德国20世纪在40年代主要生产和使用抛掷式收获机；50年代主要生产和使用升运链式收获机和捡拾装载机，进行分段收获；到1970年保有量达到6205台；70年代开始生产联合收获机，机型有20多种，均是原联合收获机的变型，其保有量达到6万台；90年代开始生产收获-捡拾装载机和具有自动分选装置的联合收获机。
日本在1955年以前使用畜力挖掘机，1955年到1965年生产悬挂式的抛掷式和升运链式收获机。70年代开始引进英国、美国等发达国家的联合收获机，并研制适合日本国情的联合收获机。
目前，国外马铃薯收获机械大多采用升运链条式联合作业，技术上已达到相当高的水平。由于国外马铃薯采用机械化垄作种植形式，适应这种特点而设计的收获机械在中国难以适应平作收获。以内蒙百事食品(中国)有限公司种薯基地进口机为例，其全部实现机械化作业，种植方式采用垄作，行距为900mm，收获机械为牵引式双行联合作业，多级链输送，配套动力在59．7kW以上，一次完成挖掘，土、石、薯、秧分离，并可实现薯块大小自动分捡、自行装车等功能该机为全液压操纵，各机构可实现自动折叠运输，伤薯率极低。机体与薯块可能接触部位均用橡胶件保护。又如，芬兰康克公司生产的双行马铃薯收获机为牵引式，配套动力为33．6kW以上，在拖拉机右侧实现挖掘，土、薯、茎叶分离，薯块直接装袋装箱。同时，该机可作为捡拾机使用，后部工作台为液压升降式，薯块或石头可直接运至田地头。日本生产的主要为单行履带自走式联合作业机，行走与输送链HST无级变速，发动机为水冷4冲程3缸柴油机。
1.2 我国马铃薯收获机发展趋势 1.2.1 马铃薯生产现状
马铃薯原产于南美洲的安第斯山，17世纪由荷兰人带到我国台湾。它是重要的粮食兼用和工业原料作物。目前，全世界主要种植马铃薯的国家有148个，总面积达1838万hm，总产量3亿吨。近年来，种植业结构调整、马铃薯加工业的蓬勃发展、西式快餐大量兴起、方便食品的不断涌现、加工产品的大量开发以及经济效益的提高，极大地调动了农民的种植积极性。我国马铃薯种植面积以10万hm /年的增长速度逐年增加，2001年达到472万hm，产量居世界第一位；2003年，黑龙江省种植面积60万hm产量达到960万吨。所以从机械化角度来看，马铃薯种植和收获机械蕴涵着巨大的商机。
[3]22221.2.2 马铃薯收获机发展趋势
(1)在我国，马铃薯收获机向集机电和液压技术为一体的大型化方向发展，从而提高自动化程度和生产效率，获得最佳的经济效益。
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(2)向联合作业方向发展，实现多功能作业，降低作业成本和设备投入费用。 (3)向自走式发展，装有分级装置，降低劳动强度。 (4)注重产品质量，提高可靠性，实现互换性。
1.2.3 我国马铃薯生产全程机械化的发展趋势
(1) 要加大公关力度，提高机具性能指标，使其尽快达到国际先进水平。实现定型生产，占领国内市场，替代进口产品。
(2) 提高“三化”水平，增加作业功能，以满足农业生产需求。 (3) 提高机电、液压一体化和检测水平，开展联合作业机具的研制。 (4) 提高生产企业的加工工艺水平，保证设备制造质量。
我国马铃薯种植面积大幅攀升，这对我国马铃薯收获机机械生产无疑是一个非常好的机遇，但同时也是一种挑战。总的来说，马铃薯收获市场潜力巨大，如果能充分抓住这个大好时机，认清国内马铃薯收获机械的应用现状，有选择地引进和吸收国内外先进技术，并及时开发出适合我国国情的马铃薯联合收获机，将为我国马铃薯生产奠定良好的基础。
2 马铃薯收获机械的类型及技术要求
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2.1 马铃薯收获机的技术要求
国内马镥薯收获机械技术发展还处于起步阶段，但各类型机均应具备以下技术要求：
(1)挖净率
要求挖深在150—200ram之间，每行挖掘宽度在350—500ram之间，挖净率应不低于98％。
(2)明薯率
收获机必须具有良好的分离机构，能将薯块与土壤分离，使分离后的薯块集堆或集条以便于人工捡拾．明薯率应达95％。
(3)破损率
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收获时应尽量减少马铃薯破皮、切伤等损失，破损率应小于5％ 。 (4)生产率
机械收获的目的在于减轻劳动强度，提高生产率，适时收获。因此，收获机作业时应具有一定的作业速度。
(5)其它要求
马铃薯收获机在尽可能减少自身动力消耗的情况下，其配套动力应具有一定的储备。分离机构应具有排石、去秧功能，以适应土壤、地形等方面的变化，以及收获后田地应平整，不能影响以后农田作业要求。
[4]2.2 马铃薯收获机发展的主要制约因素
(1)动力配套问题
11—14kW拖拉机虽是目前农村拥有量最多的动力机械，但问题的核心是小型拖拉机不适宜于配套单行收获机，动力不能满足一次完成挖掘、分离、薯块集堆或集条作业，更谈不上完成去秧、排石、装箱等功能。实践表明，不管收获机械如何改进，马铃薯收获仍然需要较高动力消耗，现在与小型拖拉机配套的收获机普遍存在动力不足的问题。虽然与18—22kW以上拖拉机配套的单行收获机和38kW 以上拖拉机配套的双行收获机克服了动力不足、适应性差的问题，作业质量也较好，但农户拥有该类型拖拉机数量有限，在一定程度上制约了马铃薯收获机械的发展。
(2)生产规模与种植形式
目前，农村小规模生产方式制约了大中型马铃薯收获机的发展，收获机市场出现了先小型，后小中型并举的现象。马铃薯种植形式不统一也直接影响收获机作业性能。
(3)机具性能问题
目前我国各地研制的收获机普遍存在可靠性差，作业质量不稳定，适应性不强，功能不全等问题。
2.3 马铃薯收获机械的发展建议
(1)机具类型多样化、系列化、标准化。我国马铃薯收获机械的设计开发要适合国情，不但要适应我国广大农村现有的配套动力条件，还要适应各地不同的农艺要求。
(2)提高机具可靠性。马铃薯收获机械在恶劣的条件下工作，零部件易腐蚀、磨损或断裂，因此在设计时应从结构特性、制造工艺和材料处理等几方面综合分析，改善零件的可靠性，进而提高整机的可靠性。
(3)多功能联合收获。目前许多机型只有挖掘功能，没有分离清选和输送功能，生产率相对较低，实际收获时的成本较高。因此，要通过消化吸收国外先进技术，进一
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步优化挖掘、分离、清选和输送功能，提高生产率。同时要提高机具的适应能力，完善根茬、残膜的收集功能，使其真正实现多功能联合作业。
(4)加强基础性能的研究。研究土壤性质，可准确确定机具的受力特性，理地选择结构参数；研究马铃薯性状，可减少其破损量，提高分选效率。深入研究土壤和马铃薯特性有助于优化机器结构，提高其使用性能。
3 整体结构的确定
3.1 总体结构
本任务设计的马铃薯挖掘机与80-100马力的拖拉机配套作业，挂接方式为后悬挂，作业时需对行。该机主要由悬挂机架、转动输送筛、挖掘铲及铲架、切土圆盘刀、传动机构、摆动筛等机构组成。铲架通过螺栓安装在悬挂机架的侧板上，在铲架上安装有挖掘铲。在机架上焊有2点悬挂的地方，与拖拉机的悬挂机构相连。在机架中部安装有传动机构，它由传动箱、一对锥齿轮和传动轴组成。传动机构通过传动轴与拖拉机的动力输出轴连接，拖拉机的动力传动到转动输送筛和摆动分离筛上，使转动输送筛转动，将挖掘出的马铃薯输送到摆动筛上达到分离效果。转动输送筛的主动轴的转动作用由链条带动，从而使转动筛达到转动的效果。传动机构末端上有一偏心轮，偏心轮使与其相连的连杆一端作回转运动，在连杆另一端带动摆动筛使其摆动，使马铃薯和土壤达到分离的效果[5]。
3.2 工作原理
拖拉机通过悬挂机构牵引马铃薯收获机前进，拖拉机的动力输出轴与收获机的机传动机构通过传动轴相连接，在拖拉机启动后，结合动力输出轴使其转动，并通过传动机构传送动力，使转动输送筛转动、摆动筛转动摆动；在拖拉机前进过程中，挖掘铲挖出土垡，土垡沿挖掘铲传到转动输送筛上进行初次分离，然后由传动筛输送到摆动分离筛上再次分离，在摆动筛的摆动作用下薯块和泥土分离，并将薯块成条状铺放在挖掘机的后面，以便捡拾[6]。
3.3 主要性能参数
马铃薯收获机主要性能参数见表1所示：
表1 马铃薯收获机主要性能参数
Table 1 Main performance parameters of the Potato Harvester
项目 数值 项目 数值 工作宽度 作业行数 作业深度 主轴转速
1800mm 纯小时生产率 0.25～0.60hm ?h 2行 集薯类型
铺条
200mm 理论明薯率 ＞95% 540r/min 理论挖净率 ＞98%
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项目 数值 项目 数值 配套动力(拖拉机) 80-100马力 作业速度
0.6～1m/s
理论破损率 ≤ 5% 行距 700～900mm
4 挖掘部件的设计
挖掘部分的作用是把薯块和土壤一起挖起，并把薯块和土壤输送到分离筛上。对挖掘部件的要求如下：
(1)在尽量少挖取土壤的情况下挖净薯块；
(2)挖掘深度稳定不损伤薯块，并可根据需要进行调整；
(3)挖掘铲应有较强的碎土能力，对粘重土壤保证土垡能顺利通过，以便为分离薯块中的土壤提供有利条件；
(4)要求挖掘部件的牵引阻力小，刃口的耐磨性好。
为满足上述要求，采用了组合式挖掘部件。这种挖掘部件由三角平面多铲、铲架和切土圆盘刀组成。挖掘铲与铲架通过螺钉连接，铲架固定在机架上。切土圆盘刀安装高度可调节。
4.1 挖掘铲的设计
挖掘铲是挖掘机的主要部件，而挖掘铲的参数的选择是马铃薯挖掘机的设计基础。
4.1.1 设计依据
主要依据是薯块的分布宽度、结薯深度和薯块成簇性等生长状况, 以及土壤土质和根系的抓土程度。
按收获农艺相关指标——挖净率、伤薯率、明薯率等, 对挖掘铲的设计要求是: (1)将所有薯块掘起, 保证挖净且不铲薯； (2)能流畅地将掘起物送往分离装置；
(3)尽早漏土, 减小挖掘阻力, 避免机前壅土,且减小筛分部件负荷, 提高整机收获的明薯率。
固定式三角平面多铲是挖掘机的主要工作部件之一，结构比振动式挖掘铲和主动圆盘挖掘部件结构简单，制造方便，不需要动力传动。其缺点是容易产生壅土现象。
壅土现象产生的原因：
(1)土壤板结，有大土块、大石块和杂草缠绕； (2)悬挂连接尺寸不正确，挖掘铲工作倾角过大或过小； (3)挖掘深度和前进速度超过设计值。
但在土壤条件好的情况下，正确使用挖掘机是可以避免和减少壅土现象发生的。
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