大蒜收获机研究综述及前景展望

大蒜收获机研究综述及前景展望

逯文展,张青雨,贾一诺,顾芬羽,张子涵

中国矿业大学徐海学院

省市：江苏省徐州市

邮编：221008

摘要：我国大蒜产业居世界前列，但机械化收获水平较低，大部分地区采用简易的挖蒜装置，需要人工进行捡拾、切茎和切须根等作业，劳动强度大，效率低，因此，推进大蒜收获机朝着自动化、智能化发展已经成为了一种必然趋势。通过对国内外大蒜收获机的应用现状和研究进展进行分析，提出了一些大蒜收获机的发展趋势及展望，为大蒜收获机械化进一步发展提供参考。

一、大蒜收获机的应用现状

大蒜作为根茎类作物，主要由根、假茎、叶、花薹、鳞茎等5个部分组成，由于蒜叶部分比较长，作业强度大，大蒜在收获时，容易对蒜头造成损伤。目前，国内外采用的机械式收蒜方法有2种，主要为分段式和联合式。分段式大蒜收获主要是能够进行大蒜的挖掘、去土、平铺等功能，后期需要进行人工的捡拾、切茎、切须、收集等作业。此种方式效率高，应用面积广，而且机型的造价较低。联合式大蒜收获包括完成大蒜的挖掘、去土、夹持输送、切茎和自动收集等功能，整个过程自动化程度较高，有效地解决了中小型大蒜种植户劳动强度大、作业效率低、劳动成本高等实际问题，适合大面积推广。

1.1分段式大蒜收获机

国外的大蒜种植面积相比于我国较少，针对大蒜单品种收获的机型较少，大部分机型都能够兼收大蒜、胡萝卜、土豆等根茎类农作物，其中分段式收获模式主要是以欧美和亚洲少数国家为主。典型的有美国TopAir公司生产的GW4400四行大蒜挖掘机和GL2400两行大蒜捡拾机。

由于国内大蒜机械化收获起步较晚，大多数收获机仅能实现大蒜的挖掘去土和蒜茎的切除，整个收获机自动化程度较低。王利远等研制了一款三行分段式大蒜收获机，它能够一次性完成大蒜的挖掘、夹持输送、打捆及田间铺放等作业，并通过田间试验得知，整机生产效率为0.1 hm2/h，能达到的漏蒜率为1.9%，对大蒜的损伤为0.58%，各项指标达到设计标准，而且能够适应不同地区的作业模式。

1.2联合式大蒜收获机

日本、韩国和一些西欧国家以联合式收获方式为主，主要针对的是大蒜中小型规模种植。代表机型有法国EＲME公司生产的切秧式和打捆式大蒜联合收获机。我国是世界大蒜的主要生产国，大蒜种植区主要分布在以江苏省徐州市为中心的苏、鲁、豫3 省，大蒜种植范围较广，针对目前国内大蒜生产现状，也有不少研究人员研发过此类的机型，其中农业农村部南京农业机械化研究所和江苏泰州宇成动力集团有限公司联合研制一款4DLB－2型半喂入自走式大蒜联合收获机，并成功探索出一套适合该机型的宽窄行种植模式，能够有效地解决收获机工作时压蒜问题，但收集装袋的蒜头需要人工后期进行切须根作业。

徐州市农机技术推广站研发的4S－85型全喂入自走式大蒜联合收获机，该机型与东风－12型手扶拖拉机配套作业，整机质量达到730kg，工作幅度为850mm，作业深度最大为12mm，挖净率能达到97%，损伤率低于2%，适合在不同类型的土壤上作业，能够兼收花生、大蒜、土豆等根茎类作物。但该机主要采用焊接工艺制作而成，不易于更换零部件。

二、大蒜收获机关键部件的研究现状

大蒜收获机主要由扶禾装置、大蒜振动挖掘、装置、夹持输送装置、去土装置、切割装置、蒜头收集装置及其一些零部件组成。对于如何在小型地块进行机械化收获，不少学者针对收获机上一些关键部件进行了大量的研究，通过对收获机上关键部件的优化设计，从而来提高整机的收获性能。

2.1振动挖掘装置

振动挖掘装置是整个收获机的核心部件，它能够对土壤层进行破坏，实现蒜头和部分土壤的分离，其入土的角度影响整个收获机的前进阻力。减小机具的行进阻力、降低对蒜头的损伤是目前振动挖掘铲的研究重点和技术难点。邢立冉等设计了一种利用偏心振动连杆机构，该机构实现挖掘铲的振动，增加了收获机的性能，减少牵引阻力，减少了能耗。吴彦强等提出了一种圆盘式大蒜挖掘装置，通过三因素正交试验得出圆盘的最佳工作参数，且使用该挖掘装置挖掘率为99．56%，伤蒜率为1．57%。辛杰通过研究大蒜种子的物理特性，设计了大蒜联合收获机的挖掘装置，并通过EDEM仿真优化了大蒜挖掘铲。

2.2夹紧输送装置

夹紧输送装置能够完成自动对行、对齐切茎、夹持输送等功能，其中自动对行、对齐切茎且保持大蒜在输送过程中无损伤，既是整个夹持输送装置的研究重点也是技术难点。陈翠娟通过三维软件建模并利用ADAMS仿真分析大蒜打捆收获机，设计一种更有利于传送横向输送带。于昭洋等设计了夹紧输送装置，大蒜的夹紧方式从链条夹紧变为链板式发夹，这种结构降低了大蒜鳞茎接触螺旋栏杆时的冲击力，从而有效地解决了大蒜鳞茎受伤的问题。辛杰等通过分析大蒜的种植模式研制了一款柔性夹持输送装置，有效地解决了大蒜在夹持输送过程中对蒜头损伤问题。

2.3切割装置

大蒜作为根茎类作物，大小各异，同时蒜的表皮比较细嫩，在切割过程中容易研制了一种挖掘单元由V对蒜头造成损伤，如何低损高效进行蒜根切除是大蒜机械化收获技术难点。Krishna等形刀片组成的4排拖拉机操作的大蒜收割机，用于机械收割大蒜，有效地实现了蒜秧和蒜头的分离。于昭洋等设计了一款大蒜联合收获果秧分离装置，并对该装置进行参数优化，经过试验验证切痕合格率为98.29%，损伤率为2.23%，同时设计了一种大蒜联合收获根切试验台，有效地解决了切根清除率低的问题。

三、总结与展望

通过对国内外大蒜收获机的分析可知，目前我国在大蒜收获机械化取得了一定成果，但现有的大蒜收获机还不能完全满足中小型大蒜种植户的需求，研究的大蒜收获机大都仅能单独实现大蒜的挖掘、去土和蒜茎的切除作业，联合收获机的自动化程度较低，相关的技术和设备还处于初、中级发展阶段，与国外技术水平相比还有很大的差距。综上所述，未来大蒜收获机的发展趋势如以下几点。

(1)统一大蒜种植技术，规范大蒜种植农艺。结合我国大蒜种植特点和土壤条件，研究与制定与大蒜播种、收获机械研发有机融合的关键农艺技术，不仅满足大蒜播种和收获机械操作的株行搭配、种植方式和田间布局的研究，而且能够集成适宜大蒜机械化种植和收获的“宜机化”种植技术体系。

(2)采用新型材料制造大蒜收获机的关键部件。新型材料作为现代高新技术发展的先导，应用范围较广。将新型材料应用到大蒜收获机的研制中，能够降低关键部件，如大蒜振动挖掘装置、切割装置等磨损程度，提高强度，同时能够提高整个收获机的工作稳定性，降低整机的自重，从而提高整机的收获效率和工作性能。

(3)发展自动化、轻量化及智能化的大蒜收获机。由于大蒜收获时，大蒜收获期短，且蒜农雇佣工人平均人工费高达15000元/hm2，导致大蒜生产成本增加，蒜农收入下降，研制自动化水平高的收获机能够大大缩短收获时间，抢占农时，解决大蒜因长时间滞留田间而造成蒜头损伤的难题，同时能够降低劳动成本，符合广大中小型大蒜种植户的迫切需求。目前国内外现存的大蒜收获机型大都体型庞大，不易于操作，涉及智能化方向较少，但随着当今世界科技的发展，现代农业正在朝着智能化方向发展，融合多传感器融合的现代科学技术，能够推进大蒜产业的发展。

(4)提高国内大蒜收获机的自主创新，减少投入成本。目前，我国研制的大多数收获机是从国外引进的机型进行改造后反向设计，大多数机型都处于样机试验阶段，稳定性不高，无法应对我国复杂的农田作业环境。且由于我国大蒜的种植技艺与规范和国外不同，直接引进的机型不能直接进行使用，无法进行大范围的推广。因此提高自主创新能力，研制适合我国国情的大蒜收获机，不仅为我国大蒜机械化收获提供性价比高的技术装备，同时也是我国大蒜收获机械市场化发展的必然趋势。

作者姓名：逯文展，性别：男，民族：汉族，出生年月：2003年3月，籍贯：山东济宁，学历：本科在读，职称：学生，研究方向：机械工程

工作单位：中国矿业大学徐海学院