韭菜收割机扶禾装置技术及新装置研制

李继伟 卞丽娜 翟欢乐 常国政

摘要 为提高韭菜种植的经济效益，降低人工收割劳动强度，韭菜收割大多采用人工推扶式收割机或进口小型收割机。分析了国内外蔬菜收割机应用现状，针对现阶段应用韭菜收割机作业时出现的收割不完整、漏割、漏拾等问题，从韭菜的植物特性和收割技术要求出发，根据扶禾装置的工作原理，提出了解决思路。研制出一种新型韭菜收割机扶禾装置，替换原装置，并开展了相关试验和测试。试验结果表明，安装新研制的扶禾装置后韭菜收割机行走无障碍，无漏割、无漏拾，铺放有序，收割效率高。

关键词 蔬菜;机械化;韭菜收割机;扶禾装置

中图分类号 S 22  文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2021）21-0223-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.21.057

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Straightening Device Technology of Leek Harvester and Development of New Straightening Device

LI Ji-wei BIAN  Li-na ZHAI Huan-le1  et al （1.Jiangsu Aviation Technical College，Zhenjiang， Jiangsu 212134;2.Zhenjiang Extension Station of Agricultural Machinery and Technology， Zhenjiang， Jiangsu 212003）

Abstract In order to improve the economic benefits of leek cultivation and reduce the labor intensity of manual harvesting， manual push-back harvesters or imported small harvesters are widely used in the harvesting of leeks.This paper analyzed the application situation of vegetable harvesters at home and abroad.Aiming at the problems of incomplete harvesting， missed harvesting and missing picking when applying the leek harvester at present， starting from the characteristics and harvesting technical requirements of leek， a solution was proposed based on the working principle of straightening device.A new type of leek harvester straightening device was developed to replace the original one， and related experiments and tests were carried out.The results showed that the leek harvester equipped with the newly developed straightening device could walk freely， there was no missing harvesting or missed picking phenomenon， the leek was laid in order， and the harvesting efficiency was high.

Key words Vegetables;Mechanization;Leek harvester;Straightening device

基金項目

镇江市科技计划资助项目（NY2019017）;江苏省农机三新工程项目（NJ2017-29-05）。

作者简介 李继伟（1975—），男，湖南岳阳人，正高级工程师，从事机械先进制造与工艺、设施蔬菜机械化收获技术与装备研究。

收稿日期 2021-03-08;修回日期 2021-04-17

随着设施蔬菜栽培技术以及蔬菜移栽、灌溉和植保技术的日趋成熟和推广应用，蔬菜种植面积逐年增加，现阶段全国蔬菜种植面积在2 000万hm2以上，总产量在7亿t以上[1] ，基本保障了全国各地全年蔬菜市场的供应。相比粮食生产机械化作业技术水平的发展，蔬菜品种多，生长环境和植物特性对其有较大影响，蔬菜生产机械化作业水平远低于粮食生产机械化作业水平，特别是蔬菜收割环节，不同品种蔬菜的长势和收获后食用部位各不相同，不同的栽培方式对收割机的性能有较大影响，蔬菜收获环节机械化水平远低于耕整、播种、移栽、灌溉以及运输等环节的机械化水平[2]。

根据蔬菜收割部位的不同，蔬菜收割机械分为叶菜类收获机、根茎类收获机和茄果类收获机3种。据统计，在叶类蔬菜生产过程中，收获作业用时占总作业量的40%以上[3-4]，劳动强度大、耗时多，影响了蔬菜种植户的经济效益，制约了蔬菜产业发展。

为提高蔬菜种植的经济效益，降低生产成本，满足对蔬菜生产开展高质、高效的机械化收获要求，笔者进行了蔬菜机械化收割技术研究，优化收割机性能。推广应用经济、适用的蔬菜收割机既是产业发展需求，又是现代农业发展的时代要求。

1 蔬菜收割机发展现状

蔬菜收获机械化程度较高的国家主要有俄罗斯、美国、德国、意大利、韩国和日本等国家，这些国家开始蔬菜机械化生产研究起步早、发展快[5]。1931年，前苏联根据鲍洛托夫建议，采用左、右拔取装置研制出世界上第一台甘蓝收获机;加拿大HRDC公司应用液压控制系统控制收割高度，研制出甘蓝单行收获机;意大利Hortech公司研制的叶菜收获机配置了履带行走，采用环形锯齿带刀、割台高度自动调节技术，可以收割鸡毛菜、金花菜等叶类蔬菜，收割效率高;日本、韩国以及中国台湾地区大多采用小型自走式收获机[5-6]。我国蔬菜生产机械化作业水平相对较低，尚未形成完整体系，但发展迅速，很多地方引进了意大利、美国、日本等国家生产的蔬菜收获机，近年来国内企业纷纷投入资金和技术力量，针对种植面积大、产量高的蔬菜开始机械化收获作业机具的研发，上海、江苏、浙江、山东以及河北等地围绕大众型蔬菜开展机械化生产示范推广，取得了较大的成效，但其普遍推广应用还存在一定的困难。

韭菜茎叶鲜嫩，随着生活水平的提高，人们对蔬菜的需求量日益增加[7]。造成我国蔬菜生产机械化收获水平低的因素很多，包括品种多、地域广、种植面积分散等。一是国外从事蔬菜生产的合作组织从蔬菜的耕、种、管到蔬菜收割等环节，配套全程机械化作业机具，因此从国外引进蔬菜生产机械化作业机具，务必要引进与之配套的农机具，故而引进机具数量多、价格贵，操作技术要求也较高;二是国外市场上蔬菜品种单一，基本都是大型农场从事某个蔬菜品种的种植，面积大，普遍应用的机具功率高，与我国现阶段以6～8 m大棚种植蔬菜的现状不相适应，农户购买蔬菜生产机械装备的投资回收期长;三是随着我国产业结构的调整，我国蔬菜种植基本上以老年人为主，菜农受传统思维的影响，认为蔬菜种植就是劳动密集型产业，人工收割的蔬菜卖相好，人们对机械化收割蔬菜的迫切性不高[8-9]。

2 韭菜生产机械化收割

2.1 植物特性 韭菜，又名懒人草、草钟乳、扁菜等，属于百合科多年生草本植物，具有抗寒、耐热、抗虫病等优点[10] ，我国种植范围广，面积大，常年种植面积占菜田总面积的5%～6%，产量稳定，种植一次可以连续收获4～6年。北方种植大多采用垄栽培，南方更多在高畦地区栽植，种植期应尽量避开高温雨季，高畦栽培每穴8～10株，行距200～250 mm，穴距120～150 mm;垄栽每穴20～30株，行距250～350 mm，穴距80～200 mm。韭菜根属于弦线根的须根系，没有主侧根，主要分布在20～30 cm深的耕作层[11];韭菜叶由叶片和叶鞘两部分组成，韭菜叶是主要的食用部分，形状扁平窄长，叶鞘在茎盘上分层无规则排列成圆柱形，具有保护韭菜生长、贮藏养分的功能，通常当年春天播种，种植条件良好的情况下在当年7—8月50%以上的植株能够形成分蘖，有的还可以形成2个分蘖，不宜收割，待次年开始收割，每年收割4～6次;入冬后韭菜长势放缓，收割的间隔时间相应增加。

近年来，新机具、新技术被广泛应用于蔬菜生产各环节[12]，韭菜收割大多采用人工手扶式收割机或进口小型化专用收割机作业，韭菜收割机结构如图1所示，由扶禾装置、割刀、传送带、驱动轮、输送带、机架、收集框、电源系统等部分组成。机械化收割提高了韭菜的收割生产效率，降低人工收割劳动强度，促进了蔬菜产业机械化生产技术的快速发展[13]。

2.2 存在问题分析

与成熟应用的根茎类蔬菜收获机相比，叶菜类蔬菜收获机是短板。为示范推广韭菜生产机械化作业，根据韭菜的生产流程，按照机械化收割标准，实现耕作、种植、灌溉、施肥、植保、收割等全程机械化生产，验证韭菜收割机的作业性能。

韭菜收割一般在离地2～4 cm处进行收割，工作过程中电源系统、机架、驱动轮与其他各部件相互配合，对韭菜扶禾、收割、传送、收集等，完成韭菜的喂入、扶持、切割、输送、收集等工序，由于各工序的工作性能和部件参数对收割质量有一定的影响，许多专家对韭菜有序收割、仿形行走、轻量化等进行了大量研究，并取得不少科研成果。

目前，用于韭菜收割比较有代表性的设备有正三角形扶禾装置（图2）和锥形筒状扶禾装置JT-HV收割机（图3）。在河北等地中小企业生产的以正三角形为扶禾装置的韭菜收割机，机具采用24 V蓄电池为动力，链轮链条驱动，单行收割，行间距250 mm，收集方式是利用行走带来的助推力，切割后韭菜在输送带的夹持下，有序推送到输送带和收集框中，完成机械化收割。该机器生产效率较高，操作简便，机具转移方便，适合中小型农场使用。

韭菜在经过反复几次的生长、收割、再生长后，生长密度大，韭菜冠部圆周长逐渐变大，采用收割机收割时会出现收拢不良、扶持作用不明顯、韭菜难以有序进入收集带和输送带，存在漏割或输送带卡死的现象，呈不完全收获。试验中，当韭菜长至25 cm以上，采用锥形筒状扶禾装置进行韭菜收割作业，由于其调整范围小，其锥形筒随机具前进时，扶持梳理不明显;采用正三角形状扶禾装置进行韭菜收割作业，正三角形状截面宽度固定，作业时韭菜苗被截面掩盖，韭菜不完全或少量扶持到割刀位置，分析原因如表1所示。这就需要人工二次捡拾或收割，从而增加了种植户的经济成本。

提高扶禾装置的离地间隙，留高茬，再适当降低行走速度，输送带、割刀等作业参数不变，再次开展收割试验，收割指标基本满足要求。针对以上故障和产生原因，不改变收割机其他部件的结构及参数，优化扶禾装置十分必要。

3 新扶禾新装置的研制

3.1 收割后苗株几何参数

与其他叶菜相比，韭菜单株体积较小且倾倒幅度较大，输送过程中群体间接触多，相互影响较大，收割期韭菜苗株的几何参数与扶禾装置结构的尺寸参数紧密联系。以待收割期韭菜为研究对象，对韭菜收割后株高、割口直径和收割后茎高等几何参数进行分析，收割后韭菜株高样本分布如图4所示。

隨机选定的50株样本统计如表2所示。收割后割口直径最大值为6.1 mm，平均直径为（4.09±0.94）mm;收割后茎高最大值为45 mm，平均茎高为（31.34±6.26） mm;株高最大值为350 mm，平均株高为（282.56±33.04）mm。50株标本收割后有43株的株高超过250 mm，占比86%，如表2所示。

3.2 扶禾装置

联合收割机在作业时，为准确将待割的作物茎秆引入切割器，扶正倒伏农作物，推送至割刀，避免茎秆堆积在割台上，在前端安装拨禾轮[14]，如图5所示。

拨禾器按结构分为扶禾装置和拨禾轮2种形式，主要区别在于：扶禾装置是从根部插入作物丛中，用于小型收割机;拨禾轮是从作物顶部插入，主要应用于联合收获机，作业过程中利用装在链条上的拨指将倒伏作物扶起，最大适应倒伏角度达75°，起到扶起梳直的作用，保持茎秆在扶持状态下切割。按照链条回转所在平面的不同，扶禾装置有倾斜面型和铅垂面型2种[15]，如图6～7所示。

3.3 新装置结构

新型扶禾装置结构如图8所示，由扶禾导板、下底板和连接板组成。

与前述扶禾装置相比，新装置减小扶禾截面，延长扶禾距离，扶禾导板如图9所示，外形类似半喂入联合收割机前端的分禾指，上部为圆弧过渡凸起，两侧面凹弧形，顶部设计一个半径360 mm的圆弧，增加收割过程中扶持行程;扶禾导板前嘴宽度30 mm，后端宽度190 mm，呈前尖逐渐变宽的趋势;整体结构在俯视状态下的截面形状为前窄后宽的锥面结构，中间形成具有锥面开口的扶正腔。图8中下地板上部圆弧大小与扶禾导板一致，用M8螺栓连接，确保扶禾导板受力均匀;连接板螺栓和下底板键槽连接，螺栓穿过连接板在键槽固定在机架，上下可以调节，适用不同株高韭菜的收割。

3.4 试验验证

合理安装可以避免收割时农作物发生回弹，并对割倒的韭菜具有稳定的推送作用，新装置安装在割刀前方，左右各1个，通过具有导槽的连接板固定在机架上，导槽可以调节其离地相对高度，整机安装示意图如图10示。作业前根据韭菜种植行距和生长高度，调节离地间隙，收获时左右扶禾导板在切割前伸入韭菜根部，随着机具前进逐渐将待割区韭菜扶正进入扶正腔，转入切割区进行切割。

现场试验参照GB/T 5262—1985《农业机械试验条件测定方法的一般规定》进行。2020年8月19日，江苏翰雅农业有限公司对待收割韭菜的田间状况进行调查，试验田块地势平坦，机具转弯调头方便。2017年夏初种植韭菜，机械穴播，平均株距226 mm，行距300 mm，长势良好，根部圆直径120～180 mm，直立高度260～360 mm，轻微倒伏，自然状态下冠部最大圆周直径330 mm。

根据GB/T 3871.4—1993《农业机械试验方法》等国家标准对收割机现场作业性能进行测试，如图11所示。选取收割韭菜时漏割、漏拾、生产率等指标，同时考察整机各部件的作业性能。机具启动后，下底板贴地收割，行走无障碍，随着机具前进，经过扶禾导板导向后有序进入切割区，扶禾导板上部圆弧凸起对切割韭菜扶起梳直，切割后顺利进入输送带，输送带往复输送平稳，无堵塞现象，运动轻便，测得切割后的韭菜留茬高度不足15 mm，铺放有序，无漏割现象。

4 讨论

在蔬菜生产过程中，受地域因素、科研投入以及蔬菜栽培模式的影响，现阶段还存在农机技术与农艺技术、设施与农机、农机具与农机具之间不配套，开展类似韭菜收割机扶禾装置的优化改进工作，总结不同品种蔬菜机械化收割农艺要求，集成传感器技术和导航定位技术，开发研制出品种适用性好、操作安全性强、作业经济性高、适用作业环境的收割机械将是未来解决蔬菜机械化收割的主要途径之一。

我国是世界上最大的蔬菜生产国和消费国，蔬菜品种多，设施蔬菜生产距离实现全面全程机械化还有一定的距离[16]。随着现代科学技术的发展，机械化的内涵将进一步拓展，高质量推进蔬菜产业的现代化发展，实现蔬菜产业的高产高效对于提高农业生产质量和效率具有重要作用。

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