韭菜收割機扶禾裝置技術及新裝置研制

李繼偉 卞麗娜 翟歡樂 常國政

摘要 為提高韭菜種植的經濟效益，降低人工收割勞動強度，韭菜收割大多采用人工推扶式收割機或進口小型收割機。分析了國內外蔬菜收割機應用現狀，針對現階段應用韭菜收割機作業時出現的收割不完整、漏割、漏拾等問題，從韭菜的植物特性和收割技術要求出發，根據扶禾裝置的工作原理，提出了解決思路。研制出一種新型韭菜收割機扶禾裝置，替換原裝置，并開展了相關試驗和測試。試驗結果表明，安裝新研制的扶禾裝置后韭菜收割機行走無障礙，無漏割、無漏拾，鋪放有序，收割效率高。

關鍵詞 蔬菜;機械化;韭菜收割機;扶禾裝置

中圖分類號 S 22? 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2021）21-0223-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.21.057

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Straightening Device Technology of Leek Harvester and Development of New Straightening Device

LI Ji-wei BIAN? Li-na ZHAI Huan-le1? et al （1.Jiangsu Aviation Technical College，Zhenjiang， Jiangsu 212134;2.Zhenjiang Extension Station of Agricultural Machinery and Technology， Zhenjiang， Jiangsu 212003）

Abstract In order to improve the economic benefits of leek cultivation and reduce the labor intensity of manual harvesting， manual push-back harvesters or imported small harvesters are widely used in the harvesting of leeks.This paper analyzed the application situation of vegetable harvesters at home and abroad.Aiming at the problems of incomplete harvesting， missed harvesting and missing picking when applying the leek harvester at present， starting from the characteristics and harvesting technical requirements of leek， a solution was proposed based on the working principle of straightening device.A new type of leek harvester straightening device was developed to replace the original one， and related experiments and tests were carried out.The results showed that the leek harvester equipped with the newly developed straightening device could walk freely， there was no missing harvesting or missed picking phenomenon， the leek was laid in order， and the harvesting efficiency was high.

Key words Vegetables;Mechanization;Leek harvester;Straightening device

基金項目

鎮江市科技計劃資助項目（NY2019017）;江蘇省農機三新工程項目（NJ2017-29-05）。

作者簡介 李繼偉（1975—），男，湖南岳陽人，正高級工程師，從事機械先進制造與工藝、設施蔬菜機械化收獲技術與裝備研究。

收稿日期 2021-03-08;修回日期 2021-04-17

隨著設施蔬菜栽培技術以及蔬菜移栽、灌溉和植保技術的日趨成熟和推廣應用，蔬菜種植面積逐年增加，現階段全國蔬菜種植面積在2 000萬hm2以上，總產量在7億t以上[1] ，基本保障了全國各地全年蔬菜市場的供應。相比糧食生產機械化作業技術水平的發展，蔬菜品種多，生長環境和植物特性對其有較大影響，蔬菜生產機械化作業水平遠低于糧食生產機械化作業水平，特別是蔬菜收割環節，不同品種蔬菜的長勢和收獲后食用部位各不相同，不同的栽培方式對收割機的性能有較大影響，蔬菜收獲環節機械化水平遠低于耕整、播種、移栽、灌溉以及運輸等環節的機械化水平[2]。

根據蔬菜收割部位的不同，蔬菜收割機械分為葉菜類收獲機、根莖類收獲機和茄果類收獲機3種。據統計，在葉類蔬菜生產過程中，收獲作業用時占總作業量的40%以上[3-4]，勞動強度大、耗時多，影響了蔬菜種植戶的經濟效益，制約了蔬菜產業發展。

為提高蔬菜種植的經濟效益，降低生產成本，滿足對蔬菜生產開展高質、高效的機械化收獲要求，筆者進行了蔬菜機械化收割技術研究，優化收割機性能。推廣應用經濟、適用的蔬菜收割機既是產業發展需求，又是現代農業發展的時代要求。

1 蔬菜收割機發展現狀

蔬菜收獲機械化程度較高的國家主要有俄羅斯、美國、德國、意大利、韓國和日本等國家，這些國家開始蔬菜機械化生產研究起步早、發展快[5]。1931年，前蘇聯根據鮑洛托夫建議，采用左、右拔取裝置研制出世界上第一臺甘藍收獲機;加拿大HRDC公司應用液壓控制系統控制收割高度，研制出甘藍單行收獲機;意大利Hortech公司研制的葉菜收獲機配置了履帶行走，采用環形鋸齒帶刀、割臺高度自動調節技術，可以收割雞毛菜、金花菜等葉類蔬菜，收割效率高;日本、韓國以及中國臺灣地區大多采用小型自走式收獲機[5-6]。我國蔬菜生產機械化作業水平相對較低，尚未形成完整體系，但發展迅速，很多地方引進了意大利、美國、日本等國家生產的蔬菜收獲機，近年來國內企業紛紛投入資金和技術力量，針對種植面積大、產量高的蔬菜開始機械化收獲作業機具的研發，上海、江蘇、浙江、山東以及河北等地圍繞大眾型蔬菜開展機械化生產示范推廣，取得了較大的成效，但其普遍推廣應用還存在一定的困難。

韭菜莖葉鮮嫩，隨著生活水平的提高，人們對蔬菜的需求量日益增加[7]。造成我國蔬菜生產機械化收獲水平低的因素很多，包括品種多、地域廣、種植面積分散等。一是國外從事蔬菜生產的合作組織從蔬菜的耕、種、管到蔬菜收割等環節，配套全程機械化作業機具，因此從國外引進蔬菜生產機械化作業機具，務必要引進與之配套的農機具，故而引進機具數量多、價格貴，操作技術要求也較高;二是國外市場上蔬菜品種單一，基本都是大型農場從事某個蔬菜品種的種植，面積大，普遍應用的機具功率高，與我國現階段以6～8 m大棚種植蔬菜的現狀不相適應，農戶購買蔬菜生產機械裝備的投資回收期長;三是隨著我國產業結構的調整，我國蔬菜種植基本上以老年人為主，菜農受傳統思維的影響，認為蔬菜種植就是勞動密集型產業，人工收割的蔬菜賣相好，人們對機械化收割蔬菜的迫切性不高[8-9]。

2 韭菜生產機械化收割

2.1 植物特性 韭菜，又名懶人草、草鐘乳、扁菜等，屬于百合科多年生草本植物，具有抗寒、耐熱、抗蟲病等優點[10] ，我國種植范圍廣，面積大，常年種植面積占菜田總面積的5%～6%，產量穩定，種植一次可以連續收獲4～6年。北方種植大多采用壟栽培，南方更多在高畦地區栽植，種植期應盡量避開高溫雨季，高畦栽培每穴8～10株，行距200～250 mm，穴距120～150 mm;壟栽每穴20～30株，行距250～350 mm，穴距80～200 mm。韭菜根屬于弦線根的須根系，沒有主側根，主要分布在20～30 cm深的耕作層[11];韭菜葉由葉片和葉鞘兩部分組成，韭菜葉是主要的食用部分，形狀扁平窄長，葉鞘在莖盤上分層無規則排列成圓柱形，具有保護韭菜生長、貯藏養分的功能，通常當年春天播種，種植條件良好的情況下在當年7—8月50%以上的植株能夠形成分蘗，有的還可以形成2個分蘗，不宜收割，待次年開始收割，每年收割4～6次;入冬后韭菜長勢放緩，收割的間隔時間相應增加。

近年來，新機具、新技術被廣泛應用于蔬菜生產各環節[12]，韭菜收割大多采用人工手扶式收割機或進口小型化專用收割機作業，韭菜收割機結構如圖1所示，由扶禾裝置、割刀、傳送帶、驅動輪、輸送帶、機架、收集框、電源系統等部分組成。機械化收割提高了韭菜的收割生產效率，降低人工收割勞動強度，促進了蔬菜產業機械化生產技術的快速發展[13]。

2.2 存在問題分析

與成熟應用的根莖類蔬菜收獲機相比，葉菜類蔬菜收獲機是短板。為示范推廣韭菜生產機械化作業，根據韭菜的生產流程，按照機械化收割標準，實現耕作、種植、灌溉、施肥、植保、收割等全程機械化生產，驗證韭菜收割機的作業性能。

韭菜收割一般在離地2～4 cm處進行收割，工作過程中電源系統、機架、驅動輪與其他各部件相互配合，對韭菜扶禾、收割、傳送、收集等，完成韭菜的喂入、扶持、切割、輸送、收集等工序，由于各工序的工作性能和部件參數對收割質量有一定的影響，許多專家對韭菜有序收割、仿形行走、輕量化等進行了大量研究，并取得不少科研成果。

目前，用于韭菜收割比較有代表性的設備有正三角形扶禾裝置（圖2）和錐形筒狀扶禾裝置JT-HV收割機（圖3）。在河北等地中小企業生產的以正三角形為扶禾裝置的韭菜收割機，機具采用24 V蓄電池為動力，鏈輪鏈條驅動，單行收割，行間距250 mm，收集方式是利用行走帶來的助推力，切割后韭菜在輸送帶的夾持下，有序推送到輸送帶和收集框中，完成機械化收割。該機器生產效率較高，操作簡便，機具轉移方便，適合中小型農場使用。

韭菜在經過反復幾次的生長、收割、再生長后，生長密度大，韭菜冠部圓周長逐漸變大，采用收割機收割時會出現收攏不良、扶持作用不明顯、韭菜難以有序進入收集帶和輸送帶，存在漏割或輸送帶卡死的現象，呈不完全收獲。試驗中，當韭菜長至25 cm以上，采用錐形筒狀扶禾裝置進行韭菜收割作業，由于其調整范圍小，其錐形筒隨機具前進時，扶持梳理不明顯;采用正三角形狀扶禾裝置進行韭菜收割作業，正三角形狀截面寬度固定，作業時韭菜苗被截面掩蓋，韭菜不完全或少量扶持到割刀位置，分析原因如表1所示。這就需要人工二次撿拾或收割，從而增加了種植戶的經濟成本。

提高扶禾裝置的離地間隙，留高茬，再適當降低行走速度，輸送帶、割刀等作業參數不變，再次開展收割試驗，收割指標基本滿足要求。針對以上故障和產生原因，不改變收割機其他部件的結構及參數，優化扶禾裝置十分必要。

3 新扶禾新裝置的研制

3.1 收割后苗株幾何參數

與其他葉菜相比，韭菜單株體積較小且傾倒幅度較大，輸送過程中群體間接觸多，相互影響較大，收割期韭菜苗株的幾何參數與扶禾裝置結構的尺寸參數緊密聯系。以待收割期韭菜為研究對象，對韭菜收割后株高、割口直徑和收割后莖高等幾何參數進行分析，收割后韭菜株高樣本分布如圖4所示。

隨機選定的50株樣本統計如表2所示。收割后割口直徑最大值為6.1 mm，平均直徑為（4.09±0.94）mm;收割后莖高最大值為45 mm，平均莖高為（31.34±6.26） mm;株高最大值為350 mm，平均株高為（282.56±33.04）mm。50株標本收割后有43株的株高超過250 mm，占比86%，如表2所示。

3.2 扶禾裝置

聯合收割機在作業時，為準確將待割的作物莖稈引入切割器，扶正倒伏農作物，推送至割刀，避免莖稈堆積在割臺上，在前端安裝撥禾輪[14]，如圖5所示。

撥禾器按結構分為扶禾裝置和撥禾輪2種形式，主要區別在于：扶禾裝置是從根部插入作物叢中，用于小型收割機;撥禾輪是從作物頂部插入，主要應用于聯合收獲機，作業過程中利用裝在鏈條上的撥指將倒伏作物扶起，最大適應倒伏角度達75°，起到扶起梳直的作用，保持莖稈在扶持狀態下切割。按照鏈條回轉所在平面的不同，扶禾裝置有傾斜面型和鉛垂面型2種[15]，如圖6～7所示。

3.3 新裝置結構

新型扶禾裝置結構如圖8所示，由扶禾導板、下底板和連接板組成。

與前述扶禾裝置相比，新裝置減小扶禾截面，延長扶禾距離，扶禾導板如圖9所示，外形類似半喂入聯合收割機前端的分禾指，上部為圓弧過渡凸起，兩側面凹弧形，頂部設計一個半徑360 mm的圓弧，增加收割過程中扶持行程;扶禾導板前嘴寬度30 mm，后端寬度190 mm，呈前尖逐漸變寬的趨勢;整體結構在俯視狀態下的截面形狀為前窄后寬的錐面結構，中間形成具有錐面開口的扶正腔。圖8中下地板上部圓弧大小與扶禾導板一致，用M8螺栓連接，確保扶禾導板受力均勻;連接板螺栓和下底板鍵槽連接，螺栓穿過連接板在鍵槽固定在機架，上下可以調節，適用不同株高韭菜的收割。

3.4 試驗驗證

合理安裝可以避免收割時農作物發生回彈，并對割倒的韭菜具有穩定的推送作用，新裝置安裝在割刀前方，左右各1個，通過具有導槽的連接板固定在機架上，導槽可以調節其離地相對高度，整機安裝示意圖如圖10示。作業前根據韭菜種植行距和生長高度，調節離地間隙，收獲時左右扶禾導板在切割前伸入韭菜根部，隨著機具前進逐漸將待割區韭菜扶正進入扶正腔，轉入切割區進行切割。

現場試驗參照GB/T 5262—1985《農業機械試驗條件測定方法的一般規定》進行。2020年8月19日，江蘇翰雅農業有限公司對待收割韭菜的田間狀況進行調查，試驗田塊地勢平坦，機具轉彎調頭方便。2017年夏初種植韭菜，機械穴播，平均株距226 mm，行距300 mm，長勢良好，根部圓直徑120～180 mm，直立高度260～360 mm，輕微倒伏，自然狀態下冠部最大圓周直徑330 mm。

根據GB/T 3871.4—1993《農業機械試驗方法》等國家標準對收割機現場作業性能進行測試，如圖11所示。選取收割韭菜時漏割、漏拾、生產率等指標，同時考察整機各部件的作業性能。機具啟動后，下底板貼地收割，行走無障礙，隨著機具前進，經過扶禾導板導向后有序進入切割區，扶禾導板上部圓弧凸起對切割韭菜扶起梳直，切割后順利進入輸送帶，輸送帶往復輸送平穩，無堵塞現象，運動輕便，測得切割后的韭菜留茬高度不足15 mm，鋪放有序，無漏割現象。

4 討論

在蔬菜生產過程中，受地域因素、科研投入以及蔬菜栽培模式的影響，現階段還存在農機技術與農藝技術、設施與農機、農機具與農機具之間不配套，開展類似韭菜收割機扶禾裝置的優化改進工作，總結不同品種蔬菜機械化收割農藝要求，集成傳感器技術和導航定位技術，開發研制出品種適用性好、操作安全性強、作業經濟性高、適用作業環境的收割機械將是未來解決蔬菜機械化收割的主要途徑之一。

我國是世界上最大的蔬菜生產國和消費國，蔬菜品種多，設施蔬菜生產距離實現全面全程機械化還有一定的距離[16]。隨著現代科學技術的發展，機械化的內涵將進一步拓展，高質量推進蔬菜產業的現代化發展，實現蔬菜產業的高產高效對于提高農業生產質量和效率具有重要作用。

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