YTSH-M1200WF 型青菜收獲機試驗驗證與分析

岳崇勤

我國是蔬菜生產(chǎn)大國，蔬菜播種面積和產(chǎn)量分別占世界總量的40%和50%以上，且呈連續(xù)增長態(tài)勢[1]。蔬菜生產(chǎn)是勞動密集型產(chǎn)業(yè)，蔬菜生產(chǎn)過程中，收獲作業(yè)占整個作業(yè)量的40%左右，由于不同的蔬菜其生理特性有所差異，蔬菜的統(tǒng)一收獲存在較高的復雜性[2]。目前，我國蔬菜收獲大部分由人工完成，尤其莖葉類蔬菜，幾乎全部人工采收，但人工采收存在效率低、勞動強度大的問題。近年來，隨著人工費的增長，人工采收成本逐年升高，采收環(huán)節(jié)在蔬菜生產(chǎn)成本中的比重也越來越大，“用工難、用工貴”問題成為制約蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸，蔬菜生產(chǎn)迫切需要機器代替或部分代替。莖葉類綠葉蔬菜莖葉相對脆弱，在機械化收獲過程中易受到外力損傷[3，4]。為此，上海大力推進綠葉菜生產(chǎn)機械化，尤其是綠葉菜收獲環(huán)節(jié)[5]。國外在蔬菜機械研究和使用方面起步較早，在綠葉菜收獲機方面也具有相對成熟的研發(fā)優(yōu)勢，但由于國外沒有種植和食用青菜的習慣，青菜土下切割機具還是空白，即便有類似能收獲青菜的機具，高昂的購置價格也令菜農(nóng)難以承受。

青菜收獲機需實現(xiàn)入土切割，這就增加了切割難度，因此青菜收獲機是與苗菜收獲機（土上切割）完全不同的葉菜收獲機機型，青菜收獲機能順利實現(xiàn)入土切割，要求割刀入土而不折斷，切割后輸送裝置還需有篩土功能。本文通過對無錫悅田農(nóng)業(yè)機械科技有限公司生產(chǎn)的YTSH-M1200WF 型青菜收獲機的主要性能生產(chǎn)指標開展試驗驗證，測定相關(guān)性能指標的設(shè)計參數(shù)，并對收獲質(zhì)量效果進行分析和評價判斷。

1 工作原理及主要參數(shù)

1.1 工作原理

無錫悅田農(nóng)業(yè)機械科技有限公司生產(chǎn)的YTSH-M1200WF 型青菜收獲機由行走底盤、輸送裝置、切割裝置、仿形裝置、電控系統(tǒng)等組成。其中，行走底盤采用獨立底盤結(jié)構(gòu)，配備左右差速齒輪箱和單電機驅(qū)動，配有鋰電池提供動力；輸送裝置采用皮帶輸送，皮帶為一周封閉，兩端內(nèi)側(cè)由主動軸和從動軸進行固定，主動軸側(cè)面裝有驅(qū)動電機，電機轉(zhuǎn)速0～50 r/min，為便于篩土，皮帶與割刀間加裝撥叉輸送；切割裝置（雙動刀往復結(jié)構(gòu)）采用上下2個鋸齒形長刀片逆向水平運動，運動速率相等，雙動刀驅(qū)動結(jié)構(gòu)采用齒條、齒輪和偏心輪模式，這種結(jié)構(gòu)能有效減少機器左右振動；割臺仿形裝置主要包括主升降電動推桿、探測部件升降電動推桿、探測傳感裝置（包括角度放大器）等；電控系統(tǒng)主要包括各功能部件的驅(qū)動電機、電動推桿、角度傳感器、處理器及控制元件等，通過電控箱和操控箱固定各電氣元件，用線纜連接起來，通過邏輯編程，自動操控各功能部件和裝置。

1.2 青菜收獲機主要參數(shù)

YTSH-M1200WF 型青菜收獲機采用充電式磷酸鐵鋰電池提供動力，最大輸出功率為3 kW，收獲幅寬為1.3 m、割刀入土深度為0～5 cm 可調(diào)，兩輪胎中心距離為1.5 m，機具最小轉(zhuǎn)彎半徑為2.3 m（表1）。

表1 YTSH-M1200WF 型青菜收獲機主要參數(shù)

2 試驗驗證

2.1 試驗準備

試驗時間為2023 年12 月1 日，試驗地點為上海青浦區(qū)朱家角鎮(zhèn)某蔬菜種植合作社，菜田類型為設(shè)施單體大棚，大棚寬度為8 m。本次試驗驗證以YTSH-M1200WF 型青菜收獲機為試驗對象，以青菜為收獲對象，青菜品種為春秋王，苗齡45 天，自然株高13～18 cm，自然株幅12～27 cm，試驗青菜生長均勻，適合采收，無大于100 cm2的無苗現(xiàn)象。土壤類型為黏性土，5 點法測定0～5 cm 深度土壤的堅實度為720 kPa、土壤含水率為12.1%。青菜由播種機直播，播種量為0.2 kg/667 m2，單畦幅寬1.05 m，相鄰壟溝中心距1.5 m，與機具輪間距匹配。行駛YTSH-M1200WF 型青菜收獲機到待收割作業(yè)菜田，為防止機具運動過程中探測裝置及割臺刮碰地面對機具造成損傷，行駛前需通過升降按鈕將割臺提升到最高位置。進入待收獲區(qū)后，通過割臺升降按鈕下降割臺到設(shè)定入土深度，進行青菜收割。青菜收割情況如圖1 所示。

圖1 YTSH-M1200WF 型青菜收獲機

2.2 作業(yè)性能情況

在地域和田塊適應(yīng)性方面，YTSH-M1200WF 型青菜收獲機能較好滿足上海地區(qū)較黏性土壤菜田的入土收獲，本次試驗驗證選用的典型菜田土壤含水率為12.1%，收獲機行駛正常，割刀入土切割順暢。在主流8 m 寬設(shè)施大棚中作業(yè)[6]，能實現(xiàn)轉(zhuǎn)向掉頭。在青菜收割適應(yīng)性方面，割刀采用鋸齒形長刀片的雙動刀部件，對入土切割青菜根部纖維有較好的適應(yīng)性，同時，該機具輸送裝置對青菜密度有一定的要求，待收青菜密度需≥35 株/m2。在與推廣的機械化生產(chǎn)模式匹配適應(yīng)性方面，在8 m 寬大棚應(yīng)用1.1 m畦面全程機械化種植模式，具有完全匹配的適應(yīng)性。在作業(yè)成本方面，該收獲機正常作業(yè)時需2 人操作，相對人工采收大大節(jié)省了人工投入，同時還降低了勞動強度，提高了收獲效率，需指出的是，裝筐后需在車間進行二次整理才能作為商品銷售（表2）。

表2 YTSH-M1200WF 型青菜收獲機作業(yè)性能情況

2.3 收獲質(zhì)量

按照農(nóng)藝要求，需保證青菜整株切割下來，因此要求機具入土切割，同時還盡可能少攜帶泥土，設(shè)定入土深度為1 cm，測定入土深度在0.1～2.3 cm，平均入土深度0.9 cm。在測定行程內(nèi)隨機抽取青菜100 株，記錄破損的青菜數(shù)量、根莖未切斷（直接拔出）的青菜數(shù)量，計算整株率、根莖切斷率、收獲破損率如表3，田頭作業(yè)生產(chǎn)率達到693.68 m2/h。

表3 YTSH-M1200WF 型青菜收獲機收獲質(zhì)量情況

2.4 人工成本分析

由于本機具為新研制機具，不對機具成本及折舊、工作過程中的用電量進行分析，僅對用工成本進行分析。田頭作業(yè)生產(chǎn)率達到693.68 m2/h，即0.96 h/667 m2，而純?nèi)斯げ墒涨嗖艘话銥?0.005 m2/h，即人工采收66.67 h/667 m2，機械采收后成為傳統(tǒng)標準的商品青菜銷售，還需在車間進行二次人工整理，經(jīng)測定計算，二次人工整理一般16 h/667 m2，即包括二次整理總?cè)斯ぴ趦?nèi)，青菜收獲機收獲需耗費人工16.96 h/667 m2，通過計算可知，應(yīng)用YTSHM1200WF 型青菜收獲機（含二次車間整理）相對純?nèi)斯げ墒招侍岣吡?.9 倍，YTSH-M1200WF 型青菜收獲機（含二次車間整理）相比純?nèi)斯げ墒展?jié)省人工49.71 h/667 m2，人工成本按10 元/h 算，能節(jié)省人工成本497.1 元/667 m2。

3 驗證分析與應(yīng)用前景

3.1 機具性能評價

從YTSH-M1200WF 型青菜收獲機在環(huán)境適應(yīng)性、收獲青菜（土下切割）適應(yīng)性、與主推綠葉菜機械化生產(chǎn)技術(shù)模式匹配適應(yīng)性、生產(chǎn)成本、機具性能等方面的表現(xiàn)來看，總體上適應(yīng)上海地區(qū)青菜土下收獲生產(chǎn)作業(yè)，割副1.3 m、機具1.5 m 的輪胎中心距符合8 m 寬設(shè)施大棚1.1 m 畦面的5 畦/棚全程機械化作業(yè)技術(shù)模式，該青菜收獲機較適于上海地區(qū)青菜收獲。

3.2 收獲青菜質(zhì)量評價

YTSH-M1200WF 型青菜收獲機獨創(chuàng)性設(shè)計了割臺仿形裝置，尤其探測器前端與地面接觸部分采用條板接觸，增加了接觸面，增強了機具作業(yè)過程中的穩(wěn)定性，同時，應(yīng)用該機具收獲青菜的整株率、破損率均能滿足菜農(nóng)要求，經(jīng)過二次整理后，菜品商品性符合銷售要求。

3.3 應(yīng)用前景

隨著生產(chǎn)力的發(fā)展和國內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，設(shè)施蔬菜種植所占的比重越來越大，汽柴油為主的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)農(nóng)機動力排放的尾氣在相對密閉的設(shè)施菜田內(nèi)留存時間長，會對生產(chǎn)人員和菜品產(chǎn)生污染，YTSH-M1200WF 型青菜收獲機自帶的動力為磷酸鐵鋰電池，避免了尾氣污染，具有廣闊的應(yīng)用價值和推廣前景。