王 靜

（新疆農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 農(nóng)業(yè)工程分院，新疆 昌吉 831100）

全球90%的紅棗產(chǎn)自中國，而中國最好的紅棗產(chǎn)自新疆。新疆具有得天獨厚的光熱資源和多樣性氣候類型，為紅棗生產(chǎn)創(chuàng)造了良好的自然條件。目前，特色林果業(yè)已成為新疆農(nóng)民致富的一個新的支柱產(chǎn)業(yè)。紅棗矮化密植是新疆乃至全國棗產(chǎn)區(qū)的未來發(fā)展趨勢，但在矮化密植模式下由于缺少適宜的機械采收辦法，導致紅棗收獲主要靠人工撿拾來完成，不僅采收效率低，而且采收成本高、采收周期長，因此，紅棗機械化收獲成為影響新疆紅棗產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“瓶頸”之一。新疆紅棗產(chǎn)業(yè)化升級必須依靠機械化作業(yè)才能擴大產(chǎn)能，實現(xiàn)紅棗機械化收獲已是紅棗產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢。

1 國內(nèi)外紅棗收獲機械化發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

我國果樹采收機械裝備研究起步較晚，實際應用很少，田間果樹收獲依然依靠人工手摘或借助簡單工具輔助采摘，包括采果刀、云梯、木桿等，其缺點是勞動強度大、用工量多等。提高林果采收生產(chǎn)率必須依靠機械化來完成。目前，新疆紅棗主要以干棗收獲為主，其收獲環(huán)節(jié)分為采摘和收集兩個過程。紅棗機械收獲主要有以下幾種形式，可根據(jù)需要加以選擇。

1.1.1 半機械式 主要包括梯子和采摘器。我國及世界大多數(shù)國家均采用手工方式采收果品，但這種方式只能有效采摘樹下部的果子，而中上部的果子必須上樹或借助梯子才能完成。特別是樹頂?shù)墓麑嵰蚬庹粘浞滞鶄€大色鮮、等級上乘，但因位置較高和枝干影響，無論上樹還是借助梯子均很難采摘，只能搖落或用長桿擊落，造成嚴重損傷，影響經(jīng)濟收入。采果器作為一種便捷的采摘工具，可將其舉到水果位置后摘果并直接進入采果袋中而不會損傷果實，具有操作簡單、省力方便、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、成本低、效率高等優(yōu)點，適于人工和梯子無法采摘的水果。

1.1.2 打擊式 采用不同類型的振動方式如往復式、旋轉(zhuǎn)式或混合式擊打或梳刷植株枝條，使果實脫落，下部有接棗收集裝置，完成紅棗的采摘和收集。這種采摘方式可連續(xù)作業(yè)，效率較高，但打擊力度難以控制，會對棗樹產(chǎn)生一定損傷。

1.1.3 搖振式 采用夾持裝置固定樹干，使機器與果樹樹干或樹枝剛性連接，再對果樹施加一定的頻率、幅度及時間，當果實所受的慣性力大于果實與果枝結(jié)合力時果實會脫落至倒傘形的收集裝置中，進而完成收集過程。主要分為氣力式、連續(xù)式、撞擊式和接觸式4種方式，其中，氣力式收獲機是利用大功率風機產(chǎn)生高速氣流，直接作用于果樹樹冠進行收獲；連續(xù)式收獲機采用前端懸臂夾持果樹樹干或主枝，以一定頻率的激勵力使果樹做往復運動；撞擊式收獲機通常采用機械或電磁式激勵裝置，通過單次或幾次撞擊使果樹產(chǎn)生足夠慣性力而完成果實分離過程；接觸式收獲機利用小振幅振動棒直接插入樹冠使其產(chǎn)生振動，以達到分離果實效果。搖振式收獲方式可用于干果類喬木樹種的收獲，具有采凈率高、對果樹損傷少等優(yōu)點。

1.1.4 氣吸振動式 通過機械振動使果實脫落，并在下落過程中受到負壓作用，使紅棗進入收集框。這種收獲方式損失率較高，但避免了果實與地面的接觸，凈度較高，常用于沙棘果、枸杞、花椒等作物收獲。

1.2 國外研究現(xiàn)狀

通過新材料、新農(nóng)藝、機電一體化、3S等技術(shù)的應用，國外果業(yè)收獲機械化逐步向智能化、高效性、舒適化發(fā)展，已形成產(chǎn)品系列化且針對性較強、機收水平很高。機械收獲方法主要有以下幾種形式，可根據(jù)需要加以選擇。

1.2.1 氣力式振動收獲 其原理是使用大功率風機壓縮空氣產(chǎn)生高強度氣流作用于果樹，并通過導向器改變氣流方向使果樹樹枝搖動。在這個過程中，盡管機器與果樹之間沒有剛性接觸，但在果實自身重力和空氣沖擊產(chǎn)生的外力共同作用下，會使果實脫落。氣力式振動收獲是最早用于林果收獲的收獲機械之一，由拖拉機牽引作業(yè)，適合在行間距較大的果園中移動作業(yè)，而不適合在密集果園中進行收獲。其優(yōu)點是采凈率較高，缺點是風機功率大及氣流速度高會對果樹枝葉產(chǎn)生一定的損傷，而且噪音大、能耗高。這種收獲機械正逐步被其他類型的機械所取代。

1.2.2 搖振式收獲 搖振式收獲機是應用最為廣泛的林果收獲機之一，由推搖器、夾持器、接果裝置、輸果裝置等主要機構(gòu)組成，其中，振動夾持機構(gòu)是搖振式收獲機的主要工作單元。其工作原理是通過拖拉機動力驅(qū)動液壓油箱，調(diào)節(jié)懸臂梁和夾持機構(gòu)位置，從而夾緊果樹樹干或樹枝，使機器與果樹剛性連接，然后夾持機構(gòu)中的偏心輪或曲柄滑塊裝置在液壓動力驅(qū)動下帶動果樹產(chǎn)生振動，通過改變流量控制閥控制馬達轉(zhuǎn)速可調(diào)節(jié)振動頻率，以適合不同果樹的果實收獲。此外，設(shè)有專門的收集裝置，用以收集、運輸樹上脫落的果實。這種收獲機械的相關(guān)研究主要集中在搖動機工作參數(shù)對收獲率的影響、果實收集方式及如何提高機械化收獲效率等方面。

1.2.3 撞擊式收獲 撞擊式收獲與搖振式收獲的主要區(qū)別在于撞擊式收獲不與果樹剛性連接。其工作原理是通過機械或電磁式極力裝置，單次或多次瞬時高輸入激勵對果樹產(chǎn)生振動，使果實快速脫離果樹，避免果實連續(xù)振動產(chǎn)生的損傷。這種收獲機主要用于收獲果實硬度較大的樹種如橄欖、扁桃、核桃、櫻桃等，以及不宜使用樹干搖振機采收的老弱果樹。

1.2.4 機器人采收 隨著科學技術(shù)的發(fā)展，機器人已應用到許多領(lǐng)域，很多國家在水果采收機器人的研制方面取得了一定成果。采收機器人采收的對象大多是蘋果和柑橘，也可用于表皮較脆的鮮食水果如香梨等。采收機器人的氣動彈性終端控制由摘果手、超聲傳感定位器、彩色視覺系統(tǒng)組成。美國研制的旋轉(zhuǎn)式唇狀摘果手機械裝置用于收獲柑果，可成功摘取全樹69%的果實；西班牙研制的柑果采收機器人對可見面積大于75%的果實的采收錯誤率低于3%；德國和西班牙聯(lián)合研制出摘果手帶有果梗切割器件的采收機器人，所采果實中82%～86%的果梗長度不到5 mm，采果質(zhì)量相當好。但從目前看，采收機器人仍有許多難題需要解決，如被樹葉擋住的水果很難被采收、機器人采收速度較慢、鮮食水果損傷較大等。

2 典型紅棗收獲機械

2.1 4YS－24型紅棗收獲機

4YS－24型紅棗收獲機由機架、果樹振搖裝置和液壓控制系統(tǒng)組成。果樹振搖裝置包括伸縮支臂、支撐套管、軸套、振動頭懸掛架和鉗式振動頭等，安裝于機架后部并通過鉸接與機架相連，其夾持和振搖果樹的動作由液壓控制系統(tǒng)操作，能進行橫向采果作業(yè)（相對于拖拉機前進方向），并收起支撐腿。

機具準備進地作業(yè)時，應將機具升起，并把收獲機支撐腿收起，以免影響機具通行性。夾持樹干時，需要調(diào)整拖拉機相對果樹的前后、左右位置，使收獲機的振動頭正對著樹干。拖拉機動力輸出軸將動力傳遞給液壓泵，操縱液壓控制閥，調(diào)整伸縮臂上下位置，根據(jù)樹徑大小及樹干分枝情況選擇振動頭合適夾持高度，一般夾持位置離地面應不小于80 cm。

操作過程：①張開振動頭夾持臂，調(diào)整振動頭夾持面使其與樹干垂直。伸長伸縮臂使振動頭移向樹干，當樹干處于夾持臂中間部位時停止，合攏夾持臂使振動頭將樹干緊緊夾??；②振動果樹，降低伸縮臂使振動頭懸掛索松弛，振動頭完全靠夾持臂的夾持力固定在樹干上；③加大拖拉機油門，提高拖拉機動力輸出軸轉(zhuǎn)速，打開液壓馬達控制閥，驅(qū)動振動頭振動果樹；④縮回振動頭，提升伸收縮臂使振動頭懸掛索張緊，松開夾持臂使振動頭脫離果樹，縮回并降低伸縮臂，將振動頭調(diào)整到水平位置。

4YS－24型紅棗收獲機對種植行距4 m以上、樹干直徑范圍為8～20 cm的棗樹有較好的適應性。

由于紅棗收獲機的工作質(zhì)量主要由振動效果決定，而振動效果的影響因素與多種因素有關(guān)。例如：果樹種類不同，其果實與樹枝的連接力也不同，不同振動力大小和振幅高低對抖落效果具有很大的影響，但振幅不能設(shè)計太大，否則對果樹有一定損傷。此外，樹木高度、直徑、樹冠大小、振動點高度、氣候條件、果實成熟度等均會影響抖落效果，振動次數(shù)和持續(xù)時間是影響抖落效果的重要因素。

2.2 4ZZ－4自走式紅棗收獲機

該機由自走式底盤、機架、采摘裝置、集果裝置、輸送系統(tǒng)、驅(qū)動裝置、液壓系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向機構(gòu)、集果箱等組成，采用全液壓后輪驅(qū)動，轉(zhuǎn)向機構(gòu)由液壓系統(tǒng)控制，機架與自走式底盤連接，采摘裝置放置在集果裝置上方，對稱固裝在機架兩側(cè)，集果裝置與連接在機架上的輸送系統(tǒng)相連。

工作時收獲機騎跨在果樹上，采摘滾筒從果樹兩側(cè)通過；立軸采摘滾筒在驅(qū)動馬達作用下做旋轉(zhuǎn)運動，并與收獲機前進速度相協(xié)調(diào)，避免果樹損傷；轉(zhuǎn)動過程中撥桿插入樹冠并以高頻小振幅振動，同時撥桿將其振動傳遞給樹冠；果實在振動過程中運動加劇，當慣性力大于果實與果枝結(jié)合力時果實掉落，完成果實采摘；采摘后的果實落入集果裝置，并經(jīng)輸送帶運輸至集果箱，完成整個收獲過程。

該機使用時要求果園行距在2.5 m以上，果樹樹形呈筒狀，成熟期集中，同一行內(nèi)品種一致，果樹高度在2.2 m以下，最低結(jié)果枝位置不低于0.4 m，采收對象為含水率在60%以下且表皮不宜破損的鮮果 （紅棗等）及表皮較堅硬的干果（核桃等）。

2.3 落地紅棗收獲機

該機由清掃裝置、仿形鏟棗裝置、紅棗輸送裝置、柴油機、傳動系統(tǒng)、電啟動裝置、集棗箱、手推扶桿、行走輪及機架等部分構(gòu)成。

工作過程中，手推扶桿在電動機作用下推動機具向前行進作業(yè)，機具最前方的清掃裝置通過清掃輥刷將棗行間的“紅棗帶”清掃聚攏成壟狀。機具向前行進時，仿形鏟棗裝置將形成壟狀的紅棗鏟起，紅棗中的土塊、石子等雜質(zhì)從仿形鏟棗裝置的去雜縫隙中漏出，實現(xiàn)雜質(zhì)與紅棗分離。紅棗不斷向仿形鏟棗裝置尾部移動，沿紅棗輸送裝置輸送到篩條上實現(xiàn)進一步分離，最終落到集棗箱，完成紅棗收獲。

除行走以外的動力均由柴油機提供，通過調(diào)整輪調(diào)節(jié)手輪可實現(xiàn)清掃裝置最下端清掃刷絲的變形量控制和清掃輥刷對地壓力的控制。

2.4 氣吸式紅棗收獲機

該機由風機、吸管、管道、集棗箱、柴油機、排雜門、轉(zhuǎn)向把手、行走輪、分選箱及機架等部分構(gòu)成。

工作過程中，風機在柴油機作用下轉(zhuǎn)動產(chǎn)生足夠的風速，在管道作用下使吸管產(chǎn)生足夠負壓用以撿拾紅棗與雜物。當紅棗與雜物經(jīng)吸管進入管道時，因氣流方向改變，管道出口處為正壓值。當紅棗與雜物進入分離箱內(nèi)，因流速減慢，質(zhì)量較重的紅棗沿著分離箱壁落入集棗箱中，質(zhì)量較輕的棗葉等雜物被氣流吹送到排雜門、吹出分選箱，進而完成整個紅棗撿拾與雜物分離過程。

3 新疆紅棗收獲機械化發(fā)展對策

3.1 規(guī)范紅棗種植模式，加強農(nóng)機農(nóng)藝結(jié)合

新疆紅棗等林果種植模式應充分考慮機械化作業(yè)的實現(xiàn)，推行適于機采的寬窄行種植模式。將等行距種植改為寬窄行種植，既能保證機具進入果樹寬行作業(yè)，又可保證果樹有效收獲株數(shù)，在不損失產(chǎn)量的情況下實現(xiàn)紅棗機采。

3.2 引進消化國外先進紅棗收獲技術(shù)

引進國外先進成熟紅棗收獲技術(shù)設(shè)備，利于加快紅棗收獲技術(shù)裝備國產(chǎn)化產(chǎn)業(yè)化進程，這是新疆建設(shè)兵團紅棗規(guī)?；a(chǎn)的現(xiàn)實和未來需要，具有良好的產(chǎn)業(yè)化前景，社會效益和經(jīng)濟效益顯著。建議在引進國外紅棗收獲技術(shù)裝備基礎(chǔ)上，通過試驗示范和消化吸收，調(diào)動各方創(chuàng)新力量協(xié)同攻關(guān)，實現(xiàn)紅棗收獲機械設(shè)備國產(chǎn)化，為我國紅棗機械化發(fā)展提供先進適用的裝備。

3.3 對現(xiàn)有紅棗收獲機加以改進優(yōu)化

結(jié)合新疆紅棗種植特點，對現(xiàn)有的紅棗收獲機械進行改進完善。從目前我國研制的紅棗收獲機械來看，仍存在不少缺陷。例如：搖振式紅棗收獲方式雖然收獲效率較高，但紅棗損傷率較大、拾凈率低，無法實現(xiàn)落地紅棗的收獲；氣吸式紅棗收獲方式能較好地回收落地紅棗，但回收效率較低，不適宜大規(guī)模生產(chǎn)應用?；谛陆t棗矮化密植的種植特點，加之落地紅棗收獲是新疆紅棗收獲的重點，科研部門應在現(xiàn)有紅棗收獲機基礎(chǔ)上，結(jié)合新疆紅棗種植特點，對現(xiàn)有機型進行結(jié)構(gòu)改進與參數(shù)優(yōu)化，提升收獲作業(yè)性能，例如提升氣吸式紅棗收獲機的工作效率、改進搖振式紅棗收獲機的結(jié)構(gòu)等。

4 結(jié)論

國內(nèi)外科研機構(gòu)對紅棗收獲機研究較少，目前應用的機械實用性不強。搖振式紅棗收獲機械采收效果較高但損傷率高，且不能收獲落地紅棗，新疆矮化密植模式下紅棗收獲效果一般；氣吸式收獲機采收效果較好但效率不高，不適宜大規(guī)模紅棗收獲；機器人采摘結(jié)構(gòu)復雜且難以實現(xiàn)紅棗采摘與撿拾。結(jié)合新疆矮化密植模式種植特點，有必要加強農(nóng)藝農(nóng)機結(jié)合，注重紅棗低損收獲技術(shù)研究應用，并在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上，借鑒國內(nèi)外先進林果業(yè)收獲技術(shù)，研究適合落地紅棗的收獲機械，提升紅棗收獲機械化水平。

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