樓婷婷，費 焱，王 濤，徐錦大

（浙江省農(nóng)業(yè)機械研究院，浙江金華 321017）

0 引言

青毛豆是指豆粒鼓盛時期至初熟期采收的菜用大豆，“青”為豆莢呈青綠色，“毛”為豆莢表面附著黃色細毛，“豆”為豆科大豆屬植物。青毛豆不僅味道鮮美、營養(yǎng)豐富，還是公認的無公害或少污染的綠色蔬菜，已成為人們飯桌上常見的美味佳肴，市場需求也日益增加[1-2]。然而，相比糧食作物的生產(chǎn)機械化水平，青毛豆生產(chǎn)機械化處于起步階段，整體技術(shù)水平較低。其中青毛豆收獲環(huán)節(jié)作業(yè)量大、勞動強度高，占整個生產(chǎn)作業(yè)量的40%以上，而目前仍以人工收獲為主，導致青毛豆收獲中成本高和勞動力短缺問題突出，因此實現(xiàn)青毛豆機械化收獲十分迫切[3-4]。

目前，浙江省青毛豆機械化收獲主要應用的有青毛豆脫莢機和青毛豆聯(lián)合收獲機兩種，本文基于國內(nèi)青毛豆收獲機械的研究現(xiàn)狀，剖析了其機械結(jié)構(gòu)和工作原理，并針對浙江省復雜作業(yè)工況提出了機械化收獲的關(guān)鍵研究技術(shù)，對加快浙江省青毛豆收獲機械化發(fā)展具有重要意義。

1 青毛豆機械化脫莢技術(shù)

青毛豆脫莢機是一種將青毛豆莢從已收割的青毛豆植株上脫離的機械。在一些機器不便進出的田塊，農(nóng)戶可先收割青毛豆連莢植株，再利用青毛豆脫莢機實現(xiàn)豆莢從莖稈脫離這一步驟，完成青毛豆收獲工作。

遼寧省農(nóng)業(yè)機械化研究所[5]設(shè)計了5MDZJ-380-1400型青毛豆脫莢機，主要由機架、發(fā)動機、傳動系統(tǒng)、喂入機構(gòu)、脫莢滾筒和風機等組成。運行時，新鮮的青毛豆植株由喂入機構(gòu)進入脫莢滾筒，脫莢滾筒上的膠指通過高速旋轉(zhuǎn)擊打，使豆莢和莖葉脫離，莖葉經(jīng)風機從莖葉排出口吹出，豆莢落入豆莢輸出帶，完成脫莢作業(yè)。

農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機械化研究所[6]設(shè)計了5TD60型青毛豆脫莢機，主要由機架、電機、傳動系統(tǒng)、輸送夾持裝置、脫莢輥組和風機等組成。運行過程中，人工手動將單株青毛豆植株放入輸送夾持裝置中，隨后植株進入上、下兩脫莢輥之間，前后兩對脫莢輥組重復脫莢，提高脫莢率。

濰坊豐園機械有限公司[7]設(shè)計了一種青毛豆脫莢機，主要由機體、電機、風機、植株喂入輸送帶平臺、夾持鏈條、脫莢輥筒、提升分選輸送帶、豆莢轉(zhuǎn)出輸送帶等組成。運行時，人工將青毛豆植株放置在喂入輸送帶平臺上將其帶入機體內(nèi)部，夾持鏈條夾持植株送至上下脫莢輥筒時，板狀脫莢齒將豆莢從植株上脫下，剩余的莖稈由夾持鏈條繼續(xù)夾持排出機體外，當豆莢落下時，風機將葉片吹出機體，較長的雜質(zhì)則由提升分選輸送帶排出機體，清洗干凈的豆莢由豆莢轉(zhuǎn)出輸送帶輸送至收集容器中，完成脫莢作業(yè)。

2 青毛豆機械化聯(lián)合收獲技術(shù)

青毛豆聯(lián)合收獲機多為自走式，能直接在地里一次性完成青毛豆豆莢采摘、輸送、清選、收集等作業(yè)，省時高效，大大節(jié)約了勞動力，提高了生產(chǎn)效率，加快青毛豆大量上市時間。

河南農(nóng)業(yè)大學[8]設(shè)計的自走式青毛豆收獲機，主要由行走系統(tǒng)、采摘系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、清選系統(tǒng)和儲運箱等組成。工作時，行走系統(tǒng)向前行駛，撿拾裝置將青毛豆植株導入，采摘滾筒逆時針轉(zhuǎn)動，帶動柔性彈齒從下往上捋過青毛豆植株，采摘下豆莢和莖葉隨滾筒和彈齒的一起轉(zhuǎn)動被拋甩至后方傳送帶上，并運送至滾動篩篩除較大雜質(zhì)，隨后風機去除雜質(zhì)，得到干凈的豆莢，最后進入儲運箱，完成青毛豆收獲作業(yè)。

河北雷肯農(nóng)業(yè)機械有限公司[9]設(shè)計的自走式二次風選青毛豆收獲機，主要由行走機構(gòu)、收割機構(gòu)、倉斗、撥莖輥、鼓風機、吹風道和篩網(wǎng)組成。工作時，行走機構(gòu)前行，收割機構(gòu)對青毛豆植株進行收割，將豆莢與莖稈進行脫離，并通過絞龍裝置將青毛豆莢送往豆莢出口，鼓風機吹出的高壓氣流通過吹風道從出風口向上噴射，高壓氣流經(jīng)過篩網(wǎng)將雜質(zhì)吹出，豆莢落入收集箱。吹風道中的高壓氣流可以對豆莢二次風選，進一步對青毛豆進行清選除雜。

海門市萬科保田機械制造有限公司[10]設(shè)計的青毛豆聯(lián)合收獲機，主要由割臺、犁刀、夾持器、采摘器、清選系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)等組成。工作時，機器前進，犁刀入土挖掘松動植株根部土壤，限深輪隨壟面上下浮動實現(xiàn)仿形挖掘，夾持器夾住植株將其拔起往后運輸，敲泥桿將根系處的土壤擊落。滾筒式采摘器開始第一次采摘，然后輥刀式采摘器進行第二次采摘，采摘完畢后，莖稈由下夾持器拋回田間，豆莢和莖葉等雜質(zhì)由振動篩進行分選，莖葉被風機吹出，豆莢落入清選箱內(nèi)，隨輸送絞龍送至收集箱。

3 浙江省青毛豆機械化收獲關(guān)鍵技術(shù)研究

3.1 農(nóng)藝種植規(guī)范和農(nóng)機農(nóng)藝融合研究

青毛豆農(nóng)藝種植規(guī)范與收獲機作業(yè)性能有很大的關(guān)系，如品種、壟寬、壟高、行距、株距等，兩者相輔相成。此外，在青毛豆生產(chǎn)過程中，整地、播種、田間管理等作業(yè)環(huán)節(jié)是否配套也影響收獲機的作業(yè)性能。因此，在今后的研究中，應規(guī)范青毛豆農(nóng)藝種植參數(shù)，選育適合機收的青毛豆品種，加強農(nóng)機農(nóng)藝融合，提高各環(huán)節(jié)機具配套程度，形成浙江省青毛豆機械化作業(yè)的技術(shù)模式。

3.2 植株性狀和物理機械特性研究

以浙江省主導青毛豆品種為研究對象，研究其豆莢、豆葉、莖稈的基本物理特性參數(shù)，為采摘、清選等執(zhí)行部件的設(shè)計提供參考依據(jù)，降低青毛豆在收獲過程中的漏摘率和破損率，并將其控制在農(nóng)戶可接受的范圍，主要包括：①測量豆莢形狀、豆莢大小、植株高度、豆莢高度等物理參數(shù)；②豆莢受力和變形、破裂的關(guān)系及測定豆莢與莖稈的連接力；③豆莢莖葉混合物空氣動力學特征，建立混合物在有限氣流場中的懸浮速度模型。

3.3 機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

在滿足機械性能的前提下，采用模塊化、小型化的設(shè)計思想，設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、通用性好的收獲機型，最大限度地降低制造成本，減輕農(nóng)民購買和使用成本壓力，從而提高企業(yè)生產(chǎn)興趣和市場需求；同時，運用CAD、SolidWorks、ANSYS等現(xiàn)代機械設(shè)計，對青毛豆收獲機關(guān)鍵作業(yè)部件開展運動學、動力學仿真，優(yōu)化機械機構(gòu)和作業(yè)性能。

3.4 智能化水平提升

浙江省青毛豆收獲作業(yè)環(huán)境較為復雜，單一的機械結(jié)構(gòu)形式和較低的智能化程度無法滿足作業(yè)要求。近年來，隨著微電子技術(shù)的興起，自主導航定位技術(shù)、多傳感器融合技術(shù)、機器視覺技術(shù)都得到了快速發(fā)展，將傳統(tǒng)的機械系統(tǒng)和電氣控制、液壓控制結(jié)合起來，實現(xiàn)青毛豆柔性采摘、采摘高度自動調(diào)節(jié)、自主導航駕駛、作業(yè)參數(shù)實時監(jiān)測和智能測產(chǎn)等智能化功能，明顯降低漏摘率和損傷率，大大提高作業(yè)效率。

4 結(jié)語

青毛豆口感佳、營養(yǎng)好，深受消費者的喜愛，市場需求大，效益明顯。青毛豆收獲勞動強度大，且季節(jié)性強，趕時上市特點明顯，隨著青毛豆產(chǎn)業(yè)規(guī)?；潭炔粩鄶U大和勞動力短缺問題日益凸顯，青毛豆機械化收獲迫在眉睫。當前，青毛豆收獲機開展初探性研究領(lǐng)域應用，依據(jù)浙江省青毛豆種植模式和機械化收獲現(xiàn)狀，結(jié)合農(nóng)機農(nóng)藝融合、植株物理特性、機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計和智能化水平提升，研制出適應浙江省復雜工況下的小型化、智能化青毛豆收獲機，對促進浙江省青毛豆產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。