油莎豆收获机发展现状及建议

关键词：油莎豆；收获机；技术现状

0 引言

油莎豆（Cyperusesculentus），又名油莎草、铁荸荠、地杏仁等，具有较高的粮油饲兼用价值，是我国重要的经济作物之一。油莎豆的种植和加工不仅能够提供就业机会，促进农民增收和农村经济发展，还可以改善土壤质量，促进生态修复[1]。因此，提高油莎豆的收获效率和品质具有重要的经济、社会和生态意义[2]。

目前，我国油莎豆的机械化收获技术还不够成熟，存在收获效率低、损耗大、操作复杂等问题，严重制约了油莎豆产业的发展[3]。为此，本研究简要介绍油莎豆收获机的工作原理和分类，从国内外的研究和应用现状出发，详细分析油莎豆收获机的发展历程及存在的问题。针对这些问题，提出具体的优化措施和发展建议，以期为油莎豆机械化收获技术的改进和优化提供科学依据和理论支持。

1 油莎豆收获机

了解油莎豆的生长周期、收获时机、收获机分类与主要结构及工作原理有助于深入理解油莎豆的机械化设备工作过程和原理。

1.1 收获时机选择

油莎豆是一种草本植物，生长期约120d。北方春季在4月中下旬播种，9月下旬或10月初进行收获。南方种植时间可提前1个月，收获时间可稍作延缓[4]。当油莎豆的叶片大多变黄，块茎变硬，多数为橙黄色或棕褐色时，说明已经成熟可以采收。收获时还应考虑豆荚的成熟程度。当豆荚完全成熟时，油莎豆质地饱满，由绿色变为黄色或褐色，可获得较高的产量和质量。气候条件也对油莎豆的产量和品质有重要影响。收获时还要考虑农事作业的安排和市场需求。在油莎豆的生长周期中，根据其生长、市场需求情况选择适当的时机进行收获，以确保在满足市场需求的同时保持较高的产量和品质。

1.2 油莎豆收获机分类与主要结构

1.2.1 分类

根据油莎豆收获机的移动方式分为手动式和机械式。手动收获机依靠人力，适用于小规模农业生产和山地油莎豆收获。机械化收获可大规模和高效率地收获油莎豆。从功能来看，油莎豆收获机分为单功能和多功能收获机。单功能收获机用于油莎豆的收割和收集，多功能收获机可同时收割、清理、筛选和包装油莎豆。

1.2.2 主要结构

油莎豆收获机包括动力系统、传动系统、割台系统、输送系统和控制系统等，结构功能如表1所示。油莎豆收获机的分类与主要结构决定着其收割效益和工作性能。在研发和设计中，应注重结构的合理性、功能的多样性和自动化控制系统的完善，以提高收获机的工作效率和操作便利性。

1.3 工作原理

油莎豆收获机工作流程为切割−抛离−收集−处理−输送。首先利用刀盘和刀片的旋转，实现油莎豆株茎的切割；通过收集器或输送带等结构，将油莎豆从株茎上抛离出来并收集；之后进行油莎豆清洁、筛选和包装等处理和输送；最后将油莎豆运输到加工厂或仓储设施。

2 国内外油莎豆收获机现状

2.1 国外现状

北美油莎豆收获机有机械摘取式和振动式两种。机械摘取式通过机械手臂摘取果穗，效率高、劳动强度低；振动式通过振动摇下果穗，结构简单，适用于小面积种植。油莎豆收获机可实现全程自动化操作，减少人工干预误差，效率较高；设计上也采用非破坏性的收获方式，减少对作物的破坏来保持品质。同时，收获机能适应不同地形、种植模式和栽培方式。

欧洲油莎豆收获机类型多样，以西班牙某公司的拖拉机牵引式油莎豆收获机为例，挖掘铲将油莎豆挖起送入滚筒筛分离，滚筒筛有单滚筒和双滚筒，油莎豆经滚筒筛分选后输送到集粮车，特别适合沙土地油莎豆的收获，分离效果较好，不易堵塞[6]。

2.2 国内现状

20世纪50年代，我国从苏联引进油莎豆并在北京植物园试种成功，油莎豆开始发展。20世纪70年代，油莎豆收获机开始研发，但结构简单、性能较差，无法适应不同地理环境和农艺栽培要求，机具耐久性不强、工作效率较低等。到80年代初，油莎豆收获机可一次性收获油莎豆，收获效率有较大幅度的提高。90年代至今，油莎豆收获机得到了技术改进，涌现出大量的企业及科研人员研究油莎豆收获机。

在中国知网上以油莎豆、收获为主题检索近10年的发文量有176篇，进一步锁定系统给出的主要主题词油莎豆收获机、脱粒分离装置、清选装置、双层滚筒筛、风筛式和果杂分离装置等在176篇的结果中继续搜索，这些搜索词均为油莎豆收获机中密切相关的部件，如图1所示。计量可视化分析结果显示，2021年之前油莎豆收获的研究文献较少，2021年后呈上升状态，随着国家对油莎豆支持力度的提升，其种植面积增加较快，激发了各科研机构、科研院所、企业等开展油莎豆收获方面的技术与装备的研究。

吉林省农业机械研究院研制出一种集脱粒、分离、清选于一体的油莎豆收获机，如图2所示，采用了一种特殊的凹板筛设计以减少堵塞，此机械不具备挖掘功能[7]。湖南省邵阳市农业机械研究所开发的小型油莎豆收获机采用模块化设计理念，调整振动模块和更换筛选模块以快速实现功能转换，适应性强、操作简便、效率较高[8]。吉林省好易收农牧业科技开发有限公司生产的牵引式油莎豆收获机，如图3所示，可完成摘豆、分离、收集的功能，但是作业效率较慢[9]。新疆雨为农业科技有限公司生产的油莎豆收获机，如图4所示，工作效率有了提高，但工作时挖掘部件刀片会出现断裂变形，沙地油莎草根易堵塞。

油莎豆收获机相关专利上，吉林农业大学研制的实用新型专利一种油莎豆收获机（CN213886996U），包括分离箱、固定板、伺服电机、螺纹杆、转动轴、旋转轴和多个旋转辊，可用于分离油莎豆的根茎和泥土。吉林省好易收农牧业科技开发有限公司研制的实用新型专利油莎豆育种大棚用振动收获（CN215379919U），适用于油莎豆育种大棚，具有结构紧凑的特点，适合在狭小空间进行起收作业。长春市鼎洋机械制造有限公司的发明专利一种油莎豆收获机滚筒筛选出料装置（CN111837585A），提供一种能够在不同土壤条件下有效收集油莎豆果实的装置，如图5所示。

随着人们对农产品质量要求的提高，对收获机械的需求也相对提高，意识到农业机械化的重要性[10-11]。国内油莎豆收获机技术还存在一定的问题。首先，机械结构、功能和使用方面的问题影响了油莎豆的收获效率。如收获机受冲击和振动，需优化设计并简化结构，减少易损部件，加强抗振能力；筛果时振动筛筛孔堵塞，需改进清洁系统，提高清洁效果，减少堵塞[12]。其次，油莎豆收获季节较短，需有限的时间完成大量收获，要求机具高效，需考虑不同地区和不同天气条件下农作物生长状况。如沙漠地区土壤质地较差，收获机容易遇到阻塞和损坏，需根据实际调整收获机的参数确保正常运行；操作人员应具备较高的技术水平和丰富的维修经验，需开展培训和技术指导[13]。最后，油莎豆收获机使用成本较高，属于大型农业机械，制造成本相对较高，并且投资回报期较长，机器运行需要耗费大量的燃料。可采取共享模式降低收获机使用成本，分摊购置成本，降低投资压力，提高设备利用率。

3 SWOT分析

SWOT分析是常用的战略管理工具，评估一个组织或项目内外部环境，并确定其优势（S）、劣势（Ｗ）、机遇（O）和挑战（Ｔ）。首先，分析其内部优势，以新疆莎车县为例探讨其在当地具备的资源、技术、经验和竞争优势。随后，剖析其内部劣势，揭示油莎豆收获机的发展在生产、管理和创新方面存在的问题挑战。最后，分析其包括市场需求、政策支持和技术进步等面临的机会，如表2所示。

3.1 优势（S）

以新疆莎车县为例，其土地资源丰富，适宜油莎豆种植，土地面积广阔；气候条件适宜，降水量合适，利于油莎豆生长；具有种植、收获和加工等技术熟练、经验丰富的农民和企业。油莎豆收获机能适应不同种植环境和不同作业要求，复杂地形稳定运行，在技术性能和工艺过程等达到了较高的水平，收获效率和质量有较大的提高。加工技术也有所提高，可生产高质量的油莎豆制品。

3.2 劣势（W）

针对油莎豆收获机在市场上存在的劣势分析其表现及影响，为后续技术和策略提供理论依据，以提高其市场竞争力和持续发展能力。油莎豆收获机内部劣势除了市场方面，也存在于收获技术方面，如表3和表4所示。

3.3 机遇（O）

SWOT分析也需考虑外部环境的变化。外部机遇指有助于组织实现其目标的、能够为其带来潜在利益的因素。

3.3.1 需求增加

国内外油莎豆的需求不断增加，为油莎豆发展带来了巨大的机遇、广阔的市场空间和销售渠道。据统计，近几年国内外市场对油莎豆的需求分别增长了30%和50%。另外，油莎豆收获机的发展也受益于人们对健康食品的追求。油莎豆被誉为“黄金油库”，富含蛋白质、脂肪、维生素和矿物质等营养成分，营养价值和药用价值较高[16]。

3.3.2 政策支持

国家政策的支持也是油莎豆收获机发展的重要机会。近年来，国家一直致力于推动农业现代化和农村经济的发展，加大对农产品生产的支持力度，特别是通过制定和实施相关扶持政策，为油莎豆收获机发展提供重要支持[17-18]。如国家加大对农业科技研发投入，为油莎豆种植技术提供资源和资金支持；加强对油莎豆生产和加工企业的扶持，给予税收减免、贷款支持等政策优惠；完善油莎豆收获机的标准体系和质量认证制度，提高产品的竞争力等[19]。这些政策为油莎豆收获机提供了更好的发展环境和政策支持。

3.4 挑战（T）

3.4.1 市场竞争

首先，国内外油莎豆市场竞争激烈，来自其他国家和地区的油莎豆产品及其他农产品的竞争。其次，油莎豆市场需求的增长，较多的企业和农户的种植面积增加，导致市场供应量增加、市场价格下降。大部分油莎豆企业规模较小，小、散、乱、杂，生产能力有限，难以与竞争对手形成明显优势。另外，国际市场对油莎豆产品的质量、安全性和环境可持续性要求越来越高，给油莎豆收获机带来了挑战。

3.4.2 技术更新

油莎豆收获机械化水平上仍存在较大的差距。目前，油莎豆收获主要依靠牵引式收获机，生产效率较低。首先，企业用于油莎豆收获机科研经费较少；其次，国家对油莎豆收获机的支持力度还需加强[20]。国内也有个别地区采用了先进的油莎豆收获机，提高了生产效率和劳动效益。

4 发展对策

研究油莎豆收获机的优势、劣势、机会和挑战，在优势和机会的基础上，依托当地的资源优势、政策支持和市场需求，进一步发展壮大，但也不能忽视其内部劣势和外部挑战，需制定有效的对策和措施。

4.1 改进收获机结构

4.1.1 优化结构设计

首先，提倡使用模块化设计，将不同部分的功能模块化，方便替换、维修和升级。特别是易损件可将其设计成可拆卸的模块，减少更换成本。其次，加强结构的稳定性和刚性。收获机主体结构应采用高强度材料，使其能够承受更大的载荷。在连接处，使用焊接、螺栓或其他可靠的固定方式，以确保收获机在工作过程中不会出现松动或者变形。最后，要注重人机工程学，确保油莎豆收获机在工作时对操作人员的身体健康无不良影响。

4.1.2 提高收获机机械强度

首先，选择更好的材料以提高收获机的抗拉强度和抗压强度。其次，采取合适的加强措施，如在关键部位加装加强件，或采用更多的连接件。其次，对于容易出现疲劳破坏的部位，采用表面强化技术，增加其表面的硬度和耐磨性[21]。最后，优化收获机结构来提高其机械强度，采用更合理的布局和设计以减少收获机受力集中。增加部件尺寸或加厚部件的壁厚，来提高收获机承载能力。

4.1.3 延长收获机寿命

首先，做好收获机日常维护保养。其次，优化收获机使用方法来延长其寿命。如避免过载和过速运转，以减少机器的磨损和疲劳；避免恶劣的工作环境和工艺条件，确保收获机正常运转。最后，改进收获机机械结构，通过模块化设计、提高机械强度和延长寿命等措施，改善收获机性能，提高工作效率和可靠性。

4.2 提高收获机性能

为了提高油莎豆收获机性能，需要针对提高油莎豆收获机收获效率、改进清洁效果及增加自动化程度展开研究。提高油莎豆收获机收获效率可从机械结构、工作原理、动力系统和培训指导等方面入手。优化机械设计，利用先进传感技术提高运转效率，采用节能技术降低成本。培训用户操作技能，确保收获机正常高效运转。清洁效果影响油莎豆质量和产量，优化清洁装置和清选系统、调整收获机速度和参数以适应环境、保养收获机。

以上对策措施的实施，可有效地提高油莎豆收获机性能，提高收获效率、改进清洁效果和增加自动化程度，为油莎豆收获机的现代化发展提供有力的支撑和保障。

4.3 提高收获机使用便利性

可简化操作流程来提高油莎豆收获机的使用便利性。组织培训班或技术交流会，邀请专家和技术人员现场演示和讲解，提供技术支持，帮助用户更好地使用收获机。提供维修技术支持可提高油莎豆收获机的使用便利性。建立完善的维修服务体系，确保专业维修及时、高效；建立用户反馈平台，及时了解用户需求和反馈，优化收获机性能；提供常见问题解决方案和故障排除方法，方便用户自行解决问题，如编写维修手册和故障处理指南，用户自行解决一些常见问题，减少维修人员的出动频率，提高维修效率和便利性。这些措施将有助于提高油莎豆收获机的使用便利性和用户满意度。

降低收获机使用成本是提高使用便利性的重要手段之一。采用新材料和新工艺，提高零部件的制造精度和质量，降低维修和更换的频率和费用。优化收获机动力系统和传动系统，改进各个零部件的匹配和协同工作，提高整体能效和使用寿命，减少能源消耗和维修的频率。通过定期维护和保养，可以延长收获机使用寿命，减少维修和更换的频率和费用，降低总体的使用成本[22]。开展技术革新和创新，采用自动化和智能化技术，减少用户操作难度，提高工作效率和准确性[23]。实现对收获机的实时监测和控制，提高工作的稳定性和可靠性，减少能源浪费和损耗。

面对市场方面和技术方面存在的劣势，总结相应的措施和策略如表5所示。

5 展望

5.1 新技术应用

油莎豆收获机的新技术应用将成为其未来发展的关键因素之一。基于数字化、智能化和自动化技术的创新，使油莎豆收获机具备更高的作业效率和精确度。如自动导航技术的实现可提高油莎豆收获机作业效率并减少能耗。另一方面，传感器技术的广泛应用使得油莎豆收获机精确地感知作业环境，实时监测机械运行状态，并做出相应的调整，提高收获效果。此外，虚拟现实（VR）和增强现实（AR）技术的应用也可为油莎豆收获机提供更加直观、灵活和智能的操作界面，提升用户体验和工作效率。

5.2 未来发展

随着油莎豆收获机的不断发展，农民对油莎豆收获机的需求重点集中在收获效率提高、劳动强度降低、产品质量提升等方面[24]。同时，油莎豆的种植规模将逐渐扩大，生产效益也将得到提高。其次，在科技进步和创新的推动下，农业生产技术不断更新，油莎豆种植和加工技术也将进一步改进和创新。最后，国家对农业政策的支持也将为油莎豆收获机发展提供良好的环境和机遇。规模化种植油莎豆，将有利于粮油安全战略的实施，加快大豆替代行动进程[25]。油莎豆收获机具有广阔的发展前景和潜力。

油莎豆收获机市场也面临着一些挑战。首先，市场竞争激烈，国内外企业在技术研发、产品质量和价格方面都有不同的优势。其次，由于油莎豆具有一定的特殊性，油莎豆收获机在适应性、稳定性和可靠性方面仍需加大研究力度。此外，价格、售后服务等也会影响用户对油莎豆收获机的选择。因此，在未来的发展中，油莎豆收获机企业需注重技术创新、引入数字化、智能化和自动化技术，提升产品品质、优化售后服务等，以保持市场竞争力，并不断满足用户的需求[26]。

6 结束语

为了促进油莎豆收获机健康发展，发展策略的制定很有必要。首先，改进收获机结构，如优化结构设计、提高机械强度、延长使用寿命等。其次，提高收获机性能，如提高收获效率、改进清洁效果、增加自动化程度。最后，提高收获机使用便利性，如简化操作流程、降低使用成本等。总之，采取相应的发展趋势和策略，进一步提高油莎豆收获机品质，提高农民收入水平，推动农村经济发展。