新疆红枣收获机械的研究现状与发展对策

王 静

（新疆农业职业技术学院 农业工程分院，新疆 昌吉 831100）

全球90%的红枣产自中国，而中国最好的红枣产自新疆。新疆具有得天独厚的光热资源和多样性气候类型，为红枣生产创造了良好的自然条件。目前，特色林果业已成为新疆农民致富的一个新的支柱产业。红枣矮化密植是新疆乃至全国枣产区的未来发展趋势，但在矮化密植模式下由于缺少适宜的机械采收办法，导致红枣收获主要靠人工捡拾来完成，不仅采收效率低，而且采收成本高、采收周期长，因此，红枣机械化收获成为影响新疆红枣产业发展的“瓶颈”之一。新疆红枣产业化升级必须依靠机械化作业才能扩大产能，实现红枣机械化收获已是红枣产业发展的必然趋势。

1 国内外红枣收获机械化发展现状

1.1 国内发展现状

我国果树采收机械装备研究起步较晚，实际应用很少，田间果树收获依然依靠人工手摘或借助简单工具辅助采摘，包括采果刀、云梯、木杆等，其缺点是劳动强度大、用工量多等。提高林果采收生产率必须依靠机械化来完成。目前，新疆红枣主要以干枣收获为主，其收获环节分为采摘和收集两个过程。红枣机械收获主要有以下几种形式，可根据需要加以选择。

1.1.1 半机械式 主要包括梯子和采摘器。我国及世界大多数国家均采用手工方式采收果品，但这种方式只能有效采摘树下部的果子，而中上部的果子必须上树或借助梯子才能完成。特别是树顶的果实因光照充分往往个大色鲜、等级上乘，但因位置较高和枝干影响，无论上树还是借助梯子均很难采摘，只能摇落或用长杆击落，造成严重损伤，影响经济收入。采果器作为一种便捷的采摘工具，可将其举到水果位置后摘果并直接进入采果袋中而不会损伤果实，具有操作简单、省力方便、结构紧凑、体积小、成本低、效率高等优点，适于人工和梯子无法采摘的水果。

1.1.2 打击式 采用不同类型的振动方式如往复式、旋转式或混合式击打或梳刷植株枝条，使果实脱落，下部有接枣收集装置，完成红枣的采摘和收集。这种采摘方式可连续作业，效率较高，但打击力度难以控制，会对枣树产生一定损伤。

1.1.3 摇振式 采用夹持装置固定树干，使机器与果树树干或树枝刚性连接，再对果树施加一定的频率、幅度及时间，当果实所受的惯性力大于果实与果枝结合力时果实会脱落至倒伞形的收集装置中，进而完成收集过程。主要分为气力式、连续式、撞击式和接触式4种方式，其中，气力式收获机是利用大功率风机产生高速气流，直接作用于果树树冠进行收获；连续式收获机采用前端悬臂夹持果树树干或主枝，以一定频率的激励力使果树做往复运动；撞击式收获机通常采用机械或电磁式激励装置，通过单次或几次撞击使果树产生足够惯性力而完成果实分离过程；接触式收获机利用小振幅振动棒直接插入树冠使其产生振动，以达到分离果实效果。摇振式收获方式可用于干果类乔木树种的收获，具有采净率高、对果树损伤少等优点。

1.1.4 气吸振动式 通过机械振动使果实脱落，并在下落过程中受到负压作用，使红枣进入收集框。这种收获方式损失率较高，但避免了果实与地面的接触，净度较高，常用于沙棘果、枸杞、花椒等作物收获。

1.2 国外研究现状

通过新材料、新农艺、机电一体化、3S等技术的应用，国外果业收获机械化逐步向智能化、高效性、舒适化发展，已形成产品系列化且针对性较强、机收水平很高。机械收获方法主要有以下几种形式，可根据需要加以选择。

1.2.1 气力式振动收获 其原理是使用大功率风机压缩空气产生高强度气流作用于果树，并通过导向器改变气流方向使果树树枝摇动。在这个过程中，尽管机器与果树之间没有刚性接触，但在果实自身重力和空气冲击产生的外力共同作用下，会使果实脱落。气力式振动收获是最早用于林果收获的收获机械之一，由拖拉机牵引作业，适合在行间距较大的果园中移动作业，而不适合在密集果园中进行收获。其优点是采净率较高，缺点是风机功率大及气流速度高会对果树枝叶产生一定的损伤，而且噪音大、能耗高。这种收获机械正逐步被其他类型的机械所取代。

1.2.2 摇振式收获 摇振式收获机是应用最为广泛的林果收获机之一，由推摇器、夹持器、接果装置、输果装置等主要机构组成，其中，振动夹持机构是摇振式收获机的主要工作单元。其工作原理是通过拖拉机动力驱动液压油箱，调节悬臂梁和夹持机构位置，从而夹紧果树树干或树枝，使机器与果树刚性连接，然后夹持机构中的偏心轮或曲柄滑块装置在液压动力驱动下带动果树产生振动，通过改变流量控制阀控制马达转速可调节振动频率，以适合不同果树的果实收获。此外，设有专门的收集装置，用以收集、运输树上脱落的果实。这种收获机械的相关研究主要集中在摇动机工作参数对收获率的影响、果实收集方式及如何提高机械化收获效率等方面。

1.2.3 撞击式收获 撞击式收获与摇振式收获的主要区别在于撞击式收获不与果树刚性连接。其工作原理是通过机械或电磁式极力装置，单次或多次瞬时高输入激励对果树产生振动，使果实快速脱离果树，避免果实连续振动产生的损伤。这种收获机主要用于收获果实硬度较大的树种如橄榄、扁桃、核桃、樱桃等，以及不宜使用树干摇振机采收的老弱果树。

1.2.4 机器人采收 随着科学技术的发展，机器人已应用到许多领域，很多国家在水果采收机器人的研制方面取得了一定成果。采收机器人采收的对象大多是苹果和柑橘，也可用于表皮较脆的鲜食水果如香梨等。采收机器人的气动弹性终端控制由摘果手、超声传感定位器、彩色视觉系统组成。美国研制的旋转式唇状摘果手机械装置用于收获柑果，可成功摘取全树69%的果实；西班牙研制的柑果采收机器人对可见面积大于75%的果实的采收错误率低于3%；德国和西班牙联合研制出摘果手带有果梗切割器件的采收机器人，所采果实中82%～86%的果梗长度不到5 mm，采果质量相当好。但从目前看，采收机器人仍有许多难题需要解决，如被树叶挡住的水果很难被采收、机器人采收速度较慢、鲜食水果损伤较大等。

2 典型红枣收获机械

2.1 4YS－24型红枣收获机

4YS－24型红枣收获机由机架、果树振摇装置和液压控制系统组成。果树振摇装置包括伸缩支臂、支撑套管、轴套、振动头悬挂架和钳式振动头等，安装于机架后部并通过铰接与机架相连，其夹持和振摇果树的动作由液压控制系统操作，能进行横向采果作业（相对于拖拉机前进方向），并收起支撑腿。

机具准备进地作业时，应将机具升起，并把收获机支撑腿收起，以免影响机具通行性。夹持树干时，需要调整拖拉机相对果树的前后、左右位置，使收获机的振动头正对着树干。拖拉机动力输出轴将动力传递给液压泵，操纵液压控制阀，调整伸缩臂上下位置，根据树径大小及树干分枝情况选择振动头合适夹持高度，一般夹持位置离地面应不小于80 cm。

操作过程：①张开振动头夹持臂，调整振动头夹持面使其与树干垂直。伸长伸缩臂使振动头移向树干，当树干处于夹持臂中间部位时停止，合拢夹持臂使振动头将树干紧紧夹住；②振动果树，降低伸缩臂使振动头悬挂索松弛，振动头完全靠夹持臂的夹持力固定在树干上；③加大拖拉机油门，提高拖拉机动力输出轴转速，打开液压马达控制阀，驱动振动头振动果树；④缩回振动头，提升伸收缩臂使振动头悬挂索张紧，松开夹持臂使振动头脱离果树，缩回并降低伸缩臂，将振动头调整到水平位置。

4YS－24型红枣收获机对种植行距4 m以上、树干直径范围为8～20 cm的枣树有较好的适应性。

由于红枣收获机的工作质量主要由振动效果决定，而振动效果的影响因素与多种因素有关。例如：果树种类不同，其果实与树枝的连接力也不同，不同振动力大小和振幅高低对抖落效果具有很大的影响，但振幅不能设计太大，否则对果树有一定损伤。此外，树木高度、直径、树冠大小、振动点高度、气候条件、果实成熟度等均会影响抖落效果，振动次数和持续时间是影响抖落效果的重要因素。

2.2 4ZZ－4自走式红枣收获机

该机由自走式底盘、机架、采摘装置、集果装置、输送系统、驱动装置、液压系统、转向机构、集果箱等组成，采用全液压后轮驱动，转向机构由液压系统控制，机架与自走式底盘连接，采摘装置放置在集果装置上方，对称固装在机架两侧，集果装置与连接在机架上的输送系统相连。

工作时收获机骑跨在果树上，采摘滚筒从果树两侧通过；立轴采摘滚筒在驱动马达作用下做旋转运动，并与收获机前进速度相协调，避免果树损伤；转动过程中拨杆插入树冠并以高频小振幅振动，同时拨杆将其振动传递给树冠；果实在振动过程中运动加剧，当惯性力大于果实与果枝结合力时果实掉落，完成果实采摘；采摘后的果实落入集果装置，并经输送带运输至集果箱，完成整个收获过程。

该机使用时要求果园行距在2.5 m以上，果树树形呈筒状，成熟期集中，同一行内品种一致，果树高度在2.2 m以下，最低结果枝位置不低于0.4 m，采收对象为含水率在60%以下且表皮不宜破损的鲜果 （红枣等）及表皮较坚硬的干果（核桃等）。

2.3 落地红枣收获机

该机由清扫装置、仿形铲枣装置、红枣输送装置、柴油机、传动系统、电启动装置、集枣箱、手推扶杆、行走轮及机架等部分构成。

工作过程中，手推扶杆在电动机作用下推动机具向前行进作业，机具最前方的清扫装置通过清扫辊刷将枣行间的“红枣带”清扫聚拢成垄状。机具向前行进时，仿形铲枣装置将形成垄状的红枣铲起，红枣中的土块、石子等杂质从仿形铲枣装置的去杂缝隙中漏出，实现杂质与红枣分离。红枣不断向仿形铲枣装置尾部移动，沿红枣输送装置输送到筛条上实现进一步分离，最终落到集枣箱，完成红枣收获。

除行走以外的动力均由柴油机提供，通过调整轮调节手轮可实现清扫装置最下端清扫刷丝的变形量控制和清扫辊刷对地压力的控制。

2.4 气吸式红枣收获机

该机由风机、吸管、管道、集枣箱、柴油机、排杂门、转向把手、行走轮、分选箱及机架等部分构成。

工作过程中，风机在柴油机作用下转动产生足够的风速，在管道作用下使吸管产生足够负压用以捡拾红枣与杂物。当红枣与杂物经吸管进入管道时，因气流方向改变，管道出口处为正压值。当红枣与杂物进入分离箱内，因流速减慢，质量较重的红枣沿着分离箱壁落入集枣箱中，质量较轻的枣叶等杂物被气流吹送到排杂门、吹出分选箱，进而完成整个红枣捡拾与杂物分离过程。

3 新疆红枣收获机械化发展对策

3.1 规范红枣种植模式，加强农机农艺结合

新疆红枣等林果种植模式应充分考虑机械化作业的实现，推行适于机采的宽窄行种植模式。将等行距种植改为宽窄行种植，既能保证机具进入果树宽行作业，又可保证果树有效收获株数，在不损失产量的情况下实现红枣机采。

3.2 引进消化国外先进红枣收获技术

引进国外先进成熟红枣收获技术设备，利于加快红枣收获技术装备国产化产业化进程，这是新疆建设兵团红枣规模化生产的现实和未来需要，具有良好的产业化前景，社会效益和经济效益显著。建议在引进国外红枣收获技术装备基础上，通过试验示范和消化吸收，调动各方创新力量协同攻关，实现红枣收获机械设备国产化，为我国红枣机械化发展提供先进适用的装备。

3.3 对现有红枣收获机加以改进优化

结合新疆红枣种植特点，对现有的红枣收获机械进行改进完善。从目前我国研制的红枣收获机械来看，仍存在不少缺陷。例如：摇振式红枣收获方式虽然收获效率较高，但红枣损伤率较大、拾净率低，无法实现落地红枣的收获；气吸式红枣收获方式能较好地回收落地红枣，但回收效率较低，不适宜大规模生产应用。基于新疆红枣矮化密植的种植特点，加之落地红枣收获是新疆红枣收获的重点，科研部门应在现有红枣收获机基础上，结合新疆红枣种植特点，对现有机型进行结构改进与参数优化，提升收获作业性能，例如提升气吸式红枣收获机的工作效率、改进摇振式红枣收获机的结构等。

4 结论

国内外科研机构对红枣收获机研究较少，目前应用的机械实用性不强。摇振式红枣收获机械采收效果较高但损伤率高，且不能收获落地红枣，新疆矮化密植模式下红枣收获效果一般；气吸式收获机采收效果较好但效率不高，不适宜大规模红枣收获；机器人采摘结构复杂且难以实现红枣采摘与捡拾。结合新疆矮化密植模式种植特点，有必要加强农艺农机结合，注重红枣低损收获技术研究应用，并在现有研究基础上，借鉴国内外先进林果业收获技术，研究适合落地红枣的收获机械，提升红枣收获机械化水平。

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