余泳昌，魏富德，秦偉樺，劉　通，曾　敏，寧旺云

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，鄭州　450000；2.云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，昆明　650201)

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煙草收獲機(jī)技術(shù)發(fā)展概述

余泳昌1，魏富德2，秦偉樺1，劉通2，曾敏2，寧旺云2

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，鄭州450000；2.云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，昆明650201)

摘要：煙草機(jī)械化收獲是我國(guó)煙葉收獲面臨的主要問(wèn)題。在國(guó)外(如意大利、美國(guó)、加拿大等國(guó)家)，煙草機(jī)械化收獲技術(shù)發(fā)展較快，自動(dòng)化及半自動(dòng)化的煙草收割機(jī)已經(jīng)批量生產(chǎn)并投入應(yīng)用，且應(yīng)用效果較好。目前，我國(guó)也對(duì)煙草收獲機(jī)械進(jìn)行了研究和開(kāi)發(fā)。為此，在總結(jié)國(guó)內(nèi)外煙草收獲機(jī)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，對(duì)煙草收獲機(jī)的結(jié)構(gòu)、收獲方式、性能特點(diǎn)和主要參數(shù)進(jìn)行了分析，并指出了在研究和應(yīng)用方面存在的問(wèn)題及未來(lái)煙草收獲機(jī)技術(shù)的發(fā)展方向，為煙草收獲機(jī)的研究和開(kāi)發(fā)奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：煙草收獲機(jī)；技術(shù)發(fā)展；發(fā)展方向

0引言

煙草是一種重要的經(jīng)濟(jì)作物，在我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位。我國(guó)的煙草歷史最初源于明朝萬(wàn)歷年間的吸聞鼻煙，從此以后逐漸開(kāi)始了煙草的種植。由于我國(guó)地域廣闊，煙草的種植面積也比較大，全國(guó)大部分地方都有種植，品種多樣，逐漸形成了以烤煙為主體的多類型煙草的結(jié)構(gòu)[1-4]。目前，中國(guó)、巴西、印度、美國(guó)、阿根廷、馬拉維、津巴布韋是世界上主要的煙草生產(chǎn)大國(guó)。其中，我國(guó)的煙草和烤煙產(chǎn)量分別占世界總產(chǎn)量的67%和50%，煙草行業(yè)在我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位?？緹熒a(chǎn)集中在東北、黃淮、西南和中南四大煙區(qū)[5-7]。我國(guó)作為一個(gè)烤煙大國(guó)，河南、云南、福建等地都大量種植煙葉，烤煙已成為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民收入的重要組成部分。在煙葉生產(chǎn)過(guò)程中，采摘是基礎(chǔ)性的工作。煙葉的收獲技術(shù)包括收獲時(shí)期、收獲方法和產(chǎn)后處理3個(gè)環(huán)節(jié)，涉及到作物生態(tài)生理、農(nóng)業(yè)機(jī)械及農(nóng)產(chǎn)品處理各個(gè)方面，不僅影響到作物產(chǎn)量，還會(huì)影響到農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量和土地經(jīng)營(yíng)者的經(jīng)濟(jì)效益。所以，及時(shí)、科學(xué)地收獲煙葉是保證煙葉品質(zhì)的關(guān)鍵[8-10]。

目前，我國(guó)絕大多數(shù)煙農(nóng)還是手工采集煙葉，效率低，需要消耗大量的勞動(dòng)力和時(shí)間，并難以保證及時(shí)采摘。在需要收獲的煙葉量極大的情況下，手工采集已不能滿足需要，而且容易錯(cuò)過(guò)最佳收獲時(shí)間。雖然目前也有少量半機(jī)械化和機(jī)械化的收獲機(jī)投入使用，其采摘效率比人工操作高，能及時(shí)完成采摘作業(yè)；但是這類煙草收獲機(jī)的結(jié)構(gòu)大多比較復(fù)雜，煙草收獲機(jī)的造價(jià)比較高，且在田間施工的時(shí)候容易損壞，一直未能得到廣泛使用，進(jìn)而造成經(jīng)濟(jì)損失，也在一定程度上制約了煙草行業(yè)的發(fā)展。隨著種煙區(qū)煙草收獲問(wèn)題的逐漸突出，為了提高煙農(nóng)的收獲效率和經(jīng)濟(jì)效益，降低煙農(nóng)的勞動(dòng)強(qiáng)度與生產(chǎn)成本，國(guó)外不同國(guó)家已經(jīng)開(kāi)發(fā)了不同類型的煙草收獲機(jī)，我國(guó)也日益開(kāi)始重視煙草收獲機(jī)械的研究和開(kāi)發(fā)。其中，對(duì)農(nóng)民實(shí)施購(gòu)機(jī)補(bǔ)貼政策也在一定程度上推進(jìn)了國(guó)內(nèi)對(duì)煙草收獲機(jī)研發(fā)工作的開(kāi)展。

1國(guó)外煙草收獲機(jī)技術(shù)發(fā)展

在美國(guó)、意大利、加拿大等國(guó)家，煙草種植有著不同的種植模式，如煙葉種植的行距和株距多數(shù)不一樣：在西班牙，煙草種植行間距為120cm或130cm；在意大利，煙草種植的行距多為120cm，且煙草種植從初期已經(jīng)開(kāi)始采用機(jī)械移栽，機(jī)械田間管理等作業(yè)，這樣種植的煙葉都在同一直線行上，也方便后期的煙葉機(jī)械化采收。由于行間距的不同，煙葉收獲存在著不同的形式，因而煙草收獲機(jī)的類型多樣：如美國(guó)MarCo公司制造生產(chǎn)型號(hào)為6027型牽引式煙草收獲機(jī)和型號(hào)為6360型自走式煙草收獲機(jī)[11]；意大利DeCloet公司生產(chǎn)的2TTH型煙葉收獲機(jī)及SPAPPERI公司生產(chǎn)的RA341等不同類型的收獲機(jī)。煙草收獲機(jī)的類型較多，而且機(jī)器所采用的液壓傳動(dòng)等控制技術(shù)是先進(jìn)的、具有代表性的。另外，在煙草的機(jī)械化與集約化方面，美國(guó)等國(guó)家已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了煙田采收的機(jī)械化作業(yè)和煙葉生產(chǎn)的高度集約化，可以說(shuō)國(guó)外的煙草種植技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了一個(gè)新的水平[12-13]。

根據(jù)作業(yè)機(jī)械化程度的不同，煙草收獲機(jī)可以分為自走式煙草收獲機(jī)和半自動(dòng)煙草收獲機(jī)。

1.1自走式煙草收獲機(jī)

美國(guó)、意大利等國(guó)外的煙草收獲機(jī)技術(shù)發(fā)展較快，自走式煙草收獲機(jī)是現(xiàn)在煙草收獲中技術(shù)較為先進(jìn)的機(jī)器。其中，具有代表性的是美國(guó)MarCo公司生產(chǎn)的6360型自走式煙草收獲機(jī)、意大利DeCloet公司生產(chǎn)的2TTH型收獲機(jī)，以及意大利SPAPPERI公司生產(chǎn)RA341、RA632、RA731、RA742和RA942等型號(hào)各異的煙葉收獲機(jī)。但是，不同國(guó)家的煙草收獲機(jī)在機(jī)器結(jié)構(gòu)、收獲方式和性能特點(diǎn)等方面也存在著不同之處，以下從這幾個(gè)方面進(jìn)行分析。

美國(guó)MarCo公司生產(chǎn)的高性能6360型自走式煙草收獲機(jī),如圖1所示。

圖1　6360型自走式煙草收獲機(jī)

該機(jī)器動(dòng)力為72.8kW的約翰迪爾的發(fā)動(dòng)機(jī)；采用風(fēng)冷和液壓油驅(qū)動(dòng)式的三輪全液壓驅(qū)動(dòng)，提高了油液的經(jīng)濟(jì)性；車(chē)速通過(guò)液壓油量調(diào)節(jié)進(jìn)行無(wú)極變換，最小和最大車(chē)速通過(guò)控制手柄可以較好的控制，車(chē)速改變穩(wěn)定且操控性能好。圖2為車(chē)輛操控手柄。整車(chē)采用薩奧丹佛斯的控制系統(tǒng)，作業(yè)過(guò)程中車(chē)輛的性能參數(shù)指標(biāo)可通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸顯示在駕駛室的控制屏幕上，使駕駛員更好地掌握整車(chē)的運(yùn)行狀態(tài)，圖3為架駛室內(nèi)的控制屏幕。其前輪和后輪采用不同型號(hào)的輪胎，提高了整車(chē)的滾動(dòng)性能，采用三輪型式使整車(chē)在煙草的行間通過(guò)性增強(qiáng)；鏈條驅(qū)動(dòng)切刀，用于切割煙葉；液壓馬達(dá)帶動(dòng)傳送帶，用來(lái)輸送煙葉制采集箱；駕駛室設(shè)置在最前方，且距地面較低，駕駛員安全性較好。該機(jī)器在田間跨兩行煙葉采收，作業(yè)效率較高。

圖2　操縱手柄

圖3　駕駛室內(nèi)控制屏

意大利DeCloet公司是最早制造生產(chǎn)煙草收獲機(jī)的廠家，1979年制造了世界上第1臺(tái)全自動(dòng)自走式的煙草收割機(jī)，如圖4所示。后來(lái)，又繼續(xù)研發(fā)制造了較為先進(jìn)的2TTH型煙草收獲機(jī)，如圖5所示。2TTH型機(jī)器采用84.5kW的約翰迪爾的發(fā)動(dòng)機(jī)，整車(chē)長(zhǎng)為6.8m、寬為2.9m、高為3.3m；與美國(guó)6360型收獲機(jī)相似，也采用三輪全液壓驅(qū)動(dòng)技術(shù)，轉(zhuǎn)彎半徑較小為3.2m，速度范圍為0～24km/h；雙行輸送帶由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，速度可調(diào)，煙葉卸載高度為3.5m，車(chē)輛作業(yè)過(guò)程中的性能參數(shù)可實(shí)時(shí)地進(jìn)行屏幕顯示。車(chē)輛作業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)采收?qǐng)D和煙葉卸載圖分別如圖6和圖7所示。DeCloet公司生產(chǎn)的煙葉采摘機(jī)廣泛應(yīng)用于美國(guó)、墨西哥、印度、巴基斯坦、南美洲和歐洲國(guó)家。意大利對(duì)煙葉采收的成熟度要求較高，煙葉采收分4次完成，其煙葉采收已實(shí)現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)。煙草收獲機(jī)主要有3種：①完全機(jī)械化采收，一人操作一臺(tái)采收機(jī)，一次采收2行煙葉；②大型人工采收機(jī)，一臺(tái)采收機(jī)需要5個(gè)工作人員，其中1人駕駛機(jī)器，2人采收煙葉，2人在車(chē)廂內(nèi)整理煙葉；③小型人工采收機(jī)，駕駛和采煙由1個(gè)人同時(shí)操控。同時(shí)，意大利在生產(chǎn)上主要以大型人工采收機(jī)為主，多數(shù)的農(nóng)場(chǎng)采用全機(jī)械化模式[14]。

圖4　意大利第1臺(tái)自走式煙草收割機(jī)

圖5　2TTH型煙草收獲機(jī)

圖6　2TTH煙草收獲機(jī)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)

意大利某公司也制造出了一種收獲布賴特?zé)熑~的配有獨(dú)特摘葉裝置的履帶式自動(dòng)摘葉收獲機(jī)。其履帶軌距為1.9m，收獲行距為0.9m的煙葉一次可以收獲兩行，機(jī)高為2.2m[15-18]；機(jī)架上可以裝配煙葉打頂裝置和噴藥裝置，進(jìn)行打頂和噴藥作業(yè)。收獲機(jī)上裝有26kW的發(fā)動(dòng)機(jī)，各作業(yè)機(jī)構(gòu)都由液壓機(jī)傳動(dòng)。為了適應(yīng)在潮濕煙田里行走，收獲機(jī)裝配了超長(zhǎng)履帶(從驅(qū)動(dòng)軸到導(dǎo)向輪距離為2.8m),可以減少整地寬度和轉(zhuǎn)彎時(shí)間。

意大利SPAPPERI公司生產(chǎn)的RA341、RA632、RA731、RA742及RA942等機(jī)型的煙葉收獲機(jī)均屬于自走式煙葉收割機(jī)[19]。

根據(jù)煙稈上煙葉分布位置的不同而收獲方式不同，主要分為兩種：一種是針對(duì)煙葉分布于較低或中間部位的煙葉采摘機(jī)，其機(jī)型有RA341(如圖8所示)、RA632(如圖9所示)、RA942(如圖10所示)3類；另一種是針對(duì)煙葉分布于頂端的煙葉采摘機(jī)，其機(jī)型有RA731(如圖11所示)和RA742(如圖12所示)兩類。

圖7　2TTH煙草收獲機(jī)煙葉卸載

圖8　RA341型煙草收獲機(jī)

圖9　RA632型煙草收獲機(jī)

圖10　RA942型煙草收獲

圖11　RA731型煙草收獲機(jī)

圖12　RA742型煙草收獲機(jī)

根據(jù)煙草收獲機(jī)車(chē)輛底盤(pán)輪胎驅(qū)動(dòng)形式的不同，可分為三輪液壓驅(qū)動(dòng)和四輪液壓驅(qū)動(dòng)。以三輪液壓驅(qū)動(dòng)為主的機(jī)型主要有RA632、RA731。RA632機(jī)型的煙葉采摘機(jī)在田間適宜行走的行間距為115cm，通過(guò)液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)3個(gè)輪胎行走，并且通過(guò)前輪進(jìn)行轉(zhuǎn)向。根據(jù)農(nóng)藝要求，煙葉采摘機(jī)必須以成熟度為標(biāo)準(zhǔn)，從最低的開(kāi)始逐漸向上進(jìn)行收獲，可一次性收割兩行煙葉。收割時(shí)，當(dāng)煙草受到旋轉(zhuǎn)橡膠圓輥螺旋運(yùn)動(dòng)沖擊時(shí)，煙草將會(huì)被拔出來(lái)；通過(guò)特殊的電子液壓傳感器持續(xù)感知跟蹤地形輪廓和作物行間距的直線度，落葉裝置的精確性和穩(wěn)定性將會(huì)得到保證；收獲后的煙葉通過(guò)金屬輥被送到輸送帶上，進(jìn)而通過(guò)舉升機(jī)構(gòu)將煙葉送入存儲(chǔ)箱，利用風(fēng)機(jī)的作用，存儲(chǔ)箱箱內(nèi)的煙葉將會(huì)受到持續(xù)空氣流的吹動(dòng)；當(dāng)存儲(chǔ)箱滿載時(shí)，煙葉將會(huì)被卸到運(yùn)輸車(chē)上，最終完成煙葉采收。以四輪液壓驅(qū)動(dòng)為主的機(jī)型主要有RA341、RA942和RA742。

根據(jù)機(jī)器作業(yè)時(shí)采收煙葉行數(shù)的不同，可分為自動(dòng)化1行采收和2行采收。作業(yè)時(shí)，自動(dòng)化采收1行的機(jī)型主要有RA341和RA731。RA731機(jī)型是全自動(dòng)化適用于頂端煙葉采收的煙葉收獲機(jī)，一次性收割1行煙葉，在田間適宜行走的行間距為800～1 200mm，通過(guò)液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)3個(gè)輪胎行走，通過(guò)后軸轉(zhuǎn)向。自動(dòng)化采收2行的機(jī)型主要有RA632、RA942和RA742。

1.2半自動(dòng)化收獲機(jī)及其他收獲機(jī)型

自走式煙草收獲機(jī)多為大功率型收獲機(jī)械，適用于面積較大的煙田。對(duì)于小塊地，半自動(dòng)式和人工輔助采收的機(jī)器則適應(yīng)性更好。圖13為Decloet公司制造的一種半自動(dòng)采摘機(jī)。該采摘機(jī)在減少一定的采摘速度的前提下，極大地減少了煙葉的破碎率，適合小塊煙田使用。在機(jī)器作業(yè)過(guò)程中，一方面需要操作機(jī)手負(fù)責(zé)操控機(jī)器，使得機(jī)器沿行間隨煙葉行行走，機(jī)器跨在煙壟上；兩端車(chē)架上設(shè)有放置裝煙葉的煙筐，煙筐后設(shè)有座椅，人工坐在座椅上負(fù)責(zé)采收煙葉，機(jī)器行走的速度與人工采摘煙葉的速度相匹配，大約為為0.5～1km/h。該機(jī)器的優(yōu)點(diǎn)是人工采收煙葉對(duì)煙葉的損傷較小，煙葉完整，采收效果較好；但是相比于機(jī)器采收作業(yè)，半自動(dòng)采摘機(jī)作業(yè)效率較低，較適合小塊煙地。

圖13　DeCloe 半自動(dòng)煙葉采收機(jī)

圖14為意大利SPAPPERTI公司生產(chǎn)的RA1TO型煙草收獲機(jī)。該機(jī)器結(jié)構(gòu)尺寸較小、方便靈巧，跨一行煙行作業(yè)采收，行寬為45cm，整機(jī)質(zhì)量?jī)H為540kg，車(chē)速范圍為0～5km/h；采用液壓轉(zhuǎn)向和液壓制動(dòng)機(jī)構(gòu)，執(zhí)行動(dòng)作通過(guò)駕駛員處的操縱桿來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而可以有效地控制車(chē)輛的前進(jìn)。液壓元件的有效布置使得車(chē)輛在田間作業(yè)的前進(jìn)、轉(zhuǎn)向、制動(dòng)和采收等動(dòng)作性能更好。采收煙葉時(shí)，通過(guò)采收刀(如圖15所示)把煙葉撥到兩側(cè)的輸送帶上，被打落的煙葉通過(guò)風(fēng)機(jī)口的通道被吹落到機(jī)器后方的采收煙框里，從而完成煙葉采收。

圖16為美國(guó)MarCo公司設(shè)計(jì)制造一款整稈式6027型煙草收獲機(jī)，其最大特點(diǎn)在于收獲煙葉進(jìn)行整稈收獲，采收煙葉形式不同與以往的收獲機(jī)型。該收獲機(jī)具屬于三點(diǎn)掛接式，需要58.8kW以上的拖拉機(jī)牽引作為動(dòng)力，通過(guò)后輸出軸為液壓設(shè)備提供動(dòng)力。當(dāng)機(jī)器作業(yè)時(shí)，拖拉機(jī)和機(jī)具前進(jìn)方向與煙葉莖稈方向垂直，在靠近地面的煙葉位置，切刀把煙葉莖稈切斷；通過(guò)特殊的夾持裝置，在輸送鏈的傳送下，把煙垂直向后輸送，最后煙葉被水平一層一層的放置在輸送車(chē)上，進(jìn)而完成煙葉采收。該煙草收獲技術(shù)雖然把煙稈進(jìn)行整稈收獲，但煙桿植株的塊根仍留在田間，還需要拔出機(jī)械對(duì)煙田進(jìn)行再處理?？傊摍C(jī)器的煙葉收獲方式還是值得借鑒的。

圖14　RA1TO型煙草收獲機(jī)

圖15　RA1TO型煙草收獲機(jī)采收輥刀

圖16　6027型牽引式煙草收獲機(jī)

2我國(guó)煙草收獲機(jī)技術(shù)

農(nóng)作物自動(dòng)化收割能夠大大節(jié)省農(nóng)民的勞動(dòng)時(shí)間，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率。目前，隨著國(guó)內(nèi)外自動(dòng)化技術(shù)的高速發(fā)展，許多種農(nóng)作物如玉米、小麥、水稻等的收割已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，并大規(guī)模應(yīng)用，極大的促進(jìn)了農(nóng)業(yè)發(fā)展。我國(guó)雖然是煙葉生產(chǎn)大國(guó)，但我國(guó)煙草采收的機(jī)械化卻相對(duì)較為落后，煙葉采收一直處于人工作業(yè)階段[20]，這主要與我國(guó)的煙葉種植模式、煙草種植農(nóng)藝要求、種煙區(qū)分布和烤煙的要求等相聯(lián)系的。我國(guó)的種煙區(qū)主要分為3個(gè)區(qū)域：東北種煙區(qū)、黃淮種煙區(qū)和丘陵種煙區(qū)。東北種煙區(qū)由于地廣人稀，種煙地塊面積大，需要生產(chǎn)效率高的大型煙草收獲機(jī)械。黃淮種煙區(qū)由于人口密度大，煙農(nóng)習(xí)慣分散種植，每戶的種煙地塊面積不大，大型收獲機(jī)械雖然作業(yè)效率高，但價(jià)格昂貴，地頭轉(zhuǎn)彎半徑大，轉(zhuǎn)彎時(shí)對(duì)煙草的損傷率較高，煙農(nóng)難以接受；對(duì)于轉(zhuǎn)彎半徑小的小型收獲機(jī)械，煙農(nóng)們卻樂(lè)意接受。丘陵種煙區(qū)由于地面起伏大、地塊面積小，煙農(nóng)們更需要機(jī)動(dòng)性更好、適應(yīng)于山地丘陵的微型煙草收獲機(jī)械[21-22]。所以，國(guó)內(nèi)的許多煙草公司從國(guó)外引進(jìn)的煙草收獲機(jī)械，由于不適宜國(guó)內(nèi)的煙田情況，而且價(jià)格較貴，很難在國(guó)內(nèi)進(jìn)行推廣和應(yīng)用。國(guó)外的煙草收獲機(jī)技術(shù)發(fā)展較快，而在我國(guó)許多科研院校和煙草機(jī)械生產(chǎn)廠家也對(duì)適應(yīng)本土化的煙葉收獲機(jī)進(jìn)行了相關(guān)的設(shè)計(jì)和制造，但目前主要的機(jī)型仍較少且技術(shù)應(yīng)用都比較低。

在我國(guó)，煙草的種植情況比較多樣，行間距的控制沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，在國(guó)內(nèi)煙草的種植行距有90、120、130、140cm，且煙草行不在一條直線上。所以，依據(jù)收獲機(jī)在田間作業(yè)實(shí)際情況和作業(yè)機(jī)械化程度的不同，我國(guó)的煙草收獲機(jī)可分為自走式煙葉收獲機(jī)和半自動(dòng)人工輔助采收機(jī)。

2.1自走式煙草收獲機(jī)

北京德邦大為科技有限公司與意大利DeCloet公司合作生產(chǎn)的煙葉采摘機(jī)在國(guó)內(nèi)屬于較為先進(jìn)的自走式煙草收獲機(jī)械。該機(jī)器可以準(zhǔn)確、快速地采摘煙葉，對(duì)煙葉的損傷率較低，能輕松地把煙葉從后方的存煙籃轉(zhuǎn)移到煙葉拖車(chē)上；同時(shí)，機(jī)器上帶有中央監(jiān)控系統(tǒng)，可隨時(shí)在駕駛室中實(shí)時(shí)查看收割機(jī)的各項(xiàng)指標(biāo)。表1為煙葉采摘機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)。

表1　煙葉采摘機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

續(xù)表1

但是該機(jī)器在國(guó)內(nèi)煙草采收時(shí)的適應(yīng)性并不是很好，機(jī)器作業(yè)完畢后收獲的煙葉經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)破損、破裂和攪碎的現(xiàn)象，無(wú)法再對(duì)煙葉進(jìn)行分級(jí)和處理，所收獲的煙葉屬于無(wú)用的材料。所以，仍需要對(duì)采收機(jī)進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。

2010年，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)李燕、劉國(guó)順、劉軍等設(shè)計(jì)發(fā)明的“一種自動(dòng)行走的煙草收獲機(jī)[23]”，解決了人工采收煙葉效率低下和少數(shù)半機(jī)械化收獲機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)較高、易堵塞等問(wèn)題，提供了一種機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單的自動(dòng)行走煙草收獲機(jī)。圖17為河南農(nóng)業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)的一種自動(dòng)行走的煙草收獲機(jī)。該機(jī)主要包括車(chē)架、煙草收集箱、煙草采收系統(tǒng)、煙草傳送系統(tǒng)、行車(chē)系統(tǒng)和傳送帶張緊裝置，煙草收集箱與液壓控制裝置相連；行車(chē)系統(tǒng)包括前輪、后輪和固定在車(chē)架上的內(nèi)燃機(jī)，內(nèi)燃機(jī)通過(guò)傳送帶與變速器相連，制動(dòng)器通過(guò)水平傳動(dòng)帶與水平傳動(dòng)帶相連，與水平傳動(dòng)帶輪同軸的垂直傳動(dòng)小帶輪通過(guò)與垂直傳動(dòng)鏈與垂直傳動(dòng)輪相連，垂直傳動(dòng)輪與后輪同軸，車(chē)架上還設(shè)有傳動(dòng)帶張緊裝置；前輪設(shè)置在前橋立柱上，車(chē)架上設(shè)有前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。該煙草收獲機(jī)行車(chē)系統(tǒng)具有3擋前進(jìn)行走速度和1個(gè)倒擋速度，可實(shí)現(xiàn)在一般路面和田間的行走、轉(zhuǎn)向和后退。通過(guò)后期機(jī)器在田間的煙葉采收試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：該機(jī)器也存在著損傷煙葉的情況，而且較為嚴(yán)重，機(jī)器的適應(yīng)性也不是很好。與其他地區(qū)的自走式煙草收獲機(jī)的收獲情況比較后得知：自走式煙草收獲機(jī)在我國(guó)的煙草田間適應(yīng)性都較差，這主要與我國(guó)的煙草種植模式有關(guān)。我國(guó)的煙草種植行距沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，隨意性較大，且煙行并不是直線型的，這給成熟后的煙葉機(jī)械化采收造成了一定的困難。在國(guó)內(nèi)，煙草機(jī)械的品種較多也較復(fù)雜，前期的煙苗移栽煙農(nóng)并沒(méi)用統(tǒng)一采用符合標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)械進(jìn)行移栽作業(yè)，既有人工移栽的方式，也有機(jī)械和人工共同移栽的方式，這就很容易造成種植煙行的偏斜，導(dǎo)致煙行不在一條直線上；當(dāng)后期機(jī)器進(jìn)入田間采收作業(yè)時(shí)，由于自走式煙草收獲機(jī)機(jī)型龐大，機(jī)器的前進(jìn)方向不容易操控，很容易刮傷和蹭傷煙葉，造成煙葉破損。所以，自走式煙草收獲機(jī)并不適合于我國(guó)的煙田，需要重新開(kāi)發(fā)和研制新的煙葉采收機(jī)器。

(a)煙葉收割機(jī)結(jié)構(gòu)框架圖　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(b) 煙葉收割機(jī)主視圖

2.2半自動(dòng)人工輔助采收機(jī)

2009年，吉林大學(xué)陶永蘭、郭曉宇、劉廣武等老師設(shè)計(jì)發(fā)明的“自適應(yīng)行距煙葉收割機(jī)[24]”，懸掛于行走機(jī)構(gòu)上如拖拉機(jī)等小型機(jī)械上即可完成收割作業(yè)，屬于半自動(dòng)煙葉收獲機(jī)。該機(jī)器已初步向小型化趨勢(shì)方向發(fā)展。

圖18為自適應(yīng)行距煙葉收割機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。山東曲阜匯眾機(jī)械設(shè)備有限公司生產(chǎn)的小型半機(jī)械化煙葉收割機(jī)，適應(yīng)于平原、丘陵、梯田等大小地塊的煙葉收割，每小時(shí)能收割0.053～0.08hm2。表2為小型汽油收割機(jī)的主要參數(shù)。

圖19為許昌同興現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技有限公司設(shè)計(jì)制造的煙草田間作業(yè)機(jī)。該機(jī)械為煙葉輔助采收設(shè)計(jì)的自走式動(dòng)力機(jī)器，配備動(dòng)力為7.35kW的柴油機(jī)，采摘行數(shù)為4行，適應(yīng)于行距為120cm的煙田。當(dāng)進(jìn)行田間作業(yè)時(shí)，在左右兩后輪的前方和后方分別設(shè)置了4個(gè)座椅，且配備有煙筐，農(nóng)民可坐在座椅上進(jìn)行煙葉采收作業(yè)，1個(gè)人負(fù)責(zé)1行煙葉；采收作業(yè)時(shí)，該機(jī)器行走的速度為0.6km/h，人工采收作業(yè)的效率為0.29hm2/h，主要適用于平原、坡度較小的山地丘陵地區(qū)。該機(jī)器在田間作業(yè)時(shí)，作業(yè)效率較低，需求勞動(dòng)力較大，但是相比于大型的自走式煙草收獲機(jī)，其對(duì)煙葉的損傷比較小，收獲的煙葉較為完整，更有利于后期的煙葉烘烤；另外，機(jī)器采用三輪式，田間的轉(zhuǎn)彎半徑較小，對(duì)煙田的適應(yīng)性較好。

圖18　一種自動(dòng)行走的煙草收獲機(jī)

轉(zhuǎn)速/r·min-1燃油比例生產(chǎn)率/hm2·h-1耗油量/L·h-1排量/mL功率/kW發(fā)動(dòng)機(jī)包裝尺寸/cm工作桿長(zhǎng)度/mm650025:10.0530.742.21.1～1.434×36×451500

圖19　煙草田間作業(yè)機(jī)

圖20為洛陽(yáng)尚元機(jī)械科技有限公司和河南科技大學(xué)共同設(shè)計(jì)生產(chǎn)的煙葉輔助采收機(jī)，總長(zhǎng)為250cm、寬為68cm、高為105cm，前后軸距為213cm，輪距為540cm，配套動(dòng)力僅為4kW，屬于小型的煙葉輔助采收車(chē)，僅需要1人駕駛操控即可。由于機(jī)器結(jié)構(gòu)較小，采收作業(yè)時(shí)，只行走在煙壟行間，人工輔助采收煙葉，所收獲的煙葉損壞較小。但是該機(jī)器的作業(yè)效率較低、煙筐較小，所以每次作業(yè)的時(shí)間較短、耗時(shí)較長(zhǎng)，不適合于大面積煙田，比較適應(yīng)于小塊煙地和丘陵地帶。

圖20　洛陽(yáng)尚元煙葉輔助采收機(jī)

3我國(guó)煙草收獲存在問(wèn)題與發(fā)展方向

1)河南農(nóng)業(yè)大學(xué)在吸收、引進(jìn)和借鑒國(guó)外煙草收獲機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)發(fā)明的“一種帶有棘輪棘爪的煙草收獲機(jī)[25-26]”，是自主設(shè)計(jì)制造的第1臺(tái)自走式煙草收獲機(jī)，雖然在一定程度上解決了人工采收煙葉勞動(dòng)強(qiáng)度大的問(wèn)題，但收獲機(jī)在田間試驗(yàn)時(shí)煙葉收割不均勻、田間適應(yīng)性較差，因而難以在田間進(jìn)行推廣和應(yīng)用。 由此說(shuō)明，大型自走式煙草收獲機(jī)在我國(guó)的適應(yīng)性較差，這與我國(guó)煙草的種植模式相關(guān)。例如，煙草種植的行間距、煙行的直線型及前期煙葉種植所選用的機(jī)型等，這些都需要對(duì)煙草作業(yè)的全程機(jī)械的作業(yè)規(guī)程進(jìn)一步規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，使煙草的機(jī)械化種植更加專業(yè)化。

2)我國(guó)煙草種植面積區(qū)域大，且地形起伏變化大，有丘陵、山地、平原等不同的地貌特征。小型的人工輔助采收的機(jī)器雖然在田間的適應(yīng)性較好，煙葉也較為完整，但是仍沒(méi)有擺脫勞動(dòng)力的束縛，人工投入較大，采收的效率仍比較低下，勞動(dòng)強(qiáng)度較高。所以，仍需要繼續(xù)對(duì)半自動(dòng)化的機(jī)器進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，提高作業(yè)效率，解放勞動(dòng)力[27]。

總之，地方高校和公司企業(yè)等也一直在研發(fā)設(shè)計(jì)新的煙草收獲機(jī)型，使煙草的收獲更加輕便。例如，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)正在研究適合于煙田的打頂抑芽噴霧綜合作業(yè)車(chē)，該綜合作業(yè)車(chē)有望實(shí)現(xiàn)在田間的煙葉采收、煙葉打頂抑芽、田間農(nóng)藥噴施、灌溉、中耕作業(yè)和遙控作業(yè)等功能。未來(lái)的煙葉收獲機(jī)需要向小型化、智能化、輕簡(jiǎn)化、靈活化、人性化、標(biāo)準(zhǔn)化、經(jīng)濟(jì)和節(jié)能環(huán)保方向發(fā)展，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)煙葉的采收作業(yè)，還能實(shí)現(xiàn)煙葉打頂抑芽、農(nóng)藥噴施及灌溉等多功能作業(yè)，以提高利用程度，降低成本，實(shí)現(xiàn)多功能作業(yè)。

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Technology Development of Tobacco Harvester

Yu Yongchang1, Wei Fude2, Qin Weihua1, Liu Tong2, Zeng Min2, Ning Wangyun2

(1.College Mechanical and Electrical Engineering, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450001, China; 2.College of Mechanical and electrical Engineering, Yunnan Agricultural University, Kunming 650201, China )

Abstract：Mechanized harvesting tobacco is the main problem which China's tobacco harvest faced,in foreign,such as Italy, America, Canada and other countries,tobacco harvest mechanization technology has developed very fast,automated and semi automated tobacco harvester has produced and put in use in large quantities,and the effect of application is very good, meanwhile,our country has also carried on research and development on tobacco harvesting machinery.This paper bases on the summarizing development of tobacco harvesting machine technology at home and abroad, analyses the structure, harvest methods, characteristics and main parameters of tobacco harvesting machine,and points out the problem in the research and application,and the development direction of tobacco harvesting machine technology in future,which lays foundations for the research and development of tobacco harvesting machine.

Key words：tobacco harvester; technology development; development direction

文章編號(hào)：1003-188X(2016)02-0255-08

中圖分類號(hào)：S233.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

作者簡(jiǎn)介：余泳昌(1955-),男，河南開(kāi)封人，教授，博士生導(dǎo)師，崗位專家，(E-mail)hnyych@163.com。通訊作者：寧旺云(1962-)，男，湖南邵東人，教授，碩士生導(dǎo)師，(E-mail)wangyunn@126.com。

基金項(xiàng)目：“十二五”現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系崗位科學(xué)家專項(xiàng)(CARS-04-PS23)；云南省教育廳項(xiàng)目(2014J56)

收稿日期：2015-01-20