作物機(jī)械收獲技術(shù)研究進(jìn)展

張萌璐 孫志鋒 孫志棟 陳權(quán)輝

摘要隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展，蔬菜機(jī)械化收獲技術(shù)在我國越來越受到重視。從我國蔬菜生產(chǎn)的實(shí)際情況出發(fā)，根據(jù)田間作物食用部位不同，對(duì)甜菜收獲機(jī)、甘蔗收獲機(jī)、大蒜收獲機(jī)、甘藍(lán)收獲機(jī)等我國亟需重點(diǎn)解決的蔬菜收獲機(jī)的國內(nèi)外研究進(jìn)展進(jìn)行詳細(xì)介紹。參考國外收獲機(jī)技術(shù)，我國也有越來越多的自主研發(fā)和改良機(jī)型投入使用。同時(shí)結(jié)合收獲機(jī)械的發(fā)展與推廣，指出了該領(lǐng)域的研究方向。

關(guān)鍵詞作物；收獲機(jī)；技術(shù)

中圖分類號(hào)S225文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2017）14-0199-05

AbstractWith the development of modern agricultural technology， vegetable mechanized harvesting technology has attracted much more attention in recent years in China. Based on the actual situation of vegetable production in China， according to the different edible parts of field crops， research progress of sugarbeet harvester， sugarcane harvester and garlic harvester in domestic and overseas were introduced in detail. By referring to technology of developed countries， more and more independent research and improved harvesters were put into use in China. In consideration of the development and extension， the research direction about harvesting machinery was pointed out.

Key wordsCrop；Harvesters；Technology

農(nóng)業(yè)機(jī)械是指在作物種植業(yè)和畜牧業(yè)生產(chǎn)及加工處理過程中所使用的各種機(jī)械。例如常見的谷物收獲機(jī)是由塞勒斯·麥考密克發(fā)明的，用其一次性完成收割、脫粒、集中，然后再通過傳送帶將糧食輸送到運(yùn)輸車上。也可用人工收割，將稻、麥等作物的禾稈鋪放在田間，然后再用谷物收獲機(jī)械進(jìn)行撿拾脫粒。在當(dāng)前我國農(nóng)村勞動(dòng)力資源結(jié)構(gòu)性短缺的情況下，必須加快發(fā)展農(nóng)業(yè)機(jī)械化，尤其是針對(duì)季節(jié)性強(qiáng)、人工作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度高、作業(yè)效率低、收獲損失大和占用農(nóng)時(shí)多等問題，實(shí)現(xiàn)田間作物收獲機(jī)械化意義重大。

目前，國內(nèi)進(jìn)行機(jī)械收獲的主要是根莖類蔬菜、瓜果類蔬菜、球莖類蔬菜，果粒類蔬菜、葉類蔬菜收獲機(jī)械沒有得到推廣。以胡蘿卜為代表的根莖類蔬菜近年來技術(shù)已基本成熟，機(jī)械化作業(yè)程度高。球莖類蔬菜收獲機(jī)具雖有突破，但機(jī)具實(shí)用性不大，仍以手工收獲為主。而近年已逐步展開葉類蔬菜、果粒類蔬菜等收獲問題的研究。田間作物的生長具有隨機(jī)性，受土壤、天氣、肥料等的影響很大，同品種的蔬菜長成之后形態(tài)不一，生長發(fā)育程度不齊，而果實(shí)、葉片等相對(duì)脆弱，這就要求在研發(fā)時(shí)要考慮到蔬菜的幾何與物理特性等，設(shè)計(jì)具有一定柔性、智能化的蔬菜收獲機(jī)械[1]。采用聯(lián)合收獲機(jī)械收獲蔬菜，若把損失率和損傷率控制在一定范圍，可大大提高收獲效率。田間作物種類繁多，供食用的器官不同，因此設(shè)計(jì)的收獲機(jī)械大多專用性很強(qiáng)。如能開發(fā)通過更換部分零部件或調(diào)整工作參數(shù)就能收獲多種蔬菜的收獲設(shè)備，提高收獲機(jī)械設(shè)備的通用性，可降低使用成本，擴(kuò)大推廣范圍。

1甜菜收獲機(jī)械

甜菜機(jī)械化收獲方法有聯(lián)合收獲、兩段法、三段法3類。聯(lián)合收獲是用1臺(tái)機(jī)器或機(jī)組一次作業(yè)完成甜菜收獲的各主要作業(yè)工序，具有生產(chǎn)效率高、勞動(dòng)強(qiáng)度低、機(jī)械化程度高和收獲損失小的特點(diǎn)，適用于大面積收獲，其缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴、使用維護(hù)成本高、機(jī)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜。分段收獲設(shè)備與聯(lián)合收獲設(shè)備相比結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低、生產(chǎn)效率高、適用范圍廣，能適應(yīng)田間較惡劣的地形條件，閑置時(shí)不占用動(dòng)力[2]。

歐美等發(fā)達(dá)國家對(duì)甜菜收獲裝備的研究比較早，整體技術(shù)水平高，并有聯(lián)合收獲機(jī)和分段式收獲機(jī)組等多個(gè)系列產(chǎn)品。他們的聯(lián)合收獲機(jī)械以牽引式和自走式為主，機(jī)電一體化程度高，普遍采用了液壓、電子和計(jì)算機(jī)等高新技術(shù)，配套動(dòng)力大，操作方便，可一次性完成打櫻、切頂、挖掘、清理、輸送和裝運(yùn)等作業(yè)[3]。日本、韓國等地區(qū)聯(lián)合收獲機(jī)多為錯(cuò)行作業(yè)機(jī)型，即打葉切頂部件與挖掘收獲部件并列，一般與中小型拖拉機(jī)配套使用，多采用鏵式挖掘鏟和轉(zhuǎn)輪式清選裝置，整機(jī)體積小且結(jié)構(gòu)緊湊，適用于小面積單行收獲。我國甜菜機(jī)械收獲設(shè)備發(fā)展較慢，聯(lián)合收獲機(jī)基本是從國外進(jìn)口，自主研制的機(jī)型以牽引式和懸掛式的中小型分段作業(yè)機(jī)械為主。莖葉切削設(shè)備大多數(shù)采用了主動(dòng)圓盤式仿形機(jī)構(gòu)和平直切刀切削裝置；塊莖挖掘器以鏵式、組合式和叉式為主；清理輸送裝置較簡(jiǎn)單，性能差[4]。

1.1分段式甜菜收獲機(jī)械我國對(duì)甜菜收獲機(jī)械的研究始于20 世紀(jì)70 年代末，自主研制的收獲機(jī)如4TQ-2 型切纓機(jī)、4TW-312 型圓盤式挖掘集條機(jī)、4TW-3 （2）B 型挖掘機(jī)、4TWZ-4 型甜菜收獲機(jī)，農(nóng)甜4TQ-2 型甜菜切纓機(jī)、農(nóng)甜4TW-2 甜菜挖掘機(jī)，均為分段收獲機(jī)械。

甜菜莖葉較為繁茂時(shí)，打葉切頂機(jī)很難將甜菜葉徹底打爛，掉落在壟間的甜菜葉會(huì)影響下一步甜菜挖掘機(jī)的工作，使得收集起來的甜菜塊根雜質(zhì)含量增加且對(duì)刀具造成難以修復(fù)的磨損。對(duì)切葉裝置進(jìn)行改進(jìn)，在行駛方向上在切葉機(jī)的切碎元件后面設(shè)置至少1個(gè)以剪頂器或類似構(gòu)件組的形式為參考的第二工具，2個(gè)元件形成輸送路徑，使切除物按照橋接的方式被排出。

由于甜菜收集料倉的翻轉(zhuǎn)速度和翻轉(zhuǎn)角度，料倉裝滿物料后傾倒裝車時(shí)會(huì)因重心偏移而發(fā)生危險(xiǎn)，通過改進(jìn)卸料機(jī)構(gòu)，料倉后部?jī)蓚?cè)面對(duì)稱開有左右滑槽，滑槽內(nèi)裝有旋轉(zhuǎn)軸，旋轉(zhuǎn)軸兩端上分別安裝有左拉簧和右拉簧連接安裝架，用帆布繞過旋轉(zhuǎn)軸固定在料倉底面上和料倉前部翻蓋上，減緩了甜菜整體倒在帆布上，防止甜菜漏到料倉底部。

1.2聯(lián)合式甜菜收獲機(jī)械與輪式拖拉機(jī)配套使用的圓盤挖掘式甜菜聯(lián)合收獲機(jī)是新型收獲設(shè)備，該機(jī)由機(jī)架、對(duì)行裝置、挖掘裝置、拋送裝置、輸送清理裝置、升運(yùn)裝置、收集箱、液壓系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)等組成，一次性完成甜菜的挖掘、除土、輸送、提升、收集作業(yè)[5]。自動(dòng)對(duì)行控制系統(tǒng)能降低甜菜聯(lián)合收獲機(jī)漏挖損失率和根體折斷率，是甜菜收獲的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。對(duì)行裝置主要由對(duì)行機(jī)架、對(duì)行導(dǎo)板、手動(dòng)換向閥等組成。當(dāng)對(duì)行機(jī)構(gòu)隨地起伏時(shí)，對(duì)行導(dǎo)板受到甜菜塊根輪廓的推力，帶動(dòng)機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)，牽動(dòng)手動(dòng)換向閥的手柄通過液壓油路，使轉(zhuǎn)向油缸進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作，調(diào)整收獲機(jī)的前進(jìn)方向。類似的對(duì)行裝置還有利用四連桿機(jī)構(gòu)工作原理：探測(cè)桿感知甜菜根塊的左右偏移，并帶動(dòng)掛桿隨動(dòng)偏移，轉(zhuǎn)換為角度傳感器旋轉(zhuǎn)軸角度的變化，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并傳輸至控制器對(duì)行探測(cè)機(jī)構(gòu)感知壟頂甜菜根塊的位置，控制器輸出電磁閥的控制信號(hào)打開液壓缸驅(qū)動(dòng)油路，帶動(dòng)挖掘位置的調(diào)整[6]。挖掘裝置主要由挖掘圓盤、堵漏盤、圓盤軸臂架、軸承套等組成。工作時(shí)，挖掘圓盤依靠其與土壤的摩擦力產(chǎn)生滾動(dòng)，在前進(jìn)過程中將含有甜菜塊根的土垡切割、松碎，甜菜塊根隨著圓盤的滾動(dòng)被拔出。拋送裝置通過拋送輪軸帶動(dòng)拋送輪轉(zhuǎn)動(dòng)，將挖起的甜菜送到后輸送分離裝置。輸送清理裝置借助桿式輸送鏈的抖動(dòng)和螺旋輥筒上設(shè)有的螺旋圓鋼實(shí)現(xiàn)甜菜與土壤、雜草的分離，并完成甜菜塊根的定向輸送，然后借助甜菜的慣性和重力拋落到收集箱內(nèi)，壓緊輪可根據(jù)甜菜大小不同做出調(diào)節(jié)。對(duì)圓盤式挖掘部件進(jìn)行參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，能提高收獲甜菜的質(zhì)量。

另外還有可自動(dòng)對(duì)行作業(yè)的錯(cuò)行挖掘型甜菜聯(lián)合收獲機(jī)，一次作業(yè)2行，即單行收獲和鄰行打葉切頂同時(shí)進(jìn)行，具有自動(dòng)對(duì)行糾偏系統(tǒng)，創(chuàng)新設(shè)計(jì)仿形切頂機(jī)構(gòu)、挖破土一體化挖掘輸送系統(tǒng)，融入液壓和智能控制等先進(jìn)技術(shù)，采用三點(diǎn)懸掛方式與拖拉機(jī)實(shí)現(xiàn)掛接[7]。

2甘蔗收獲機(jī)械

在國外， 大型切段式甘蔗聯(lián)合收割機(jī)是甘蔗收獲機(jī)械技術(shù)發(fā)展的主要方向。目前，巴西、澳大利亞、古巴等產(chǎn)糖發(fā)達(dá)國家廣泛使用大型切段式甘蔗聯(lián)合收割機(jī)，其能夠一次性完成扶倒、切梢、收割、切段、清選、裝載、蔗葉切還田等工序[8]。在日本、菲律賓、印度尼西亞等國應(yīng)用整稈式收割機(jī)，只實(shí)現(xiàn)甘蔗的割倒、鋪放等工序。該類機(jī)型輕便靈活，以手扶拖拉機(jī)底盤為動(dòng)力和行走裝置，安裝有地面仿型裝置，割臺(tái)可以調(diào)節(jié)[9]。我國大多數(shù)收割機(jī)是仿照國外大型收割機(jī)并沿用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行開發(fā)。

切段式甘蔗聯(lián)合收割機(jī)通過改造中馬力輪式拖拉機(jī)，抬高拖拉機(jī)離地間隙，在拖拉機(jī)尾部掛上切割臺(tái)，以拖拉機(jī)后退方向?yàn)槭崭钋斑M(jìn)方向，例如4GZ-140 型自走切段式甘蔗收割機(jī)，由于糖廠接收原料限制，該類機(jī)型沒有得到推廣應(yīng)用。整稈式甘蔗收割機(jī)從割臺(tái)形式看，主要有臥式整稈和立式整稈2種；從懸掛形式看主要有側(cè)掛式、腹掛式和肩背式3種；從收獲方式看分為聯(lián)合式和分段式整稈收獲2種[10]。聯(lián)合式整稈甘蔗收割機(jī)有以中馬力輪式拖拉機(jī)作底盤的KALTOR-80 型。分段式整稈收割機(jī)有自走底盤式、側(cè)掛大中馬力輪式拖拉機(jī)式和利用手扶拖拉機(jī)底盤式等型式，例如4GZ-35型側(cè)掛式甘蔗收割機(jī)、4GZ-12 型甘蔗收割機(jī)[11]。

2.1甘蔗剝?nèi)~斷尾裝置甘蔗收獲有扶蔗、砍蔗、碎葉、剝?nèi)~和斷尾等步驟，部件之間的關(guān)系復(fù)雜，結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)性要求高，有很多內(nèi)在因素影響甘蔗收獲質(zhì)量[12]。甘蔗剝?nèi)~裝置是將收割后的甘蔗傳輸進(jìn)入剝?nèi)~裝置并對(duì)其去除蔗葉和雜質(zhì)，關(guān)系著后續(xù)部件的工作。國外蔗葉的剝離實(shí)現(xiàn)方法是通過焚燒或采用大功率的吹風(fēng)系統(tǒng)。國內(nèi)的剝?nèi)~機(jī)大多采取離心式剝?nèi)~，國內(nèi)一些高校和科研院所從裝置結(jié)構(gòu)、剝?nèi)~輥轉(zhuǎn)速、剝?nèi)~元件材質(zhì)和形式及元件安裝排列方式等方面研究剝?nèi)~性能的改進(jìn)[13]。

在整稈式甘蔗收獲機(jī)中采用三角形排列方式，將起主要作用的耙葉輥、上剝?nèi)~輥和下剝?nèi)~輥三者進(jìn)行布局安裝，耙葉輥依靠其上的耙葉齒完成先期撕開蔗葉的工作。第2級(jí)斷梢裝置主要是對(duì)甘蔗尾梢起支撐作用。剝?nèi)~輥上的剝?nèi)~刷依靠高速旋轉(zhuǎn)過程中其側(cè)面與甘蔗的摩擦來剝離蔗葉，尾稍受到剝?nèi)~刷的高速?zèng)_擊從而實(shí)現(xiàn)斷尾[14]。

甘蔗植物的葉子以機(jī)械的方式與甘蔗植物的莖部分離，只有在分離葉子以后才使莖部與根部分開。在去除葉子過程中甘蔗植物的莖部由至少1個(gè)莖部保持單元確?；矩Q直站立，由此使葉子從莖部上除去，而不必?fù)?dān)心莖部的損壞、彎曲或彎折，也不必?fù)?dān)心在收獲方向上布置在待去除葉子的莖部區(qū)域之前或之下的裝置的粘接。

將甘蔗在徑向行進(jìn)的過程采用橫向剝?nèi)~的方式，所采用的甘蔗剝?nèi)~裝置包括剝?nèi)~元件和傳動(dòng)部件，傳動(dòng)部件由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，由主動(dòng)輪和從動(dòng)輪構(gòu)成，主動(dòng)輪和從動(dòng)輪之間以鏈條或傳動(dòng)帶連接，當(dāng)每一組傳動(dòng)部件傳動(dòng)的時(shí)候，與之配合的另一組傳動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)方向互為相反，1個(gè)或若干個(gè)剝?nèi)~部件設(shè)置在剝?nèi)~元件主體上，連接件將剝?nèi)~元件主體連接在鏈條或傳動(dòng)帶上[15]。

在原有收獲機(jī)的基礎(chǔ)上，增加1對(duì)反向旋轉(zhuǎn)的除雜輥，通過除雜刷片將蔗葉刷下，令纏繞在甘蔗上的蔗葉在反向旋轉(zhuǎn)的除雜輥的作用下與甘蔗分離，從通道下方落下[16]。在甘蔗通道的兩邊分別有1對(duì)互為反向旋轉(zhuǎn)呈幅射齒狀的剝?nèi)~輪，在甘蔗通道的出口端兩邊有1對(duì)互為反向旋轉(zhuǎn)的限速輪，轉(zhuǎn)速小于剝?nèi)~輪的轉(zhuǎn)速。剝?nèi)~輪上、下錯(cuò)位設(shè)置，兩輪外輪緣之間有間隙，在剝?nèi)~輪之間的甘蔗通道上設(shè)置折梢橫桿，降低能耗，自動(dòng)準(zhǔn)確地完成斷梢作業(yè)。

由葉梢聚攏判別部件、切割器、固定支架和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成的甘蔗切削機(jī)構(gòu)，可安裝在甘蔗收獲機(jī)前端，固定支架上由前往后依次安裝聚攏桿、耙輪、波形分流判別帶和鏈鋸，耙輪安裝在圓柱滾筒上，圓柱滾筒上安裝有排刷狀耙齒[17]。當(dāng)葉梢從波形分流判別帶的波峰處大間隙進(jìn)入波谷位置的小間隙后，被鏈鋸切斷。該機(jī)構(gòu)可同時(shí)切割多根甘蔗蔗梢，準(zhǔn)確辨別尾梢切斷部位，且在一定范圍內(nèi)判別倒伏甘蔗蔗梢并切除。

2.2整桿式甘蔗收獲機(jī)整稈式甘蔗收獲機(jī)斷梢剝?nèi)~碎葉一體化機(jī)構(gòu)，輸入輥、耙葉輥、三級(jí)斷梢裝置、剝?nèi)~輥、碎葉輥和輸出輥由前至后依次安裝在機(jī)架上，采用齒輪、帶輪和鏈輪結(jié)合的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。第1級(jí)斷梢裝置安裝在耙葉輥的前下方，位于甘蔗物流通道的下部；第2級(jí)斷梢裝置安裝在耙葉輥與剝?nèi)~輥之間，位于甘蔗物流通道的上部；第3級(jí)斷梢裝置安裝在兩對(duì)剝?nèi)~輥之間，位于甘蔗物流通道的下部，同時(shí)完成斷梢、剝?nèi)~、碎葉的工作流程，且能對(duì)多根并行的甘蔗同時(shí)作業(yè)[18]。

整稈甘蔗收獲的另一種方式是將甘蔗推倒。側(cè)懸掛推倒式整稈甘蔗收獲機(jī)主要由分蔗裝置、壓蔗推倒裝置、切割裝置、一級(jí)輸送裝置、二級(jí)輸送裝置和集堆裝置等組成[19]。工作時(shí)，拖拉機(jī)及其液壓動(dòng)力系統(tǒng)將動(dòng)力傳給各執(zhí)行元件，壓蔗推倒裝置將甘蔗推扶成一定角度，螺旋軌道式雙刀盤切割裝置進(jìn)行切割，切割后的甘蔗喂入到一級(jí)輸送裝置，經(jīng)二級(jí)輸送裝置輸送至集堆裝置進(jìn)行收集。收集后的甘蔗進(jìn)行集中剝?nèi)~，完成收獲。

在我國甘蔗收獲機(jī)虛擬設(shè)計(jì)研究方面，在整機(jī)虛擬設(shè)計(jì)、扶蔗機(jī)構(gòu)、切割機(jī)構(gòu)、剝?nèi)~機(jī)構(gòu)和作業(yè)過程動(dòng)態(tài)仿真幾個(gè)方面，其他還有部分機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)，如斷尾機(jī)構(gòu)、行走系統(tǒng)、地面系統(tǒng)等[20]。甘蔗收獲機(jī)虛擬設(shè)計(jì)還存在一些問題，但作為新興的產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)改進(jìn)優(yōu)化方法，能縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期，在農(nóng)業(yè)裝備設(shè)計(jì)優(yōu)化中會(huì)扮演重要的角色。

3大蒜收獲機(jī)械

歐美國家大蒜的種植面積相對(duì)我國較小，只有少量的大蒜收獲專用機(jī)械，多數(shù)設(shè)備可以兼收大蒜、胡蘿卜、洋蔥等根莖類作物。美國、加拿大等國以大型全程分段式收獲模式為主，主要機(jī)型有GW4400型4行大蒜挖掘鋪條機(jī)和GL2400型2行大蒜撿拾機(jī)[21]。日、韓和西歐一些國家以小型牽引式聯(lián)合收獲模式為主，較典型的產(chǎn)品有法國、西班牙的打捆式和切秧式大蒜聯(lián)合收獲機(jī)，丹麥及比利時(shí)的切秧式大蒜聯(lián)合收獲機(jī)[22]。我國大蒜收獲機(jī)械包括科研院所和企業(yè)研發(fā)的僅有15種左右，且多為分段式收獲設(shè)備，僅完成挖掘出土工序，適應(yīng)性、作業(yè)質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)性和可靠性等方面還需提升。

3.1分段式大蒜收獲機(jī)分段式收獲設(shè)備主要有：4DS-1000型大蒜挖掘機(jī)，通過圓盤刀具在地下不斷旋轉(zhuǎn)，切斷大蒜根系，使土松動(dòng)，并將蒜頭拱起，達(dá)到大蒜與土分離的目的。同時(shí)，由前后撥禾器將蒜頭撥出，解決了拖拉機(jī)輪胎壓蒜的問題[23]。4S-85型大蒜收獲機(jī)能一次完成破土、碎土、切根、篩選和集條等項(xiàng)作業(yè)，尤其適合在沙壤作業(yè)。工作時(shí)，挖掘鏟入土至限深輪限定深度并進(jìn)行破土切根，碎土輪對(duì)土塊進(jìn)行破碎，泥土分離器將碎石與大蒜分離，經(jīng)過左右撥齒聚攏和傳送分離后呈帶狀擺放[24]。4S-6型大蒜收獲機(jī)與手扶拖拉機(jī)配套使用，可一次完成挖掘、蒜土分離、鋪放等工序。該機(jī)采用前置旋轉(zhuǎn)犁刀破土切根，可將挖起的大蒜旋至拖拉機(jī)兩輪之間從而避免驅(qū)動(dòng)輪對(duì)蒜頭的碾壓，采用后置犁刀與振動(dòng)篩相結(jié)合，破土切根的同時(shí)對(duì)兩輪之間的大蒜進(jìn)行篩動(dòng)[25]。另外，4DS-2型大蒜收獲機(jī)與拖拉機(jī)配套使用，三點(diǎn)式懸掛，一次收獲2行。工作時(shí)驅(qū)動(dòng)輪帶動(dòng)附加其上的大鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，設(shè)有張緊輪的鏈條帶動(dòng)機(jī)具的小鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，結(jié)合同軸離合器并通過錐齒輪箱驅(qū)動(dòng)拋擲輪轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)組前進(jìn)的同時(shí)挖掘鏟入土達(dá)到預(yù)定工作深度時(shí)挖掘起土，拋擲輪撥齒桿將土塊打碎使蒜土分離，拋在鏟右側(cè)[26]。在4DLB_2型大蒜聯(lián)合收獲機(jī)果秧分離功能部件的基礎(chǔ)上開發(fā)基于隨蒜體下莖面浮動(dòng)、仿形對(duì)齊切割的蒜須分離裝置，機(jī)收過程中即可代替手工完成切須作業(yè)，有效提高大蒜收獲效率，形成完整的大蒜機(jī)械化收獲模式[27]。其他收獲機(jī)工作原理類似，基本上都是功能單一的挖掘收獲機(jī)械，普遍存在適應(yīng)性差、可靠性低、效率低、傷蒜率高等問題[28]。

45卷14期張萌璐等作物機(jī)械收獲技術(shù)研究進(jìn)展3.2聯(lián)合式大蒜收獲機(jī)大蒜聯(lián)合收獲機(jī)可一次性完成挖掘、清土、果秧分離、集果等工序，具有作業(yè)集成度高、人工勞動(dòng)強(qiáng)度低、收獲損失小、生產(chǎn)效率高等優(yōu)勢(shì)。當(dāng)前國內(nèi)大蒜聯(lián)合收獲機(jī)械的研究非常少，例如：半喂入自走式大蒜聯(lián)合收獲機(jī)，采用半喂入稻麥聯(lián)合收獲機(jī)底盤，并配有液壓無級(jí)變速系統(tǒng)[29]。該機(jī)采用挖拔組合式工作原理，保證大蒜收獲的挖掘效果，提高整機(jī)的穩(wěn)定性和作業(yè)質(zhì)量。另外，一種小型雙行大蒜聯(lián)合收獲機(jī)，由機(jī)架、發(fā)動(dòng)機(jī)、減速器和行走輪組成，在行走輪的前端依次設(shè)置柵格篩床犁頭、撥禾輪、限深輪、旋轉(zhuǎn)刀片和圓盤缺口梨刀。工作時(shí)，圓盤缺口梨刀傾斜入土旋轉(zhuǎn)將大蒜向上拱起使土壤疏松，旋轉(zhuǎn)刀片將蒜苗貼地面切斷，撥禾齒將蒜苗撥倒，柵格篩床犁頭將大蒜犁出地面，并沿篩床曲面向上推，實(shí)現(xiàn)收集并清理大蒜上沙土的功能，有著功率小、結(jié)構(gòu)緊湊、操作靈活的特點(diǎn)。

一種多功能大蒜聯(lián)合收獲機(jī)由行走操控系統(tǒng)、動(dòng)力及傳動(dòng)系統(tǒng)、骨架主梁組成。骨架主梁上設(shè)有仿生鏟拔系統(tǒng)、削剪系統(tǒng)和蒜頭運(yùn)裝系統(tǒng)。發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸上的主動(dòng)輪通過主三角帶與離合輪連接，離合輪與轉(zhuǎn)向輪連接，轉(zhuǎn)向輪通過傳動(dòng)桿與變速箱連接，變速箱與仿生鏟系統(tǒng)連接，運(yùn)裝主動(dòng)輪與運(yùn)裝從動(dòng)輪連接，離合輪與行走及操控系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)后輪連接，發(fā)電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸相連。該裝置根據(jù)人體仿生原理，利用拔蒜三角帶、削剪系統(tǒng)、作業(yè)鏟、集蒜槽及蒜頭傳送帶等自動(dòng)化部件一次完成全部收蒜工序，作業(yè)鏟的作業(yè)深度可通過深淺調(diào)節(jié)輪調(diào)整，能降低大蒜受損率。

一種大蒜聯(lián)合收獲機(jī)能完成大蒜的松土、夾持、清土、齊高和切割工作，并可運(yùn)輸清潔后的大蒜，便于進(jìn)一步撿拾晾曬[30]。該機(jī)作業(yè)時(shí)，分苗裝置把蒜苗扶起，扶苗裝置把收獲寬度范圍內(nèi)的蒜苗與外側(cè)蒜苗分離，挖掘鏟進(jìn)行松土和切除蒜根。在輸送裝置前段下方設(shè)有清土裝置，進(jìn)行蒜土分離。夾持機(jī)構(gòu)將蒜按順序排列并輸送到切秧裝置，由果莖分離段的切割刀切掉蒜根和蒜莖，蒜根落入地面平鋪，大蒜由傳送帶提升運(yùn)送至振動(dòng)篩上二次清土，且下方配有風(fēng)選機(jī)吹走少量蒜根和雜草，蒜頭經(jīng)過軟面蓋板落入集蒜箱中，蒜莖從莖蔓傳送帶到機(jī)器后端灑落。

4葉菜收獲機(jī)械

在蔬菜分類中，葉菜類是生食類蔬菜品種最多的一類。目前，進(jìn)行機(jī)械收獲的主要是結(jié)球葉菜中的結(jié)球甘藍(lán)和大白菜[31]。國外的甘藍(lán)收獲機(jī)械研究水平以歐美國家和亞洲的日本為代表，其產(chǎn)品以牽引式和懸掛式為主，有的機(jī)型帶有結(jié)球輸送裝置，可與運(yùn)輸車聯(lián)合作業(yè)[32]。瑞士的TK-2000型甘藍(lán)收獲機(jī)可一次收獲2行，帶有升降輸送裝置，可將收獲后的甘藍(lán)輸送到聯(lián)合作業(yè)的運(yùn)輸車內(nèi)，甘藍(lán)拔取機(jī)構(gòu)能通過液壓缸調(diào)節(jié)高低，以適應(yīng)不同的壟高[33]。丹麥的甘藍(lán)收獲機(jī)械是單行的，采用三點(diǎn)懸掛、電液系統(tǒng)，該機(jī)壓頂機(jī)構(gòu)采用由張緊輪控制的彈性橡膠繩編織成的網(wǎng)帶，可以拾取不同尺寸及偏離壟中心的甘藍(lán)并輸送到收獲機(jī)后部，進(jìn)行切根、分離、存儲(chǔ)。日本研制的智能甘藍(lán)收獲機(jī)，可以自動(dòng)辨別甘藍(lán)的成熟度，實(shí)現(xiàn)多次收獲。該機(jī)主要由液壓驅(qū)動(dòng)摘取手、影像采集系統(tǒng)、并行控制系統(tǒng)以及發(fā)動(dòng)機(jī)和履帶式自走底盤等部分組成。我國關(guān)于結(jié)球葉菜收獲機(jī)的研究?jī)H有20 世紀(jì) 80 年代末研制成功了一臺(tái)履帶式 10 kW 甘藍(lán)收獲機(jī)，一次采收1行，有拔取、根莖切斷、外葉切除及裝箱等作業(yè)功能。

近年來，甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)分析了甘藍(lán)切根力影響因素，并對(duì)4YB-I型甘藍(lán)收獲機(jī)進(jìn)行了三維設(shè)計(jì)[34]。東北農(nóng)業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)并制造了一臺(tái)甘藍(lán)收獲機(jī)，采用雙圓盤結(jié)構(gòu)拔取甘藍(lán)，由雙螺旋拔取輸送裝置輸送甘藍(lán)至圓盤割刀切除根部，經(jīng)過后續(xù)的剝?nèi)~、輸送，完成裝箱[35]。但上述樣機(jī)沒得到應(yīng)用推廣。目前的甘藍(lán)收獲機(jī)械存在的問題主要表現(xiàn)在以下3方面：一是損傷問題。在拔取和切根的過程中會(huì)導(dǎo)致甘藍(lán)球的損傷。二是堵塞問題。切掉的根和外包葉擁堵在螺旋輸送機(jī)構(gòu)中間，影響收獲機(jī)正常作業(yè)。三是現(xiàn)有成熟機(jī)型均為一次性收獲機(jī)，選擇性收獲機(jī)還處在樣機(jī)研制階段，并且漏收率高、作業(yè)效率低。一種適合南方田間作業(yè)的自走式甘藍(lán)聯(lián)合收獲機(jī)，配置有專用動(dòng)力底盤，收獲臺(tái)架主體包括引拔裝置、輸送提升裝置、切根裝置、剝?nèi)~裝置、收集裝置等，動(dòng)力由液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，可一次完成甘藍(lán)的拔取、輸送、切根、剝?nèi)~、裝箱等作業(yè)[36]。該結(jié)球類蔬菜收獲機(jī)的拔取裝置，在行進(jìn)過程中錐形引拔器將結(jié)球類蔬菜連根拔起；并通過撥輪的旋轉(zhuǎn)，將結(jié)球類蔬菜順利送入到輸送機(jī)構(gòu)向上輸送，從而減少拔取過程中的蔬菜破損。該收獲機(jī)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)能根據(jù)結(jié)球類蔬菜的狀態(tài)自動(dòng)導(dǎo)正左右從動(dòng)輸送輪的位置；刷土機(jī)構(gòu)通過刷土馬達(dá)來驅(qū)動(dòng)滾筒毛刷旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)球類蔬菜根部的刷土清潔；輸送機(jī)構(gòu)利用帶有矩形凹坑的輸送帶穩(wěn)定的夾持結(jié)球類蔬菜；支撐機(jī)構(gòu)輸送過程中自適應(yīng)調(diào)節(jié)輸送帶對(duì)結(jié)球類蔬菜的夾持并支撐輸送帶；切割機(jī)構(gòu)通過切割刀與輸送帶最下端的定位距離保證切割整齊。該輸送系統(tǒng)保證了輸送平穩(wěn)、根部清潔和有效的切根，提高了收獲效率和質(zhì)量。

5結(jié)論

從國內(nèi)外收獲機(jī)械的研究現(xiàn)狀看，我國生產(chǎn)的實(shí)際情況和收獲機(jī)械的研究還存在許多問題。機(jī)械化收獲本身對(duì)農(nóng)藝的要求較高，我國蔬菜的播種、移栽、澆灌等機(jī)械化程度不高，種植粗放，農(nóng)藝不規(guī)范，這對(duì)收獲機(jī)械的適應(yīng)能力提出了更高的要求[37]。傳統(tǒng)的收獲機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，較多地采用機(jī)械傳動(dòng)的方式增加了其復(fù)雜性，也易造成堵塞問題。農(nóng)田地勢(shì)高低起伏、環(huán)境變化復(fù)雜、作業(yè)對(duì)象的差異性使得機(jī)械收獲質(zhì)量下降，電氣傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)等智能化技術(shù)成為收獲機(jī)械設(shè)計(jì)的主流。收獲機(jī)械的發(fā)展趨勢(shì)是：用新型材料以進(jìn)一步減輕重量；采用低振動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)和先進(jìn)的減振隔振裝置并合理配置機(jī)件，以減少振動(dòng)對(duì)人體的危害；提高機(jī)械的加工和裝配精度、改進(jìn)吸排氣系統(tǒng)，以減低噪聲；增設(shè)各種安全保護(hù)裝置，以提高作業(yè)安全性。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉金鎖，姜貴川，李建東，等.甜菜收獲機(jī)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械，2012（26）：13-15.

[2] 王方艷，張東興.圓盤式甜菜收獲機(jī)自動(dòng)導(dǎo)向裝置的參數(shù)優(yōu)化與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2015，31（8）：27-33.

[3] 盧秉福，張祖立.甜菜生產(chǎn)機(jī)械化的研究進(jìn)展及發(fā)展趨勢(shì)[J].農(nóng)機(jī)化研究， 2007，29（1）：59-62.

[4] 王方艷.圓盤挖掘式甜菜聯(lián)合收獲機(jī)關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研究[D].北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，2014.

[5] 李文秀，吳曉莉，鄧勛華.甜菜機(jī)械化收獲技術(shù)和發(fā)展對(duì)策[J].農(nóng)機(jī)科技推廣，2010（6）：45.

[6] 王建楠，胡志超，彭寶良，等.國內(nèi)外甜菜全程機(jī)械化生產(chǎn)現(xiàn)狀與趨勢(shì)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械，2009（6）：60-62.

[7] 顧峰瑋，胡志超，吳惠昌，等.4LT-A型錯(cuò)行作業(yè)挖掘甜菜聯(lián)合收獲機(jī)研制與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2014，30（23）：1-9.

[8] 田新慶，陳國晶，孫鵬.甘蔗收割機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀與前景展望[J].農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)，2006，32（5）：12-14.

[9] 張上游，張?zhí)鞎?huì)，蔡宗壽，等.山地甘蔗收獲機(jī)械的發(fā)展策略探討[J].農(nóng)機(jī)化研究，2010，32（1）：249-252.

[10] 胡珊珊，李尚平，孫秀花.小型甘蔗聯(lián)合收割機(jī)虛擬設(shè)計(jì)及仿真分析技術(shù)[J].農(nóng)機(jī)化研究，2006，28（3）：76-80.

[11] 牟向偉，區(qū)穎剛，劉慶庭，等.彈性齒滾筒式甘蔗剝?nèi)~裝置[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2012，43（4）：60-65.

[12] 劉芳建，狄明利，米義，等.甘蔗逆剝剝?nèi)~方式的試驗(yàn)研究[J].農(nóng)機(jī)化研究，2015，37（1）：174-176.

[13] 曾志強(qiáng)，區(qū)穎剛，解福祥，等.切斷式甘蔗聯(lián)合收獲機(jī)的試驗(yàn)與分析[J].農(nóng)機(jī)化研究，2012，32（9）：164-166.

[14] 羅菊川，區(qū)穎剛，劉慶庭，等.整稈式甘蔗聯(lián)合收獲機(jī)斷蔗尾機(jī)構(gòu)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2013，44（4）：89-94，107.

[15] 麻芳蘭，蔣紅梅，李尚平，等.整稈式甘蔗收獲機(jī)剝?nèi)~斷尾機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2012，43（6）：73-79.

[16] 牟向偉，區(qū)穎剛，吳昊，等.甘蔗葉鞘在彈性剝?nèi)~元件作用下破壞高速攝影分析[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2012，43（2）：85-89.

[17] 薛斌，李尚平，楊曲，等.甘蔗收獲機(jī)改進(jìn)樣機(jī)切割系統(tǒng)砍蔗試驗(yàn)研究[J].農(nóng)機(jī)化研究，2015，37（11）：188-191.

[18] 解福祥，區(qū)穎剛，劉慶庭，等.側(cè)懸掛推倒式整稈甘蔗收獲機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2011，42（S1）：26-29，34.

[19] 王俊，胡金冰，吳劍鋒.我國甘蔗收獲機(jī)虛擬設(shè)計(jì)綜述[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)（農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版），2014，40（5）：568-578.

[20] 羅春周，李尚平，麻芳蘭，等.整桿式小型甘蔗收割機(jī)蔗葉分離的試驗(yàn)研究[J].農(nóng)機(jī)化研究，2015，37（2）：181-185.

[21] 薦世春，王小瑜，馬繼春，等.我國大蒜機(jī)械化收獲技術(shù)研究現(xiàn)狀[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2012，50（4）：14-17.

[22] 佚名.西班牙寶奇大蒜打捆收獲機(jī)[J].河北農(nóng)機(jī)，2015（7）：61.

[23] 胡良龍，胡志超，吳峰，等.國內(nèi)大蒜種植及其生產(chǎn)機(jī)械[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010（6）：576-578.

[24] 張鐘毓，魏靜，張冬. 4S-85型大蒜收獲機(jī)研制開發(fā)[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備，2007（7）：60-61.

[25] 劉德然，王延耀，王循進(jìn)，等.4S-6型大蒜收獲機(jī)的研制開發(fā)[J].農(nóng)機(jī)化研究，2010，32（4）：96-98.

[26] 張曉輝，李法德，李修渠，等.4DS-2型大蒜收獲機(jī)的設(shè)計(jì)[J].農(nóng)機(jī)與食品機(jī)械，1997（5）：15.

[27] 楊柯，胡志超，彭寶良，等.大蒜機(jī)械化切須技術(shù)探析[J].中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)，2015，36（4）：106-110.

[28] 于昭洋，胡志超，胡繼紅，等.大蒜收獲機(jī)械研發(fā)現(xiàn)狀及作業(yè)質(zhì)量影響因素[J].中國農(nóng)機(jī)化，2012（5）：68-71，65.

[29] 彭寶良，呂小蓮，王海鷗，等.半喂入自走式大蒜聯(lián)合收獲機(jī)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2011，42（S1）：138-141.

[30] 楊桂林.大蒜收獲機(jī)的設(shè)計(jì)[J].農(nóng)機(jī)化研究，2013，35（10：）114-117，121.

[31] 姚會(huì)玲，徐麗明.結(jié)球葉菜收獲機(jī)械研究現(xiàn)狀及發(fā)展對(duì)策[J].農(nóng)機(jī)化研究，2007，29（4）：185-188.

[32] 周成，陳海濤，李麗霞.結(jié)球甘藍(lán)特性及收獲機(jī)械化現(xiàn)狀分析[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，43（8）：135-138.

[33] 周成，陳海濤，李麗霞.結(jié)球甘藍(lán)收獲機(jī)械研究現(xiàn)狀分析[J].現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)，2012（6）：58-59.

[34] 杜冬冬，費(fèi)國強(qiáng)，王俊，等.自走式甘藍(lán)收獲機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2015，31（14）：16-23.

[35] 張絹，王芬娥，郭維俊，等.4YB-Ⅰ 型甘藍(lán)聯(lián)合收獲機(jī)的設(shè)計(jì)[J].甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，47（5）：143-147.

[36] 杜冬冬，費(fèi)國強(qiáng)，王俊，等.自走式甘藍(lán)收獲機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2015，31（14）：16-23.

[37] 王俊，杜冬冬，胡金冰，等.蔬菜機(jī)械化收獲技術(shù)及其發(fā)展[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2014，45（2）：81-87.

[38] JEONG S S，PARK T G.Generating the characteristics of a modified unimorphtype piezoelectric harvester[J].Journal of the Korean physical society，2014，65（2）：205-210.

[39] VAN NANG N，YAMANE S.Development of prototype harvester for head lettuce[J].Engineering in agriculture，2014，8（1）：18-25.

[40] 李耀明，孫朋朋，龐靖，等.聯(lián)合收獲機(jī)底盤機(jī)架有限元模態(tài)分析與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2013，29（3）：38-46，301.

[41] FUJII Y，OHNISHI M，TSUGA K.Farmers satisfaction and preference assessment of a Welsh onion harvester[J].Engineering in agriculture， environment and food，2014，7（2）：70-77.

[42] SHIRWAL S，MANI L， SIROHI N P S.Development and evaluation of carrot harvester[J].Ama，Agricultural Mechanization in Asia， Africa & Latin America ，2015，46（1）：28-34.

[43] YOO S，CHANG H.Prediction of labor requirement and cost of pickup type pulse crop harvester for soybean and red bean harvesting[J].Journal of biosystems engineering， 2014， 39（4）：283-289.

[44] 陳慶文，韓增德，崔俊偉，等.自走式谷物聯(lián)合收割機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)分析[J].中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報(bào)，2015，17（1）：109-114.

[45] 李耀明，李有為，徐立章，等.聯(lián)合收獲機(jī)割臺(tái)機(jī)架結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2014，30（18）：30-37.

[46] VESELINOV B，ADAMOVIC D，MARTINOV M.Mechanized harvesting and primary processing of Calendula officinalis L. inflorescences[J].Spanish journal of agricultural research，2014，12（2）：329-337.

[47] 吳崇友，肖圣元，金梅.油菜聯(lián)合收獲與分段收獲效果比較[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2014，30（17）：10-16.

[48] 宋正河，畢淑琴，金曉萍，等.履帶式收獲機(jī)械傳動(dòng)系快速設(shè)計(jì)推理方法[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2013，44（S2）：268-272.

[49] 梁榮慶，坎雜，李成松，等.液壓傳動(dòng)技術(shù)在收獲機(jī)械中的應(yīng)用研究[J].機(jī)床與液壓，2012，40（20）：152-156.