阿爾孜古麗·吾買(mǎi)爾

立架種植葡萄修剪機(jī)的研制與展望

阿爾孜古麗·吾買(mǎi)爾

（新疆工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊830023）

結(jié)合新疆葡萄園的種植模式特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種往復(fù)式葡萄修剪機(jī)，可以解決勞動(dòng)生產(chǎn)的耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，人工成本高，作業(yè)量大等問(wèn)題，以來(lái)提高葡萄產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。并對(duì)往復(fù)式葡萄修剪機(jī)提出了一種方案設(shè)計(jì)，使往復(fù)式修剪機(jī)不僅可以用于葡萄園的修剪，也可以用于其他果園和園林的修剪和整形，具有很好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，可以得到很大的推廣。

葡萄；修剪機(jī)械；性能參數(shù)

葡萄是我國(guó)重要的果品，隨著國(guó)內(nèi)葡萄生產(chǎn)規(guī)模化和產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，對(duì)葡萄生產(chǎn)機(jī)械化技術(shù)與裝備的需求越來(lái)越大。但國(guó)內(nèi)葡萄生產(chǎn)機(jī)械化水平總體來(lái)講，還相當(dāng)落后，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還差距很大。多年來(lái)，國(guó)內(nèi)有關(guān)科研院所和企業(yè)圍繞葡萄生產(chǎn)機(jī)械化也開(kāi)展了一些技術(shù)研究與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，但主要還集中在開(kāi)溝種植、埋藤、旋耕除草、培壟施肥、旋耕松土、病蟲(chóng)害防治等田間作業(yè)；在格架建立、剪枝、整枝、定枝、收獲、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)的機(jī)械化研發(fā)還很少。發(fā)展我國(guó)葡萄生產(chǎn)全程機(jī)械化還任重而道遠(yuǎn)，不斷吸收發(fā)達(dá)國(guó)家先進(jìn)技術(shù)，則不失為便捷之舉。

葡萄為多年蔓生，因枝蔓上生有卷須，能纏繞它物，攀援上升，一面匍匐地面，使風(fēng)，光多受阻礙。稠密的枝條，病蟲(chóng)易于繁殖；過(guò)多的枯枝、老枝和新生枝分擔(dān)了整體的營(yíng)養(yǎng)，造成結(jié)果的枝蔓營(yíng)養(yǎng)跟不上，就影響到果實(shí)的產(chǎn)量和品質(zhì)；如果放任其自由生長(zhǎng)，可能造成大小年的問(wèn)題，這對(duì)果園不易有計(jì)劃地豐產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)。

1　葡萄修剪的好處

（1）合理的修剪能保證一定數(shù)量的芽眼，從而保證每年發(fā)出良好的新生枝蔓，以達(dá)到提高產(chǎn)量、連年豐產(chǎn)。減少大小年的問(wèn)題，發(fā)揮全園果樹(shù)整體的生產(chǎn)力。

（2）合理的修剪還可以合理的分配結(jié)果的數(shù)量，可以調(diào)節(jié)生長(zhǎng)和結(jié)果的關(guān)系，調(diào)節(jié)樹(shù)體養(yǎng)分的供應(yīng)，減少不必要的營(yíng)養(yǎng)流失。

（3）合理的修剪也可以使陽(yáng)光更能充分的照射，提高果實(shí)的充分著色，果實(shí)外貌和品質(zhì)。從而，提高果實(shí)品質(zhì)和等級(jí)。

（4）合理的修剪可以減少病蟲(chóng)害的侵害，使果樹(shù)更能適應(yīng)多種環(huán)境，從而增強(qiáng)果樹(shù)的抗逆能力。

（5）合理的修剪可以減少果園施肥、打藥、收獲等果園管理的強(qiáng)度，也便于果園的機(jī)械化水平操作，從而降低生產(chǎn)成本。

2　國(guó)內(nèi)外葡萄修剪機(jī)械的研究現(xiàn)狀

在國(guó)外，尤其是在葡萄園和采用籬壁式矮化密植栽培技術(shù)的果園，多采用整株幾何修剪。其優(yōu)點(diǎn)是作業(yè)速度快，修剪質(zhì)量比較粗糙。幾何修剪可以除掉阻礙機(jī)械通行的枝條，因此修剪后的果樹(shù)有利于后續(xù)的作業(yè)實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。

果樹(shù)修剪方式主要有兩種：一是單枝選擇修剪，一是整株幾何修剪。在我國(guó)以及在新疆，主要是采用單枝選擇修剪。單枝修剪就是根據(jù)當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件和樹(shù)種等特點(diǎn)，按一定原則單枝修剪。這也是一種技術(shù)很強(qiáng)的工作，作業(yè)條件也比較復(fù)雜，目前只有人工完成。整株幾何修剪就是在拖拉機(jī)上安裝可以上下升降、左右轉(zhuǎn)動(dòng)的外伸作業(yè)臂，臂端裝有機(jī)械傳動(dòng)的切割器，對(duì)樹(shù)冠按一定的幾何形狀進(jìn)行修剪。

整株幾何修剪的工具根據(jù)切割器的類(lèi)型不同，又分為往復(fù)割刀式修剪機(jī)、轉(zhuǎn)刀式修剪機(jī)和圓盤(pán)鋸式修剪機(jī)。

（1）往復(fù)割刀式修剪機(jī)。由一組往復(fù)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)刀片和作底刃的定刀片組成的修剪機(jī)的切割器。切割器的控制由液壓系統(tǒng)完成。最有代表的是早期的匈牙利CSVL型修剪機(jī)。這種修剪機(jī)的最小行距為2.4m，連接方式為懸掛，切割器刃角：動(dòng)刀片21°、定刀片21°，往復(fù)次數(shù)320～350次/min，工作部件數(shù)3個(gè)，垂直切割長(zhǎng)度為163cm，作業(yè)速度為3.5～5km/h，配套功率為22kW。生產(chǎn)率為0.4～0.6ha/h（手工修剪效率:每人工作10小時(shí)為0.08～0.12ha），比人工修剪效率大大提高，可節(jié)省大量勞力。特點(diǎn)是：往復(fù)割刀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功耗小，機(jī)械效率高，割茬整齊，修剪質(zhì)量好；對(duì)不同生長(zhǎng)狀態(tài)的適應(yīng)差，易堵塞；由于往復(fù)慣性力較大，振動(dòng)大，限制了作業(yè)的速度的提高；相對(duì)于旋轉(zhuǎn)式割刀和圓盤(pán)式割刀工作方式安全可靠等。

（2）轉(zhuǎn)刀式修剪機(jī)。主要由液壓馬達(dá)，液壓缸和裝在機(jī)架上的三到六個(gè)鋼刀葉片組成。安裝在機(jī)架上的液壓油缸，用以調(diào)整割刀的切割高度與切割方向。液壓馬達(dá)帶動(dòng)刀片高速旋轉(zhuǎn)來(lái)切割枝條。最有代表的是西班牙Jammer Agricola SL公司生產(chǎn)的D600/D1200修剪機(jī)。這種修剪機(jī)是雙行修剪，左右各一個(gè)機(jī)架，連接方式為前懸掛，垂直工作部件數(shù)左右各5個(gè)，垂直切割長(zhǎng)度為180cm，水平工作部件數(shù)量左右各3個(gè)，水平切割寬度為85cm。特點(diǎn)是：方便調(diào)整，運(yùn)轉(zhuǎn)較平穩(wěn)，振動(dòng)小，工作可靠性強(qiáng)；但其功率消耗較大；由于割刀是靠高速旋轉(zhuǎn)工作的，易造成枝條飛出，引起不安全因素；切割能力較強(qiáng)，適于高速作業(yè)，只適用于修剪比較細(xì)嫩的枝條，如葡萄藤；比起往復(fù)式割刀和圓盤(pán)式割刀工作效率更高等。目前在國(guó)外應(yīng)用最廣，但在國(guó)內(nèi)多采用人工修剪，機(jī)械化程度極低。

（3）圓盤(pán)鋸式修剪機(jī)。由兩排安裝在刀架上，作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)刀盤(pán)（裝有六把割刀）組成的切割器。利用刀盤(pán)的高速回轉(zhuǎn)，削斷枝條。液壓系統(tǒng)控制著刀盤(pán)的回轉(zhuǎn)和刀架的位置變動(dòng)。最有代表的是法國(guó)發(fā)明制造的法Hydro800S型修剪機(jī)。最小行距為2.4m，連接方式為懸掛，圓盤(pán)鋸式修剪機(jī)的轉(zhuǎn)速為：600r/min～850r/min，安裝的工作部件圓盤(pán)切刀為10個(gè)。垂直切割長(zhǎng)度為256m，作業(yè)速度為5km/h～7.5km/h，配套功率為25kW。特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)緊湊，不需要慣性力平衡，也不出現(xiàn)堵刀的現(xiàn)象；功率消耗大，割茬不整齊，破碎較多；切割能力較強(qiáng)，適于中、高速作業(yè)；利用圓盤(pán)刀的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)的方向拋灑枝條，可以方便收集枝條，適于條鋪，但是損失較多；比起往復(fù)式割刀和旋轉(zhuǎn)式割刀適合聯(lián)合作業(yè)等。

3　葡萄修剪機(jī)結(jié)構(gòu)的確定及工作原理

該葡萄修剪機(jī)械為立架葡萄修剪機(jī)，整機(jī)可以分為兩大部分：切割器（刀具）和傳動(dòng)系統(tǒng)。

3.1切割器的選擇

（1）方案一。往復(fù)切割器，往復(fù)式切割器屬于有支撐切割，采用單點(diǎn)聯(lián)接，切割器下部有兩個(gè)支撐座，用來(lái)支撐切割器部分質(zhì)量。通過(guò)動(dòng)刀片的往復(fù)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行切割。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，簡(jiǎn)單，功耗小，成本低，秸稈易收集，不需要高的切削速度，能完成不同行距和割幅的切割，實(shí)現(xiàn)了完全不對(duì)行收獲，不會(huì)出現(xiàn)漏割，工作質(zhì)量好，使用可靠，標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)易配套。

（2）方案二。圓盤(pán)式切割器，圓盤(pán)式切割器屬于無(wú)支撐切割，圓盤(pán)式割刀的運(yùn)動(dòng)是刀盤(pán)的水平旋轉(zhuǎn)與機(jī)器前進(jìn)運(yùn)動(dòng)所合成的。刀片某一點(diǎn)對(duì)地面的軌跡為余擺線(xiàn)，刀片刃線(xiàn)對(duì)地面所掃過(guò)的面積為余擺帶,其帶寬與刃部長(zhǎng)度相近似。缺點(diǎn)是固定盤(pán)式割刀功耗大、使用不方便，而且割幅受刀盤(pán)直徑限制，多刀盤(pán)則傳動(dòng)復(fù)雜，成本高，應(yīng)用很少。

3.2傳動(dòng)系統(tǒng)的選擇

（1）方案一。機(jī)械傳動(dòng)：多組皮帶輪、鏈輪或者齒輪組合。優(yōu)點(diǎn)是成本低，缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，增加額外的重量、功耗大。

（2）方案二。液壓傳動(dòng)：采用液壓泵、液壓馬達(dá)和液壓氣缸等液壓件串并聯(lián)以汽油或者柴油傳遞動(dòng)力。缺點(diǎn)是成本高；優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，體積輕巧，功耗低。

綜上所述的各種方案，選出最優(yōu)的組合為機(jī)械傳動(dòng)控制以往復(fù)式割刀為切割器的方案最適合制造整機(jī)的結(jié)構(gòu)。往復(fù)割刀式葡萄修剪機(jī)，由三點(diǎn)懸掛架、皮帶傳動(dòng)裝置、高軸承座、機(jī)架、花鍵軸、低軸承座、偏心曲柄圓盤(pán)、連桿、割刀固定架、拉桿、加強(qiáng)輔助桿、割刀組成。該機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1　葡萄修剪機(jī)

3.3整機(jī)具體參數(shù)

按照葡萄枝切割技術(shù)的要求，確定了割刀的參數(shù)，以及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，整體參數(shù)如表1所示。

表1　葡萄修剪機(jī)試驗(yàn)臺(tái)技術(shù)參數(shù)和性能指標(biāo)

4　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外的修剪機(jī)械進(jìn)行了調(diào)研，對(duì)葡萄修剪機(jī)械有關(guān)材料進(jìn)行了廣泛的收集，同時(shí)對(duì)國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的修剪機(jī)進(jìn)行了認(rèn)真的考察分析，從而提出了一種適合新疆葡萄樹(shù)的中小型葡萄修剪機(jī)。該葡萄修剪機(jī)是一種用于葡萄枝修剪的特種機(jī)械，該機(jī)采用標(biāo)準(zhǔn)往復(fù)式切割器可與任意農(nóng)用小四輪拖拉機(jī)配套，是通過(guò)拖拉機(jī)的行駛方向來(lái)保證切割距離的。不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，價(jià)格適中，易于推廣，作業(yè)效率高，而其修剪質(zhì)量良好。該葡萄修剪機(jī)實(shí)現(xiàn)葡萄修剪的機(jī)械化，提高了修剪的質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低了修剪成本及修剪人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，極大地提高了葡萄修剪作業(yè)的機(jī)械化程度。試驗(yàn)結(jié)果表明，切割器的各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)的要求，具有優(yōu)良的作業(yè)性能，對(duì)不同行距的葡萄藤修剪具有廣泛的適應(yīng)性。

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［7］楊加慶，郭玉明.植物切割特性與切割裝置研究與應(yīng)用［A］.紀(jì)念中國(guó)農(nóng)業(yè)工程學(xué)會(huì)成立30周年暨中國(guó)農(nóng)業(yè)工程學(xué)會(huì)2009年學(xué)術(shù)年會(huì)（CSAE 2009）論文集［C］，2009.

Development and Prospect of Vertical planting grape Pruning Machine

Altsugulie·Umaier
（Xinjiang Ploytechnical College，Urumqi，Xinjiang 830023，China）

Combining with the characteristics of the p1anting patterns of the vineyard in Xinjiang，this paper designs a reciprocating grape trimmer which can so1ve prob1ems such as 1ong 1abor production time，high 1abor costs，huge homework and so on to improve the competitive advantage of the grape industry.In this paper，a kind of scheme design for the reciprocating grape pruning machine is put forward，reciprocating cutting machine not on1y can be used for the trim of the vineyard，but a1so can be used for other pruning and shaping of orchards and gardens，which has very good socia1 benefit and economic benefit.

grapes；trim machinery；performance parameters

S663.1

A

2095-980X（2016）03-0048-02

2016-03-07

新疆維吾爾自治區(qū)少數(shù)民族科技人才特殊培養(yǎng)計(jì)劃科研項(xiàng)目《立架種植葡萄修剪機(jī)的研制》（項(xiàng)目編號(hào)：201423122）研究的階段性成果。

阿爾孜古麗·吾買(mǎi)爾（1975-），女，碩士，副教授，主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)與理論研究工作。