楊 蕊，楊 凱，馬少輝

（1.塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300；2.新疆維吾爾自治區(qū)普通高等學(xué)校現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 阿拉爾 843300）

紅棗作為產(chǎn)量較高的經(jīng)濟(jì)作物之一，不僅具有豐富的營養(yǎng)價(jià)值，同時(shí)對提高農(nóng)戶的經(jīng)濟(jì)收入有著非常重要的作用。然而，紅棗收獲時(shí)普遍采用人工撿拾的方法，效率低下，而傳統(tǒng)的林果業(yè)收獲機(jī)械采收效果較差。紅棗收獲機(jī)械的研制與發(fā)展，大大提高了紅棗的采收效率，降低了收獲成本，有利于紅棗產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展[1-5]。紅棗的收獲機(jī)械主要分為振動(dòng)式、氣力式、騎跨式等，課題組就此展開論述。

1 振動(dòng)式紅棗收獲機(jī)械

孟祥金等研制的4YS-24 型紅棗收獲機(jī)[6]，選用的振動(dòng)方式為偏心振動(dòng)，液壓馬達(dá)為驅(qū)動(dòng)裝置，工作時(shí)驅(qū)動(dòng)位于振動(dòng)頭內(nèi)部的偏心振動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，使得振動(dòng)頭振動(dòng)，同時(shí)振動(dòng)頭將產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)傳遞給果樹，帶動(dòng)果樹振動(dòng)。這款紅棗收獲機(jī)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，采用與常用拖拉機(jī)后懸掛的掛接方式，安裝、拆卸方便。操作方便，只需要一個(gè)人就能控制整臺機(jī)械。生產(chǎn)效率高，是人工采收的4～11 倍，而且采凈率較高，總損失率小，全樹85%～98%的果實(shí)都能被搖落。采收對象可變，從理論上說還可以通過改變夾持裝置和振動(dòng)頻率采收沙棗、核桃、杏等其他林果。缺點(diǎn)是該機(jī)不適用于新疆地區(qū)矮化密植模式種植的紅棗，適用范圍較小。

梅松等研制的紅棗冠型拍振復(fù)合小型采收機(jī)[7]，工作時(shí)履帶式底盤行駛至標(biāo)定環(huán)抱距離，快速將果樹主干抱住，傘形接果開合部件由液壓缸控制開合，之后啟動(dòng)主要工作部件拍振機(jī)構(gòu)，將果實(shí)振落并收集果實(shí)。拍振裝置使用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)配合產(chǎn)生振動(dòng)。這款機(jī)器的特點(diǎn)是小巧靈活，操作便捷，采凈率高，且對樹干傷害較小。缺點(diǎn)是拍振速度過大，會使距離拍振爪較近的紅棗飛出收集范圍，造成紅棗漏集。

張志棟等設(shè)計(jì)的大棗采摘收集一體機(jī)[8]，主要是為了適應(yīng)陜西等丘陵山區(qū)密植大棗的采摘作業(yè)條件。這款機(jī)械在工作時(shí)先由夾頭夾住棗樹，然后振動(dòng)機(jī)構(gòu)開始工作，將產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)施加給棗樹，棗樹在振動(dòng)機(jī)構(gòu)所產(chǎn)生的激振力下振動(dòng)，棗樹上的棗隨之加速運(yùn)動(dòng)至掉落。這款機(jī)械的激振機(jī)構(gòu)采用的是曲柄連桿式機(jī)構(gòu)。該機(jī)主要特點(diǎn)是行走機(jī)構(gòu)采用履帶式，履帶式具有較好的地形適應(yīng)性，振動(dòng)機(jī)構(gòu)選用曲柄連桿結(jié)構(gòu)，能夠調(diào)節(jié)振幅及振動(dòng)頻率，以適應(yīng)不同大小樹冠的棗樹，避免造成能量的浪費(fèi)，也避免因激振力太大而損傷紅棗與棗樹。

王大鵬等研制的振動(dòng)式棗類采摘系統(tǒng)[9]，主要由振動(dòng)機(jī)構(gòu)、收集裝置、輸送機(jī)構(gòu)、除雜機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)等構(gòu)成。運(yùn)用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)振動(dòng)，工作時(shí)可以通過調(diào)節(jié)有刷電機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)振動(dòng)頻率，實(shí)現(xiàn)對不同品種的棗樹進(jìn)行收獲的功能。通過試驗(yàn)得出，振動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速為316 r/min時(shí)采收效率最好。

2 氣力式紅棗收獲機(jī)械

王洪昌等設(shè)計(jì)制造了自走式紅棗撿拾機(jī)，該機(jī)屬于氣吸式[10]，有大小兩個(gè)風(fēng)機(jī)，大風(fēng)機(jī)是主要工作機(jī)構(gòu)，工作時(shí)能夠在真空室中產(chǎn)生負(fù)壓，落到地面上的紅棗通過氣吸管被吸進(jìn)集棗箱。小風(fēng)機(jī)可產(chǎn)生較小的風(fēng)力，用來清除吸入物質(zhì)中所含的雜質(zhì)。該機(jī)械的缺點(diǎn)是其屬于半機(jī)械化，工作過程中還需要人工配合，通過手持撿拾管收集紅棗，控制機(jī)器前進(jìn)方向，來進(jìn)行紅棗的收集，這種情況下人工勞動(dòng)強(qiáng)度大。

李賽飛等設(shè)計(jì)制造了自走氣吸式紅棗撿拾機(jī)[11]，撿拾機(jī)的原理是負(fù)壓吸拾。液壓泵與風(fēng)機(jī)工作時(shí)需要的動(dòng)力由柴油發(fā)動(dòng)機(jī)提供，風(fēng)機(jī)工作產(chǎn)生負(fù)壓氣流，通過吸拾裝置對集條后的紅棗進(jìn)行撿拾，并利用氣吸管將紅棗輸送至料倉；風(fēng)機(jī)排出的正壓氣流作用在棗樹下未清掃到的紅棗，使其向未收獲行集條，以達(dá)到更高的采收效率。該機(jī)的缺點(diǎn)是屬于半機(jī)械化，仍然需要人工打棗，且吸入的雜質(zhì)較多，無法真正用于田間收獲。

魯兵研制了一種新型落地紅棗收獲機(jī)[12]，工作時(shí)“V”型清掃裝置先將落地紅棗聚集，然后經(jīng)仿形鏟棗裝置將紅棗鏟起，仿形鏟棗裝置設(shè)計(jì)有篩雜間隙，可將雜物篩出，最后利用吸棗裝置將鏟起的紅棗吸入集棗箱中。這款機(jī)械結(jié)構(gòu)緊湊，作業(yè)效率高，但只適用于較為平坦地面作業(yè)，對地面平整程度要求高，作業(yè)耗工較大，需使用大功率風(fēng)機(jī)，前端清掃刷易磨損，在作業(yè)時(shí)需人工推動(dòng)機(jī)具前進(jìn)，耗費(fèi)較多人力。

潘俊兵設(shè)計(jì)制造的氣吹式落地紅棗撿拾裝置[13]，工作時(shí)利用風(fēng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)使氣流分配裝置吹出氣流的同時(shí)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，使地上的紅棗被氣流帶動(dòng)滾向輸送裝置，輸送裝置上設(shè)計(jì)有毛刷，其與地面接觸可將被吹來的紅棗拾起并運(yùn)輸?shù)郊瘲椣渲?。該機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，對紅棗損傷小，撿拾效率高，但是依靠電機(jī)為動(dòng)力輸岀，無法進(jìn)行長時(shí)間、遠(yuǎn)距離作業(yè)，功率消耗較大。

北京意美德通科技發(fā)展有限公司研制出的YE3600A 型收獲機(jī)，主要用于落地紅棗的收獲[14]。該機(jī)以汽油機(jī)為動(dòng)力，主要由離心風(fēng)機(jī)、收集箱、吸管等組成。工作時(shí)，汽油機(jī)發(fā)動(dòng)帶動(dòng)離心風(fēng)機(jī)產(chǎn)生負(fù)壓，落地紅棗被吸入到集果箱中。該機(jī)體積小，靈活方便，適用于新疆地區(qū)矮化密植型的棗園，但是當(dāng)雜物和紅棗一起被吸入收集箱中時(shí)，因該機(jī)沒有分離裝置，被收集的雜物會撞擊風(fēng)機(jī)葉片，影響風(fēng)機(jī)使用壽命。紅棗收集箱需要密封且容積較小，需要頻繁更換，且工作時(shí)需要兩個(gè)人配合，工作效率低。

張學(xué)軍等研制的氣力式矮密栽培紅棗撿拾機(jī)[15]，蓄電池為驅(qū)動(dòng)電機(jī)、振動(dòng)分離篩驅(qū)動(dòng)電機(jī)以及閉風(fēng)器驅(qū)動(dòng)電機(jī)的動(dòng)力源，柴油機(jī)為風(fēng)機(jī)的動(dòng)力源。風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會形成壓力差，吸氣室內(nèi)為負(fù)壓，產(chǎn)生吸力，用來撿拾紅棗。該機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)了兩個(gè)分離機(jī)構(gòu)，第一次將棗葉與枝條排出去，第二次將紅棗與碎石土塊分離，最后得到的紅棗較干凈且雜質(zhì)少。缺點(diǎn)是需要人工手持吸氣管撿拾紅棗，風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的吸力大，吸氣管較粗較重，需要很大力氣才能將吸氣管帶到紅棗聚集區(qū)，人工勞動(dòng)強(qiáng)度大，不適用于長時(shí)間工作。

莊子豪等研制的小型自走氣吸式紅棗撿拾機(jī)[16]，主要由離心風(fēng)機(jī)提供吸力，工作時(shí)氣吸管需要人手持，對準(zhǔn)落地紅棗，將其吸入沉降室，質(zhì)量較輕的雜質(zhì)被輸送至沉降室后部，用離心風(fēng)機(jī)吹出，質(zhì)量較大的雜質(zhì)需要經(jīng)過排雜門排出。經(jīng)過試驗(yàn)得出，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2 900 r/min時(shí)，收獲效果最合適，此時(shí)收獲率≥98.3%，破損率≤3.83%，含雜率≤3.02%[17]。該機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是整機(jī)較小，適合新疆地區(qū)紅棗的收獲，缺點(diǎn)是需要人力調(diào)節(jié)氣吸管的位置，自動(dòng)化水平不夠高，勞動(dòng)強(qiáng)度大。

3 騎跨式紅棗收獲機(jī)械

付威等設(shè)計(jì)制造的4ZZ-4型自走式紅棗收獲機(jī)[18]，工作時(shí)立軸采摘滾筒做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)過程中撥桿插入樹冠并以高頻小振幅振動(dòng)，同時(shí)振動(dòng)被傳遞給樹冠，引起果實(shí)振動(dòng)，振動(dòng)頻率和幅度到達(dá)一定程度后果實(shí)掉落下來。該機(jī)振動(dòng)幅度小，采收效率高，采凈率高，操作方便，工作平穩(wěn)。

4 手持式紅棗收獲機(jī)械

孟祥金設(shè)計(jì)的手持式紅棗振動(dòng)收獲機(jī)[19]，工作時(shí)由夾持頭夾住樹干，由汽油機(jī)驅(qū)動(dòng)偏心振動(dòng)機(jī)構(gòu)振動(dòng)帶動(dòng)夾持頭產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，并傳遞給樹干及樹枝，使棗樹上的紅棗產(chǎn)生振動(dòng)而加速運(yùn)動(dòng)，達(dá)到一定程度后掉落下來。該機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)具較小，操作方便，缺點(diǎn)是無集果裝置，紅棗掉落后仍然需要人力撿拾，工作效率低，整機(jī)使用汽油機(jī)驅(qū)動(dòng)，需要使用者背負(fù)，勞動(dòng)強(qiáng)度大。

亢石磊等設(shè)計(jì)制造的手持式電動(dòng)紅棗收獲機(jī)[20]，工作時(shí)以直流減速電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力機(jī)，帶動(dòng)摘果梳齒旋轉(zhuǎn)，使紅棗從樹上落下。該機(jī)優(yōu)點(diǎn)是電動(dòng)設(shè)備噪聲、振動(dòng)都很小，操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度小。缺點(diǎn)是機(jī)具采用梳刷式落果方式，這種方式對果樹的傷害較大。

5 結(jié)語

綜上所述，一些高校、科研機(jī)構(gòu)雖研制出很多種的紅棗收獲機(jī)械，但因?yàn)榉N種原因，真正能夠用到田間生產(chǎn)的仍然很少。在之后的研究中應(yīng)該將新技術(shù)加入設(shè)計(jì)，使機(jī)具更加智能化，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、高效率的收獲，農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝應(yīng)該相互結(jié)合[21-24]，共同發(fā)展，以更好更快地實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化。