丘陵山區(qū)榨菜機(jī)械化收獲關(guān)鍵技術(shù)探討

王濤 樓婷婷 費(fèi)焱 柳國(guó)光 張加清

摘要：當(dāng)前榨菜收獲仍大量依靠人工，作業(yè)效率低、人高成本高，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化收獲是急需解決的問(wèn)題。基于榨菜收獲裝備研究現(xiàn)狀，指出現(xiàn)有科研樣機(jī)應(yīng)用中存在復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)性差、作業(yè)質(zhì)量穩(wěn)定性差、經(jīng)濟(jì)效益提高不顯著等問(wèn)題，系統(tǒng)分析作業(yè)環(huán)境、農(nóng)藝多樣性、技術(shù)支撐等機(jī)械化收獲制約因素。提出動(dòng)力底盤(pán)與收獲部件動(dòng)力參數(shù)匹配與協(xié)同控制技術(shù)、自動(dòng)對(duì)行技術(shù)、切割高度自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)、仿形除葉技術(shù)和關(guān)鍵作業(yè)參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)等可供榨菜收獲機(jī)提升改進(jìn)的建議，以期為丘陵山區(qū)榨菜機(jī)械化收獲裝備的研制提供參考。

關(guān)鍵詞：丘陵山區(qū)；榨菜；收獲裝備；自動(dòng)對(duì)行；仿形除葉

中圖分類號(hào)：S225.92： F323.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：20955553 （2023） 12001106

Discussion on key technologies of tumorous stem mustard mechanical harvesting

in hilly and mountainous areas

Wang Tao， Lou Tingting， Fei Yan， Liu Guoguang， Zhang Jiaqing

（Zhejiang Academy of Agricultural Machinery， Jinhua， 321051， China）

Abstract：

At present， the harvest of tumorous stem mustard is still depending on labour largely， with low efficiency and high cost， mechanical harvesting of tumorous stem mustard is an urgent problem to be solved. Based on the research status of tumorous stem mustard harvesting equipment， the problems in the application of existing research prototypes are pointed out， such as poor adaptability to complex environment， poor stability of operation quality， and insignificant improvement of economic benefits. The constraints of mechanical harvesting are systematically analyzed， such as operation environment， agronomic diversity， and technical support. Some suggestions are presented for improving tumorous stem mustard harvester， such as dynamic parameter matching and collaborative control technology of power chassis and harvesting component， automatic alignment technology， automatic cutting height adjustment technology， profiling defoliation technology and real-time monitoring technology of key operating parameters. It will provide reference for the development of tumorous stem mustard mechanical harvesting equipment in hilly and mountainous areas.

Keywords：

hilly and mountainous areas; tumorous stem mustard; harvesting equipment; auto-follow row; profiling cutting leaf

0 引言

榨菜起源于四川盆地，是我國(guó)特有的鮮食和加工蔬菜，全國(guó)有20多個(gè)省份種植榨菜，年產(chǎn)量可達(dá)4000kt，經(jīng)濟(jì)效益200億元［12］，為世界三大名腌菜之一，“涪陵榨菜”和“余姚榨菜”更是馳名中外。目前，榨菜種植最為集中、產(chǎn)業(yè)鏈最為完整的地區(qū)是重慶、四川和浙江［3］，其中重慶市場(chǎng)占有率穩(wěn)居第一，約占全國(guó)市場(chǎng)的50%，四川和浙江市場(chǎng)占有率分別達(dá)到25%和18%左右［4］。然而，重慶、四川和浙江三地均為典型的丘陵山區(qū)省份，地塊小且高低不平，榨菜收獲完全依靠人工，榨菜收獲裝備有效供給嚴(yán)重不足，即使榨菜種植的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益明顯，農(nóng)民在擴(kuò)大種植面積時(shí)仍存在生產(chǎn)成本和勞動(dòng)力的擔(dān)憂，存在行業(yè)萎縮的危機(jī)。如何在丘陵山區(qū)榨菜生產(chǎn)規(guī)模快速發(fā)展的同時(shí)，保證一定數(shù)量和質(zhì)量的榨菜收獲裝備供給，推動(dòng)丘陵山區(qū)榨菜生產(chǎn)全程機(jī)械化發(fā)展是我國(guó)當(dāng)前和未來(lái)較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)必須面對(duì)和解決的農(nóng)業(yè)機(jī)械化問(wèn)題之一。

本文基于榨菜收獲裝備研究現(xiàn)狀，在分析現(xiàn)有科研樣機(jī)應(yīng)用存在問(wèn)題和機(jī)械化收獲制約因素的基礎(chǔ)上，提出提升改進(jìn)榨菜收獲裝備適應(yīng)丘陵山區(qū)復(fù)雜工況的關(guān)鍵技術(shù)研究方向和建議，對(duì)加快榨菜生產(chǎn)機(jī)械化發(fā)展具有重要意義。

1 榨菜收獲裝備研究現(xiàn)狀

榨菜是我國(guó)特色農(nóng)產(chǎn)品，國(guó)外種植榨菜的國(guó)家和地區(qū)少之又少，故目前還沒(méi)有榨菜收獲的專用機(jī)型。與榨菜外形類似的結(jié)球類蔬菜收獲機(jī)、胡蘿卜收獲機(jī)及綠葉菜收獲機(jī)在國(guó)外有深入的研究［56］，可為榨菜機(jī)械化收獲提供思路。針對(duì)榨菜收獲作業(yè)量大、收獲裝備空白的情況，國(guó)內(nèi)一些科研單位和企業(yè)對(duì)榨菜收獲裝備進(jìn)行了初步的探索，研制了適合榨菜收獲的相關(guān)裝備。

重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院［7］為了適應(yīng)西南丘陵山區(qū)的作業(yè)環(huán)境，設(shè)計(jì)了一種小型榨菜收獲機(jī)割臺(tái)，如圖1所示，主要由切葉裝置、排葉裝置、切根裝置、輸送裝置、提升裝置及機(jī)架等組成。通過(guò)正交試驗(yàn)分析切根裝置與地面夾角、切葉機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速、喂入螺旋轉(zhuǎn)速等工作參數(shù)對(duì)榨菜損傷程度的影響，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，收獲效果基本滿足作業(yè)要求。但由于缺少切割高度自動(dòng)控制系統(tǒng)，切割裝置中間縫隙的刀刃容易進(jìn)入土壤中，刀刃磨損嚴(yán)重。

西南大學(xué)根據(jù)重慶丘陵山區(qū)榨菜收獲農(nóng)藝要求，設(shè)計(jì)了一款與微耕機(jī)匹配單行作業(yè)的榨菜切割裝置，可完成榨菜自動(dòng)對(duì)行、電動(dòng)切割及倒鋪工作，主要由對(duì)行機(jī)構(gòu)、電動(dòng)切割系統(tǒng)、倒鋪板、平行四桿連接機(jī)構(gòu)等組成，如圖2所示。田間試驗(yàn)結(jié)果表明：切割裝置切割成功率達(dá)79%，莖瘤破損率低于15%。但由于該裝置與微耕機(jī)匹配，操作較為辛苦，在雨后泥濘地塊存在動(dòng)力不足的問(wèn)題，作業(yè)效率較低。

重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院［8］結(jié)合榨菜農(nóng)藝和物料特性，設(shè)計(jì)了一種具有柔性?shī)A持功能的小型榨菜收獲機(jī)，如圖3所示。該收獲機(jī)主要由往復(fù)式切割裝置、莖葉切割裝置、柔性?shī)A持輸送裝置、提升運(yùn)輸裝置、出料槽、控制操作臺(tái)、變速器、發(fā)動(dòng)機(jī)、機(jī)架、高度調(diào)節(jié)裝置、履帶底盤(pán)等組成。工作時(shí)，往復(fù)切割裝置切割榨菜根，切割高度由高度調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)，莖葉在柔性?shī)A持輸送的過(guò)程中由莖葉切割裝置切除，瘤莖輸送到提升輸送裝置，進(jìn)而輸送至出料槽，完成收獲作業(yè)。但由于往復(fù)式割刀容易造成黏土壅土，實(shí)際工作效率較低，且未考慮側(cè)邊莖葉去除問(wèn)題，收獲雜質(zhì)較多。

農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所［9］研究設(shè)計(jì)了手扶自走式榨菜聯(lián)合收獲機(jī)，如圖4所示，配套動(dòng)力9.2kW，可一次性完成4行榨菜的自動(dòng)導(dǎo)正、攏葉夾持、精準(zhǔn)切割、輸送提升、除雜收集等作業(yè)，具有自適應(yīng)主動(dòng)喂入、割臺(tái)損失少、除雜率高、損傷小等特點(diǎn)。田間試驗(yàn)結(jié)果表明：榨菜損失率9.96%，破損率19.37%，清潔率90.04%，收獲效率為0.057hm2/h，在一定程度上能解決榨菜機(jī)械化收獲難題。但由于該裝備傳動(dòng)系統(tǒng)較為復(fù)雜，缺少作業(yè)參數(shù)采集監(jiān)測(cè)，收獲過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題需要操作人員經(jīng)常停機(jī)檢測(cè)，收獲效率降低。

西南大學(xué)基于榨菜物理特性，設(shè)計(jì)了榨菜收獲試驗(yàn)樣機(jī)，配套5.5kW自帶1/2減速的通用汽油機(jī)，集扶葉、夾持拔取、輸送及切葉等功能為一體，如圖5所示。樣機(jī)田間試驗(yàn)確定了扶葉及夾持部分的最優(yōu)參數(shù)組合，夾持成功率為92.30%，為解決人工收獲榨菜勞動(dòng)強(qiáng)度高、工作環(huán)境差及收獲效率低等問(wèn)題打下了較好的基礎(chǔ)。但由于未考慮自動(dòng)對(duì)行，夾持效果較差；采用撥取方式，在黏土環(huán)節(jié)性易撥斷，造成較高損失率。

寧波特能機(jī)電有限公司［10］設(shè)計(jì)了一種榨菜聯(lián)合收割機(jī)，能一次性完成打葉、松土、拔出、切根等作業(yè)，如圖6所示。

工作時(shí)，打葉裝置打掉榨菜頂端大部分葉片，鏟刀完成松土、松根、斷根；控制器與鏟架連接，通過(guò)行距探頭信號(hào)及控制油缸伸縮實(shí)現(xiàn)鏟刀的高度調(diào)節(jié)；除雜裝置清理帶有短葉柄及少量泥土的榨菜，進(jìn)一步分離殘余雜質(zhì)，獲得分離更徹底的干凈榨菜；最后升運(yùn)及卸料裝置完成榨菜的快速卸貨，工作效率高。但機(jī)器總體機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大，不適合丘陵山區(qū)小地塊使用，且損失率和破損率偏高，未能產(chǎn)業(yè)化實(shí)際應(yīng)用。

綜上所述，現(xiàn)階段榨菜收獲機(jī)尚處于科研樣機(jī)研制階段，主要研究集中在功能實(shí)現(xiàn)上，未能充分考慮作業(yè)效果，缺乏理論分析，對(duì)關(guān)鍵部件缺少系統(tǒng)性研究，普遍存在動(dòng)力不足、榨菜漏收率和破損率較高、收獲效率和智能化水平較低等問(wèn)題。

2 存在問(wèn)題

通過(guò)分析現(xiàn)有榨菜收獲機(jī)研究現(xiàn)狀，我國(guó)榨菜收獲機(jī)科研樣機(jī)在試驗(yàn)應(yīng)用過(guò)程中，普遍存在以下問(wèn)題，實(shí)際應(yīng)用及推廣成效較差，制約丘陵山區(qū)榨菜機(jī)械化發(fā)展。

2.1 復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)性差

丘陵山區(qū)復(fù)雜環(huán)境使得榨菜在收獲時(shí)存在地塊小、定植直線度差、壟面塌陷、壟溝填沒(méi)等系列問(wèn)題，導(dǎo)致現(xiàn)有科研樣機(jī)基本沒(méi)有辦法適應(yīng)丘陵山區(qū)榨菜收獲時(shí)的復(fù)雜工況。

首先，地塊小問(wèn)題要求榨菜收獲機(jī)配套動(dòng)力底盤(pán)尺寸要盡可能小，再加上農(nóng)藝的限制，使得榨菜收獲機(jī)只能選擇較小的動(dòng)力底盤(pán)，從而導(dǎo)致榨菜機(jī)械化收獲存在動(dòng)力不足的難題。其次，由于丘陵山區(qū)榨菜種植地塊不規(guī)則、土地平整性差，在榨菜起壟播種作業(yè)時(shí)機(jī)具容易走彎，榨菜定植直線度較低，由此導(dǎo)致榨菜機(jī)械化收獲時(shí)切割裝置與植株相對(duì)位置變化大，收獲對(duì)行困難，進(jìn)而引起榨菜收獲機(jī)損傷率和漏收率的上升。再次，我國(guó)榨菜三大主產(chǎn)區(qū)雨水較多，榨菜種植后的壟面在雨水沖刷、滲透下會(huì)出現(xiàn)坍塌變形、壟溝填沒(méi)等問(wèn)題，收獲時(shí)壟面平整度變異大，易引起傾斜切割而切壞莖瘤。

2.2 作業(yè)質(zhì)量穩(wěn)定性差

榨菜不易儲(chǔ)藏，僅在當(dāng)季鮮食，大部分以腌制加工為主，榨菜收獲需除凈莖葉，不可損傷凸起瘤，且榨菜最佳收獲期極短，收獲不及時(shí)極易空心，造成價(jià)格和產(chǎn)量雙損失。因此，在勞動(dòng)力短缺的情況下，收獲機(jī)作業(yè)質(zhì)量穩(wěn)定極為重要。然而，現(xiàn)有榨菜收獲科研樣機(jī)由于缺乏系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在丘陵山區(qū)復(fù)雜多變的環(huán)境下作業(yè)質(zhì)量穩(wěn)定性差。

首先，榨菜生長(zhǎng)高度和大小差異較大，縮短莖長(zhǎng)度不一，切割高度太高切壞莖瘤，切割高度太低則縮短莖過(guò)長(zhǎng)，莖瘤黏土較多。其次，榨菜莖葉生長(zhǎng)于頂端與側(cè)邊，具有不規(guī)則性，目前榨菜收獲機(jī)多采用圓盤(pán)刀切葉或旋轉(zhuǎn)刀打葉，由此導(dǎo)致榨菜收獲時(shí)不能除凈榨菜上的莖葉，進(jìn)而影響榨菜腌制工作量和品質(zhì)。此外，丘陵山區(qū)地塊石塊相對(duì)較多，易出現(xiàn)切割裝置破損的情況，在阻力過(guò)大時(shí)甚至造成傳動(dòng)系統(tǒng)損壞導(dǎo)致收獲機(jī)無(wú)法作業(yè)。因此，目前的科研樣機(jī)的作業(yè)穩(wěn)定性還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際使用。

2.3 經(jīng)濟(jì)效益提高不顯著

榨菜機(jī)械化收獲通過(guò)提升效率從而達(dá)到提高經(jīng)濟(jì)效益的目的，然而，目前的科研樣機(jī)在試驗(yàn)過(guò)程中效率提升不明顯，經(jīng)濟(jì)效率提高效果不顯著。

首先，丘陵山區(qū)地塊尺寸普遍較小，在收獲作業(yè)時(shí)收獲機(jī)需要頻繁掉頭，影響收獲效率。其次，榨菜收獲作業(yè)工況復(fù)雜，容易造成在收獲過(guò)程中發(fā)生切割高度偏差、作業(yè)堵塞和扭矩過(guò)載等問(wèn)題，而作業(yè)過(guò)程中缺少作業(yè)參數(shù)采集監(jiān)測(cè)，需要工作人員停機(jī)檢測(cè)，大大降低收獲效率。此外，在環(huán)境較差的條件下收獲質(zhì)量未能達(dá)到人工收獲質(zhì)量，破損率和漏收率較高，商品性降低，造成種植戶經(jīng)濟(jì)損失。

3 丘陵山區(qū)榨菜機(jī)械化收獲制約因素分析

3.1 作業(yè)環(huán)境的制約

丘陵山區(qū)榨菜種植多為不規(guī)則地塊，且平整度相對(duì)較差，在榨菜直播或者移栽過(guò)程中不易走直，種植地壟彎曲現(xiàn)象嚴(yán)重。其次，榨菜主產(chǎn)區(qū)多為雨水較多地區(qū)，且土壤黏性大，在榨菜生長(zhǎng)工程中，壟面在雨水沖刷、滲透下經(jīng)常出現(xiàn)變形坍塌，壟面平整度較差，加大了收獲機(jī)地面仿形的性能要求。此外，丘陵山區(qū)地塊較小，收獲作業(yè)時(shí)收獲機(jī)掉頭頻率高，要求收獲機(jī)尺寸盡可能小，導(dǎo)致配套底盤(pán)動(dòng)力不能太大，功能配套不能齊全。

3.2 農(nóng)藝多樣性的制約

榨菜作為一種重要的經(jīng)濟(jì)作物，種植區(qū)域廣泛，種植于20多個(gè)省份，且全國(guó)現(xiàn)有國(guó)家登記主要品種20多個(gè)，導(dǎo)致榨菜植株參數(shù)、單個(gè)凈重、瘤莖縱徑橫徑、瘤莖物理力學(xué)特性等關(guān)系到收獲機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)差異顯著。此外，由于不同產(chǎn)區(qū)地域環(huán)境條件差異較大，導(dǎo)致栽培方式和栽培模式多樣性，以浙江省為例，存在露天栽培和大棚設(shè)施高效栽培等方式，擁有浙北榨菜—晚稻栽培模式、浙南晚稻套種榨菜栽培模式、桑園套種榨菜栽培模式、梨樹(shù)套種榨菜栽培模式等10余種高效栽培模式［3］，每公頃株數(shù)差異較大，套種模式更是影響機(jī)械化收獲作業(yè)。

3.3 技術(shù)支撐的制約

丘陵山區(qū)作業(yè)裝備起步比中原大型農(nóng)機(jī)相對(duì)較晚，技術(shù)尚未完全成熟，且技術(shù)難度更大，需要大量的試驗(yàn)、中試和改進(jìn)，提高其性能和使用可靠性。而大量的前期工作需要資金支持，這往往使農(nóng)機(jī)企業(yè)望而退步，使處于科研樣機(jī)的榨菜收獲機(jī)技術(shù)停滯于實(shí)驗(yàn)室階段，不僅造成科研工作的巨大浪費(fèi)，而且嚴(yán)重影響丘陵山區(qū)榨菜機(jī)械化收獲進(jìn)程。此外，丘陵山區(qū)榨菜收獲機(jī)與平原大型聯(lián)合收獲機(jī)相比，尺寸小、質(zhì)量輕、價(jià)格相對(duì)比較便宜，且銷售量有限，導(dǎo)致研發(fā)投入產(chǎn)出較低，大部分農(nóng)機(jī)企業(yè)興趣不高，農(nóng)機(jī)企業(yè)研發(fā)生產(chǎn)動(dòng)力不足。

4 收獲裝備提升改進(jìn)的關(guān)鍵技術(shù)

目前，丘陵山區(qū)榨菜收獲時(shí)存在動(dòng)力不足、榨菜直線度較低、壟形變異大、生長(zhǎng)高度差異大以及莖葉不規(guī)則等復(fù)雜工況，現(xiàn)有收獲機(jī)樣機(jī)存在適應(yīng)性、穩(wěn)定性差和作業(yè)效率低等問(wèn)題。因此，有必要在充分調(diào)研實(shí)際收獲復(fù)雜環(huán)境的基礎(chǔ)上，提出針對(duì)性的技術(shù)創(chuàng)新和裝備提升改進(jìn)建議。

4.1 動(dòng)力底盤(pán)與收獲部件動(dòng)力參數(shù)匹配與協(xié)同控制技術(shù)

針對(duì)丘陵山區(qū)小地塊配套動(dòng)力不能太大導(dǎo)致動(dòng)力不足問(wèn)題，采用模塊化、小型化設(shè)計(jì)思路，優(yōu)化設(shè)計(jì)機(jī)架、行走系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)及動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)；分析動(dòng)力底盤(pán)在田間行駛的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性，建立動(dòng)力底盤(pán)—收獲部件—田間土壤耦合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，得出動(dòng)力底盤(pán)—收獲部件復(fù)雜機(jī)電液系統(tǒng)的多領(lǐng)域統(tǒng)一建模理論，構(gòu)建動(dòng)力底盤(pán)—收獲部件復(fù)雜機(jī)電液多系統(tǒng)、多目標(biāo)協(xié)同控制理論與方法，為實(shí)現(xiàn)動(dòng)力底盤(pán)與收獲部件各參數(shù)匹配與協(xié)調(diào)控制提供決策支持，充分發(fā)揮動(dòng)力底盤(pán)性能。

4.2 自動(dòng)對(duì)行技術(shù)

自動(dòng)對(duì)行技術(shù)通過(guò)主動(dòng)調(diào)整底盤(pán)和收獲部件相對(duì)位置應(yīng)對(duì)種植直線度差的問(wèn)題，提高對(duì)地壟彎曲變化的適應(yīng)能力，有效減少收獲部件位置偏差導(dǎo)致的破損損失［1112］。因此，為了提高榨菜機(jī)械化收獲性能和自動(dòng)化水平，有必要進(jìn)行自動(dòng)對(duì)行技術(shù)的研究。目前，自動(dòng)對(duì)行技術(shù)按照研究對(duì)象的不同可分為兩種，即以地壟為研究對(duì)象的地壟自動(dòng)對(duì)行技術(shù)和以作物為研究對(duì)象的作物自動(dòng)對(duì)行技術(shù)［13］。榨菜收獲作業(yè)為土上收獲工況，應(yīng)該從實(shí)時(shí)工況的榨菜行檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行理論分析與試驗(yàn)研究，提出收獲部件榨菜行彎曲適應(yīng)性的技術(shù)方案，并運(yùn)用收獲部件與榨菜行相對(duì)位置的測(cè)量、計(jì)算和控制方法，根據(jù)行彎曲檢測(cè)數(shù)據(jù)主動(dòng)偏移的對(duì)行機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)收獲部件，提高作業(yè)性能和降低操作員勞動(dòng)強(qiáng)度。

4.3 切割高度自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)

切割高度自動(dòng)調(diào)節(jié)是目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)［1416］，可以較好地解決切割高度變化引起的問(wèn)題，切割高度過(guò)高導(dǎo)致榨菜莖瘤被切產(chǎn)量減少，切割高度過(guò)低導(dǎo)致入土切割加劇割刀磨損和阻力增加。目前，國(guó)內(nèi)切割高度測(cè)量方法主要有接觸力測(cè)高、超聲波測(cè)高和多傳感器融合測(cè)高；高度控制主要采用機(jī)械控制、液壓控制和電液控制三種方式；調(diào)控方法及算法的選擇既有應(yīng)用傳統(tǒng)算法的模糊控制等方法的研究，也有新調(diào)控方法在切割高度調(diào)控系統(tǒng)上的應(yīng)用［17］。榨菜收獲機(jī)基于力、位置綜合調(diào)節(jié)優(yōu)化切割高度的方法，依靠導(dǎo)向探測(cè)輪測(cè)量輪子與地面接觸處的壓力，通過(guò)高度測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行地面仿形的實(shí)時(shí)切割高度調(diào)節(jié)方案，設(shè)計(jì)出通過(guò)控制液壓油缸與導(dǎo)向探測(cè)輪聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)切割高度自動(dòng)調(diào)節(jié)的機(jī)電液一體化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)榨菜收獲過(guò)程中根據(jù)壟面高度起伏變化進(jìn)行切割高度自動(dòng)調(diào)節(jié)，保證切割位置。

4.4 仿形除葉技術(shù)

榨菜收獲過(guò)程中要求盡量除凈莖葉，便于后續(xù)腌制加工。榨菜莖葉生長(zhǎng)于頂端與側(cè)邊，具有不規(guī)則性，現(xiàn)有圓盤(pán)刀切葉或旋轉(zhuǎn)刀打葉方式都不能較好的除去側(cè)邊的莖葉，莖葉殘留較多，因此，榨菜收獲中需進(jìn)行仿形除葉。國(guó)內(nèi)外較多學(xué)者對(duì)甜菜仿形切頂開(kāi)展了較多的研究，可為榨菜仿形除葉提供借鑒［1819］。根據(jù)所測(cè)榨菜植株物理形態(tài)參數(shù)，設(shè)計(jì)一種斜刀弧形滾筒仿形除葉裝置，主要由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、斜刀弧形滾筒和液壓彈簧仿形器組成，并對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力學(xué)與運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析，建立動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，優(yōu)化仿形除葉裝置性能穩(wěn)定的最佳參數(shù)，提高莖葉去除率。

4.5 關(guān)鍵作業(yè)參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)

收獲質(zhì)量及效率是種植戶購(gòu)買(mǎi)收獲機(jī)最關(guān)心的指標(biāo)，丘陵山區(qū)榨菜收獲作業(yè)工況復(fù)雜，導(dǎo)致現(xiàn)有科研樣機(jī)可靠性和穩(wěn)定性不高，故障率相對(duì)較高。收獲過(guò)程中，核心工作部件作業(yè)情況無(wú)法實(shí)時(shí)顯示報(bào)警，操作者不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在故障，導(dǎo)致機(jī)器性能進(jìn)一步惡化，直至機(jī)器無(wú)法使用。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)這一問(wèn)題，對(duì)收獲工作參數(shù)監(jiān)測(cè)進(jìn)行了廣泛的研究，在水稻、玉米、花生等收獲機(jī)上進(jìn)行了應(yīng)用［1422］。因此，針對(duì)榨菜收獲問(wèn)題，基于作業(yè)參數(shù)在線檢測(cè)方法，設(shè)計(jì)榨菜收獲機(jī)作業(yè)在線檢測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)切割裝置軸扭矩、輸送提升軸扭矩、除葉軸扭矩，各關(guān)鍵馬達(dá)轉(zhuǎn)速、提升輸送量的自動(dòng)檢測(cè)；搭建CAN總線網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)車載監(jiān)測(cè)終端與各信號(hào)采集控制子單元之間的數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)參數(shù)顯示；采用Lab View軟件編程，實(shí)時(shí)采集、顯示及保存榨菜收獲機(jī)作業(yè)參數(shù)，并在故障工況下進(jìn)行報(bào)警提示。

5 結(jié)語(yǔ)

重慶、四川、浙江等丘陵山區(qū)是我國(guó)榨菜的主產(chǎn)區(qū)，勞動(dòng)量最大的收獲環(huán)節(jié)仍采用人工收獲，提高丘陵山區(qū)榨菜生產(chǎn)裝備技術(shù)水平迫在眉睫。目前，榨菜機(jī)械化收獲處于起步階段，在應(yīng)用過(guò)程中存在復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)性差、作業(yè)質(zhì)量穩(wěn)定性差和經(jīng)濟(jì)效益提高不顯著等問(wèn)題，在較小尺寸和成本可控限制范圍內(nèi)對(duì)榨菜收獲機(jī)動(dòng)力底盤(pán)與收獲部件動(dòng)力參數(shù)匹配與協(xié)同控制技術(shù)、自動(dòng)對(duì)行技術(shù)、切割高度自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)、仿形除葉技術(shù)和關(guān)鍵作業(yè)參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)等方面進(jìn)行系統(tǒng)有針對(duì)性地改進(jìn)提升，并集成應(yīng)用到榨菜收獲機(jī)上，能夠較好地解決丘陵山區(qū)復(fù)雜工況榨菜機(jī)械化收獲難問(wèn)題，對(duì)實(shí)現(xiàn)我國(guó)榨菜全程機(jī)械化生產(chǎn)和促進(jìn)榨菜產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］ 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉所. 中國(guó)蔬菜品種志［M］. 北京： 中國(guó)農(nóng)業(yè)科技出版社， 2001.

［2］ 俞國(guó)紅， 鄭航， 薛向磊， 等. 榨菜收獲裝備研究現(xiàn)狀與展望［J］. 中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)， 2021， 42（6）： 17-20.

Yu Guohong， Zheng Hang， Xue Xianglei， et al. Research status and development prospects of tumorous stem mustard harvesting ［J］. Journal of Chinese Agricultural Mechanization， 2021， 42（6）： 17-20.

［3］ 孟秋峰， 王毓洪， 黃蕓萍. 榨菜品種資源和高效生產(chǎn)技術(shù)［M］. 北京： 中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社， 2018.

［4］ 代智豪. 涪陵區(qū)榨菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)策研究［D］. 雅安： 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2019.

Dai Zhihao. Research on the development countermeasures of Juicai industry in Fuling district ［D］. Yaan： Sichuan Agricultural University， 2019.

［5］ Hachiya M， Amano T， Yamagata M， et al. Development and utilization of a new mechanized cabbage harvesting system for large fields ［J］. Japan Agricultural Research Quarterly： JARQ， 2004， 38（2）： 97-103.

［6］ Horia E G， El-Sahhar E A， Mostafa M M， et al. A developed machine to harvest carrot crop ［J］. Misr Journal of Agricultural Engineering， 2008， 25（4）： 1163-1173.

［7］ 馮偉， 李平， 張先鋒， 等. 榨菜收獲機(jī)割臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)［J］. 南方農(nóng)業(yè)， 2018， 12（34）： 127-129， 133.

Feng Wei， Li Ping， Zhang Xianfeng， et al. Tuber mustard harvester cutter table structure design and testing ［J］. South China Agriculture， 2018， 12（34）： 127-129， 133.

［8］ 龐有倫， 張濤， 宋樹(shù)民. 青菜頭收獲機(jī)［P］. 中國(guó)專利： CN201922468801.1， 2020-10-16.

［9］ 金月， 肖宏儒， 宋志禹， 等. 手扶自走式青菜頭聯(lián)合收獲機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)［J］.中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)， 2020， 41（11）： 45-50.

Jin Yue， Xiao Hongru， Song Zhiyu， et al. Design and experiment of self-propelled tumorous stem mustard combine harvester ［J］. Journal of Chinese Agricultural Mechanization， 2020， 41（11）： 45-50.

［10］ 吳渭堯. 一種榨菜收割機(jī)［P］. 中國(guó)專利： CN201410218522.9，2016-02-03.

［11］ 王申瑩， 胡志超， 吳惠昌， 等. 基于Proteus的甜菜收獲機(jī)自動(dòng)對(duì)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)仿真與試驗(yàn)［J］. 中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)， 2014， 35（3）： 35-40.

Wang Shenying， Hu Zhichao， Wu Huichang， et al. Design simulation and test of auto-follow row control system employed in beet harvester based on Proteus ［J］. Journal of Chinese Agricultural Mechanization， 2014， 35（3）： 35-40.

［12］ 柳國(guó)光， 王濤， 姚愛(ài)萍， 等. 浙江省馬鈴薯機(jī)械化收獲關(guān)鍵技術(shù)探討［J］. 中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)， 2019， 40（8）： 48-52.

Liu Guoguang， Wang Tao， Yao Aiping， et al. Discussion on key technologies of potato mechanized harvesting in Zhejiang Province ［J］. Journal of Chinese Agricultural Mechanization， 2019， 40（8）： 48-52.

［13］ 李濤， 周進(jìn)， 徐文藝， 等. 根莖類作物收獲機(jī)自動(dòng)對(duì)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)［J］. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)， 2019， 50（11）： 102-110.

Li Tao， Zhou Jin， Xu Wenyi， et al. Design and test of auto-follow row system employed in root and stem crops harvester ［J］. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery， 2019， 50（11）： 102-110.

［14］ 李青龍， 陳剛， 孫宜田， 等. 玉米收獲機(jī)收獲臺(tái)高度仿形控制的研究［J］. 中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)， 2016， 37（2）： 43-47， 74.

Li Qinglong， Chen Gang， Sun Yitian， et al. Study on corn harvester harvesting table height copying control ［J］. Journal of Chinese Agricultural Mechanization， 2016， 37（2）： 43-47， 74.

［15］ 廖勇. 聯(lián)合收割機(jī)割臺(tái)高度自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的研究［D］. 長(zhǎng)沙： 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2018.

Liao Yong. Research on the height adjustment system of combine header ［D］. Changsha： Hunan Agricultural University， 2018.

［16］ 白秋薇， 簡(jiǎn)真， 吳永烽， 等. 基于切割壓力的甘蔗收割機(jī)刀盤(pán)高度自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置［J］. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)， 2021， 37（3）： 19-26.

Bai Qiuwei， Jian Zhen， Wu Yongfeng， et al. Automatic height-adjustment for a cutter disk on a sugarcane harvester using cutting pressure ［J］. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering， 2021， 37（3）： 19-26.

［17］ 劉華偉， 張萍， 楊曉慧， 等. 國(guó)內(nèi)谷物聯(lián)合收獲機(jī)割臺(tái)智能化現(xiàn)狀與發(fā)展研究［J］. 中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)， 2022， 43（4）： 189-197.

Liu Huawei， Zhang Ping， Yang Xiaohui， et al. Research on the status and development of grain combine harvester cutting table intelligence in China ［J］. Journal of Chinese Agricultural Mechanization， 2022， 43（4）： 189-197.

［18］ 李陽(yáng). 甜菜仿形切削裝置的設(shè)計(jì)研究［D］. 石河子： 石河子大學(xué)， 2015.

Li Yang. Design and study of system of auto-picking and separating seeding for plug-transplanter ［D］. Shihezi： Shihezi University， 2015.

［19］ 王方艷， 張欽， 張振宇， 等. 梳齒式甜菜清纓切頂機(jī)研制［J］. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)， 2021， 37（4）： 69-79.

Wang Fangyan， Zhang Qin， Zhang Zhenyu， et， al. Development of comb type leaves clearing and top cutting machine for beets ［J］. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering， 2021， 37（4）： 69-79.

［20］ 閔俊杰. 玉米收獲機(jī)割臺(tái)工作參數(shù)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)［D］. 太原： 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2013.

Min Junjie. The design of the operating parameters monitoring system on the maize harvesting machines header ［D］. Taiyuan： Shanxi Agricultural University， 2013.

［21］ 李新成， 官洪民， 何曉寧， 等. 花生撿拾收獲機(jī)關(guān)鍵作業(yè)參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］. 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2020， 37（4）： 298-303.

Li Xincheng， Guan Hongmin， He Xiaoning， et， al. Design of key operating parameters monitoring system for peanut picking-up combine harvester ［J］. Journal of Qingdao Agricultural University （Natural Science）， 2020， 37（4）： 298-303.

［22］ 練毅. 稻麥聯(lián)合收獲機(jī)脫粒裝置作業(yè)參數(shù)自適應(yīng)控制系統(tǒng)研究［D］. 鎮(zhèn)江： 江蘇大學(xué)， 2020.

Lian Yi. Study on adaptive control system of operating parameters for threshing device of rice wheat combine harvester ［D］. Zhenjiang： Jiangsu University， 2020.