山地果園機械的現狀與展望

浙江省金華職業技術學院機電工程學院 李新廣 楊紹榮

近年來，隨著我國農業產業結構的調整，林果生產已成為我國林果產區經濟發展和農民增收致富的新亮點和支柱產業［1］。隨著林果種植面積的不斷擴大，而我國可耕地面積有限，坡地很早就被開墾利用。坡地果園排水良好，光照充足，通風條件良好，對果農種植果樹非常有利。但是其較大的土地坡度和種植密度不利于一般機具的使用，因此坡地果園機械化作業水平遠遠落后于平地。果農靠手工勞作，勞動強度大，工作效率低。據統計，坡地上柑桔的種植所需勞動力是機械化水稻生產所需勞動力的4倍［2］。果園作業機械可以實現果園的規范化管理，大幅減輕果農的勞動強度，提高生產效率，節約勞動成本，提高經濟效益，同時還能減少林果病蟲害的發生，提高果品品質。我國果園機械起步比較晚，基礎比較薄弱，果園機械化程度與歐美國家還存在很大的差距。因而研發山地果園機械對我國的農業產業結構調整具有重大意義。

1 山地果園機械的類型

果園作業主要包括植物保護機械、灌溉機械、中耕除草及挖溝機械、果品運輸機械等。

1．1 植物保護機械

用于保護作物和農產品免受病、蟲、鳥、獸和雜草等危害的機械，通常是指用化學方法防治植物病蟲害的各種噴施農藥的機械，也包括用化學或物理方法除草和用物理方法防治病蟲害、驅趕鳥獸所用的機械和設備等。植物保護機械主要有噴霧、噴粉和噴煙機具等。

我國果園機械化始于植保機械，果園植保在各項作業中機械化水平最高。目前，果園中使用的植保機械多為移動式噴霧機組和踏板式人力噴霧器。

1．2 灌溉機械

灌溉的方法主要有漫灌、噴灌、微噴灌、滴灌、滲灌等。在果園中大部分是采用漫灌，局部地區推廣了微噴、滴灌、噴灌技術，但也有不少缺乏灌溉條件的果園。噴灌設備的類型很多，其中以圓形噴灌機或中心支軸式噴灌設備的自動化程度較高。

1．3 中耕除草及挖溝機械

采用化學方法除草，雖然可以減輕果農的勞動強度，但是容易造成土壤的板結。目前主要采用中耕機代替除草劑。中耕機兼有中耕和除草2種功能，分手扶式和乘座式2種。手扶式旋耕裝置多安裝在拖拉機前部，便于樹冠下作業。乘座式的特點是旋耕裝置在拖拉機后部，并且偏置，樹下作業時靠機電一體的避讓裝置躲開樹干，自動化程度較高。挖溝機械比較多，但是在山地果園的使用卻很少。

1．4 果品運輸機械

山地果園運輸機械很多，主要有單軌運輸機、雙軌運輸機、架空索道、動力三輪車等。

2 國內外山地果園機械的發展現狀

2．1 國內山地果園機械的發展狀況

我國果園生產機械化的研究與應用起步較晚。20世紀50年代才推廣使用手動噴霧器，60年代中期開始發展動力噴霧機，70年代至今，在引進國外果園機械的同時，陸續成功研制了果園中耕除草機、液壓剪枝升降平臺、果園風送彌霧機以及果品收獲機和果品分級清選機等，促進了果園機械化的發展。

由國家蘋果產業技術研發中心栽培與機械研究室果園機械崗研發的新專利，自走式風送噴霧機，配套14．72kW動力，藥箱容量500L，每小時能噴霧8～16畝（1hm2＝15畝）地。適用于矮砧密植園、新建幼齡園和老園間伐提干改造園。該噴霧機是將風送果園噴霧系統安裝于果園動力底盤上，采用液力霧化風力吹霧，霧滴被強大的氣流吹至樹冠中，枝葉被氣流翻動，極大提高霧滴的附著率。噴藥全程一人操作，勞動強度低，機動靈活，作業效率高，農藥利用率高，噴霧均勻，節藥、高效。

在山地或坡地果園運輸方面，目前國內開發了軌道式運輸和索道運輸等多種形式的運輸系統，可大大減輕農民的勞動強度、降低勞動成本、為山地果園機械化提供了先進技術支持。

由華中農業大學張衍林等［3］研制的單軌運輸機主要由柴油機、傳動裝置、離合裝置、驅動總成、制動裝置、拖車等組成。匹配動力為8．8kW，運行速度為0．7～1．26m／s，最大承重400kg（上坡）、1 000kg（下坡），最大爬坡角度為35°，最小轉彎半徑為4m，適用于蜿蜒起伏復雜變化的坡段。目前在湖北宜昌秭歸、江西贛州等柑橘生產區得到了普遍應用。在此基礎上，張俊峰等［4］研制了山地果園遙控單軌運輸機，以人工駕駛單軌運輸機為樣機，通過無線電遙控和電動推桿執行機構，利用單片機采集霍爾傳感器信息進行綜合處理，實現對單軌運輸機的離合、換擋、油門和剎車的精確控制，進而控制單軌運輸機的啟動、運行和熄火停車，即實現單軌運輸機的遙控駕駛，用人工遙控駕駛，遙控距離可達300m，但是由于柑橘園實際環境復雜，而且信號的傳播受到柑橘樹等影響，遙控的穩定性和遙控的距離會受到限制。

同時，華中農業大學張衍林等［5］也研制了自走式雙軌道果園運輸機。雙軌運輸機組成結構與單軌差不多，但所采用的驅動原理不同。單軌運輸機是通過開式鏈與單軌道上的齒條嚙合驅動，而雙軌運輸機是通過雙滾筒與鋼絲繩之間的摩擦驅動的。雙軌運輸機具結構緊湊、占地空間小、可操作性強、運行可靠，并具有防側滑與防上跳、防鋼絲繩上抬和拉直、拖車自適應坡度調節、三保險安全制動等技術特點，適用于所有運輸困難的山地道路中對果實、化肥、農藥的運輸。

華中農業大學張俊峰和張衍林［6］研制了山地橘園遙控牽引式無軌運輸機。該牽引式無軌運輸機主要由驅動裝置、拖車、遙控器、遠程控制裝置、鋼絲繩、導向輪、鋼絲繩托輥、行程開關、安全裝置和避障裝置等組成。采用卷揚機作為驅動裝置，通過鋼絲繩牽引運輸機，人工通過操控遙控器進而實現對運輸機的控制，可實現上行、下行、停止等功能。該運輸機在江西安遠已得到應用，效果良好。一方面節約了成本，避免了軌道的鋪設；另一方面，實現了智能化，人工遙控操作，可以避免人工駕駛的勞動強度大以及存在的一些安全隱患。

華中農業大學張衍林等［7］。還研制了牽引式單軌果園運輸機，該運輸機總體結構由控制系統、卷揚機、鋼絲繩、拖車、導軌組成。用戶通過遙控或手動控制卷揚機，卷揚機帶動鋼絲繩，鋼絲繩牽引拖車在軌道上運行。新設計的運輸機解決了鋼絲繩意外脫落、防止側倒以及下滑啟動等安全問題。經過試驗，在坡度為30°的狀況下，遙控距離為300m，運行速度為0．4～0．5m／s，運輸機的載重量為1 000kg，提高了載重量并方便了控制。

宜昌市夷陵區農機技術推廣站的鄭祖江等［8］也對山地果園軟索運輸機械做了大量研究并成功應用于實踐，該運輸系統主要包括牽引機、軌道和拖車三大部分組成。軌道是采用“［”型槽鋼制成的，在鋪設上采取的是開口相對安裝，選用5kW電動卷揚機作牽引機，配用拉力大于1 000kg的鋼絲繩作牽引繩。上升時運力可達750kg，最大坡度可達60°。

華南農業大學文韜等［9］設計了山地橘園鏈式循環貨運索道，該索道由驅動裝置、鏈索、支架、水平托索機構、轉向機構、自動張緊機構、垂直托索機構、組合托索機構和物品掛鉤等組成。可根據山地橘園的地形地貌和果樹種植情況，靈活布置鏈式循環貨運索道，而且成本低廉，適用于山地果園的高地勢處和低地勢處之間運輸水果等貨物。

雖然，近些年來我國在果園機械化上取得了很多成績，但是與歐美、日本等國家相比，我們的果園機械化程度還比較落后，而且研發出來的產品無論是從外形上還是從性能上，與國外還有一定的差距。但是，隨著我國農業產業結構的調整，果園機械化的發展趨勢日益明顯，這為新型高性能的山地果園機械的開發創造了有利條件。

3 總結

通過國內外山地果園機械的對比，不難看出，我國已取得一定的成就，但是，我國山地果園機械化存在許多問題同樣值得我們思考。

首先，應完善山地果園的道路建設。機具行進道路的建設是在坡地果園實現機械化作業的前提，而要在陡坡上修建供大型機具行走的較寬道路不太現實，主要因為建設成本高，還存在泥土坍塌的危險，并且會使種植面積減小，果園總產量降低。我們可以參照先進研發的單軌雙軌或索道運輸機，在坡地果園鋪設軌道或者索道，不僅所占果園面積小，而且安全可靠，可以加快果園機械化的程度。通過果園運輸機，將各種除草、采摘、噴霧等機械運至果園，實現機械化。

其次，改變果園的種植模式，研發輕便、小巧的機具。山地果園果樹種植過于密集，果樹之間距離很小，這也就限制了山地果園機械化的發展。我國雖然研制出了許多果園機械，但是由于大部分都是匹配大功率的拖拉機，而這些大型機器卻不能在狹窄的坡地果園中工作，造成了研制出來的機具用途很局限。為此，一方面今后果園機械研發的方向應該從輕便、小巧等方向發展；另一方面，改變果園果樹的種植方式，在保證不減產的前提下盡量加大果樹之間的距離，從而促進果園機械化的進程。

最后，加大對山地果園機械的科研投入，填補領域空白。由于我國果園機械化基礎差，規模化發展較慢，對果園機械研發的重視程度不夠，缺乏對新機具、新技術的認識和了解，更缺乏可供借鑒與參考的相關技術，在林果機械研發上的投入遠不如糧棉等大宗作物相關機械的科研投入，加之國外機具價格昂貴，因此在果園機械引進、消化、吸收和創新方面的工作不到位。因此，應根據我國山地果園的實際情況，因地制宜，設計研發出適用于我國山地果園的機型。

［1］孟祥金，沈從舉．果園作業機械的現狀與發展［J］．農機化研究，2012，（1）：238－241．

［2］胡亞玲．日本坡地果園機械化作業［J］．四川農機，2003，（6）：352．

［3］張衍林，樊啟洲，鄧在京，等．一種山地單軌道果園運輸機［P］．中國專利：CN101544235，2009－09－30．

［4］張俊峰，李敬亞，張衍林，等．山地果園遙控單軌運輸機設計［J］．農業機械學報，2012，43（2）：91－93

［5］張衍林，樊啟洲，鄧在京，等．自走式雙軌道果園運輸機［P］．中國專利：CN101720601A，2010－06－09．

［6］張俊峰，張衍林．山地橘園遙控牽引式無軌運輸機的設計［C］．中國農業系統工程學術年會論文集：2011．

［7］張衍林，樊啟洲，李善軍，等．一種牽引式單軌道果園運輸機［P］．中國專利：CN102107768A，2011－06－29．

［8］鄭祖江，田開鳳，劉進，等．山地果園雙軌軟索運輸機械化技術的研發［J］．湖北農機化，2008，（5）：29－30．

［9］文韜，洪添勝，朱余清，等．山地果園索道張緊調節自動控制裝置的設計［J］．農業工程學報，2011，27（6）：128－131．