YTSH-M1200WF 型青菜收獲機試驗驗證與分析

岳崇勤

我國是蔬菜生產大國，蔬菜播種面積和產量分別占世界總量的40%和50%以上，且呈連續增長態勢[1]。蔬菜生產是勞動密集型產業，蔬菜生產過程中，收獲作業占整個作業量的40%左右，由于不同的蔬菜其生理特性有所差異，蔬菜的統一收獲存在較高的復雜性[2]。目前，我國蔬菜收獲大部分由人工完成，尤其莖葉類蔬菜，幾乎全部人工采收，但人工采收存在效率低、勞動強度大的問題。近年來，隨著人工費的增長，人工采收成本逐年升高，采收環節在蔬菜生產成本中的比重也越來越大，“用工難、用工貴”問題成為制約蔬菜產業發展的瓶頸，蔬菜生產迫切需要機器代替或部分代替。莖葉類綠葉蔬菜莖葉相對脆弱，在機械化收獲過程中易受到外力損傷[3，4]。為此，上海大力推進綠葉菜生產機械化，尤其是綠葉菜收獲環節[5]。國外在蔬菜機械研究和使用方面起步較早，在綠葉菜收獲機方面也具有相對成熟的研發優勢，但由于國外沒有種植和食用青菜的習慣，青菜土下切割機具還是空白，即便有類似能收獲青菜的機具，高昂的購置價格也令菜農難以承受。

青菜收獲機需實現入土切割，這就增加了切割難度，因此青菜收獲機是與苗菜收獲機（土上切割）完全不同的葉菜收獲機機型，青菜收獲機能順利實現入土切割，要求割刀入土而不折斷，切割后輸送裝置還需有篩土功能。本文通過對無錫悅田農業機械科技有限公司生產的YTSH-M1200WF 型青菜收獲機的主要性能生產指標開展試驗驗證，測定相關性能指標的設計參數，并對收獲質量效果進行分析和評價判斷。

1 工作原理及主要參數

1.1 工作原理

無錫悅田農業機械科技有限公司生產的YTSH-M1200WF 型青菜收獲機由行走底盤、輸送裝置、切割裝置、仿形裝置、電控系統等組成。其中，行走底盤采用獨立底盤結構，配備左右差速齒輪箱和單電機驅動，配有鋰電池提供動力；輸送裝置采用皮帶輸送，皮帶為一周封閉，兩端內側由主動軸和從動軸進行固定，主動軸側面裝有驅動電機，電機轉速0～50 r/min，為便于篩土，皮帶與割刀間加裝撥叉輸送；切割裝置（雙動刀往復結構）采用上下2個鋸齒形長刀片逆向水平運動，運動速率相等，雙動刀驅動結構采用齒條、齒輪和偏心輪模式，這種結構能有效減少機器左右振動；割臺仿形裝置主要包括主升降電動推桿、探測部件升降電動推桿、探測傳感裝置（包括角度放大器）等；電控系統主要包括各功能部件的驅動電機、電動推桿、角度傳感器、處理器及控制元件等，通過電控箱和操控箱固定各電氣元件，用線纜連接起來，通過邏輯編程，自動操控各功能部件和裝置。

1.2 青菜收獲機主要參數

YTSH-M1200WF 型青菜收獲機采用充電式磷酸鐵鋰電池提供動力，最大輸出功率為3 kW，收獲幅寬為1.3 m、割刀入土深度為0～5 cm 可調，兩輪胎中心距離為1.5 m，機具最小轉彎半徑為2.3 m（表1）。

表1 YTSH-M1200WF 型青菜收獲機主要參數

2 試驗驗證

2.1 試驗準備

試驗時間為2023 年12 月1 日，試驗地點為上海青浦區朱家角鎮某蔬菜種植合作社，菜田類型為設施單體大棚，大棚寬度為8 m。本次試驗驗證以YTSH-M1200WF 型青菜收獲機為試驗對象，以青菜為收獲對象，青菜品種為春秋王，苗齡45 天，自然株高13～18 cm，自然株幅12～27 cm，試驗青菜生長均勻，適合采收，無大于100 cm2的無苗現象。土壤類型為黏性土，5 點法測定0～5 cm 深度土壤的堅實度為720 kPa、土壤含水率為12.1%。青菜由播種機直播，播種量為0.2 kg/667 m2，單畦幅寬1.05 m，相鄰壟溝中心距1.5 m，與機具輪間距匹配。行駛YTSH-M1200WF 型青菜收獲機到待收割作業菜田，為防止機具運動過程中探測裝置及割臺刮碰地面對機具造成損傷，行駛前需通過升降按鈕將割臺提升到最高位置。進入待收獲區后，通過割臺升降按鈕下降割臺到設定入土深度，進行青菜收割。青菜收割情況如圖1 所示。

圖1 YTSH-M1200WF 型青菜收獲機

2.2 作業性能情況

在地域和田塊適應性方面，YTSH-M1200WF 型青菜收獲機能較好滿足上海地區較黏性土壤菜田的入土收獲，本次試驗驗證選用的典型菜田土壤含水率為12.1%，收獲機行駛正常，割刀入土切割順暢。在主流8 m 寬設施大棚中作業[6]，能實現轉向掉頭。在青菜收割適應性方面，割刀采用鋸齒形長刀片的雙動刀部件，對入土切割青菜根部纖維有較好的適應性，同時，該機具輸送裝置對青菜密度有一定的要求，待收青菜密度需≥35 株/m2。在與推廣的機械化生產模式匹配適應性方面，在8 m 寬大棚應用1.1 m畦面全程機械化種植模式，具有完全匹配的適應性。在作業成本方面，該收獲機正常作業時需2 人操作，相對人工采收大大節省了人工投入，同時還降低了勞動強度，提高了收獲效率，需指出的是，裝筐后需在車間進行二次整理才能作為商品銷售（表2）。

表2 YTSH-M1200WF 型青菜收獲機作業性能情況

2.3 收獲質量

按照農藝要求，需保證青菜整株切割下來，因此要求機具入土切割，同時還盡可能少攜帶泥土，設定入土深度為1 cm，測定入土深度在0.1～2.3 cm，平均入土深度0.9 cm。在測定行程內隨機抽取青菜100 株，記錄破損的青菜數量、根莖未切斷（直接拔出）的青菜數量，計算整株率、根莖切斷率、收獲破損率如表3，田頭作業生產率達到693.68 m2/h。

表3 YTSH-M1200WF 型青菜收獲機收獲質量情況

2.4 人工成本分析

由于本機具為新研制機具，不對機具成本及折舊、工作過程中的用電量進行分析，僅對用工成本進行分析。田頭作業生產率達到693.68 m2/h，即0.96 h/667 m2，而純人工采收青菜一般為10.005 m2/h，即人工采收66.67 h/667 m2，機械采收后成為傳統標準的商品青菜銷售，還需在車間進行二次人工整理，經測定計算，二次人工整理一般16 h/667 m2，即包括二次整理總人工在內，青菜收獲機收獲需耗費人工16.96 h/667 m2，通過計算可知，應用YTSHM1200WF 型青菜收獲機（含二次車間整理）相對純人工采收效率提高了3.9 倍，YTSH-M1200WF 型青菜收獲機（含二次車間整理）相比純人工采收節省人工49.71 h/667 m2，人工成本按10 元/h 算，能節省人工成本497.1 元/667 m2。

3 驗證分析與應用前景

3.1 機具性能評價

從YTSH-M1200WF 型青菜收獲機在環境適應性、收獲青菜（土下切割）適應性、與主推綠葉菜機械化生產技術模式匹配適應性、生產成本、機具性能等方面的表現來看，總體上適應上海地區青菜土下收獲生產作業，割副1.3 m、機具1.5 m 的輪胎中心距符合8 m 寬設施大棚1.1 m 畦面的5 畦/棚全程機械化作業技術模式，該青菜收獲機較適于上海地區青菜收獲。

3.2 收獲青菜質量評價

YTSH-M1200WF 型青菜收獲機獨創性設計了割臺仿形裝置，尤其探測器前端與地面接觸部分采用條板接觸，增加了接觸面，增強了機具作業過程中的穩定性，同時，應用該機具收獲青菜的整株率、破損率均能滿足菜農要求，經過二次整理后，菜品商品性符合銷售要求。

3.3 應用前景

隨著生產力的發展和國內農業生產結構的調整，設施蔬菜種植所占的比重越來越大，汽柴油為主的傳統農業生產農機動力排放的尾氣在相對密閉的設施菜田內留存時間長，會對生產人員和菜品產生污染，YTSH-M1200WF 型青菜收獲機自帶的動力為磷酸鐵鋰電池，避免了尾氣污染，具有廣闊的應用價值和推廣前景。