邸志峰，李青龍，姜偉，張志起，張華*，李娜，崔中凱，周進(jìn)

（1.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，山東 濟(jì)南 250100；2.山東省農(nóng)業(yè)機(jī)械科學(xué)研究院，山東濟(jì)南 250100）

油莎豆（Cyperus esculentus）又稱油沙草，是原產(chǎn)于非洲及地中海沿岸國(guó)家的一種草本植物，它具有適應(yīng)性強(qiáng)、喜光、抗旱、耐高溫、耐鹽堿等性狀［1-3］。其塊莖生長(zhǎng)于地下，外形與花生相似呈橢圓形，略小于花生；油脂含量高，富含膳食纖維、微量元素和抗氧化物質(zhì)，有助于阻止細(xì)胞的退化、衰老，同時(shí)具有降低血壓、血脂、膽固醇的功效。據(jù)測(cè)定，油莎豆油莎豆富含淀粉（25%～40%）、油脂（20%～30%）和糖（15%～20%）［4］，還有蛋白質(zhì)、膳食纖維，且膳食纖維具有高持水性和持油性［5-7］，另外還有有機(jī)酸、甾類化合物等功能性成分［8］。油莎豆又被稱為“地下核桃”，20 世紀(jì)50年代開(kāi)始我國(guó)多地進(jìn)行了試種推廣，但由于種植成本高、銷路窄導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)發(fā)展緩慢，其中重要原因之一是油莎豆生產(chǎn)機(jī)械化程度較低。本文系統(tǒng)梳理我國(guó)油莎豆產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程，通過(guò)分析種植收獲技術(shù)與裝備現(xiàn)狀，明晰制約油莎豆生產(chǎn)機(jī)械化水平提高的關(guān)鍵問(wèn)題，提出油莎豆產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的建議。

1 我國(guó)油莎豆產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程

20 世紀(jì)50年代，我國(guó)從前蘇聯(lián)引進(jìn)油莎豆并在北京植物園試種成功；60年代中國(guó)科學(xué)院植物研究所從保加利亞引種栽培［1-3］，1975年左右中國(guó)科學(xué)院植物研究所北京植物園和中科院遺傳研究所分別從朝鮮引進(jìn)大粒油莎豆進(jìn)行種植，到70年代全國(guó)掀起了油莎豆種植小高潮。但由于種植成本高、市場(chǎng)銷路窄、機(jī)械化程度低、種植熱情迅速衰退。到本世紀(jì)初期，油莎豆種植一直處于低谷期。伴隨著人們對(duì)油莎豆經(jīng)濟(jì)價(jià)值、生態(tài)價(jià)值的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，以及栽培和加工技術(shù)的進(jìn)一步提高完善，我國(guó)許多省份又開(kāi)始推廣擴(kuò)大油莎豆種植規(guī)模，從2006年起我國(guó)新疆、內(nèi)蒙、河北、吉林等多地開(kāi)始小規(guī)模種植油莎豆（圖1、圖2）。農(nóng)業(yè)部分別于2015年11 月和2016年6月發(fā)文《關(guān)于“鐮刀彎”地區(qū)玉米結(jié)構(gòu)調(diào)整的指導(dǎo)意見(jiàn)》和《全國(guó)種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整規(guī)劃（2016—2020年）》，建議適宜地區(qū)示范推廣種植油莎豆，以調(diào)整種植結(jié)構(gòu)和增加新的食用油來(lái)源。在各種政策的推動(dòng)下，近年來(lái)油莎豆種植面積持續(xù)增加，據(jù)統(tǒng)計(jì)，到2019年全國(guó)油莎豆種植面積約20 萬(wàn)畝，最近幾年都維持在25 萬(wàn)畝左右［9-11］。

圖1 油莎豆籽粒Fig.1 The grain of Cyperus esculentus

圖2 油莎豆植株Fig.2 The plant of Cyperus esculentus

2 油莎豆播種機(jī)械現(xiàn)狀

2.1 油莎豆播種要求

油莎豆種植對(duì)土壤要求不嚴(yán)格，紅、黃、沙壤，鹽堿地均可種植［12-13］。根據(jù)不同種植需求，油莎豆可純作、間作、套作或在果園行間種植。若在沙質(zhì)土壤或者肥沃疏松土壤種植，則應(yīng)主要用來(lái)收獲果實(shí)；種植在果園行間，既可改良土壤，遮陰抑制雜草，防止水土流失，改善果園微環(huán)境，又可提高經(jīng)濟(jì)效益增加收入；油莎豆具有耐鹽堿特性，在鹽堿地推廣種植油莎豆是鹽堿地改良利用和提高種植效益的較好選擇；以收油沙草為主要目的則可因地制宜種植。油莎豆春、夏均可播種，生育期長(zhǎng)短因各地氣候條件和播種期而異一般在120 d 左右［14］，北方生育期長(zhǎng)，南方生育期短；一般3～4 月底春播，5 月中旬夏播，播前需要浸種催芽，行距40～45 cm，株距20～30 cm，播深3 cm，畝株數(shù)約5000～8000 株。

2.2 油莎豆播種機(jī)械

目前還未見(jiàn)有批量生產(chǎn)的專用油莎豆播種機(jī)產(chǎn)品，生產(chǎn)中使用的油莎豆播種機(jī)大都是簡(jiǎn)易手推式播種機(jī)，或者是在現(xiàn)有機(jī)械式花生播種機(jī)基礎(chǔ)上簡(jiǎn)單改進(jìn)而來(lái)，國(guó)內(nèi)部分單位進(jìn)行了油莎豆播種機(jī)的研究，但大多在實(shí)驗(yàn)樣機(jī)階段。簡(jiǎn)易播種機(jī)播種精度不高、效率低；機(jī)械式花生排種器的排種精度不高、種子破損率較大［15］。油莎豆實(shí)現(xiàn)機(jī)械化播種可大量節(jié)省人工成本，提升作業(yè)效率，大幅提高種植經(jīng)濟(jì)效益，油莎豆機(jī)械化播種技術(shù)發(fā)展慢成了制約油莎豆規(guī)模化發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題之一，制約了油莎豆產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

目前油莎豆播種大多采用手推式簡(jiǎn)易播種機(jī)械進(jìn)行播種（圖3）［16］。主要靠人力推動(dòng)完成播種作業(yè)，通過(guò)更換不同排種器可滿足不同外形尺寸油莎豆播種，屬于半機(jī)械化產(chǎn)品。手推式播種機(jī)價(jià)格較低、操作簡(jiǎn)單，播種精度差、作業(yè)效率較低，適于丘陵山區(qū)等小面積地塊使用。

圖3 手推式簡(jiǎn)易播種機(jī)Fig.3 Hand push seeder

由于油莎豆外形呈不規(guī)則的球體，形狀和花生相似，在生產(chǎn)實(shí)踐中也經(jīng)常采用改進(jìn)后的機(jī)械式花生播種機(jī)進(jìn)行播種，兩壟四行花生覆膜播種機(jī)是代表性產(chǎn)品（圖4A）。該機(jī)可一次完成起壟、施肥、播種、施藥、覆膜、膜上筑土等多項(xiàng)作業(yè)工序，播種行數(shù)4 行，播種深度3～5 cm，適應(yīng)膜寬80～90 cm，穴距可選［17］。該機(jī)的特點(diǎn)是可以在膜上建立筑土帶，免去人工放苗，節(jié)省勞力，但在雨水較多地區(qū)使用可能造成出苗困難，受機(jī)械式排種器限制，排種精度不高。另外，油莎豆播種也可采用花生膜上打孔播種機(jī)［18］進(jìn)行播種（圖4B）。

圖4 花生播種機(jī)Fig.4 Peanut planter

此類機(jī)械借助鴨嘴式排種器完成膜上打孔播種，可完全避免人工放苗，但排種穩(wěn)定性差，地膜易被撕裂，對(duì)播前整地質(zhì)量和墑情要求高。

針對(duì)油莎豆的專用播種機(jī)研究甚少，2013年河北農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院楊冬冬，張晉國(guó)等設(shè)計(jì)了一種氣吸式油莎豆精量播種機(jī)［19］，該機(jī)可與小型拖拉機(jī)配套使用一次完成開(kāi)溝、播種、覆土、鋪膜等工序（圖5）。該機(jī)的核心部件是氣吸式排種器，工作時(shí)靠風(fēng)機(jī)產(chǎn)生負(fù)壓油莎豆種子被吸附到排種盤上，種子隨排種盤轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)到排種位置時(shí)不在承受負(fù)壓，靠自重落在種溝內(nèi)。結(jié)合油莎豆外形尺新設(shè)計(jì)了專用的排種盤，且增加攪拌裝置，改善種子流動(dòng)性，確保了充種率；通過(guò)加大輸種管與種子室接觸面積，避免了種子架空產(chǎn)生堵塞漏播，一定程度上解決油莎豆種子流動(dòng)性差、易架空產(chǎn)生漏播的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)表明能夠滿足油莎豆播種需求。

圖5 氣吸式油莎豆精量鋪膜播種機(jī)［19］Fig.5 Air suction Cyperus esculentus precision film laying seeder

2020年吉林省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究院彭飛等［20］，研制了一種氣吸式油莎豆精量免耕播種機(jī)（圖6）。采用牽引式連接，可以實(shí)現(xiàn)施肥、開(kāi)溝、播種、覆土、鎮(zhèn)壓多道工序作業(yè)。該播種機(jī)動(dòng)力來(lái)源于拖拉機(jī)，靠雙圓盤開(kāi)溝器進(jìn)行開(kāi)溝，配備仿形輪，開(kāi)溝深度2～6 cm，寬度2～4 cm；機(jī)架上裝有電力負(fù)壓風(fēng)機(jī)高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生負(fù)壓，風(fēng)機(jī)通過(guò)軟管與真空室相連，種子在負(fù)壓作用下吸附到排種盤上，排種盤轉(zhuǎn)出真空室后負(fù)壓消失，在種子自重和清種器共同作用通過(guò)導(dǎo)種管落入種溝；在V 字形橡膠輪作用下進(jìn)行鎮(zhèn)壓覆土；整機(jī)配備電子監(jiān)控系統(tǒng)，光電監(jiān)測(cè)株距距、漏播等指標(biāo)，具有漏播報(bào)警，播種粒數(shù)顯示，作業(yè)面積統(tǒng)計(jì)等功能。該產(chǎn)品是吉林省重大科技專項(xiàng)研制產(chǎn)品，仍處于樣機(jī)階段，還需要持續(xù)試驗(yàn)優(yōu)化改進(jìn)。

圖6 氣吸式油莎豆精量免耕播種機(jī)［20］Fig.6 Air suction type refined no tillage planter for Cyperus escul?entus

總之，目前油莎豆播種大多是采用簡(jiǎn)易手推式播種機(jī)或者是在不同類型花生播種機(jī)上經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單改裝后使用，少有針對(duì)油莎豆特點(diǎn)而設(shè)計(jì)的專用播種機(jī)。氣吸式排種器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，氣吸室密封狀態(tài)和油莎豆種子尺寸等對(duì)播種性能有較大影響，已有部分單位進(jìn)行了研究，但仍處于試驗(yàn)樣機(jī)階段，性能有待進(jìn)一步提高。油莎豆雖然外形與花生類似，但其千粒重、孔隙度、休止角等物理特性與花生不同，為了滿足油莎豆產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展需求，應(yīng)加大對(duì)油莎豆的系統(tǒng)研究，開(kāi)發(fā)播種質(zhì)量好、效率高的專用播種機(jī)。

3 油莎豆收獲機(jī)械研究現(xiàn)狀

3.1 油莎豆收獲要求

油莎豆一般9 月下旬或10 月初，葉片大部分變黃，塊莖變硬且呈橘黃色或棕褐色方可收獲［21］。收獲過(guò)早塊莖發(fā)育不完全，籽粒不飽滿，收獲過(guò)晚會(huì)造成營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)流失。油莎豆根系發(fā)達(dá)，塊莖埋于地下，塊莖與植株間相連的根莖較細(xì)、韌性低、易斷裂，收獲過(guò)程中極易發(fā)生落果現(xiàn)象。目前油莎豆收獲大部分以人工為主，收獲時(shí)用手或者耙等工具拔起，再用工具敲打根部使得油莎豆脫落，或者用工具將地面油沙草進(jìn)行粉碎后用鐵鍬等工具將油莎豆挖掘出來(lái)，然后放入篩網(wǎng)中進(jìn)行篩選［16，22-23］。

3.2 油莎豆收獲機(jī)械研究現(xiàn)狀

國(guó)外很少有油莎豆收獲機(jī)相關(guān)報(bào)道，目前只有西班牙某公司的油莎豆收獲機(jī)［24］，且均為拖拉機(jī)牽引式（圖7）。作業(yè)時(shí)靠挖掘鏟將油莎豆挖起送入滾筒篩進(jìn)行分離，滾筒篩有單滾筒和雙滾筒兩種，經(jīng)過(guò)滾筒篩分選后的油莎豆在輸送裝置作用下送入集糧車，此類型機(jī)械適合沙土地油莎豆的收獲，分離效果較好，不易堵塞。

圖7 西班牙油莎豆收獲機(jī)Fig.7 Cyperus esculentus harvester in Spanish

我國(guó)伴隨著70年代油莎豆種植熱潮，研制了多款油莎豆收獲機(jī)具。1974年西北植物研究所在江蘇淮陽(yáng)農(nóng)機(jī)修造廠試制了油莎豆收獲機(jī)［25］，該機(jī)為懸掛式收獲機(jī)，采用鏟篩聯(lián)合機(jī)構(gòu)及半圓弧強(qiáng)制分離原理。挖掘部件采用鴨掌形，破土能力好，阻力??；采用離心式半圓弧強(qiáng)制分離機(jī)構(gòu)，分離篩間隙大小對(duì)分離效果影響較大。該機(jī)型與人工收獲相比效率大大提高，適應(yīng)于沙質(zhì)土壤，對(duì)土壤水分要求嚴(yán)格。

1975年西北植物研究所機(jī)械研究組研制了油莎豆簡(jiǎn)易篩選機(jī)［26］（圖8）。該機(jī)為人力腳踏式（配有0.6 kW 電機(jī)，只能在有電源地方使用），該機(jī)體積小結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便靈活，且傳動(dòng)件大多采用自行車標(biāo)準(zhǔn)件，更換篩網(wǎng)后還可用作多種作物的篩選。該機(jī)需多人操作，一人腳踏機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)，一人用鐵鍬將油莎豆鏟起拋入機(jī)器，機(jī)器兩側(cè)人手持油莎豆抖動(dòng)摔打，一人捆草填土，工作效率比純?nèi)斯ぬ岣? 倍左右，適于當(dāng)時(shí)生產(chǎn)條件使用。

圖8 油莎豆簡(jiǎn)易篩選機(jī)［26］Fig.8 Simple screening machine for Cyperus esculentus

1976年12 月廣西靈川縣召開(kāi)了全國(guó)油莎豆收獲機(jī)現(xiàn)場(chǎng)會(huì)［27］，到會(huì)17 臺(tái)樣機(jī)（圖9～圖18）。沈陽(yáng)市農(nóng)機(jī)所研制了工農(nóng)518-28I 型油莎豆收獲機(jī)，由大型八角錐形滾篩（兼作挖掘鏟）和攪拌滾軸組成，與東方紅-28 拖拉機(jī)配套（圖9）。彰武縣一中研制了遼寧518-12 型半化式油莎豆收獲機(jī)，與遼寧518-12 手扶拖拉機(jī)配套，有立式雙圓籠篩和雙層振動(dòng)平篩組成，用人工鏟掘后喂入，經(jīng)撕碎和篩選得到油莎豆（圖10）。沈陽(yáng)市農(nóng)機(jī)研究所研制的工農(nóng)518-12Ⅳ型油莎豆收獲機(jī)，與518-12 手扶拖拉機(jī)配套（圖11）；該機(jī)收獲時(shí)，需要人工將地面莎草收割或粉碎，再由釘齒式回轉(zhuǎn)輸送帶把根、豆、土等沿傾斜條篩輸送撕碎，然后進(jìn)入半圓弧篩進(jìn)一步撕碎和分離，最后由兩層平篩完成分離清選。

圖9 工農(nóng)518-28 I 型油莎豆收獲機(jī)［27］Fig.9 Gongnong 518-28 I Cyperus esculentus harvester

圖10 遼寧518-12 型半化式油莎豆收獲機(jī)［27］Fig.10 Liaoning 518-12 Semi mechanized harvester

圖11 工農(nóng)518-12Ⅳ型油莎豆收獲機(jī)［27］Fig.11 Gongnong 518-28 ⅣCyperus esculentus harvester

邢臺(tái)地區(qū)農(nóng)機(jī)所和華北農(nóng)機(jī)學(xué)院共同研制的平篩式油莎豆收獲機(jī)，與鐵牛-55 拖拉機(jī)配套，由挖掘平鏟、輸送帶、撕碎機(jī)構(gòu)、逐稿器和清選篩等組成（圖12）。由阜新市農(nóng)機(jī)所和阜新縣西關(guān)大隊(duì)共同研制的遼寧518-12 型油莎豆收獲機(jī)，與遼寧518-12 拖拉機(jī)配套，由挖掘鏟、撕碎輥、抖動(dòng)升運(yùn)鏈、釘齒分離筒和平篩組成（圖13）。彰武縣農(nóng)機(jī)所、阜新市農(nóng)機(jī)化所、遼寧省農(nóng)機(jī)化所等單位聯(lián)合研制的半圓弧篩式油莎豆收獲機(jī)［28］，與東方紅-75拖拉機(jī)配套，由挖掘鏟、扒土輪、半圓弧篩、錐形分離滾筒和平篩組成（圖14）。

圖12 平篩式油莎豆收獲機(jī)［27］Fig.12 Plansifter Cyperus esculentus harvester

圖13 遼寧518-12 型油莎豆收獲機(jī)［27］Fig.13 Liaoning 518-12 Cyperus esculentus harvester

圖14 半圓弧篩式油莎豆收獲機(jī)［27］Fig.14 Semicircular arc sieve harvester

湖南省輪隆回縣農(nóng)具所研制了湘隆-62 型半化式油莎豆收獲機(jī)［27］（圖15）。該機(jī)由脫粒筒和振動(dòng)平篩組成，采用165F 柴油機(jī)帶動(dòng)，人工鏟掘喂入，機(jī)型小，重量輕，適于山區(qū)和小地塊搬運(yùn)。

圖15 湘隆-62 型半化式油莎豆收獲機(jī)［27］Fig.15 Xianglong-62 Semi mechanized harvester

西北植物研究所研制了76-1、76-2 型2種油莎豆收獲機(jī)（圖16、圖17）。76-1 型由進(jìn)料斗、撕碎機(jī)構(gòu)、除雜篩、平篩和接豆箱等組成，由南泥灣-12手扶拖拉機(jī)帶動(dòng)，工作時(shí)需要人工將油莎豆鏟掘喂入；76-2 型與12 馬力手扶拖拉機(jī)配套，由旋耕刀、三角葉片篩、撕碎輪和平篩組成，不需要人工鏟掘喂入，可節(jié)省勞動(dòng)力，屬于76-1 升級(jí)型產(chǎn)品。

圖16 76-1 型油莎豆收獲機(jī)［27］Fig.16 76-1 Cyperus esculentus harvester

圖17 76-2 型油莎豆收獲機(jī)［27］Fig.17 76-2 Cyperus esculentus harvester

由湖北油料研究所研制的油-3Ⅱ型半化式油莎豆收獲機(jī)由脫粒滾筒和雙層平篩組成，靠165 柴油機(jī)帶動(dòng)，工作時(shí)需要人工鏟掘喂入（圖18）。

圖18 油-3 Ⅱ型半化式油莎豆收獲機(jī)［27］Fig.18 You-3 ⅡSemi mechanized harvester

以上是我國(guó)上世紀(jì)70年代開(kāi)展的油莎豆收獲機(jī)械相關(guān)研究工作和所研制的樣機(jī)，其中大部分需要人工挖掘后喂入，實(shí)質(zhì)上是分離篩選機(jī)械，有少量機(jī)械可以免去人工鏟掘喂入，但受制于當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件，只是進(jìn)行了少量的生產(chǎn)，并未形成批量產(chǎn)品。由于油莎豆并不是主要農(nóng)作物，種植面積有限，上世紀(jì)80年代至本世紀(jì)初基本沒(méi)有專門進(jìn)行油莎豆收獲技術(shù)相關(guān)研究報(bào)道。

近年來(lái)，隨著國(guó)家種植結(jié)構(gòu)調(diào)整和其他一些相關(guān)政策得出臺(tái)，油莎豆產(chǎn)業(yè)又得到了重視，有不少企業(yè)紛紛開(kāi)始研制各種類型的油莎豆收獲機(jī)以滿足產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求。2010年，湖南省邵陽(yáng)市農(nóng)機(jī)研究所成功開(kāi)發(fā)出一種小型多功能收獲機(jī)械［29］（圖19）。該機(jī)一定程度上解決了在粘性壤條件下土果分離差、振動(dòng)篩篩孔易堵塞的難題，該機(jī)通過(guò)調(diào)整振動(dòng)模塊和更換分選模塊，可以快速實(shí)現(xiàn)功能轉(zhuǎn)換，一機(jī)多用。整機(jī)體積小、重量輕、篩選干凈、破碎率低，是一種適于南方丘陵地區(qū)散戶使用的可移動(dòng)式小型收獲機(jī)。

圖19 多功能收獲機(jī)［29］Fig.19 Multifunctional harvester［29］

2013年，河南省汝州市嚴(yán)瑞山等發(fā)明了一種油莎豆收獲機(jī)［30］（圖20）。在工作時(shí)由拖拉機(jī)連接懸掛架2、牽引架3 使油莎豆收獲機(jī)前進(jìn)，切土輪1將土壤提前切開(kāi)，減輕了拖拉機(jī)的動(dòng)力消耗，挖掘鏟4 將地下生長(zhǎng)的油莎豆挖出，送入輸送鏈板7，經(jīng)由輸送鏈板7 把油莎豆送到入料口9，落入旋轉(zhuǎn)分離器11 之中，把油莎豆與土壤和其它雜物旋轉(zhuǎn)分離，土壤和雜物通過(guò)帶篩孔的下料溜槽16 落到機(jī)器外面，油莎豆被提升機(jī)15 輸送到裝豆箱8 中。但未見(jiàn)有相關(guān)實(shí)物產(chǎn)品報(bào)道。

圖20 一種油莎豆收獲機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖［30］Fig.20 Structural diagram of a Cyperus esculentus harvester

2019年吉林省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究院劉文亮等設(shè)計(jì)了一種油莎豆籽粒收獲機(jī)［31］，采用開(kāi)式脫粒滾筒（圖21）。采用板齒、弓齒、釘齒組合式脫粒元件，綜合了板齒抓取能力強(qiáng)，弓齒可排出莖稈中籽粒，釘齒抓取能力強(qiáng)的特點(diǎn)；分離裝置采用柵格凹板篩，清選裝置采用編織篩，經(jīng)過(guò)脫粒分離的油莎豆掉落到編織篩上，完成清選。

圖21 油莎豆脫粒滾筒［31］Fig.21 Threshing cylinder of Cyperus esculentus harvester

2019年吉林省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究院劉文亮等設(shè)計(jì)了一種立式軸流油莎豆脫粒分離裝置［32］（圖22、圖23）。解決了油莎豆收獲時(shí)起獲物含土量大，莖、豆、土高效分離困難，以及傳統(tǒng)滾筒篩分離效果差、結(jié)構(gòu)大等問(wèn)題。整機(jī)在工作時(shí)，油莎豆的混合物通過(guò)喂入機(jī)構(gòu)進(jìn)入固定在機(jī)架下端的進(jìn)料殼體，油莎豆的混合物進(jìn)入脫粒滾筒部件中，脫粒滾筒的下端有2 片螺旋葉片，在立輥主軸的帶動(dòng)下，油莎豆混合物中的雜質(zhì)隨著脫粒滾筒一起做高速旋轉(zhuǎn)，混合物中體積較大的雜草及其他雜物移動(dòng)到上端，在離心力的作用下通過(guò)排料殼體排出；體積較小的油莎豆及碎土塊，在離心力的作用下通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)篩網(wǎng)進(jìn)入最外層的外罩中，然后落入固定在機(jī)架上的鋼筋渦卷篩，篩網(wǎng)底部安裝有撥片，土隨著篩網(wǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)鋼筋渦卷篩落下，分離出來(lái)的油莎豆隨著撥片從出料口排出。該設(shè)計(jì)是一種固定式油莎豆脫粒分離裝置，可為自走式油莎豆開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)提供了新思路。

圖22 立式軸流油莎豆脫粒分離裝置［32］Fig.22 Vertical axial flow threshing and separation device

圖23 脫粒滾筒示意圖［32］Fig.23 Structure diagram of threshing cylinder

2015年吉林省好易收農(nóng)牧科技開(kāi)發(fā)有限公司研發(fā)出兩種油莎豆收獲機(jī)［33］（圖24）。一種是單滾筒雙振油莎豆收獲機(jī)，一種是雙滾筒雙振油莎豆收獲機(jī)。兩種機(jī)型均為牽引式油莎豆收獲機(jī)，工作時(shí)挖掘鏟將油莎豆挖起由輸送裝置送入滾筒，在滾筒中完成摘豆和分離后，在斗式提升裝置作用下送入前部的及糧箱。

圖24 好易收油莎豆收獲機(jī)［33］Fig.24 Cyperus esculentus harvester of Haoyishou company

近年來(lái)，河南新鄉(xiāng)市地隆藥業(yè)機(jī)械有限公司在其藥材收獲機(jī)底盤上，開(kāi)發(fā)了自走式油莎豆收獲機(jī)［34］（圖25）。收獲前應(yīng)對(duì)地表油沙草進(jìn)行處理，工作時(shí)靠前部的破土裝置將土壤松開(kāi)，挖掘鏟將油莎豆鏟起送入鏈耙輸送裝置，在鏈?zhǔn)捷斔脱b置作用下送入到分離裝置進(jìn)行根、豆、土及其余雜質(zhì)的分離，完成分離的油莎豆在二級(jí)輸送裝置作用下進(jìn)入到集糧箱，雜質(zhì)被拋出。

圖25 地隆自走式油莎豆收獲機(jī)［34］Fig.25 Self propelled harvester of Dilong company

2019年一拖（黑龍江）東方工業(yè)園有限公司研發(fā)了自走式油莎豆收獲機(jī)［35］（圖26）。并于2019年初在齊齊哈爾市泰來(lái)縣舉行油莎豆收獲機(jī)現(xiàn)場(chǎng)演示會(huì)，該機(jī)以自走式谷物收獲機(jī)械技術(shù)基礎(chǔ)，結(jié)合馬鈴薯收獲和花生收獲機(jī)械技術(shù)，研發(fā)了自走式油莎豆收獲機(jī)，作業(yè)流程為“破土-挖掘-脫粒分離-收集”，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)得到了參觀用戶好評(píng)。

圖26 一拖集團(tuán)有限公司油莎豆收獲機(jī)［35］Fig.26 Cyperus esculentus harvester of YTO Group

4 展望與建議

油莎豆具有抗旱、耐澇、耐貧瘠、耐鹽堿等特性，適合大多數(shù)地區(qū)種植。近年來(lái)，其高產(chǎn)、油糧兼具的特性越來(lái)越得到廣大種植戶的認(rèn)可，其耐鹽特性為鹽堿地改良和開(kāi)發(fā)利用提供了新的作物品種。隨著種植規(guī)模的不斷擴(kuò)大，種植和收獲機(jī)械技術(shù)裝備發(fā)展緩慢已成為制約油莎豆產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的主要因素之一。針對(duì)發(fā)展面臨的問(wèn)題，建議做好以下幾方面工作。

（1）進(jìn)行多種方式宣傳，促進(jìn)人們對(duì)油莎豆價(jià)值的再認(rèn)識(shí)。

雖然種植油莎豆投資少、回報(bào)率高經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益顯著，但農(nóng)戶認(rèn)可度低。急需要多方式、不同層面展開(kāi)宣傳，使更多人們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)并重視油莎豆的價(jià)值。通過(guò)技術(shù)扶持、大戶示范帶動(dòng)等方式不斷增強(qiáng)農(nóng)戶種植積極性，不斷擴(kuò)大種植面積。同時(shí)，讓農(nóng)機(jī)企業(yè)看到油莎豆廣闊的市場(chǎng)前景，將更多的資金、技術(shù)投入到油莎豆機(jī)械裝備的研發(fā)生產(chǎn)中，加速油莎豆生產(chǎn)機(jī)械化進(jìn)程。

（2）全面開(kāi)展基礎(chǔ)研究，為油莎豆機(jī)械設(shè)計(jì)提供理論支撐。

目前，對(duì)油莎豆的研究主要集中在化學(xué)成分、營(yíng)養(yǎng)成分、栽培技術(shù)等研究，鮮有對(duì)油莎豆物理機(jī)械特性的研究。油莎豆籽粒的硬度、摩擦系數(shù)、休止角等物理機(jī)械特性參數(shù)直接決定排種器的工作原理方法的選擇；油莎豆與須根連接力、油莎豆破碎力學(xué)特性、油莎豆與雜草和土壤的分離機(jī)理等直接決定油莎豆收獲過(guò)程中關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)和工作參數(shù)的選擇。因此，必須全面開(kāi)展油莎豆的基礎(chǔ)研究工作，為機(jī)械設(shè)計(jì)提供可靠的理論基礎(chǔ)，進(jìn)而促進(jìn)機(jī)械化生產(chǎn)水平的提高。

（3）加強(qiáng)農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合，進(jìn)行種植收獲機(jī)械關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。

隨著油莎豆種植規(guī)模的擴(kuò)大，專用機(jī)械關(guān)鍵技術(shù)缺失已成為制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效的關(guān)鍵，是農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展的必由之路。因此，相關(guān)科研部門應(yīng)充分研究油莎豆生產(chǎn)農(nóng)藝要求，以油莎豆自身物理機(jī)械特性為基礎(chǔ)，分析現(xiàn)有播種和收獲機(jī)械工作原理和特點(diǎn)，以提高油莎豆播種、收獲質(zhì)量和作業(yè)效率為目標(biāo)，集成機(jī)、電、液、信息等多學(xué)科知識(shí)開(kāi)展關(guān)鍵技術(shù)研究，研發(fā)新型油莎豆種植收獲裝備，為油莎豆產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展提供裝備保障。