葡萄清土與防寒布回收機械化技術研究現狀與展望*

牛叢，馬帥，徐麗明，袁全春，王爍爍，袁訓騰

(中國農業大學工學院，北京市，100083)

0 引言

中國葡萄種植歷史悠久，截止2017年底中國葡萄種植面積為870 khm2，產量為1 308.3萬t，分別占全球葡萄總面積和總產量的11%和19%，葡萄種植面積和產量均居世界前列，在世界眾多葡萄生產國中占據重要地位[1]。中國葡萄種植主要集中在北方[2-3]，種植面積約占全國種植面積的四分之三。由于北方葡萄產區冬季寒冷干燥且多風，容易造成葡萄藤凍害和風干，因此多采用埋土方式使葡萄藤安全越冬，第二年春天清理葡萄藤上方覆蓋的防寒土并重新上架[4-6]。埋土防寒模式不利于后續清土作業，葡萄藤在土壟中分布復雜，現有葡萄清土機很難將覆土清理干凈，且容易損傷葡萄藤。新疆作為中國葡萄生產第一大省[7]，葡萄種植面積和產量約占全國的1/5，近年來，當地葡萄園改變傳統的埋土防寒模式，采取防寒布輔助埋土防寒以便更好地進行春季清土作業。防寒布輔助埋土防寒模式即將防寒布鋪放在下架捆綁好的葡萄藤上，再以10～30 cm厚度的土壤覆蓋壓實[6]，該防寒模式比埋土防寒能夠起到更好的保溫保墑作用[8-14]；此外，可通過回收防寒布將覆土基本清理干凈并減少葡萄藤的損傷。因此，防寒布輔助埋土防寒的效果和影響均優于單一埋土防寒。

防寒布輔助埋土防寒模式仍處于推廣應用早期，北方葡萄種植區仍以埋土防寒為主，故現有作業機械以清土為主，很少涉及防寒布的回收，且作業效果不顯著，通用性較差。春季清土與防寒布回收作業仍以人工作業為主[8]，勞動強度大，效率低下，成本高，且葡萄清土起藤作業環節時效性強，過早過晚都不利于葡萄生長，因此亟需研究切實可行的葡萄清土與防寒布回收機。本文闡述了國內外葡萄清土與防寒布回收機的主要類型、工作原理及特點，介紹了關鍵作業部件的主要類型、作業原理和特點，從農藝與農機兩個方面提出了機械化發展的制約因素和現有機具存在的問題，并提出了相應的解決措施，為葡萄清土與防寒布回收機的發展提供參考與借鑒。

1 葡萄清土與防寒布回收機研究現狀

1.1 國外研究現狀

國外葡萄主產國如法國、意大利、美國等地區，主要集中在溫帶及亞熱帶區域，全年氣候溫和，適宜葡萄生長，因此葡萄產業發展較早，形成了統一、規范的種植和管理模式，從而促進了機械化、自動化生產裝備的應用與發展，主要集中在收獲與植保等領域[15-16]。由于其冬季不會造成葡萄藤凍害和風干，因此不需要進行冬季埋藤和春季清土起藤作業，故未見葡萄清土和防寒布回收機的相關研究[17-19]。

1.2 國內研究現狀

由于防寒布輔助埋土防寒模式推廣應用并不普及，故葡萄清土與防寒布回收機種類較少，根據防寒布卷收輥位置主要分為2類，第1類為壟上作業機械，卷布輥位于防寒土壟正上方；第2類為壟行作業機械，卷布輥偏離土壟，基本位于葡萄行間。

1.2.1 壟上作業機械

壟上作業式葡萄清土與防寒布回收機的特點是清土徹底，防寒布卷收平整，但清土機構與防寒布卷收機構必須協同作業，任一機構都無法單獨完成全部作業過程。若無清土機構連續清理防寒土，防寒布會因其前方壅土過多導致卷收阻力過大而被拉斷；若無卷布機構將防寒布上方覆土持續輸送到清土部件的清土范圍內，則會導致清土不徹底。

甘肅農業大學的謝冬等[20]設計了一種葡萄藤清土機，結構如圖1所示。

(a)主視圖

拖拉機通過三點懸掛與機具相連，拖拉機輸出的動力經變速箱分別驅動橫向輸土攪龍、徑變攪龍和棚膜卷收桿轉動。作業前，人工將防寒布一端纏繞在棚膜卷收桿上；作業時，拖拉機牽引機具前進，棚膜卷收桿轉動卷收防寒布，張緊的防寒布將其上方覆土向正前方推送，防寒土透過保護網孔隙被徑變攪龍輸送到行間，橫向輸土攪龍將清理到行間的防寒土均勻平鋪在行間。該清土機作業效果較好，清土較為徹底，能夠實現防寒布的卷收且不易損傷葡萄藤；但隨卷布輥外周直徑變大，線速度逐漸增大，行進速度難以與其相匹配，可能造成防寒布上壅土過多使其卷收阻力過大，或卷收速度過快而被拉斷；不同葡萄地土壟形狀尺寸各異，保護網結構固定，適應性差，導致清土不徹底。

新疆農業大學的劉松[21]設計了一種圓錐螺旋式入春葡萄挖藤機，結構如圖2所示。拖拉機通過三點懸掛與機具相連，拖拉機輸出的動力經變速箱直接驅動圓錐螺旋攪龍旋轉，地輪通過鏈傳動帶動收膜輥轉動。作業前，人工將防寒布一端纏繞在收膜輥軸上；作業時，拖拉機牽引機具前進，地輪轉動帶動收膜輥軸轉動卷收防寒布，張緊的防寒布將其上方覆土向前推送至圓錐螺旋攪龍的清土范圍內，直徑中間小兩端大的圓錐螺旋攪龍轉動將防寒土連續輸送到兩側行間。該機具與謝東等[20]設計的葡萄藤清土機結構和作業原理相似，清土較為徹底，但圓錐螺旋攪龍外側沒有保護網，觸藤時容易損毀防寒布并損傷葡萄藤；若防寒布上方壅土過多導致卷收阻力增大時，地輪容易停止轉動，無法正常卷收防寒布；隨收膜輥外周直徑增大，線速度增大，同樣存在與行進速度不匹配問題。

圖2 圓錐螺旋式入春葡萄挖藤機

中國農業大學的徐麗明等[22]設計了一種葡萄埋藤用的彩條布清土回收機，結構如圖3所示。拖拉機通過三點懸掛與機具相連，輸出的動力通過帶傳動驅動液壓泵工作，將機械能轉化為液壓能分別驅動清土攪龍和卷布輥轉動。作業前，人工將彩條布一端纏繞在卷布輥上；作業時，拖拉機牽引機器前進，刮土鏟首先清理上層覆土，卷布輥轉動卷收防寒布，毛刷輥清理粘附在彩條布上的覆土，張緊的防寒布將其上剩余覆土向正前方推送，清土攪龍將進入清土范圍的防寒土連續輸送到行間。該機具作業部件由整套液壓系統驅動，成本高，消耗動力大。該機具與前述兩種壟上作業機械[20-21]的結構和原理相似，刮土板清除上層覆土為后方攪龍清土和防寒布卷收減輕阻力；以整套液壓系統驅動作業部件，結構復雜，成本高；剛性清土部件與防寒布直接接觸，易損毀防寒布并損傷葡萄藤。

圖3 彩條布清土回收機

作業方式決定了不同壟上作業機械的結構與工作原理相似，且結構較為單一，只有連續橫向輸送防寒土的攪龍與卷布輥配合才能完成葡萄清土與防寒布回收作業；其他形式清土部件僅輔助清理防寒土，減輕防寒布卷收阻力；水泥柱一側埋藤是采用防寒布輔助埋土防寒模式的前提，而現有的壟上作業機械均為單邊作業機械，作業返程時存在空行程、空跑行問題，浪費時間和動力。

1.2.2 壟行作業機械

壟行作業式葡萄清土與防寒布回收機的特點是清土徹底，防寒布卷收機構可單獨完成清土和防寒布回收兩項作業，但防寒布不易卷收平整，且對防寒布質量要求較高。

中國農業大學的牛叢等[19]研制了一種籬架式葡萄藤冬季埋土清除與防寒布回收機，結構如圖4所示。

圖4 葡萄冬季埋土清除與防寒布回收機

拖拉機通過三點懸掛與機具相連，輸出的動力通過帶傳動驅動液壓泵工作，將機械能轉化為液壓能驅動清土馬達、卷收馬達和液壓缸工作。作業前，人工將彩條布一端從后方穿過換向支架，穿過兩個清土毛刷輥縫隙纏繞在卷布輥上；作業時，拖拉機牽引機器前進，刮土板首先清理葡萄藤上方覆土，清土葉輪轉動進一步清除上方覆土，卷布輥轉動卷收防寒布，毛刷輥清理粘附在彩條布上的覆土，張緊的防寒布將其上剩余覆土傾斜拉扯到行間。該機具通過換向支架將防寒布由葡萄藤正上方平行換向到卷布輥正后方，便于實現防寒布的平整卷收，但防寒布在卷收時受力不均勻，容易在換向支架拐角處堆積，且卷收輥轉速難以與行進速度相匹配，不易實現防寒布的平整卷收；清土部件清土量大，為防寒布回收減輕阻力，但剛性部件容易損壞防寒布并損傷葡萄藤。

2 葡萄清土與防寒布回收機關鍵部件分析

2.1 清土機構

針對壟上作業式葡萄清土與防寒布回收機，防寒布僅向作業前方推送防寒土，防寒土清除均由清土機構完成，要求防寒土從清土機構作業前方和后方均能進入其清土范圍，清土機構受作業方式影響較大，結構較為單一，常用螺旋攪龍式[20-22]清土部件。針對壟行作業式葡萄清土與防寒布回收機，其清土機構只需清理部分覆土，防寒布輔助清理剩余覆土，清土機構受作業方式影響較小，可采用葡萄清土機常用的清土機構，結構多樣，包括刮板式、鏈板式、旋轉式、氣吹式和組合式等。

2.1.1 刮板式清土機構

刮板式清土部件結構簡單，操作方便，作業速度較快，應用較為廣泛；但清土不徹底，且為剛性結構，作業時容易刮傷葡萄藤。

白洪君[23]設計了一種防阻振動式清土鏟，結構如圖5所示。作業時，拖拉機牽引機器前進，地輪轉動破碎板結的表層土；振動器使清土鏟邊振動邊入土；清土鏟觸碰到葡萄藤時受到阻力增大，在彈簧作用下向后上方彈起避開葡萄藤，減少對葡萄藤的損傷。該清土鏟結構簡單，操作方便，利用振動器產生振動入土效果，可減輕入土阻力；但彈簧式緩沖避障機構在葡萄藤分布復雜的土壟中避障減損效果不顯著，且該清土鏟僅清理葡萄藤上方覆土，在有水泥柱的葡萄地里難以應用。

圖5 防阻振動式清土鏟

寧夏工商職業技術學院的曾保寧等[24]研制了一種葡萄起藤機，整機呈對稱結構，如圖6所示。作業時，拖拉機通過三點懸掛與機具相連接并牽引機具前進，前部的左、右鏟土犁將土壟行內側的土切下并向行間翻垡，后部的左、右刮板將土垡向行中間推送、起壟或整平。該起藤機為雙邊作業機械，適用于水泥柱間埋藤的葡萄園，清土效率較高；但作業幅寬不隨土壟形狀和位置的變化以及機具直線行走的偏差而調整，清土不徹底，容易損傷葡萄藤；拖拉機手需要同時兼顧兩側清土狀況，對駕駛技術具有較高的要求。

圖6 葡萄起藤機

陳智等[25]設計了一種葡萄藤自動避讓全向除土機，結構如圖7所示。作業時，拖拉機通過三點懸掛與機具相連并牽引機具前進，液壓缸伸縮以調節側邊刮板的左右位置、柱間刮板的作業角度以及限深輪的高度；側邊刮板將土壟側邊土刮至左側行間，柱間刮板將土壟上方土刮至右側行間；當障礙物探測裝置檢測到水泥柱時，避障油缸伸縮調節柱間刮板作業角度實現避障作業。該機具結構較為簡單，適用于水泥柱中間埋藤的葡萄園，可同時清理葡萄藤上方覆土和側邊覆土，清土范圍大；整套液壓系統僅驅動液壓缸伸縮，成本較高，且刮板為剛性部件，容易損傷葡萄藤。

圖7 葡萄藤自動避讓全向除土機

部分地區采用往復式刮板進行清土作業，如圖8所示。

圖8 往復式刮板作業示意圖

刮板的往復動作由液壓缸驅動，人為控制刮板作業位置和深度。作業時，人工操作液壓閥控制液壓缸伸縮，帶動刮土板實現高推送、低收縮的往復動作，以刮除土壟上方覆土并減少推動過程中對葡萄藤的損傷，清土量較大。但刮板作業位置和深度的控制受人為因素影響較大，作業不穩定，容易損傷葡萄藤；作業時需要協調控制多個液壓閥，操作不易；刮板的往復動作中推送為空行程，降低了作業效率；清土作業為間斷式，作業速度較慢。

2.1.2 鏈條式清土機構

王茂博[26]設計了一種鏈條式葡萄覆土清除機，利用鏈條原理在鏈條外周安裝刮板構成清土鏈板，結構如圖9所示。作業時，拖拉機通過三點懸掛與機具相連并牽引機具前進，液壓缸伸縮調節清土臂的位置，使清土鏈板處于合適的作業位置，拖拉機輸出的動力經主動軸和鏈傳動驅動清土鏈板工作，其上刮板將葡萄藤上方覆土清理至行間。該清土機為雙邊作業機械，適用于水泥柱間埋藤的葡萄園，清土量大；但防寒土難以進入清土鏈板的清土范圍造成防寒土壅積，且作業速度受鏈板轉速限制，轉速過高時容易損傷葡萄藤。

圖9 鏈條式葡萄覆土清除機

2.1.3 旋轉式清土機構

河北科技師范學院的李法鍵[17]設計了一種葡萄園防寒土清除機，結構如圖10所示。作業時，拖拉機通過三點懸掛與機具相連并牽引機具前進，輸出的動力經變速箱傳遞至液壓泵，將機械能轉化為液壓能驅動液壓缸和液壓馬達工作；液壓缸伸縮調節清土部件作業幅寬和作業深度，液壓馬達轉動帶動清掃葉片旋轉掃除葡萄藤側邊覆土。該機具為雙邊作業機械，適用于水泥柱中間埋藤的葡萄園，作業速度快，效率高；清掃葉片為柔性部件，觸藤時可減少葡萄藤損傷，但容易磨損變形。

圖10 葡萄園防寒土清除機

陳智等[27]設計了一種葡萄藤起藤自動除土機，結構如圖11所示。作業時，拖拉機通過三點懸掛與機具相連并牽引機具前進，輸出的動力經變速箱傳遞至液壓泵，將機械能轉化為液壓能驅動除土犁旋轉，葉片側刃旋轉切下土壟側邊土并向行間拋送，刮板阻擋被除土犁拋向后方的土并將其在行間刮平。該機具結構簡單，但通過整套液壓系統驅動單一的旋轉部件，成本較高；除土犁葉片為剛性部件，觸藤時容易損傷葡萄藤；無罩殼阻擋被除土犁隨意拋飛的防寒土，作業環境惡劣，且防寒土難以回到取土行間，影響后續作業。

圖11 葡萄藤起藤自動除土機

寧夏農林科學院種質資源研究所的許澤華等[28]設計了一種葡萄清土機，為可擺動式掃藤裝置，結構如圖12所示。作業時，拖拉機通過三點懸掛與機具相連并牽引機具前進，液壓缸伸縮控制掃藤裝置擺動到合適的作業位置，拖拉機輸出的動力經變速箱和鏈傳動傳遞至掃藤裝置以驅動清掃頭旋轉，清掃頭旋轉掃除土壟側邊土。清掃頭的刷毛為柔性材料，可貼近葡萄藤清土，除土較為干凈，且觸藤時可減少葡萄藤損傷；但刷毛容易變形，磨損較快；防寒土被隨意拋撒，塵土飛揚，作業環境惡劣。

圖12 葡萄清土機

中國農業大學的馬帥等[29]研制了一種自動避障式葡萄藤防寒土清土機，結構與許澤華等[28]設計的葡萄清土機相似，如圖13所示。該清土機采用帶傳動為清土刷子提供動力，其清土刷子采用刷片和橡膠板組合式結構，適應土壟不同高度土壤緊實度的變化。作業時清土刷子旋轉，刷絲清除土壟中上部防寒土，橡膠板清除土壟下部防寒土，對葡萄藤的損傷小。該機具增加了自動避障功能，通過觸桿感知障礙物，避障油缸伸縮帶動清除刷子避讓水泥柱，防止機具與水泥柱發生碰撞。

圖13 自動避障式葡萄藤防寒土清除機

中國農業科學院果樹研究所的王志強等[30]設計了一種前置式防寒土清除機，樣機如圖14所示。機具安裝于拖拉機前端，拖拉機輸出的動力分兩路分別驅動清土攪龍和平地攪龍轉動。作業時，拖拉機帶動機具前進，清土攪龍轉動將葡萄藤上方覆土輸送至行間；當清土攪龍接近水泥柱時，避障油缸伸縮帶動清土攪龍左右移動避障；平地絞龍轉動將清理至行間的防寒土鋪平。該機具作業速度快，但剛性攪龍葉片容易損傷葡萄藤，且清土攪龍僅清理葡萄藤上方覆土，清土量有限。

圖14 前置式防寒土清除機樣機

2.1.4 氣吹式清土機構

江蘇大學的楊啟志等[31]設計了一種風力吹送式葡萄清土機，依靠風力清土，結構如圖15所示。

圖15 風力吹送式葡萄清土機

作業時，調節風機出風口角度使其對準葡萄藤上方覆土，電機驅動風機工作產生一定壓強的氣流吹凈覆土；擋土板阻擋被風吹向其他行間的土壤，保證防寒土被清理至取土行間。出風管和擋土板可通過水平轉動平臺實現180°換向，解決了單邊作業機械在水泥柱一側埋藤的葡萄園作業時存在的返程空行程問題；該清土機可實現非接觸式清土，不損傷葡萄藤，但僅適用于覆土量少、沙性土質的情況，作業時塵土飛揚，環境惡劣。

2.1.5 組合式清土部件

組合式清土部件整合不同類型清土機構的優勢改善作業效果，作業性能優于單一清土機構。

趙潤良等[32]設計了一種葡萄清土放苗整地機，該機具在曾保寧等[24]研制的葡萄起藤機上增加了掃土裝置和左右防撞裝置，結構如圖16所示。作業時，中部的左右掃土裝置將土壟上方覆土清掃至行間，與前部的左右鏟土犁配合增大了清土范圍，提高了清土效率和質量；左右防撞裝置接近水泥柱時報警提醒駕駛員實時調整駕駛方向，減少了拖拉機手同時兼顧兩側清土狀況的精力消耗，降低了葡萄藤損傷。

圖16 葡萄清土放苗整地機

寧夏大學的周偉彬[5]在龍門拱形葡萄植保一體機的基礎上設計了一種葡萄起藤機，清土部件主要包括推土板和盤刷，結構如圖17所示。

(a)結構簡圖

該葡萄起藤機由一體機驅動前進，騎跨在土壟上進行清土作業，前端的推土板將葡萄藤上方覆土刮至兩側行間，當遇到水泥柱時，液壓缸伸縮控制推土板偏轉避讓水泥柱，后端的盤刷旋轉進一步掃除上方剩余覆土。該機具清理土壟上方土較為徹底，采用柔性材質的盤刷進行二次清土，有效減少對葡萄藤的損傷；但僅適用于水泥柱間埋藤的葡萄園，且葡萄園為了便于葡萄生長、爬架，常在藤架上布置鐵絲，對機具的推廣應用限制較大。

許澤華等[33]設計了一種葡萄除土清土一體機，該機具在可擺動式掃藤裝置[28]上增加固定刮土裝置，結構如圖18所示。刮土板底刃首先刮除葡萄藤上方部分覆土，液壓缸伸縮控制旋轉刮土裝置隨時擺動位置，清掃頭旋轉掃除剩余覆土，二者配合增大了清土量，清土較為徹底。但該機具為單邊作業機械，存在返程空行程、空跑行的問題，且清掃頭將防寒土任意拋撒，塵土飛揚，作業環境惡劣。

中國農業機械化科學研究院的劉芳建等設計了一種自動避障葡萄藤扒土機，清土部件由刮土板和攪龍組成，結構如圖19所示。作業時，拖拉機通過三點懸掛與機具相連并牽引機具前進，輔助油缸伸縮調節扒土部件的作業位置；刮土板將防寒土向前方推送至攪龍的清土范圍內，液壓馬達驅動攪龍旋轉將防寒土輸送到行間；當避障觸桿遇到水泥柱時，避障油缸伸縮帶動扒土部件旋轉避開水泥柱。該扒土機適用于水泥柱間埋藤的葡萄園，清土量大，作業效率高，但刮土板和攪龍葉片均為剛性部件，容易損傷葡萄藤。

圖19 自動避障葡萄扒藤機

中國農業大學的馬帥等[18]研制了一種葉輪旋轉式葡萄藤清土機，樣機如圖20所示。作業時，拖拉機通過三點懸掛與機具相連并牽引機具前進，輸出的動力經齒輪箱驅動葉輪和平土攪龍旋轉，刮土板與旋轉葉輪配合清土，清土范圍覆蓋整個土壟寬度，平土攪龍旋轉將清理至行間的防寒土整平。該機具清土量大，清土效率高；但該機具為單邊作業機械，適用于水泥柱一側埋藤的葡萄園，作業返程存在空行程，空跑行的問題；刮土板為剛性部件，容易損傷葡萄藤；葉輪無罩殼，防寒土被隨意拋撒難以回到取土行間，影響后續作業。

圖20 葉輪旋轉式葡萄藤清土機

2.2 卷布機構

卷布輥作為防寒布卷收機構的關鍵部件，其安裝方向主要包括水平式、豎直式和傾斜式。針對壟上作業機械，卷布輥位于土壟正上方，卷布輥水平安裝較豎直和傾斜安裝更有利于防寒布將其上方覆土持續向前推送至清土機構的清土范圍內，且能夠平整卷收防寒布。針對壟行作業機械，卷布輥偏離土壟上方，基本位于葡萄行間，任意一種安裝方向均可滿足傾斜卷收防寒布實現清土的要求，但水平安裝時需要輔以防寒布換向機構才能完成卷收作業；豎直安裝時，防寒布在土壤阻力作用下向卷布輥下方堆積，難以實現平整卷收；傾斜安裝時不易控制卷收平整度，但可通過調整不同的傾斜角度達到較好的卷收效果。

王茂博等[34]設計了一種葡萄彩條布起膜卷膜一體機，結構如圖21所示，無清土機構，利用多個豎直轉輥配合完成清土和彩條布回收作業。作業時，拖拉機通過三點懸掛與機具相連并牽引機具前進，人工從田間挖出彩條布一端，并以M形穿過主起膜轉輥與兩個從動起膜轉輥之間的空隙，向后纏繞在卷膜軸上，液壓馬達通過帶傳動驅動卷膜軸轉動卷收彩條布，同時張緊的彩條布將其上方覆土傾斜拉扯到行間。該機具同時完成清土與彩條布回收作業，作業效率高，不損傷葡萄藤，但作業阻力大，對彩條布的抗拉強度要求較高；彩條布被卷膜軸卷收時受力向下方堆積，容易造成卷收不平整。

圖21 葡萄彩條布卷膜起膜一體機

部分地區采用傾斜式葡萄防寒布回收機，如圖22所示，液壓馬達驅動卷布輥轉動卷收防寒布，張緊的防寒布將其上方覆土全部拉扯到行間。卷輥轉速可根據行進速度和卷收情況調節，但不易卷收平整；覆土量較大時，防寒布卷收阻力過大，容易拉斷防寒布。

圖22 葡萄防寒布回收機

張科全與龔昌宇[35-36]設計的葡萄卷膜機均為防寒布后期處理機械，分別通過水平縱向和水平橫向安裝的卷膜軸將從地里揭出來的防寒布卷收起來，結構如圖23所示。葡萄清土起藤作業時，首先通過人工或葡萄起布機將防寒布從土壟中拉扯出來，但不卷收，同時將其上方覆土拉扯到行間；然后利用葡萄卷膜機將防寒布卷收成布輥，便于管理存放和再利用。

(a)水平縱向卷膜軸

國外使用的地膜較厚，強度高，地膜保存較為完整，因此其殘膜回收機普遍采用卷布輥回收地膜[37-38]，如掛膜收膜器、繞線機、卷膜輥等。而中國使用的地膜較薄，強度低，容易破碎變為殘膜，因此機具以殘膜回收為主，如秋后殘膜回收機和春播前殘膜回收機；而苗期揭膜時，地膜保存相對完整，機具以卷收為主。卷膜輥卷收地膜的關鍵在于卷膜輥轉速與機具行進速度的匹配，這也是影響機構卷收效果的關鍵因素。

2.3 其他輔助技術

2.3.1 避障技術

為了將防寒土盡可能清除干凈，現有機具通常利用自動避障技術避開水泥柱，清理水泥柱間防寒土，擴大清土機構的清土范圍。但防寒布輔助埋土防寒模式應用在水泥柱一側埋藤的葡萄園，避開水泥柱清土的作業方式則不再適用，需從新的角度拓展避障技術的應用。

機械避障是利用彈簧實現避障動作，清土鏟清土機構與機架鉸接，通過彈簧彈力保持作業常態。白洪君[23]設計的防阻振動式清土鏟的清土機構觸碰水泥柱時，阻力增大，克服彈簧彈力使清土機構沿鉸接點擺動開水泥柱；越過水泥柱后，在彈簧彈力作用下使清土機構恢復清土狀態。機械避障簡單易操作，成本低，但頻繁避障會使彈簧快速失效，導致作業不穩定。

機電液聯合避障是將機械、電控與液壓技術相結合，實現避障作業。馬帥等[29]設計的自動避障式葡萄藤防寒土清除機將避障觸桿擺動時位移變化作為避障油缸動作的模擬信號，王志強等[30]設計的前置式防寒土清除機將避障觸桿曲線作為避障油缸動作的模擬信號，當觸桿碰到水泥柱時發生擺動，轉化為控制油缸動作的電信號，接通相應換向閥，控制液壓缸伸縮使清土機構避開水泥柱。機電液聯合避障效果優于機械避障，不受土壤阻力影響，但避障觸桿對不同葡萄園種植模式的適應性較差，需要根據作業狀態設計相應的觸桿曲線。

光電液聯合控制自動避障是將光電子器件、電控以及液壓技術相結合，使清土部件自動避讓水泥柱。陳智等[25]設計的葡萄藤自動避讓全向除土機將光電開關置于機架一側前端，當遇到水泥柱時，光電開關閉合，通過時間控制器延時供電，向清土部件控制油缸的電磁閥發出收縮指令，避開水泥柱；待越開水泥柱后，時間控制器閉合，向電磁閥發出動作指令控制清土部件恢復到作業狀態；根據行走速度調整時間控制器的延時時間，實現最大程度的清土。光電液聯合控制自動避障技術較為智能、先進，避障動作精準靈活，但安裝精度和成本較高。

2.3.2 自動調平技術

自動調平技術是機具根據作業地面坡度的變化自動調整機具的傾斜程度，從而使作業部件保持與地面平行，保證作業穩定性。李法鍵[17]設計的葡萄園防寒土清除機采用傾角傳感器實時測量相對于地面的傾斜角度，控制系統根據傾角角度控制電磁閥實現調平油缸的伸縮，保證機器始終與地面平行，從而使清土部件實現地面仿形，達到穩定的清土效果。

4 存在問題與展望

4.1 存在問題

葡萄清土與防寒布回收機作為一種適應新式葡萄防寒模式的葡萄清土機，在葡萄清土機的基礎上增加了卷布機構，二者既具有較強的關聯性，又適應防寒模式而存在自身獨特性。

1)從農藝角度來看，各地葡萄園規模結構、種植行距、埋土狀況等各不相同，下架捆綁好的葡萄藤在防寒土壟中分布不規律，設置爬架鐵絲等其他管理環節的干擾等，多種因素影響機具在葡萄園的通過性，降低了機具的適用性。

2)從機具整體來看，現有的葡萄清土與防寒布回收機均為單邊作業機械，而防寒布輔助埋土防寒模式僅在水泥柱一側埋藤的葡萄園應用，因此機具返程時存在無法作業、空跑行的問題，浪費時間和動力。雙邊作業機械可解決上述問題，但現有雙邊作業機械均為葡萄清土機，不具有卷收防寒布的功能，且作業幅寬多是人工根據種植行距調節，無法實時自動調節；雙邊清土機械作業時需同時兼顧兩側狀況，對拖拉機手駕駛技術具有較高的要求。壟上作業式機械的清土機構與卷布機構必須協同作業才能完成葡萄清土和防寒布回收工作，限制了清土機構類型的選擇，進而降低了機具對不同種植模式的葡萄園的適用性。機電液技術融合在解決機具機械發展瓶頸中的作用不明顯，自動化、智能化程度有待提高。

3)從清土機構來看，清土部件多為剛性部件，清土作業中觸藤時容易損傷葡萄藤；少部分為柔性清土部件，如刷絲、盤刷等，觸藤時能有效減少對葡萄藤的損傷，但容易磨損變形，作業時需頻繁更換；氣吹式清土機構實現非接觸式清土，不損傷葡萄藤，但作業速度慢，清土效率低，作業環境惡劣，不適用于大量覆土的清除；回轉式清土部件作業時防寒土被隨意拋撒，塵土飛揚，環境惡劣。

4)從卷布機構來看，卷布機構的轉速和安置角度在現有機具中難以調整或僅可通過手動調節，影響防寒布卷收的質量。其中，卷布機構設計的關鍵在于卷布輥的外周線速度與機具作業前進速度的匹配，這也是卷布機構設計的難點。卷布輥直徑隨防寒布卷收而變大，其外周線速度逐漸增大，導致機具行進速度難以與其匹配，無法實現平穩、平整卷收防寒布。

5)從輔助技術來看，避障式清土部件僅針對水泥柱避障，清理水泥柱間覆土，在水泥柱一側埋藤的葡萄地，避障機構無法發揮作用。

4.2 展望

1)中國北方葡萄栽培區冬季獨特的氣候條件導致了冬季下架埋藤與春季清土起藤兩個獨特的作業環節的產生，通過培養并推廣真正的耐寒露地越冬葡萄新品種，消除兩個作業環節，從根本上解決春季清土作業困難的問題。發展葡萄大棚、設施栽培，降低南方高濕度、多雨水等因素對葡萄生長的不利影響，充分利用南方溫度、光照等優勢因素，將北方優勢、重心區域向南方葡萄產區轉移，解除北方冬季氣候因素對葡萄管理環節機械化發展的制約。規范葡萄種植模式和埋土要求，推廣防寒布輔助埋土防寒模式，遏制為適應種植模式而造成的機具數量增長，加大機具研發創新程度，提高機具通用性。研發成本低、效果好、強度高的新型防寒材料代替埋土防寒，降低葡萄清土作業環節的勞動強度，減少葡萄藤損傷。

2)壟行作業式葡萄清土與防寒布回收機將成為防寒布輔助埋土防寒模式下的主流發展趨勢，其清土機構和卷布機構獨立工作，便于根據葡萄種植模式、土壤條件、埋土狀況等選擇合適的清土機構和加工材料，提高機具的適用性，減少葡萄藤損傷；同時清土機構與卷布機構可協同作業，清土機構既清理防寒土又輔助展平防布。解決機具作業返程空跑行問題可采取的措施包括：發展分動力雙邊作業機械，使動力僅供給作業一端，減少動力消耗；研發翻轉式機械，實現清土機構的水平180°轉向或水平橫向移動與翻轉等。

3)清土機構采用剛柔組合式清土部件，剛性部件清理外層大部分防寒土，柔性部件清理內層小部分防寒土，既減少柔性部件的磨損和變形，降低葡萄藤損傷，又可以改善清土效果；同時回轉式清土部件注意增加罩殼，防止飛濺的防寒土污染環境。

4)采用PID控制技術調節卷布輥轉速實時匹配機組前進速度，保證防寒布平穩整齊卷收。加強清土機構與卷布機構之間的協作性，增設防寒布展平機構和防寒布快速換輥、脫輥機構，提高作業質量，便于連續作業。

5)拓展傳感器技術、電控技術和液壓技術在機具避障、自動調平與幅寬自動調節中的應用，提高機具的自動化和智能化水平。不局限于通過光電傳感器、超聲波傳感器避開水泥柱清理水泥柱間防寒土，以避開土壟中葡萄藤為目標，利用壓力傳感器使清土部件盡可能貼近葡萄藤而不損傷葡萄藤；利用紅外線、微波等電磁波技術探測葡萄藤在土壟中的空間位置，精準控制清土部件動作軌跡，改善清土效果。