國(guó)內(nèi)外大蒜播種機(jī)和收獲機(jī)的研究進(jìn)展,農(nóng)業(yè)機(jī)械化論文

國(guó)內(nèi)外大蒜播種機(jī)和收獲機(jī)的研究進(jìn)展,農(nóng)業(yè)機(jī)械化論文大蒜,別名胡蒜;百合科,多年生宿根草本,其嫩苗、花莖和鱗莖等均可食用,有增進(jìn)食欲和抑菌、殺菌作用,同時(shí)作為蔬菜、調(diào)味品、保健品具有很高的經(jīng)濟(jì)效益.據(jù)中華商務(wù)網(wǎng)報(bào)道,我們國(guó)家是世界上最主要的大蒜生產(chǎn)國(guó)和出口國(guó),大蒜常年種植面積約60萬(wàn)hm,產(chǎn)量1058萬(wàn)t余,占全球75%,牽涉到蒜農(nóng)500多萬(wàn)戶[1-3].大蒜是勞動(dòng)密集型栽培作物,除耕地、整地、灌溉環(huán)節(jié)能夠利用機(jī)器外,其它工序基本由人工完成,尤以收獲和栽種工序最為辛苦.最近幾年,隨著農(nóng)村勞動(dòng)力轉(zhuǎn)移,大蒜播種、收獲用工緊缺,人工成本越來(lái)越高,致使大蒜生產(chǎn)成本居高不下,嚴(yán)重影響了大蒜產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展.從調(diào)研情況看,2020年我們國(guó)家大蒜人工種植成本約4500元/hm,人工收獲成本約9000元/hm(部分地區(qū)甚至高達(dá)12000元/hm),加上種、肥等物化投入,總成本約45000元/hm,而大蒜的產(chǎn)出因蒜價(jià)格的不穩(wěn)定差距較大(有些年份甚至賠錢(qián)),嚴(yán)重影響了蒜農(nóng)種蒜的積極性.實(shí)現(xiàn)大蒜機(jī)械化生產(chǎn)對(duì)于提高我們國(guó)家大蒜產(chǎn)業(yè)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度和增加農(nóng)民收入等具有重要意義.本文對(duì)近年國(guó)內(nèi)外大蒜播種機(jī)和收獲機(jī)的研究進(jìn)展情況進(jìn)行了介紹,并對(duì)大蒜機(jī)械化發(fā)展思路進(jìn)行了討論,并根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)在狀況,提出農(nóng)藝農(nóng)機(jī)融合、播種服務(wù)收獲的發(fā)展思路.1大蒜播種機(jī)研究現(xiàn)在狀況為了方便機(jī)械作業(yè),美國(guó)、法國(guó)、西班牙等發(fā)達(dá)國(guó)家多使用機(jī)器隨機(jī)播種,不要求種植鱗芽朝上[4-8].韓國(guó)如今常用壓穴式同步大蒜播種機(jī)(如此圖1所示),先用壓穴器壓出半球面形蒜穴,然后將大蒜種體播到壓出的蒜穴內(nèi),通過(guò)蒜穴內(nèi)球面來(lái)實(shí)現(xiàn)大蒜鱗芽方向的控制[9].日本洋馬推出PH4R型大蒜種植機(jī)(如此圖2所示),人工投種于橡膠種穴,然后種穴盤(pán)向下平動(dòng),當(dāng)貼近地面時(shí),排鐘推桿將蒜種插入土中.試驗(yàn)表示清楚,該機(jī)存在著傷蒜、直立度低、種植過(guò)深、種植后構(gòu)成隴間距過(guò)大等問(wèn)題,不符合我們國(guó)家種植習(xí)慣.歐洲國(guó)家多采用轉(zhuǎn)盤(pán)式排種器,隨機(jī)播種,對(duì)大蒜能否直立栽種沒(méi)有要求,如此圖3所示.圓弧型取蒜勺均布在轉(zhuǎn)盤(pán)一側(cè),當(dāng)取蒜勺運(yùn)動(dòng)到取種位置時(shí),取蒜勺在旋轉(zhuǎn)擋塊的作用下打開(kāi)取種,并在扭轉(zhuǎn)彈簧的作用下隨即將其夾緊,多余的種子被毛刷刷掉,落回到種箱.自2008年以來(lái),國(guó)內(nèi)對(duì)大蒜播種機(jī)械進(jìn)行了大量的研究,并獲得諸多研究成果.以大蒜播種機(jī)為本文關(guān)鍵詞語(yǔ)在中國(guó)專(zhuān)利數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索,共檢索到與大蒜播種機(jī)有關(guān)的發(fā)明專(zhuān)利13項(xiàng),實(shí)用新型專(zhuān)利32項(xiàng),(2020年15項(xiàng)、2018年8項(xiàng)、2018年5項(xiàng)、2018年5項(xiàng)、2008年8項(xiàng)).主要機(jī)型有金磊發(fā)明的一種大蒜播種機(jī)[10](如此圖4所示),采用鏈勺式單粒取種裝置、鱗芽扶正裝置和同步直立下栽裝置,所采用的同步直立下栽裝置能夠較好地保證大蒜種體入土后的直立度;但由于大蒜種體形狀的不規(guī)則,鏈勺式單粒取種裝置無(wú)法知足單粒取種效果,另外采用的鱗芽扶正裝置需要大蒜種體存在尖部,工作效果并不理想.李華峰發(fā)明水力浮種大蒜播種機(jī)[11](專(zhuān)利號(hào):ZL200820021828.5),如此圖5所示.該發(fā)明創(chuàng)造性地提出利用水作為大蒜鱗芽方向控制的載體(利用大蒜種體重心靠下進(jìn)行大蒜鱗芽方向控制),大蒜種體方向性控制較好,但所采用的取種裝置和直立下載裝置工作效果不理想.山東五征集團(tuán)有限公司發(fā)明一種大蒜種植機(jī)[12],如此圖6所示.該機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)旋耕、撒藥、播種、覆膜一體化,利用大蒜蒜尖小的特點(diǎn)進(jìn)行大蒜制直立度控制;但實(shí)際工作經(jīng)過(guò)中,很多大蒜蒜尖卷曲或者磨損掉,致使大蒜尖部朝下種植.〔圖1-5略〕綜上所述,國(guó)內(nèi)還沒(méi)有成熟、知足農(nóng)藝要求的大蒜播種機(jī)械出現(xiàn),國(guó)外已有部分先進(jìn)機(jī)具,要實(shí)現(xiàn)對(duì)大蒜栽種姿態(tài)的精到準(zhǔn)確控制還需要進(jìn)行進(jìn)一步的研究與探尋求索.當(dāng)前,大蒜播種機(jī)主要存在下面問(wèn)題:1)大蒜種體形態(tài)不規(guī)則,并且顆粒較大、易傷,使大蒜單粒取種困難;2)大蒜種體形態(tài)不規(guī)則,使大蒜輸送經(jīng)過(guò)中鱗芽方向控制困難;3)工作不穩(wěn)定,故障率較高.2大蒜收獲機(jī)研究現(xiàn)在狀況西班牙、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家大蒜收獲已實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化作業(yè).日本洋馬制造了HZ1型大蒜收獲機(jī)(如此圖7所示),可實(shí)現(xiàn)挖掘、輸送、去土、切根、摘葉、收納和搬運(yùn).西班牙J.J.BROCH公司生產(chǎn)的切秧式大蒜聯(lián)合收獲機(jī)(如此圖8所示),由分禾器將蒜秧導(dǎo)入夾持膠帶,同時(shí)挖掘鏟入土將大蒜根部挖松,大蒜由夾持膠帶夾蒜秧輸送;大蒜被夾持輸送到切秧機(jī)構(gòu)把蒜秧切掉后,大蒜頭掉到橫向輸送鏈上,橫向輸送到袋內(nèi).其配套動(dòng)力為44.1kW拖拉機(jī),行走速度為3km/h,行距要求40~55cm[13].國(guó)外產(chǎn)品價(jià)格較高、且不合適我們國(guó)家現(xiàn)有種植形式,不宜推廣我們國(guó)家大蒜種植以小戶、小地塊為主,有壟作形式、平作形式及套種形式,多樣的種植形式致使收獲機(jī)械機(jī)型多樣,無(wú)法定型[14-17].當(dāng)前,國(guó)內(nèi)大蒜收獲機(jī)以挖掘式為主,有前置式、后置式,如此圖9所示.其采用機(jī)械挖掘方式收獲時(shí),仍需要人逐棵清理和收集,對(duì)勞動(dòng)力的節(jié)省有限.相對(duì)挖掘式收獲機(jī),挖拔式聯(lián)合收獲機(jī)能一次完成挖掘、清土、輸送、果秧分離和集果等工序,是當(dāng)下大蒜收獲機(jī)械化的發(fā)展方向[18-19].2018年,農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所研制了適于寬窄行種植形式的4DBL-2型自走式大蒜聯(lián)合收獲機(jī)[20],如此圖10所示.該機(jī)一次收獲兩行,采用全液壓驅(qū)動(dòng)技術(shù),挖掘裝置松土后,夾持輸送裝置將大蒜拔起,經(jīng)過(guò)清土裝置、對(duì)齊切秧裝置和集果系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)挖掘、清土、切切和收集一體化作業(yè);但當(dāng)前仍處于樣機(jī)試驗(yàn)階段,適于兩種寬窄行種植形式,即20cm(窄行距)40cm(寬行距)、20cm(窄行距)50cm(寬行距).2018年,山東省農(nóng)業(yè)機(jī)械科學(xué)研究院研制了4DSZ-4型自走式大蒜聯(lián)合收獲機(jī)[21],如此圖11所示.該機(jī)一次收獲4行,整機(jī)側(cè)向配置,全液壓驅(qū)動(dòng),分上下兩層布置,作業(yè)經(jīng)過(guò)與4DBL-2型自走式大蒜聯(lián)合收獲機(jī)類(lèi)似;但當(dāng)前處于仍處于樣機(jī)試驗(yàn)階段,適宜于適于4行壟作種植形式,行距要求為180mm.〔圖7-11略〕綜上所述,國(guó)外大蒜收獲機(jī)以挖拔式為主,技術(shù)已較為成熟;國(guó)內(nèi)以挖掘式為主,挖拔式聯(lián)合收獲機(jī)還處于定型研究階段,隨著大蒜機(jī)械化生產(chǎn)進(jìn)程的推進(jìn),適于一定栽培形式的挖拔式聯(lián)合收獲機(jī)是將來(lái)的發(fā)展方向.當(dāng)前,大蒜機(jī)械化收獲主要存在下面問(wèn)題:1)大蒜種植形式不規(guī)范、不統(tǒng)一,致使無(wú)法對(duì)行收獲;2)由于抽薹過(guò)于靠下,致使大蒜倒伏嚴(yán)重,無(wú)法夾持收獲;3)大型大蒜聯(lián)合收獲機(jī)械價(jià)格較高,缺少小型大蒜聯(lián)合收獲機(jī)的研制.3發(fā)展思路討論1)農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合、播種服務(wù)收獲.大蒜栽培形式不規(guī)范、不統(tǒng)一,是阻礙大蒜聯(lián)合收獲機(jī)設(shè)計(jì)和推廣普及的主要因素.因而,突破傳統(tǒng)上只從機(jī)械優(yōu)化方面解決大蒜機(jī)械化生產(chǎn)難題的思路,根據(jù)國(guó)內(nèi)大蒜種植習(xí)慣和大蒜聯(lián)合獲機(jī)對(duì)栽培形式需求,對(duì)大蒜標(biāo)準(zhǔn)栽培形式進(jìn)行研究,得到不同栽培形式對(duì)蒜頭產(chǎn)量及品質(zhì)影響規(guī)律.同時(shí),建立與經(jīng)濟(jì)效益對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系,使大蒜栽培形式評(píng)價(jià)更客觀并具有可量化操作性,為大蒜實(shí)際生產(chǎn)提供指導(dǎo),通過(guò)農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合的方式方法來(lái)加快大蒜機(jī)械化生產(chǎn)發(fā)展步伐.2)重點(diǎn)技術(shù)突破.大蒜鱗芽方向控制是大蒜播種機(jī)設(shè)計(jì)的瓶頸問(wèn)題,傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式方法主要集中在機(jī)械改良和優(yōu)化方面.由于大蒜種體形態(tài)、大小不規(guī)則,這一關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題一直沒(méi)有得到有效解決.為此,提出下面思路:(1)利用大蒜種體重心靠下這一穩(wěn)定的物理特性,開(kāi)展大蒜鱗芽方向控制裝置研究,進(jìn)行技術(shù)攻關(guān);(2)對(duì)我們國(guó)家傳統(tǒng)大蒜種植農(nóng)藝要求的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行深切進(jìn)入研究,探尋求索大蒜種植鱗芽朝向?qū)λ忸^產(chǎn)量及品質(zhì)影響規(guī)律,并建立與經(jīng)濟(jì)效益對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系,為大蒜機(jī)械化播種提供新途徑.3)政策支持.大蒜種植相對(duì)于小麥、玉米、水稻等,其種植面積較小,農(nóng)機(jī)市場(chǎng)不大.另外,國(guó)外同類(lèi)機(jī)械不合適國(guó)內(nèi)種植形式,在技術(shù)上可借鑒之處不多,造成大企業(yè)不愿做、小企業(yè)做不了.為實(shí)現(xiàn)大蒜機(jī)械化生產(chǎn),需要政策給予下面支持:(1)在科研基金上給予支持,對(duì)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行攻關(guān);(2)對(duì)大蒜農(nóng)機(jī)具進(jìn)行補(bǔ)貼,扶持引導(dǎo)基層農(nóng)機(jī)服務(wù)組織和農(nóng)民購(gòu)買(mǎi)先進(jìn)、實(shí)用的大蒜播種、收獲機(jī)械;(3)建立示范基地,施行輻射帶動(dòng),積極做好大蒜機(jī)械化生產(chǎn)技術(shù)的示范推廣工作.以下為參考文獻(xiàn):[1]孫永泰.大蒜干制品的加工與出口[J].杭州食品科技,2005(3):35-36.[2]丁超.我們國(guó)家大蒜出口現(xiàn)在狀況及對(duì)策[J].中國(guó)蔬菜,2005(4):1-5.[3]蘇欽東.大蒜生產(chǎn)與出口現(xiàn)在狀況分析及瞻望[J].農(nóng)產(chǎn)品加工,2008(3):53-55.[4]郭毅,張祖立,于麗穎等.大蒜播種機(jī)械的研究現(xiàn)在狀況[J].農(nóng)機(jī)化研究,2018,31(6):221-223.[5]張會(huì)娟,胡志超,吳峰,等.我們國(guó)家大蒜機(jī)械化種植與收獲大概情況[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué),2018,3:460-461.[6]薦世春,王小瑜,馬繼春,等.我們國(guó)家大蒜機(jī)械化收獲技術(shù)研究現(xiàn)在狀況[J].農(nóng)業(yè)裝備與車(chē)輛工程,2020,50(4):14-17.[7]郭毅,張祖立,于麗穎,等.大蒜播種機(jī)械的研究現(xiàn)在狀況[J].農(nóng)機(jī)化研究,2018,31(6):221-223.[8]高遲.大蒜播種機(jī)器人控制系統(tǒng)的研究[D].楊凌:西北農(nóng)林科技大學(xué),2018.[9]林悅香,尚書(shū)旗,楊然兵.大蒜生產(chǎn)機(jī)械的現(xiàn)在狀況與發(fā)展[J].農(nóng)機(jī)化研究,2020,34(3):242-245.[10]金磊.大蒜種植機(jī)械設(shè)計(jì)[D].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué),2007.[11]李華峰.大蒜播種機(jī):中國(guó),ZL200820021828.5[P].[2018-04-30].[12]李瑞川,李政平,孫雪.大蒜種植機(jī):中國(guó),ZL201810257073.0[P].[2018-01-31.[13]于昭洋,胡志超,王海鷗,等.大蒜收獲機(jī)械研發(fā)現(xiàn)在狀