分析了马铃薯機械化收获中的损伤因素，并开展了相应的试验研究，对于马铃薯防损装置的研究等具有一定的参考价值。
关键词：马铃薯;机械化收货;损伤因素;试验研究
中图分类号：S23
文献标识码：A
DOI：10.19754/j.nyyjs.20191215018
基于马铃薯巨大的经济与食用价值，国家加大了对马铃薯产业的支持。我国有些地区，逐步实现了马铃薯的大面积种植，形成了马铃薯产业链，而种植面积的增多使得其对于机械化的依赖程度逐步加大，虽然机械化保证了种植与收获的效率，但是机械化收获也导致了马铃薯的损伤，影响了其后期的加工与食用，因此，机械化收获中降低损伤率是近年来马铃薯机械化收获研究的热点问题，对机械化收获损伤因素以机理的试验分析可以为减少损伤率提供一定的参考。
1马铃薯生产概况与机械收获损伤的基本情况
马铃薯最初的原产地是南美洲，其种植的历史悠久，本身具有种植简单、产量高、营养丰富的特征，使马铃薯成为种植最为广泛的作物之一，以中国、俄罗斯、乌克兰、印度、波兰等国家为例，这些国家的马铃薯种植产量极高，占世界马铃薯种植面积的60%以上，产量达到了世界产量的50%。
基于我国马铃薯种植面积的广泛性，在马铃薯收获中普遍实现了机械化，这种机械化收获的方式大大提升了我国的粮食安全，促进了我国农业生产的现代化。但有关数据资料显示，马铃薯机械化收获造成了极高的损伤率，由收获机所造成的损伤率高达70%以上，机械化收获损伤主要表现在块茎损伤上，而这种损伤会影响马铃薯的美观性与内在品质，降低了马铃薯的再利用率，对马铃薯的加工等产生了一定的影响。因此，马铃薯机械化收获不仅不利于加工行业经济社会效益的实现，还不利于马铃薯产业结构的升级与调整。
2马铃薯机械化收获的损伤因素与表现
马铃薯机械化收获主要借助的是马铃薯收获机，而收获机的运行与使用会造成马铃薯收获过程中的挤压、碰撞与摩擦，在收获机的随机运转下，马铃薯受到各种力的作用，从而发生损伤。一般情况下，根据马铃薯的损伤情况，其损伤主要表现为内部损伤与外部损伤2种。
2.1表面损坏
马铃薯的表层保护是其品质保持与长期存放的基本保证，完好的表皮能有效避免马铃薯块茎脱水和变质。但是机械化收获必须在机械元件的不停运转中完成，加之高效率的快速作业条件下马铃薯会与金属零件、其它马铃薯不断地发生摩擦与撞击，导致表层部分区域脱落或起皮，这不仅会影响马铃薯的外观品质，更可能在储运发生腐烂变质问题。
2.2内部损坏
马铃薯机械化收获中出现的内部损坏，主要是由于马铃薯机械化收获中受到机械有关金属零件的剧烈碰撞、冲击、挤压等形成的，内部损伤会使马铃薯的块茎组织逐步形成黑斑等，随后引发马铃薯内部结构的物理与化学变化，导致马铃薯内部受损位置出现变质、腐烂等现象，一旦出现内部损坏，就会影响马铃薯的加工，降低其经济价值。
3机械损伤对马铃薯的不利影响
马铃薯机械化收获中产生的损伤会影响马铃薯经济效益的实现，具体来说，机械损伤会直接降低马铃薯的产量，虽然有些机械损伤的马铃薯依然可以销售与加工，但是其较差的外观等会使得马铃薯的销售价格偏低，进而影响马铃薯的销售收益。有关资料显示，马铃薯的产量受到多方面因素的影响，机械化收获所造成的机械损伤是其中的一个主要因素，机械化收获所造成的表皮损伤对马铃薯产量的影响约占21%，而内部损伤可达13%左右。
马铃薯机械化收获所造成的机械损伤位置会出现生物碱、黄酮类等成分，使得马铃薯变质，最终影响马铃薯的食用价值与经济价值。
4马铃薯机械化收获损伤试验
4.1基本情况
通过开展马铃薯机械化收获的损伤试验，可以在一定程度上掌握损伤机理，从而为马铃薯收获机的改进等提供相对合理的参考。本试验在室内进行，基于马铃薯的形状具有不规则的特性，因此，在马铃薯体积的区分上往往借助于马铃薯的重量确定来实现。根据各个马铃薯重量的差异性，将试验对象的马铃薯分为3类，重量在100g以下的块茎为小马铃薯，而重量在250g以上的块茎为大马铃薯，100～250g的块茎为中马铃薯。为保证试验结果的准确性，在试验中所选取的马铃薯对象必须具备体积上的均匀性，保证试验中包含了大、中、小类型的马铃薯，并且要保证试验前期的马铃薯不存在破损现象。
本次试验中，所使用的试验设备主要包含了普通的称量设备、万能试验机、动态测试分析设备与测力传感器等。普通的称量设备主要为刻度尺、天平等。万能试验机在试验中起到对马铃薯的拉伸、压缩、剥离等作用，在此过程中，还可以进行有关试验参数的呈现。动态测试分析设备可以在试验过程中对马铃薯的温度、振动等加以试验，还可以直接进行试验结果的分析与对比。测力传感器的使用是为了实时测试马铃薯的冲击力等。
4.2试验内容与结果
4.2.1下跌高度对损伤的影响
在该试验中，将马铃薯从5个不同的高度进行跌落试验，其碰撞材料为45#钢，选取的试验对象为含水率在71%～78%之间的马铃薯。试验结果表明，马铃薯下落所承受的冲击力随着下跌高度的增加而增大，二者呈现出正向的变化关系。而基于碰撞材料的特殊性，马铃薯在下跌过程中主要受到变形与反弹的影响，因此，为了减小马铃薯的损伤，可以通过对下跌高度的控制来实现。
4.2.2应用材料对损伤的影响
在其它因素保持不变的情况下，分别将45#钢、橡胶、马铃薯和干燥土块为碰撞材料，每组进行5次的试验，随后取试验结果的平均值。根据试验结果可知，如果金属材料的硬度较大，在碰撞试验中产生的变形较小，使得马铃薯承受的冲击力较大，因此，在碰撞材料的选择上，可以选用硬度相对较小的材料，减少损伤。
4.2.3含水率对损伤的影响
在马铃薯含水率对损伤的影响试验中，将在土壤中放置时间在6d左右的马铃薯作为对象，分2组进行跌落实验，2组的试验时间不一致，前1组试验在后1组试验的前6d进行，前1组的试验对象马铃薯较不成熟，但是其含水量相对较高。试验结果表明，含水率较高的马铃薯，其在跌落中与碰撞材料之间的变形较大，从而使二者的接触黏性较大。
5结论
基于马铃薯机械化收获中机械损伤产生的机理，有关的设计人员在马铃薯收获机的设计中要充分利用该机理，结合本文的试验内容，对收获机中的跌落高度、碰撞材料等加以合理控制与选择，保障收获机设计的合理性，使得其在收获中减小对马铃薯的损伤，提高马铃薯的产量，实现马铃薯的经济价值。
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作者简介：
周魏岩（1986-），大专，中级工程师，车间主任。研究方向：农机工程。
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