国内外大蒜播种机和收获机的研究进展,农业机械化论文

国内外大蒜播种机和收获机的研究进展,农业机械化论文大蒜,别名胡蒜;百合科,多年生宿根草本,其嫩苗、花茎和鳞茎等均可食用,有增进食欲和抑菌、杀菌作用,同时作为蔬菜、调味品、保健品具有很高的经济效益.据中华商务网报道,我们国家是世界上最主要的大蒜生产国和出口国,大蒜常年种植面积约60万hm,产量1058万t余,占全球75%,牵涉到蒜农500多万户[1-3].大蒜是劳动密集型栽培作物,除耕地、整地、灌溉环节能够利用机器外,其它工序基本由人工完成,尤以收获和栽种工序最为辛苦.最近几年,随着农村劳动力转移,大蒜播种、收获用工紧缺,人工成本越来越高,致使大蒜生产成本居高不下,严重影响了大蒜产业的健康发展.从调研情况看,2020年我们国家大蒜人工种植成本约4500元/hm,人工收获成本约9000元/hm(部分地区甚至高达12000元/hm),加上种、肥等物化投入,总成本约45000元/hm,而大蒜的产出因蒜价格的不稳定差距较大(有些年份甚至赔钱),严重影响了蒜农种蒜的积极性.实现大蒜机械化生产对于提高我们国家大蒜产业国际竞争力、减轻劳动强度和增加农民收入等具有重要意义.本文对近年国内外大蒜播种机和收获机的研究进展情况进行了介绍,并对大蒜机械化发展思路进行了讨论,并根据生产现在状况,提出农艺农机融合、播种服务收获的发展思路.1大蒜播种机研究现在状况为了方便机械作业,美国、法国、西班牙等发达国家多使用机器随机播种,不要求种植鳞芽朝上[4-8].韩国如今常用压穴式同步大蒜播种机(如此图1所示),先用压穴器压出半球面形蒜穴,然后将大蒜种体播到压出的蒜穴内,通过蒜穴内球面来实现大蒜鳞芽方向的控制[9].日本洋马推出PH4R型大蒜种植机(如此图2所示),人工投种于橡胶种穴,然后种穴盘向下平动,当贴近地面时,排钟推杆将蒜种插入土中.试验表示清楚,该机存在着伤蒜、直立度低、种植过深、种植后构成陇间距过大等问题,不符合我们国家种植习惯.欧洲国家多采用转盘式排种器,随机播种,对大蒜能否直立栽种没有要求,如此图3所示.圆弧型取蒜勺均布在转盘一侧,当取蒜勺运动到取种位置时,取蒜勺在旋转挡块的作用下打开取种,并在扭转弹簧的作用下随即将其夹紧,多余的种子被毛刷刷掉,落回到种箱.自2008年以来,国内对大蒜播种机械进行了大量的研究,并获得诸多研究成果.以大蒜播种机为本文关键词语在中国专利数据库进行检索,共检索到与大蒜播种机有关的发明专利13项,实用新型专利32项,(2020年15项、2018年8项、2018年5项、2018年5项、2008年8项).主要机型有金磊发明的一种大蒜播种机[10](如此图4所示),采用链勺式单粒取种装置、鳞芽扶正装置和同步直立下栽装置,所采用的同步直立下栽装置能够较好地保证大蒜种体入土后的直立度;但由于大蒜种体形状的不规则,链勺式单粒取种装置无法知足单粒取种效果,另外采用的鳞芽扶正装置需要大蒜种体存在尖部,工作效果并不理想.李华峰发明水力浮种大蒜播种机[11](专利号:ZL200820021828.5),如此图5所示.该发明创造性地提出利用水作为大蒜鳞芽方向控制的载体(利用大蒜种体重心靠下进行大蒜鳞芽方向控制),大蒜种体方向性控制较好,但所采用的取种装置和直立下载装置工作效果不理想.山东五征集团有限公司发明一种大蒜种植机[12],如此图6所示.该机能够实现旋耕、撒药、播种、覆膜一体化,利用大蒜蒜尖小的特点进行大蒜制直立度控制;但实际工作经过中,很多大蒜蒜尖卷曲或者磨损掉,致使大蒜尖部朝下种植.〔图1-5略〕综上所述,国内还没有成熟、知足农艺要求的大蒜播种机械出现,国外已有部分先进机具,要实现对大蒜栽种姿态的精到准确控制还需要进行进一步的研究与探寻求索.当前,大蒜播种机主要存在下面问题:1)大蒜种体形态不规则,并且颗粒较大、易伤,使大蒜单粒取种困难;2)大蒜种体形态不规则,使大蒜输送经过中鳞芽方向控制困难;3)工作不稳定,故障率较高.2大蒜收获机研究现在状况西班牙、日本等发达国家大蒜收获已实现了机械化作业.日本洋马制造了HZ1型大蒜收获机(如此图7所示),可实现挖掘、输送、去土、切根、摘叶、收纳和搬运.西班牙J.J.BROCH公司生产的切秧式大蒜联合收获机(如此图8所示),由分禾器将蒜秧导入夹持胶带,同时挖掘铲入土将大蒜根部挖松,大蒜由夹持胶带夹蒜秧输送;大蒜被夹持输送到切秧机构把蒜秧切掉后,大蒜头掉到横向输送链上,横向输送到袋内.其配套动力为44.1kW拖拉机,行走速度为3km/h,行距要求40~55cm[13].国外产品价格较高、且不合适我们国家现有种植形式,不宜推广我们国家大蒜种植以小户、小地块为主,有垄作形式、平作形式及套种形式,多样的种植形式致使收获机械机型多样,无法定型[14-17].当前,国内大蒜收获机以挖掘式为主,有前置式、后置式,如此图9所示.其采用机械挖掘方式收获时,仍需要人逐棵清理和收集,对劳动力的节省有限.相对挖掘式收获机,挖拔式联合收获机能一次完成挖掘、清土、输送、果秧分离和集果等工序,是当下大蒜收获机械化的发展方向[18-19].2018年,农业部南京农业机械化研究所研制了适于宽窄行种植形式的4DBL-2型自走式大蒜联合收获机[20],如此图10所示.该机一次收获两行,采用全液压驱动技术,挖掘装置松土后,夹持输送装置将大蒜拔起,经过清土装置、对齐切秧装置和集果系统实现挖掘、清土、切切和收集一体化作业;但当前仍处于样机试验阶段,适于两种宽窄行种植形式,即20cm(窄行距)40cm(宽行距)、20cm(窄行距)50cm(宽行距).2018年,山东省农业机械科学研究院研制了4DSZ-4型自走式大蒜联合收获机[21],如此图11所示.该机一次收获4行,整机侧向配置,全液压驱动,分上下两层布置,作业经过与4DBL-2型自走式大蒜联合收获机类似;但当前处于仍处于样机试验阶段,适宜于适于4行垄作种植形式,行距要求为180mm.〔图7-11略〕综上所述,国外大蒜收获机以挖拔式为主,技术已较为成熟;国内以挖掘式为主,挖拔式联合收获机还处于定型研究阶段,随着大蒜机械化生产进程的推进,适于一定栽培形式的挖拔式联合收获机是将来的发展方向.当前,大蒜机械化收获主要存在下面问题:1)大蒜种植形式不规范、不统一,致使无法对行收获;2)由于抽薹过于靠下,致使大蒜倒伏严重,无法夹持收获;3)大型大蒜联合收获机械价格较高,缺少小型大蒜联合收获机的研制.3发展思路讨论1)农机农艺融合、播种服务收获.大蒜栽培形式不规范、不统一,是阻碍大蒜联合收获机设计和推广普及的主要因素.因而,突破传统上只从机械优化方面解决大蒜机械化生产难题的思路,根据国内大蒜种植习惯和大蒜联合获机对栽培形式需求,对大蒜标准栽培形式进行研究,得到不同栽培形式对蒜头产量及品质影响规律.同时,建立与经济效益对应的函数关系,使大蒜栽培形式评价更客观并具有可量化操作性,为大蒜实际生产提供指导,通过农机农艺融合的方式方法来加快大蒜机械化生产发展步伐.2)重点技术突破.大蒜鳞芽方向控制是大蒜播种机设计的瓶颈问题,传统的设计方式方法主要集中在机械改良和优化方面.由于大蒜种体形态、大小不规则,这一关键技术问题一直没有得到有效解决.为此,提出下面思路:(1)利用大蒜种体重心靠下这一稳定的物理特性,开展大蒜鳞芽方向控制装置研究,进行技术攻关;(2)对我们国家传统大蒜种植农艺要求的经济性进行深切进入研究,探寻求索大蒜种植鳞芽朝向对蒜头产量及品质影响规律,并建立与经济效益对应的函数关系,为大蒜机械化播种提供新途径.3)政策支持.大蒜种植相对于小麦、玉米、水稻等,其种植面积较小,农机市场不大.另外,国外同类机械不合适国内种植形式,在技术上可借鉴之处不多,造成大企业不愿做、小企业做不了.为实现大蒜机械化生产,需要政策给予下面支持:(1)在科研基金上给予支持,对关键技术进行攻关;(2)对大蒜农机具进行补贴,扶持引导基层农机服务组织和农民购买先进、实用的大蒜播种、收获机械;(3)建立示范基地,施行辐射带动,积极做好大蒜机械化生产技术的示范推广工作.以下为参考文献:[1]孙永泰.大蒜干制品的加工与出口[J].杭州食品科技,2005(3):35-36.[2]丁超.我们国家大蒜出口现在状况及对策[J].中国蔬菜,2005(4):1-5.[3]苏钦东.大蒜生产与出口现在状况分析及瞻望[J].农产品加工,2008(3):53-55.[4]郭毅,张祖立,于丽颖等.大蒜播种机械的研究现在状况[J].农机化研究,2018,31(6):221-223.[5]张会娟,胡志超,吴峰,等.我们国家大蒜机械化种植与收获大概情况[J].江苏农业科学,2018,3:460-461.[6]荐世春,王小瑜,马继春,等.我们国家大蒜机械化收获技术研究现在状况[J].农业装备与车辆工程,2020,50(4):14-17.[7]郭毅,张祖立,于丽颖,等.大蒜播种机械的研究现在状况[J].农机化研究,2018,31(6):221-223.[8]高迟.大蒜播种机器人控制系统的研究[D].杨凌:西北农林科技大学,2018.[9]林悦香,尚书旗,杨然兵.大蒜生产机械的现在状况与发展[J].农机化研究,2020,34(3):242-245.[10]金磊.大蒜种植机械设计[D].北京:中国农业大学,2007.[11]李华峰.大蒜播种机:中国,ZL200820021828.5[P].[2018-04-30].[12]李瑞川,李政平,孙雪.大蒜种植机:中国,ZL201810257073.0[P].[2018-01-31.[13]于昭洋,胡志超,王海鸥,等.大蒜收获机械研发现在状