溫室作業(yè)車發(fā)展現(xiàn)狀及展望

鄭 剛（北京中農(nóng)富通園藝有限公司，北京 100018）

現(xiàn)代玻璃連棟溫室生產(chǎn)作業(yè)繁瑣，包括移栽、定植、中期管理、采收等工作，人工成本高，影響溫室整體效益。目前市場上大多“荷蘭模式”的操作設(shè)備比較成熟，而針對國內(nèi)溫室機械化生產(chǎn)設(shè)備還缺少相對成熟的產(chǎn)品。隨著溫室內(nèi)部空間越來越大，番茄、黃瓜、彩椒等作物高度大約都在3～3.5 m，人工作業(yè)的時候需要爬高對作物進行落蔓、抹杈、疏花疏果等作業(yè)。溫室作業(yè)車可以方便人工操作，提高生產(chǎn)效率。為保證溫室高效生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率，降低運營成本，溫室作業(yè)車必將是溫室發(fā)展中重要的配套溫室設(shè)施設(shè)備之一[1]。本文主要介紹了國內(nèi)外各種溫室作業(yè)車的結(jié)構(gòu)、原理和方法，分析了溫室內(nèi)作業(yè)車的發(fā)展現(xiàn)狀，并提出了相關(guān)發(fā)展建議。

國外溫室操作設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀

國外對溫室內(nèi)作業(yè)車的研究比較早，20世紀中后期荷蘭、西班牙、日本等國家就已經(jīng)開始研發(fā)溫室內(nèi)操作設(shè)備。隨著科技及制造業(yè)的高速發(fā)展，溫室內(nèi)操作設(shè)備也在向著集成化、自動化、智能化的方向進行研究開發(fā)。荷蘭、以色列等設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)達的國家已經(jīng)有適用于本國的作業(yè)設(shè)備。

荷蘭的溫室內(nèi)作業(yè)車主要是電動軌道作業(yè)車（圖1），這種產(chǎn)品經(jīng)過荷蘭幾十年的研究和發(fā)展，已經(jīng)成熟，電動軌道作業(yè)車顯著的特點是依靠地面上的加溫管作為行走的軌道，主要組成包括原動部分、傳動部分、工作部分、液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，底盤是整個系統(tǒng)的主要部件，底盤上具有兩套行走輪，一套是針對混凝土地面上進行轉(zhuǎn)向、換行等，另一套輪則是針對在軌道上行走而獨特設(shè)計的，可以在軌道上平穩(wěn)的進行前進后退動作，速度也可以人工調(diào)節(jié)。底盤上連接的是舉升系統(tǒng)，主要采用剪叉液壓升降的方式，液壓的精度較高，隨時調(diào)控，承壓較大，抬升高度可以滿足采摘工作需要，而且合理利用了空間。舉升系統(tǒng)是為了把工作平臺通過液壓舉升的方式平緩的升起，使操作人員站在工作平臺內(nèi)安全的進行作業(yè)，工作平臺的設(shè)計也非常人性化，不僅具有防護欄，而且操作面板固定在平臺上，更方便工作人員進行操作（表1）。

圖1 荷蘭溫室電動軌道作業(yè)車

表1 荷蘭溫室電動軌道作業(yè)車技術(shù)規(guī)格

有一種用于在沒有管道軌道系統(tǒng)的溫室中進行所有日常農(nóng)作物活動的作業(yè)車，產(chǎn)品名稱為EasyTrack（圖2）。EasyTrack 是一種帶有電動方向盤的充氣輪胎作業(yè)車，相比機械轉(zhuǎn)向而言，這種電動轉(zhuǎn)向可以減輕操作工人的負擔(dān)。相比較電動軌道作業(yè)車采用的液壓升降模式，手推作業(yè)車采用的是貨架結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)更加簡單，維護方便，大大降低成本。工作平臺寬敞，圍欄和平臺形成一個保護單元，從而保證操作工人的安全，還可以通過簡單的調(diào)整將平臺固定在需要的高度，連接牢固。EasyTrack 非常容易操作，無論是在平坦的土壤上還是在混凝土路面上，都可以借助可轉(zhuǎn)向的充氣輪胎車輪輕松移動手推車（表2）。

圖2 荷蘭溫室EasyTrack作業(yè)車

表2 荷蘭溫室EasyTrack作業(yè)車技術(shù)規(guī)格

還有一種與EasyTrack類似，只不過是底盤下的行駛輪的形式改變了，它的行走輪結(jié)構(gòu)和電動軌道作業(yè)車類似，但是又不完全相同，電動軌道作業(yè)車使用的是兩組輪系機構(gòu)，一組為四個萬向輪，另一組為四個仿形軌道輪。這種作業(yè)車將上述兩種結(jié)合，底盤只有兩個萬向輪，通過安裝的高度不同，使得作業(yè)車可以滿足同時在軌道和混凝土地面上行走，而且作業(yè)平臺使用的是這種可以手動調(diào)節(jié)高度的作業(yè)平臺，平臺的兩端都可以進入，上下兩個平臺都有控制腳踏板，可以滿足兩人同時在軌道上從事高度不同的作業(yè)（圖3）。

圖3 荷蘭溫室簡便式作業(yè)車

西班牙模式與荷蘭不同，設(shè)施投入相對較低，作業(yè)車設(shè)計也不同，但是原理、功能上相似（圖4）。作業(yè)車帶有可拆卸平臺系統(tǒng)，可通過支架的間隙進入平臺內(nèi)部，更安全、更舒適、更高效、市場上獨一無二，其獨特的設(shè)計使其能夠在高處執(zhí)行日常工作任務(wù)，獲得機器的最大穩(wěn)定性和控制，因為其大直徑車輪保證在任何類型的地形上工作，包括沙質(zhì)土壤，但行距較寬，降低了種植密度。作業(yè)車的整體采用鋼型材設(shè)計和制造，在使用時更堅固、輕便。轉(zhuǎn)向設(shè)計也非常特別，可以在操作平臺上進行轉(zhuǎn)向工作。此外，該作業(yè)車還具有后輪驅(qū)動和制動器，可以手動解鎖和移動，不需要爬上爬下來操作（表4）。

表4 西班牙溫室作業(yè)車技術(shù)規(guī)格

意大利溫室內(nèi)作業(yè)車則將大直徑充氣輪胎和液壓舉升系統(tǒng)相結(jié)合，也是方便在土壤地面或者是沙地上行走（圖5）。俄羅斯由于氣候天氣條件比較寒冷，溫室大多還是和荷蘭的一樣，所以大多也是這種電動軌道作業(yè)車（圖6）。韓國工業(yè)技術(shù)評估研究所（KITECH）也是為了解決韓國農(nóng)民老齡化的問題，減少體力勞動，研發(fā)了可以連接到無線網(wǎng)路的自動化溫室作業(yè)車（圖7）。

圖6 俄羅斯溫室電動軌道作業(yè)車

圖7 韓國溫室電動軌道作業(yè)車

國內(nèi)溫室操作設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀

目前國內(nèi)的溫室作業(yè)車，除了玻璃連棟溫室采用的和荷蘭一樣的電動軌道作業(yè)車，日光溫室和連棟冷棚中缺乏很多機械化的作業(yè)車，2016年北京京鵬環(huán)球科技股份有限公司的卓杰強等[2]設(shè)計了一款無軌電動采摘車，該設(shè)備主要由行走轉(zhuǎn)移底盤、液壓升降機構(gòu)、工作平臺、液壓舉升及控制部分等構(gòu)成，大體與荷蘭的類似，也是電驅(qū)動，以蓄電池為動力源，液壓馬達驅(qū)動，剎車制動器制動，無軌道電動采摘車不僅解決了溫室作業(yè)通道狹窄的難題，而且可用于高架作物的整枝、授粉等農(nóng)事作業(yè)。勞動效率高、體積小、振動和噪音低，可以實現(xiàn)無軌道采摘作業(yè)，試驗證明相對人工作業(yè)，效率可提高6～7倍，適合大規(guī)模推廣（圖8）。

圖8 北京京鵬溫室電動軌道作業(yè)車結(jié)構(gòu)圖

2017年沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院的田素博等人[3]設(shè)計的溫室多功能軌道作業(yè)車由行走系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、升降系統(tǒng)、載人工作臺和控制系統(tǒng)等組成（圖9）。它以鉛鋅蓄電池為能源，通過電機帶動鏈輪從而驅(qū)動行走輪前進或者后退，升降系統(tǒng)由液壓站和剪叉機構(gòu)組成，液壓站為液壓缸泵油，驅(qū)動剪叉升降機構(gòu)實現(xiàn)工作臺的上升下降。為了方便作業(yè)車在溫室內(nèi)進行換行作業(yè)，他們?yōu)樽鳂I(yè)車設(shè)計了兩套行走輪，稱為“橫向行走輪”和“縱向行走輪”。相比較國外的作業(yè)車，他們設(shè)計的溫室多功能軌道作業(yè)車的外形尺寸更加小巧，一定程度上降低了溫室作業(yè)車的重心，使作業(yè)車在工作時更加安全穩(wěn)定。

圖9 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)溫室電動軌道作業(yè)車結(jié)構(gòu)圖

2011年中國農(nóng)業(yè)大學(xué)徐麗明等[4]研發(fā)的溫室多功能作業(yè)車則根據(jù)溫室蔬菜種植的特點，設(shè)計四個可以自主驅(qū)動的行走輪，利用單片機技術(shù)實現(xiàn)對作業(yè)車進行控制。作業(yè)車可以安裝不同的農(nóng)機具，實現(xiàn)耕種、起壟、鋪膜、秧苗移栽、噴藥、收獲等。針對的主要溫室作物為生菜、芹菜、韭菜、小油菜等較低矮作物。該機構(gòu)最重要的設(shè)計是車輪系和減速系統(tǒng)，車輪可以實現(xiàn)空間上360°的轉(zhuǎn)向，減少在溫室中低頭轉(zhuǎn)向的空間，實現(xiàn)前后左右的移動和各個方向的平動（圖10）。

圖10 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)溫室電動軌道作業(yè)車結(jié)構(gòu)圖

國內(nèi)溫室作業(yè)車存在問題

投入高 產(chǎn)出少

目前國內(nèi)大部分連棟溫室采用的是荷蘭進口的電動軌道作業(yè)車，不僅進口設(shè)備成本太高，而且國內(nèi)蔬菜價格和產(chǎn)量難以和荷蘭相比較，設(shè)施蔬菜的生產(chǎn)難以實現(xiàn)高收益。當(dāng)然，隨著大型玻璃連棟溫室在國內(nèi)的發(fā)展，一些國內(nèi)企業(yè)也研發(fā)了自己的電動軌道作業(yè)車來滿足國內(nèi)市場需求，雖然從價格上成本降低了不少，但從設(shè)備使用的實際情況來看，相比進口產(chǎn)品的穩(wěn)定性還是有些差距。

機械化程度低

中國的主要種植設(shè)施以塑料大棚、日光溫室和連棟溫室為主，大型的玻璃連棟溫室中的機械設(shè)備可以直接學(xué)習(xí)荷蘭的模式，而針對日光溫室、塑料大棚等，由于溫室設(shè)施結(jié)構(gòu)和種植模式等因素，限制了作業(yè)設(shè)備的作業(yè)條件，進而影響了設(shè)施種植裝備的機械化發(fā)展水平。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部提出到2025年設(shè)施種植機械化水平總體達到50%以上，這就需要推進農(nóng)機農(nóng)藝融合，加快設(shè)施裝備與設(shè)施專用品種和綠色高效栽培技術(shù)集成配套，完善技術(shù)裝備和社會化服務(wù)體系，推動設(shè)施種植機械化全程全面高質(zhì)高效發(fā)展。

不適合國內(nèi)設(shè)施生產(chǎn)

目前大部分連棟溫室電動軌道作業(yè)車都是依靠地面加溫管道作為行走的軌道，不僅可以起到對溫室的加溫作用，還可以作為作業(yè)車的軌道來使用。但是作業(yè)車都是根據(jù)歐洲人體征特點來設(shè)計的，直接引進國內(nèi)使用存在體積大、質(zhì)量重等問題，而國內(nèi)溫室中操作人員多為婦女，相對比較吃力，如果放在日光溫室當(dāng)中使用，不僅相對配置要好，成本高。如果溫室不按一定規(guī)模建設(shè)，根據(jù)現(xiàn)在溫室發(fā)展情況來講推廣難度比較大。

國內(nèi)溫室作業(yè)車發(fā)展方向

農(nóng)機農(nóng)藝融合

推廣適宜不同地區(qū)的標(biāo)準化溫室設(shè)施結(jié)構(gòu)與建造的標(biāo)準，明確滿足作業(yè)車作業(yè)條件的空間結(jié)構(gòu)、出入口、內(nèi)部通道等方面尺度，提出符合需要和安全生產(chǎn)的規(guī)范。加快老舊種植設(shè)施的宜機化改造，依照作業(yè)車通行和室內(nèi)作業(yè)條件，優(yōu)化種植空間布局，創(chuàng)新宜機化種植模式，滿足設(shè)備運轉(zhuǎn)、通行作業(yè)需求。根據(jù)種植模式優(yōu)化設(shè)計作業(yè)車，從而滿足中國溫室生產(chǎn)需求。

低成本 易操作

由于國內(nèi)大多的設(shè)施運營生產(chǎn)還是以家庭為單位，如日光溫室本身設(shè)施投資較低，很多人還是不愿意在設(shè)備上投入更多，但是隨著人口老齡化和人工費用的加劇，很多人也開始接受“以機換人”，設(shè)備高效、簡單實用，成本低，易操作，同時免除高空摘果的危險性，具有更良好的市場前景和應(yīng)用價值[5]。

自動化 智能化

加快信息化和機械化融合，降低生產(chǎn)成本，提升設(shè)施種植機械化、自動化、智能化水平。不斷加大科技攻關(guān)力度，重點突破設(shè)施種植裝備專用傳感器、自動作業(yè)、精準作業(yè)和智能運維管理等關(guān)鍵技術(shù)裝備，通過研制嫁接、授粉、巡檢、采收等農(nóng)業(yè)機器人等，實現(xiàn)信息在線感知、精細生產(chǎn)管控、高效運維管理。

總結(jié)

溫室作業(yè)車是保障國內(nèi)設(shè)施溫室高效生產(chǎn)的重要支撐，隨著現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展的快速推進，依靠人工進行溫室內(nèi)作業(yè)不能滿足現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展需求。根據(jù)中國溫室的結(jié)構(gòu)特點及市場需求，研發(fā)適合中國溫室的作業(yè)車是現(xiàn)階段的設(shè)施配套設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)的發(fā)展方向之一。