袁民+劉井文+袁盼盼+閆朝+沈涵玉

摘要：目前國內(nèi)巴旦木采收完全依靠人工，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化采收對(duì)于提高巴旦木收獲效率和促進(jìn)種植效益具有重要意義。概述國內(nèi)外巴旦木收獲現(xiàn)狀，詳細(xì)介紹不同林果收獲機(jī)械采用的方式及研究情況，以期為巴旦木機(jī)械化收獲今后的研究提供參考。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)機(jī)械；收獲；巴旦木；振搖式結(jié)構(gòu)

中圖分類號(hào)：S225.93 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1161（2016）10-0045-03

巴旦木（Amygdalus Communis L）又稱扁桃或美國大杏仁，屬薔薇科、李亞科、桃屬、扁桃亞屬落葉喬木或小灌木。巴旦木是營養(yǎng)價(jià)值最好的堅(jiān)果，具有很強(qiáng)的抗氧化功能，被譽(yù)為“干果之王”“西域珍品”“世界四大堅(jiān)果之首”，產(chǎn)品遠(yuǎn)銷國內(nèi)大中城市及巴基斯坦、吉爾吉斯斯坦等周邊中亞國家，具有一定市場知名度，深受消費(fèi)者喜愛[1-3]。

巴旦木樹高5～8 m，樹冠圓頭形成圓錐形。其種植模式主要有園式和間作式，栽植過密會(huì)導(dǎo)致生長不良、結(jié)果很少。根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r，可選用3 m×5 m，4 m×4 m，4 m×5 m或4 m×6 m等方式，即栽27～44

株/667 m2。定植后3～4 a即可生產(chǎn)一定數(shù)量的干果，8～9 a單產(chǎn)可達(dá)70 kg/667 m2以上。間作式一般株距為3～4 m，行距12.5～50.0 m不等[4]。

1 巴旦木收獲國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

目前國內(nèi)新疆巴旦木的收獲還完全依靠人工，具體方法為：使用簡單的輔助工具敲打晃動(dòng)果枝，使成熟果實(shí)掉落。這種采摘方式用工量較大，工作效率低，容易因人工缺失錯(cuò)過果實(shí)最佳采收時(shí)機(jī)，進(jìn)而影響果實(shí)的果品質(zhì)量和后續(xù)生產(chǎn)。人工采收成本約占整個(gè)生產(chǎn)成本的50%～70%，隨著勞動(dòng)力價(jià)格的不斷上漲，巴旦木的利潤逐年減少[5]。

國外巴旦木已基本實(shí)現(xiàn)機(jī)械化收獲，其工作原理是：巴旦木主干被夾持部位夾持，基于偏心振動(dòng)原理，巴旦木經(jīng)振搖從樹上脫落。與傳統(tǒng)人工收獲作業(yè)相比，機(jī)械化收獲效率高、成本低，其生產(chǎn)效率是人工的5～10倍。

當(dāng)前，研究和設(shè)計(jì)適于新疆種植模式下巴旦木采收機(jī)械，對(duì)于提高巴旦木產(chǎn)品的收獲效率及果實(shí)品質(zhì)具有重要意義[6]。

2 林果收獲機(jī)械研究現(xiàn)狀

果品收獲是果園作業(yè)的最后關(guān)鍵環(huán)節(jié)，果品收獲機(jī)械類型及工作原理因果樹種類、種植模式不同而型式多樣[7]。果品收獲機(jī)械按配套動(dòng)力可分為自走式、懸掛式、牽引式；按工作原理可分為氣力式、機(jī)械振動(dòng)式和接觸式，機(jī)械振動(dòng)式根據(jù)產(chǎn)生振動(dòng)形式的不同，又可分為撞擊式和振搖式。目前國外用得最多的是振搖式采收機(jī)[8]。

2.1 氣力式收獲機(jī)

氣力式收獲機(jī)（如圖1所示）的基本原理是使用大功率風(fēng)機(jī)將空氣進(jìn)行壓縮吹動(dòng)，產(chǎn)生高強(qiáng)度氣流作用于果樹之上，使得機(jī)器與果樹間無剛性接觸，并通過導(dǎo)向器改變氣流方向使果樹樹枝搖動(dòng)，果實(shí)通過自重及空氣沖擊造成的外力而脫落。這種收獲機(jī)械是最早用于林果收獲的收獲機(jī)械之一，主要用于收獲橙子和其他一些漿果類的果實(shí)[9]。

氣力式收獲機(jī)通過高壓氣流的沖擊使果實(shí)脫落，收獲機(jī)與果樹間無剛性接觸，避免了對(duì)果樹樹皮和樹枝的損傷；由拖拉機(jī)牽引風(fēng)機(jī)作業(yè)，在行間距較大的果園中能夠靈活地移動(dòng)作業(yè)，但是不適于在密集果園中進(jìn)行收獲。雖然氣力式收獲機(jī)進(jìn)行收獲時(shí)采凈率高達(dá)90%，但由于風(fēng)機(jī)的功率大（250～300 kW），產(chǎn)生的氣流速度高，對(duì)果樹的枝葉會(huì)有一定的損傷；同時(shí)，工作時(shí)機(jī)器的大功率運(yùn)行，導(dǎo)致了高噪音、高能耗和高成本，所以這種收獲機(jī)械正逐步被其他類型的機(jī)械所取代。

2.2 振搖式收獲機(jī)

振搖式收獲機(jī)（如圖2所示）是目前國內(nèi)外應(yīng)用最為廣泛的林果收獲機(jī)械之一。國外對(duì)牽引式、自走式及手持式收獲機(jī)的研制和開發(fā)已經(jīng)相當(dāng)成熟，這種類型的機(jī)械適用范圍廣，能夠收獲巴旦木、核桃、開心果和咖啡豆等不同類型的林果[10]。搖振式收獲機(jī)主要由推搖器、夾持器、接果裝置、輸果裝置等機(jī)構(gòu)組成，其主要工作單元是振動(dòng)夾持機(jī)構(gòu)。工作時(shí)，通過拖拉機(jī)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)液壓油箱，調(diào)節(jié)懸臂梁和夾持機(jī)構(gòu)的位置，從而夾緊果樹樹干或樹枝，使機(jī)器與果樹剛性連接，夾持機(jī)構(gòu)中的偏心輪或曲柄滑塊裝置在液壓動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)果樹產(chǎn)生振動(dòng)，進(jìn)而脫落果實(shí)。流量控制閥可以控制馬達(dá)的轉(zhuǎn)數(shù)，從而調(diào)節(jié)振動(dòng)的頻率。果實(shí)從樹上脫落后，落入專門的收集裝置收集運(yùn)輸[11]。

石河子大學(xué)和新疆農(nóng)墾科學(xué)院機(jī)械裝備研究所均以振搖式為原理設(shè)計(jì)了紅棗收獲機(jī)，其紅棗采收效果良好，采摘率高，各項(xiàng)測(cè)試指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)的技術(shù)要求[12]。目前，這種收獲機(jī)械的研究和討論主要集中在搖動(dòng)機(jī)工作參數(shù)對(duì)收獲率的影響、果實(shí)收集方式及提高機(jī)械化收獲率等方面。振動(dòng)頻率、振動(dòng)幅度和振動(dòng)時(shí)間是搖動(dòng)機(jī)的主要工作參數(shù)。為了使用最小的振動(dòng)獲得果實(shí)的最大位移和反沖擊，Erdogan等人研究了Coppock和Hedden，Adrian和Fridley及Kececioglu等人所設(shè)計(jì)的搖振機(jī)。成熟果實(shí)脫落率會(huì)隨著

振幅和頻率的增加而增加。機(jī)械采收的效率

（1 500 kg/h）要明顯高于傳統(tǒng)的人工采收效率（450 kg/h）。Refik Polat等人在研究巴旦木機(jī)械化收獲時(shí)，發(fā)現(xiàn)振搖式收獲機(jī)的振幅和頻率影響著果實(shí)脫落的百分比，但是果實(shí)脫落同樣也依賴著果枝的振幅。相同的搖動(dòng)時(shí)間內(nèi)，振幅50 m、頻率15 Hz的參數(shù)組合得到的采凈率高達(dá)97.7%。

2.3 撞擊式收獲機(jī)

撞擊式收獲機(jī)與振搖式收獲機(jī)間的主要區(qū)別是：撞擊式收獲機(jī)通過機(jī)械或電磁式撞擊裝置（如圖3所示），單次或多次瞬時(shí)高輸入激勵(lì)產(chǎn)生振動(dòng)，使果實(shí)快速脫離果樹，從而減少果實(shí)在連續(xù)振動(dòng)過程中產(chǎn)生損傷。這也是撞擊式收獲機(jī)的主要工作原理。這種機(jī)械適用于不宜使用樹干搖振機(jī)采收的老弱果樹，主要用于收獲果實(shí)硬度大較大的樹種（如橄欖、核桃等）。撞擊式收獲機(jī)可以在果樹兩側(cè)同時(shí)工作，對(duì)稱配置。工作時(shí)，具有4個(gè)自由度的懸臂將待收獲樹枝壓緊，通過加速度高達(dá)3 000 m/s2的撞擊裝置迅速擊打樹枝而使果實(shí)脫落。

2.4 接觸式收獲機(jī)

接觸式收獲機(jī)（如圖4所示）是將具有許多細(xì)棒均勻分布的振動(dòng)器直接插入植株叢，采用不同類型的振動(dòng)方式擊打或梳刷植株枝條，使果實(shí)脫落。近幾年隨著研究的不斷深入，這種類型的機(jī)械被廣泛用于酒葡萄、藍(lán)莓和黑莓等藤本類水果和漿果的收獲。

Peterson 等人設(shè)計(jì)了可用于收獲生長于不同形狀棚架（T型、V型和Y型）上的黑莓收獲機(jī)械，該機(jī)器能夠通過液壓軸承調(diào)節(jié)雙滾筒釘式振動(dòng)機(jī)構(gòu)與棚架上果枝的接觸位置。

3 結(jié)語

林果收獲機(jī)械種類多樣，但國內(nèi)針對(duì)巴旦木收獲機(jī)械的研究尚未見報(bào)道，今后需要加強(qiáng)對(duì)巴旦木收獲機(jī)械的研發(fā)。林果收獲采用最多的是振動(dòng)收獲，振搖式屬于其中一種，在很大程度上提高了收獲效率，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。巴旦木的機(jī)械化收獲依據(jù)其他林果機(jī)械化收獲方式可考慮采用振搖式結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)巴旦木機(jī)械化、簡單化、高效化采收。

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