青毛豆机械化收获技术概述

楼婷婷，费 焱，王 涛，徐锦大

（浙江省农业机械研究院，浙江金华 321017）

0 引言

青毛豆是指豆粒鼓盛时期至初熟期采收的菜用大豆，“青”为豆荚呈青绿色，“毛”为豆荚表面附着黄色细毛，“豆”为豆科大豆属植物。青毛豆不仅味道鲜美、营养丰富，还是公认的无公害或少污染的绿色蔬菜，已成为人们饭桌上常见的美味佳肴，市场需求也日益增加[1-2]。然而，相比粮食作物的生产机械化水平，青毛豆生产机械化处于起步阶段，整体技术水平较低。其中青毛豆收获环节作业量大、劳动强度高，占整个生产作业量的40%以上，而目前仍以人工收获为主，导致青毛豆收获中成本高和劳动力短缺问题突出，因此实现青毛豆机械化收获十分迫切[3-4]。

目前，浙江省青毛豆机械化收获主要应用的有青毛豆脱荚机和青毛豆联合收获机两种，本文基于国内青毛豆收获机械的研究现状，剖析了其机械结构和工作原理，并针对浙江省复杂作业工况提出了机械化收获的关键研究技术，对加快浙江省青毛豆收获机械化发展具有重要意义。

1 青毛豆机械化脱荚技术

青毛豆脱荚机是一种将青毛豆荚从已收割的青毛豆植株上脱离的机械。在一些机器不便进出的田块，农户可先收割青毛豆连荚植株，再利用青毛豆脱荚机实现豆荚从茎秆脱离这一步骤，完成青毛豆收获工作。

辽宁省农业机械化研究所[5]设计了5MDZJ-380-1400型青毛豆脱荚机，主要由机架、发动机、传动系统、喂入机构、脱荚滚筒和风机等组成。运行时，新鲜的青毛豆植株由喂入机构进入脱荚滚筒，脱荚滚筒上的胶指通过高速旋转击打，使豆荚和茎叶脱离，茎叶经风机从茎叶排出口吹出，豆荚落入豆荚输出带，完成脱荚作业。

农业农村部南京农业机械化研究所[6]设计了5TD60型青毛豆脱荚机，主要由机架、电机、传动系统、输送夹持装置、脱荚辊组和风机等组成。运行过程中，人工手动将单株青毛豆植株放入输送夹持装置中，随后植株进入上、下两脱荚辊之间，前后两对脱荚辊组重复脱荚，提高脱荚率。

潍坊丰园机械有限公司[7]设计了一种青毛豆脱荚机，主要由机体、电机、风机、植株喂入输送带平台、夹持链条、脱荚辊筒、提升分选输送带、豆荚转出输送带等组成。运行时，人工将青毛豆植株放置在喂入输送带平台上将其带入机体内部，夹持链条夹持植株送至上下脱荚辊筒时，板状脱荚齿将豆荚从植株上脱下，剩余的茎秆由夹持链条继续夹持排出机体外，当豆荚落下时，风机将叶片吹出机体，较长的杂质则由提升分选输送带排出机体，清洗干净的豆荚由豆荚转出输送带输送至收集容器中，完成脱荚作业。

2 青毛豆机械化联合收获技术

青毛豆联合收获机多为自走式，能直接在地里一次性完成青毛豆豆荚采摘、输送、清选、收集等作业，省时高效，大大节约了劳动力，提高了生产效率，加快青毛豆大量上市时间。

河南农业大学[8]设计的自走式青毛豆收获机，主要由行走系统、采摘系统、输送系统、清选系统和储运箱等组成。工作时，行走系统向前行驶，捡拾装置将青毛豆植株导入，采摘滚筒逆时针转动，带动柔性弹齿从下往上捋过青毛豆植株，采摘下豆荚和茎叶随滚筒和弹齿的一起转动被抛甩至后方传送带上，并运送至滚动筛筛除较大杂质，随后风机去除杂质，得到干净的豆荚，最后进入储运箱，完成青毛豆收获作业。

河北雷肯农业机械有限公司[9]设计的自走式二次风选青毛豆收获机，主要由行走机构、收割机构、仓斗、拨茎辊、鼓风机、吹风道和筛网组成。工作时，行走机构前行，收割机构对青毛豆植株进行收割，将豆荚与茎秆进行脱离，并通过绞龙装置将青毛豆荚送往豆荚出口，鼓风机吹出的高压气流通过吹风道从出风口向上喷射，高压气流经过筛网将杂质吹出，豆荚落入收集箱。吹风道中的高压气流可以对豆荚二次风选，进一步对青毛豆进行清选除杂。

海门市万科保田机械制造有限公司[10]设计的青毛豆联合收获机，主要由割台、犁刀、夹持器、采摘器、清选系统和液压系统等组成。工作时，机器前进，犁刀入土挖掘松动植株根部土壤，限深轮随垄面上下浮动实现仿形挖掘，夹持器夹住植株将其拔起往后运输，敲泥杆将根系处的土壤击落。滚筒式采摘器开始第一次采摘，然后辊刀式采摘器进行第二次采摘，采摘完毕后，茎秆由下夹持器抛回田间，豆荚和茎叶等杂质由振动筛进行分选，茎叶被风机吹出，豆荚落入清选箱内，随输送绞龙送至收集箱。

3 浙江省青毛豆机械化收获关键技术研究

3.1 农艺种植规范和农机农艺融合研究

青毛豆农艺种植规范与收获机作业性能有很大的关系，如品种、垄宽、垄高、行距、株距等，两者相辅相成。此外，在青毛豆生产过程中，整地、播种、田间管理等作业环节是否配套也影响收获机的作业性能。因此，在今后的研究中，应规范青毛豆农艺种植参数，选育适合机收的青毛豆品种，加强农机农艺融合，提高各环节机具配套程度，形成浙江省青毛豆机械化作业的技术模式。

3.2 植株性状和物理机械特性研究

以浙江省主导青毛豆品种为研究对象，研究其豆荚、豆叶、茎秆的基本物理特性参数，为采摘、清选等执行部件的设计提供参考依据，降低青毛豆在收获过程中的漏摘率和破损率，并将其控制在农户可接受的范围，主要包括：①测量豆荚形状、豆荚大小、植株高度、豆荚高度等物理参数；②豆荚受力和变形、破裂的关系及测定豆荚与茎秆的连接力；③豆荚茎叶混合物空气动力学特征，建立混合物在有限气流场中的悬浮速度模型。

3.3 机械结构优化设计

在满足机械性能的前提下，采用模块化、小型化的设计思想，设计结构简单、紧凑、通用性好的收获机型，最大限度地降低制造成本，减轻农民购买和使用成本压力，从而提高企业生产兴趣和市场需求；同时，运用CAD、SolidWorks、ANSYS等现代机械设计，对青毛豆收获机关键作业部件开展运动学、动力学仿真，优化机械机构和作业性能。

3.4 智能化水平提升

浙江省青毛豆收获作业环境较为复杂，单一的机械结构形式和较低的智能化程度无法满足作业要求。近年来，随着微电子技术的兴起，自主导航定位技术、多传感器融合技术、机器视觉技术都得到了快速发展，将传统的机械系统和电气控制、液压控制结合起来，实现青毛豆柔性采摘、采摘高度自动调节、自主导航驾驶、作业参数实时监测和智能测产等智能化功能，明显降低漏摘率和损伤率，大大提高作业效率。

4 结语

青毛豆口感佳、营养好，深受消费者的喜爱，市场需求大，效益明显。青毛豆收获劳动强度大，且季节性强，赶时上市特点明显，随着青毛豆产业规模化程度不断扩大和劳动力短缺问题日益凸显，青毛豆机械化收获迫在眉睫。当前，青毛豆收获机开展初探性研究领域应用，依据浙江省青毛豆种植模式和机械化收获现状，结合农机农艺融合、植株物理特性、机械结构优化设计和智能化水平提升，研制出适应浙江省复杂工况下的小型化、智能化青毛豆收获机，对促进浙江省青毛豆产业可持续发展具有重大意义。