許 濤，劉志俠，高連興，沈永哲

（1.遼寧石油化工大學機械工程學院，遼寧 撫順 113001；2.沈陽農(nóng)業(yè)大學工程學院，沈陽 110161；3.吉林農(nóng)業(yè)大學工程技術(shù)學院，長春 130118；4.遼寧省農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展中心,沈陽 110034）

花生是世界重要油料與經(jīng)濟作物，在全球油料市場中，花生產(chǎn)量僅次于大豆、菜籽、葵花籽和棉籽排在第5位。21 世紀以來，受消費增長的驅(qū)動，全球花生種植面積及產(chǎn)量穩(wěn)步增長。據(jù)美國農(nóng)業(yè)部（USDA）數(shù)據(jù)顯示，2001-2021 年，全球花生種植面積約由2.325×107hm2增加到3.105 4×107hm2，增長33.6%；總產(chǎn)量由3.474×107t提高到5.063×107t，創(chuàng)歷史新高，增長45.7%。數(shù)據(jù)表明，隨著全球花生供需規(guī)模不斷擴大，花生產(chǎn)量將持續(xù)增長[1]。

中國和美國均是世界重要花生生產(chǎn)和出口大國，其中，我國2021年種植面積約4.7×106hm2，約占世界18%而位居世界第2位；花生總產(chǎn)量超過1.7×107t，約占世界38%而高居世界首位；而花生及其制品出口量約5.0×105t，位于阿根廷、印度和美國之后的世界第4位。美國2021年花生種植面積僅為6.395×105hm2而位居世界第9位，但花生產(chǎn)量卻為2.85×106t，占世界花生總產(chǎn)的6%，位居世界花生產(chǎn)量第4位；花生出口量為5.36×105t，位居世界第3 位[2]。綜合分析發(fā)現(xiàn)，花生生產(chǎn)特別是收獲機械化技術(shù)差異是中國和美國之間花生生產(chǎn)與出口差異顯著的重要原因之一[3-7]。美國作為花生機械化收獲最早、最成功的國家，從20 世紀50 年代開始，經(jīng)過不斷系統(tǒng)研究與實踐，實現(xiàn)以大型機械為主的兩段式收獲方式，花生收獲機械及其技術(shù)一直處于世界領(lǐng)先水平，對穩(wěn)固其花生生產(chǎn)和出口強國地位起到重要作用。相對于美國而言，我國對于花生收獲機械的研究起步較晚。經(jīng)過多年來不懈努力和研究，2019 年我國花生綜合機械化率達60.63%，其中耕、種、收環(huán)節(jié)分別為77.36%、52.91%、46.05%?？梢钥闯?，收獲環(huán)節(jié)是花生生產(chǎn)全程機械化主要薄弱環(huán)節(jié)，嚴重制約了我國花生整體產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展[8-10]。

撿拾裝置作為花生撿拾收獲機撿拾系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，其性能不僅直接影響花生撿拾率和莢果損失率，而且對于提高花生撿拾收獲機的收獲效率和作業(yè)質(zhì)量也有重要的意義。本研究深入分析美國花生撿拾聯(lián)合收獲機衍變過程中撿拾裝置的變化發(fā)展誘因、衍變歷程與發(fā)展趨勢，總結(jié)發(fā)展經(jīng)驗和教訓。在此基礎(chǔ)上，對比國內(nèi)兩段式花生撿拾收獲機撿拾裝置的應(yīng)用現(xiàn)狀，分析國內(nèi)花生撿拾裝置存在的問題，并提出研究發(fā)展方向，為今后花生撿拾收獲機撿拾裝置的研制提供參考[11-13]。

1 美國花生收獲機撿拾裝置類型及發(fā)展歷程

從19世紀末至今，期間應(yīng)用或曾經(jīng)試驗過的花生收獲方法有多種，如傳統(tǒng)的樁棧式人工分段收獲法、樁棧式人機分段收獲法、濕花生分段收獲法、花生聯(lián)合收獲法、分段式樁棧攤鋪撿拾收獲法和兩段式收獲法等。GARY 等將美國的花生收獲方式演變過程歸納為“樁棧式分段收獲時代”（Peanut stackploe，1913-1950）、“多種收獲方式共存的轉(zhuǎn)型時代”（Transition period of peanut harvest，1951-1968）和“兩段式機械化收獲時代”（Peanut windrow harvest，1969至今）3個典型歷史階段[14-19]。美國于20世紀50年代中期基本實現(xiàn)花生生產(chǎn)全程機械化，20世紀60年代后期全面實現(xiàn)兩段式花生收獲機械化。

如果說收獲方式及其衍變是花生收獲機械化發(fā)展的關(guān)鍵（收獲方式?jīng)Q定了花生機械化收獲的技術(shù)路線、作業(yè)環(huán)節(jié)、收獲機械功能、類型和結(jié)構(gòu)等），那么花生起收機放鋪方式的改變是撿拾裝置發(fā)生變革的根本原因，即起收機的放鋪方式?jīng)Q定花生條鋪撿拾性狀，而撿拾性狀的不同導致?lián)焓把b置結(jié)構(gòu)的改變。美國于20世紀50年代至今為適應(yīng)花生產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)模式，花生撿拾裝置大致可分為小型花生撿拾收獲機齒帶式撿拾裝置（1950-1970）、中型花生撿拾收獲機滑道式彈齒滾筒撿拾裝置（1970-1990）和大型花生撿拾收獲機無滑道式撿拾裝置（1990-）。

1.1 齒帶式花生撿拾裝置發(fā)展及應(yīng)用

20世紀50年代，美國Lilliston、Benthall和Roanoke等公司先后研制出牽引式花生撿拾收獲機（圖1）[20-22]，這些花生撿拾收獲機的總體結(jié)構(gòu)基本相似，即由拖拉機（側(cè)）牽引行走，配備專門的固定式內(nèi)燃機單獨驅(qū)動撿拾和摘果裝置，撿拾收獲機均采用撿拾與輸送一體化的齒帶式撿拾裝置，其結(jié)構(gòu)比較龐大，工作幅寬和速度有限，一般只能撿拾1個條鋪（2行），難以實現(xiàn)拖拉機的正牽引作業(yè)。

圖1 美國20世紀50年代典型的花生撿拾收獲機Figure 1 American typical peanut combine harvesters in the 1950s

1.2 滑道式彈齒滾筒撿拾裝置

美國20世紀70年代已經(jīng)將滑道式彈齒滾筒撿拾裝置成功應(yīng)用在中小型兩段式花生聯(lián)合收獲機上，如Lil?liston Implement Company 生產(chǎn)的小型花生聯(lián)合收獲機（圖2），正牽引式結(jié)構(gòu)，滑道式彈齒滾筒撿拾裝置和全喂入花生摘果裝置，能夠收獲放鋪方式為果朝一側(cè)的2~4行花生條鋪，可一次性完成撿拾、摘果、清選等工作。撿拾裝置采用右側(cè)單滑道布置，周向4 排撿拾彈齒。凸輪滑道為典型“腎形”凸輪盤，由多條復(fù)雜曲線構(gòu)成，通過曲柄控制彈齒進行有規(guī)律地反復(fù)擺動，分別對應(yīng)撿拾彈齒的撿拾、升舉、推送和空回4個撿拾階段[23]。

圖2 Lilliston小型花生聯(lián)合收獲機Figure 2 Lilliston small peanut combine harvester

為了提高花生晾曬質(zhì)量，嘗試將花生植株由果朝一側(cè)改為莢果朝上的放鋪方式。莢果朝上的放鋪方式不僅有利于莢果晾曬，并從根本上改變了果朝一側(cè)花生條鋪的撿拾特性，花生植株間更加緊湊，莖稈相互交錯，連接強度更大，形成的毯狀條鋪厚度大且連續(xù)性好，十分有利于機械撿拾。作業(yè)時撿拾彈齒從下至上挑拾花生植株，未接觸果柄，進而減少花生掉果損失。因此，匍匐型花生植株條鋪特點就決定了對撿拾裝置要求不高，成為美國花生撿拾收獲機撿拾裝置簡化衍變的先天條件。

隨著花生起收機的莢果朝上有序放鋪難題攻破，改變了花生條鋪撿拾特性，降低了花生條鋪的撿拾要求，使花生撿拾裝置結(jié)構(gòu)得到了簡化。美國20世紀80年代初，Long Manufacturing Company 生產(chǎn)的花生聯(lián)合收獲機（圖3）采用無滑道式彈齒滾筒撿拾裝置，彈齒與滾筒固定，“后背”式彈齒設(shè)計避免彈齒與護板在推送階段對植株產(chǎn)生夾持，周向采用5排彈齒，撿拾裝置上側(cè)無集果絞龍，花生植株撿拾后直接送入摘果滾筒[24]。

圖3 Long花生聯(lián)合收獲機Figure 3 Long peanut combine harvester

隨著花生產(chǎn)業(yè)對生產(chǎn)力要求不斷提高，AMADAS、KMC 等公司分別制造出大型花生聯(lián)合收獲機，生產(chǎn)效率提高的同時撿拾裝置也相應(yīng)得到了簡化。這種簡化的滑道式彈齒滾筒撿拾裝置（圖4）兩側(cè)采用圓形凸輪盤設(shè)計，中間通過起支撐作用的滾盤將左右兩段撿拾滾筒鉸接增大撿拾幅寬。將圓形的凸輪盤偏心安裝，實現(xiàn)彈齒在撿拾過程中小范圍地反復(fù)擺動。這種機構(gòu)主要有兩個優(yōu)點：一是凸輪盤采用圓形代替復(fù)雜的結(jié)構(gòu)曲線，曲柄更短，結(jié)構(gòu)更加緊湊，減小滾筒直徑，降低撿拾高度；二是簡化的圓形凸輪滑道機構(gòu)減小撿拾彈齒相對擺動角度，減少彈齒軸在工作過程中所受的扭轉(zhuǎn)力矩，降低了對彈齒軸的剛度要求。缺點為彈齒擺動幅度減小，彈齒采用“后背”方式安裝，在推送階段可避免彈齒與護板對花生植株的鉗制作用，但在撿拾初始階段彈齒撿拾傾角差，不利于撿拾作業(yè)。而果柄朝上的花生植株條鋪撿拾特性恰好彌補了這一缺點，使得這種簡化的滑道式彈齒滾筒撿拾機構(gòu)在花生聯(lián)合收獲機上得以快速推廣應(yīng)用（圖5），美國AMADAS、KMC6行自走式、牽引式花生聯(lián)合收獲機撿拾裝置均采用這種結(jié)構(gòu)[25-27]。

圖4 圓形凸輪盤彈齒滾筒撿拾機構(gòu)Figure 4 Circular cam spring-finger cylinder pickup mechanism

KMC 只生產(chǎn)牽引式花生聯(lián)合收獲機，而AMADAS 同時生產(chǎn)牽引式和自走輪式花生聯(lián)合收獲機，這些花生聯(lián)合收獲機均采用圓形滑道式彈齒滾筒撿拾裝置，周向4~5排彈齒布置，收獲行距76，91，96，101 cm 不等。牽引式花生聯(lián)合收獲機均為2～6行的系列產(chǎn)品，而AMADAS自走式花生聯(lián)合收獲機只有8行一種規(guī)格[28]。

1.3 無滑道式彈齒滾筒撿拾裝置

20世紀90年代開始，隨著美國花生產(chǎn)業(yè)不斷擴大，機械化程度不斷提高，撿拾幅寬為6~8行大型兩段式花生聯(lián)合收獲機成為了主要研制方向。由于滑道式彈齒滾筒撿拾裝置結(jié)構(gòu)限制，撿拾幅寬過大會使彈齒軸撓度和扭轉(zhuǎn)角增大，彈齒擺動規(guī)律無法滿足撿拾作業(yè)要求。因此，滑道式彈齒滾筒撿拾裝置無法滿足大型兩段式花生聯(lián)合收獲機撿拾作業(yè)的要求。

為適應(yīng)大型兩段式花生聯(lián)合收獲機撿拾作業(yè)，美國花生機械制造公司對滑道式彈齒滾筒撿拾裝置進一步簡化設(shè)計。美國Colombo 公司研制了一種無滑道式彈齒滾筒撿拾裝置（圖6），采用無滑道式設(shè)計，彈齒通過滾筒與主軸固聯(lián)，與主軸無相對擺動。通過弧形護板的曲率變化，調(diào)整弧形撿拾齒與護板在不同位置的夾角，避免在推送階段撿拾齒與護板對花生植株產(chǎn)生鉗制作用。為了實現(xiàn)撿拾裝置輕量化設(shè)計的目的，撿拾齒采用合成材料制成圓弧狀的整體片式結(jié)構(gòu)，周向均布6 個片狀圓弧形撿拾齒，不僅便于安裝，撿拾齒強度與耐磨性大大增加。相鄰撿拾齒沿軸向相錯20°相位角螺旋式安裝，形成周向為12 排撿拾齒的滾筒結(jié)構(gòu)。相比于滑道式彈齒滾筒撿拾裝置，周向增加的撿拾齒排數(shù)可減小漏檢區(qū)域面積，適當降低滾筒轉(zhuǎn)速，減少莢果損失[29-30]。

2 中國花生撿拾收獲機撿拾裝置類型及發(fā)展歷程

由于收獲農(nóng)藝的不同，我國花生機械化收獲方法主要分為分段收獲、兩段收獲和聯(lián)合收獲3 種。近年來，針對覆膜種植花生秧蔓飼料化利用需求，出現(xiàn)的一種花生秧蔓和莢果兼收的“三段式”花生收獲方式。我國早期花生生產(chǎn)機械化程度較低，1959年，我國研制出第一臺花生起收機[31]，因特殊國情而發(fā)展緩慢。直到20世紀70 年代末80 年代初，在引進美國花生挖掘機和中國臺灣花生聯(lián)合收獲機基礎(chǔ)上，陸續(xù)研制出各種花生起收機和摘果機，花生收獲機械逐漸應(yīng)用并發(fā)展起來。2007 年以來陸續(xù)研制出4HQL-2、4HLB-2、4HLB-4、4HBL-4等型號履帶自走式花生聯(lián)合收獲機和4HJL-4、4HLJ-8 型大中型花生撿拾收獲機[32-36]，但因機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜和農(nóng)藝適應(yīng)性差等綜合原因，正處于性能完善階段，而大型花生撿拾收獲機仍處于研制階段。

我國典型的花生撿拾聯(lián)合收獲機分類方式有兩種：按撿拾裝置的結(jié)構(gòu)型式分為齒帶式、彈齒式、齒帶與摟齒組合式；按動力配置分為牽引式、自走式和背負式。其中，牽引式的動力配置有拖拉機動力輸出軸單獨驅(qū)動、拖拉機動力輸出軸與獨立動力聯(lián)合驅(qū)動兩種。目前，牽引式小型花生撿拾收獲機應(yīng)用最多、最廣泛，而且均采用單滾筒全喂入摘果裝置，撿拾工作幅寬為90~110 cm，1鋪2行，一般用小四輪拖拉機牽引，同時配合自身動力輸出軸驅(qū)動工作機械，拖拉機動力不能低于22.1 kW；自走式花生撿拾聯(lián)合收獲機多為中型機械，作業(yè)幅寬2.5~3.5 m，收獲6~8行花生，發(fā)動機功率50~60 kW[37-38]。

2.1 齒帶式花生撿拾裝置

我國早期小型花生撿拾收獲機按動力配置和結(jié)構(gòu)分為牽引式、自走式和背負式3種類型，圖7a為自走式小型花生撿拾收獲機，齒帶式撿拾裝置，內(nèi)燃機動力25~30 kW；圖7b牽引式小型花生撿拾收獲機，齒帶式撿拾裝置，拖拉機動力輸出軸驅(qū)動，動力25~30 kW；圖7c牽引式小型花生撿拾收獲機采用摟齒組合式撿拾裝置，小型四輪拖拉機牽引作業(yè)，動力14.7~18.4 kW，工作裝置由固定內(nèi)燃機驅(qū)動，動力8.82 kW。以上收獲機均采用單滾筒全喂入摘果裝置，氣吸風篩式清選，提升機卸料，撿拾工作幅寬均為1鋪2行（90~110 cm或80~100 cm）。

圖7 我國早期典型齒帶式花生撿拾收獲機Figure 7 Early typical tooth-belt peanut pickup harvester in China

在此基礎(chǔ)上，我國花生收獲機生產(chǎn)廠家對齒帶式花生撿拾收獲機摘果與清選裝置進行了優(yōu)化升級（圖8），生產(chǎn)效率和作業(yè)質(zhì)量大大提高，齒帶式撿拾裝置結(jié)構(gòu)沒有太大改變，部分撿拾裝置配有輔助撿拾機構(gòu)。唐河縣大華機械設(shè)備有限公司生產(chǎn)的大華4HQJ-1200花生撿拾收獲機，側(cè)牽引式結(jié)構(gòu)，齒帶式撿拾裝置，撿拾幅寬1.2 m，作業(yè)速度為1.25~2.80 km·h-1；長春福德機械制造有限公司生產(chǎn)福德4HJE-1000 型牽引式花生撿拾收獲機，自走式結(jié)構(gòu)，齒帶式撿拾裝置，撿拾齒為釘齒，撿拾幅寬1.0 m；福德4HJZ-1000 型自走式花生摘果機、鑫峰龍4HJQ-2.0 型牽引式花生撿拾收獲機均采用齒帶式撿拾裝置，撿拾裝置上面加裝壓草條，使花生植株能夠更加柔順進入摘果裝置。

圖8 國內(nèi)典型齒帶式花生撿拾收獲機Figure 8 Typical toothed belt peanut pickup harvester

2.2 伸縮扒指式花生撿拾裝置

伸縮扒指式撿拾裝置結(jié)構(gòu)簡單，撿拾齒主軸與滾筒中心偏置安裝，撿拾齒在圓柱滾筒的滑座上反復(fù)伸縮完成撿拾動作。近幾年，被廣泛應(yīng)用在中型花生撿拾收獲機上。

濰坊大眾機械有限公司研制的4HZL-6 型花生撿拾收獲機（圖9），配套動力85 kW，作業(yè)幅寬2.5 m，收獲6~8 行花生，作業(yè)效率0.004~0.009 km2·h-1，采用直齒式伸縮扒指撿拾裝置。直齒在撿拾稀疏條鋪時存在“壅堆”情況，不利于撿拾作業(yè)。在此基礎(chǔ)上，又研制了5HZ-8型花生撿拾收獲機，配套動力48.7 kW，作業(yè)幅寬3.2 m，收獲6~10 行花生，作業(yè)效率0.005 3~0.006 6 km2·h-1，依然采用伸縮扒指式撿拾裝置（圖10），前端安裝彈齒式撥禾輪，作業(yè)時撥禾輪反向轉(zhuǎn)動以克服植株“壅堆”問題[39]。

圖9 4HZL-6、5HZ-8花生撿拾收獲機撿拾裝置Figure 9 Pickup device of 4HZL-6 and 5HZ-8 peanut pickup harvester

圖10 5HZ-8花生撿拾收獲機撿拾裝置Figure 10 Pickup device of 5HZ-8 peanut pickup harvester

為了提高撿拾裝置工作質(zhì)量，河南省豫長春機械制造有限責任公司生產(chǎn)的4HZJ-2500 型自走式花生撿拾收獲機（圖11），采用單排彈性壓草指設(shè)計，滑道式伸縮抓齒式撿拾裝置。撿拾裝置采用6排弧形刀齒式縱向滾筒，滾筒通過筒體幅板與主軸固定。主軸帶動弧形刀齒轉(zhuǎn)動的同時，刀齒在滾筒抓齒孔內(nèi)反復(fù)伸縮，刀齒根部限制在兩側(cè)的偏心軌道內(nèi)，偏心軌道的形狀控制刀齒的伸縮長度。機構(gòu)優(yōu)點：弧形刀齒更加有利于撿拾，滾筒與刀齒共同運動，花生植株與滾筒無相對摩擦，凸輪滑道控制刀齒在抓齒孔內(nèi)反復(fù)伸縮，可有效避免刀齒對花生植株的鉗制作用。機構(gòu)缺點：機構(gòu)相對復(fù)雜，滾筒直徑大，弧形刀齒撿拾長度短，適應(yīng)性差，不適合大型花生收獲機撿拾作業(yè)[40]。

圖11 4HZJ-2500花生撿拾收獲機撿拾裝置Figure 11 Pickup device of 4HZ-2500 peanut pickup harvester

2.3 滑道式彈齒滾筒撿拾裝置

滑道式彈齒滾筒撿拾裝置具有體積小，質(zhì)量輕，適應(yīng)性強等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用在中小型花生撿拾收獲機上。我國一些農(nóng)機生產(chǎn)廠家研制的小型兩段式花生撿拾收獲機采用單滑道式彈齒滾筒撿拾裝置（圖12），偏置背負式結(jié)構(gòu)，作業(yè)寬幅為2行1鋪。隨著生產(chǎn)力不斷提高，研制的中型花生撿拾收獲機也配有彈齒滾筒撿拾裝置，相對于小型花生撿拾收獲機，撿拾幅寬增大，采用兩側(cè)雙滑道結(jié)構(gòu)，保證彈齒有穩(wěn)定的擺動規(guī)律。如山東金大豐機械有限公司研制的4HZL-2500 自走式花生撿拾收獲機（圖13a），配套動力為88 kW，作業(yè)幅寬2.5 m，雙滑道式彈齒滾筒撿拾裝置，撿拾更加順暢。河南沃德機械制造有限公司研制的4HZL-3花生撿拾收獲機（圖13b），自走式結(jié)構(gòu)，配套動力為88~96.3 kW，作業(yè)幅寬2.6 m，滑道式彈齒滾筒撿拾裝置，上方配裝壓草輥，避免在撿拾過程中植株因離心力過大發(fā)生“上拋”現(xiàn)象；中聯(lián)2018款4HZJ-2500花生撿拾收獲機（圖13c），配套動力為88 kW，作業(yè)幅寬2.5 m，配置雙滑道彈齒滾筒撿拾裝置（圖14）。撿拾裝置周向布置四排彈齒，左右兩段采用柔性連接，減小彈齒座因位置調(diào)整、零件加工誤差和裝配誤差受到的應(yīng)力影響，提高使用的穩(wěn)定性[41]。

圖12 典型彈齒滾筒式小型花生收獲機Figure 12 Typical spring-fingers cylinder minitype peanut combine harvester

圖13 我國典型大中型花生撿拾收獲機Figure 13 Typical large and middle peanut pickup combine harvester in China

圖14 中聯(lián)4HZJ-2500花生撿拾收獲機及撿拾裝置Figure 14 Zhonglian 4HZJ-2500 peanut combine harvester and pickup dervice

2.4 無滑道式彈齒滾筒撿拾裝置

無滑道式彈齒滾筒撿拾裝置具有體積小、撿拾幅寬大、結(jié)構(gòu)簡單、便于維護等優(yōu)點，近年來開始逐漸應(yīng)用在我國中、大型花生撿拾收獲機上。南京農(nóng)業(yè)機械化研究所研制的4HLJ-8型自走式花生撿拾聯(lián)合收獲機（圖15），輪式自走底盤，發(fā)動機功率50~60 kW，采用無滑道式彈齒滾筒撿拾裝置和多滾筒切流摘果裝置，工作幅寬為3.2 m（4 鋪8 行），能夠一次性完成撿拾、輸送、摘果、清選、集果等聯(lián)合收獲作業(yè)，生產(chǎn)效率可達0.005~0.01 km2·h-1。并針對撿拾裝置的護板與彈齒進行了獨特設(shè)計，彈齒采用“后背”折彎式結(jié)構(gòu)，護板在推送工位末端向上“隆起”設(shè)計，克服對花生植株的鉗制作用，使花生植株可以沿著向下傾斜的護板順利進入后面的螺旋輸送器。撿拾裝置前端采用單排彈性壓草指設(shè)計，可防止花生植株產(chǎn)生“壅堆”和“拋起”現(xiàn)象，提高撿拾效率，降低掉果損失率[42]。

圖15 4HLJ-8花生撿拾聯(lián)合收獲機Figure 15 4HLJ-8 peanut pickup combine harvester

在此基礎(chǔ)上，南京農(nóng)業(yè)機械化研究所針對花生割秧-挖掘-撿拾摘果三段式收獲作業(yè)模式，研制了4HZJ-3000 型自走式花生聯(lián)合收獲機（圖16），發(fā)動機功率92 kW，作業(yè)幅寬3 m，可1 次收獲4 壟8 行，生產(chǎn)效率0.6~1.8 hm2·h-1。撿拾裝置采用無滑道設(shè)計，主軸上固定6排撿拾彈齒，彈齒采用“后背”設(shè)計，避免了輸送板與撿拾彈齒對花生植株的鉗制問題，經(jīng)田間試驗撿拾率為98.07%，落果率1.23%[43]。

圖16 4HZJ-3000花生聯(lián)合收獲機Figure 16 4HZJ-3000 peanut combine harvester

3 我國花生撿拾收獲機撿拾裝置存在的問題及研究方向

3.1 中美花生聯(lián)合收獲機撿拾裝置變化對比分析

美國從20 世紀60 年代后期全面實現(xiàn)兩段式花生收獲機械化至今，為適應(yīng)花生種植、收獲模式及規(guī)模，兩段式花生聯(lián)合收獲機完成了從小型、中型到大型的轉(zhuǎn)變?；ㄉ鷵焓把b置也經(jīng)歷了由齒帶式、滑道彈齒滾筒式到無滑道彈齒滾筒式撿拾裝置的衍變過程。在此過程中，花生種植、挖掘放鋪、撿拾作業(yè)等環(huán)節(jié)間相互聯(lián)系緊密，通過晾曬試驗確定合理的放鋪方式。近20年的努力，實現(xiàn)由果朝一側(cè)改為莢果朝上的有序放鋪方式，使花生條鋪的撿拾特性更適合機械化撿拾作業(yè)。實現(xiàn)了由滑道式到無滑道式滾筒撿拾裝置的簡化設(shè)計及應(yīng)用，為今后大型花生聯(lián)合機械化作業(yè)奠定了堅實的基礎(chǔ)。

我國中小型兩段式花生撿拾收獲機相對比較成熟，大型花生撿拾收獲機還處于研制階段。區(qū)別于目前美國花生聯(lián)合收獲機普遍采用的無滑道式撿拾機構(gòu)，我國花生撿拾收獲機配置的撿拾裝置類型較多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。早期研發(fā)的小型兩段式花生撿拾收獲機多采用齒帶式撿拾裝置，少部分配置單側(cè)滑道布置的滑道式彈齒滾筒撿拾裝置。近些年，科研院所與農(nóng)機企業(yè)也陸續(xù)開發(fā)出一系列中型花生撿拾收獲機，并在關(guān)鍵技術(shù)上取得了突破，申請了多項發(fā)明專利。所配置的撿拾裝置包括滑道彈齒滾筒式、無滑道彈齒滾筒式、伸縮扒指式等多種撿拾裝置，作業(yè)時需輔助裝置（撥禾輪、彈性壓草指等）配合完成撿拾作業(yè)。然而，這些機械撿拾作業(yè)時依然存在漏撿率和掉果率高的問題。分析原因，所配置的撿拾裝置不適合我國直立型花生植株撿拾特性，作業(yè)時花生植株存在壅堆與上拋問題。為了避免以上問題，設(shè)計彈性壓草指和撥禾輪等輔助裝置以限制花生植株因受力向前運動，在一定程度上避免花生植株產(chǎn)生壅堆、拋起、斷條和打土等問題。但對花生植株形成擠壓與二次擊打，使花生莢果掉落，這也是莢果損失率高的主要原因。而美國基于農(nóng)機農(nóng)藝緊密結(jié)合的原則，從研究花生條鋪撿拾特性入手，改變花生起收機放鋪方式，優(yōu)化撿拾裝置整體結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)低損高效機械化收獲作業(yè)。

3.2 存在的問題

對比美國花生聯(lián)合收獲機撿拾裝置衍變歷程，我國分段式花生撿拾裝置存在種類多、適應(yīng)性差、撿拾質(zhì)量不高等問題。分析原因主要為收獲作業(yè)中挖掘放鋪與撿拾作業(yè)環(huán)節(jié)間相互脫節(jié)，對花生條鋪撿拾特性缺乏深入研究。具體表現(xiàn)為：（1）花生漏檢率高，莢果損失嚴重。體現(xiàn)為農(nóng)機農(nóng)藝未深入融合，兩段式花生收獲機撿拾裝置的研究存在局限性。目前，我國花生起收機只能完成花生植株莢果朝向一側(cè)的放鋪方式，所形成的條鋪連帶性差，植株晾曬后，莖稈水分流失，與撿拾彈齒間相互作用的摩擦力降低，很難實現(xiàn)連續(xù)撿拾。大多借助撥禾輪、壓草輥等輔助裝置減少“壅堆”“拋起”等問題，進而增加了植株漏撿率與莢果損失率。（2）撿拾裝置適應(yīng)性差，標準化程度低。美國兩段式花生撿拾裝置經(jīng)歷了小型花生聯(lián)合收獲機（齒帶式撿拾裝置）、中型花生聯(lián)合收獲機（滑道式彈齒滾筒撿拾裝置）到沿用至今的大型花生聯(lián)合收獲機（無滑道式撿拾裝置），從設(shè)計到應(yīng)用均已實現(xiàn)了標準化。我國研制的撿拾裝置對花生種植的疏密程度、放鋪方式和土壤類型都有要求，缺乏適應(yīng)性強的撿拾裝置。撿拾裝置類型與參數(shù)各異，小型花生聯(lián)合收獲機（齒帶式和彈齒滾筒式撿拾裝置），中型花生聯(lián)合收獲機（伸縮扒指式，滑道式和無滑道式彈齒滾筒撿拾裝置），且配有不同的輔助撿拾裝置（彈性壓草指，撥禾輪等），沒有形成系列化和標準化，不利于維修和維護。（3）設(shè)計方法繁瑣，精度低。我國的撿拾裝置多數(shù)為仿制國外的機器或直接引用牧草、水稻、甜菜等采用兩段式收獲的農(nóng)作物收獲機撿拾裝置。由于農(nóng)產(chǎn)品品種間的差異，挖掘放鋪后撿拾特性不同，因此所設(shè)計的花生撿拾裝置并不適用于國內(nèi)花生撿拾。在設(shè)計時往往采用傳統(tǒng)的設(shè)計方法，并未考慮不同田間環(huán)境下花生條鋪撿拾特性，即植株放鋪方式、條鋪厚度和撿拾連帶性等。在設(shè)計過程中，沒有針對花生條鋪撿拾參數(shù)建立合理機構(gòu)數(shù)學模型、采用先進的設(shè)計方法及設(shè)計理念來研究和優(yōu)化設(shè)計撿拾裝置。（4）加工技術(shù)含量低，使用可靠性不高。近年來，我國雖然在中型兩段式花生收獲機設(shè)計了多種撿拾裝置，并申請了多項發(fā)明專利，但基本上是在傳統(tǒng)撿拾裝置基礎(chǔ)上對單一關(guān)鍵構(gòu)件進行優(yōu)化設(shè)計。很多小型農(nóng)機廠家生產(chǎn)規(guī)模小，配套加工設(shè)備陳舊，加工精度低，所生產(chǎn)的農(nóng)機設(shè)備可靠性不高。

3.3 研究方向

基于農(nóng)機農(nóng)藝相融合的原則，從花生成熟期內(nèi)的物理特性和條鋪撿拾特性入手，研究適用于我國直立型花生植株的撿拾裝置。具體研究方向：（1）改變現(xiàn)有花生植株放鋪方式。根據(jù)相關(guān)研究，針對于我國直立型花生植株，首尾搭接的花生植株放鋪方式不僅有利于莢果田間晾曬，而且植株間連帶性強，非常有利于機械撿拾作業(yè)。因此，研究新型花生起收機，實現(xiàn)首尾搭接放鋪方式是低損、高效機械化撿拾作業(yè)的前提條件。（2）大幅寬、小體積撿拾裝置的研制。目前，大幅寬的撿拾聯(lián)合收獲機依然由國外企業(yè)壟斷，我國自主研發(fā)的大幅寬、一次收獲多行花生的撿拾收獲機械關(guān)鍵技術(shù)尚欠成熟。通過新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團引進的美國KMC 大型花生撿拾聯(lián)合收獲機所進行的試驗表明，國外大型撿拾聯(lián)合收獲機并不適合我國的花生收獲。因此，研制適合我國花生收獲的大幅寬花生撿拾聯(lián)合收獲機是未來的研究方向，重點應(yīng)放在撿拾裝置整體結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化的方向上。（3）采用先進的設(shè)計方法設(shè)計撿拾裝置，并進行標準化。為了降低產(chǎn)品的設(shè)計成本和周期，應(yīng)采用先進的設(shè)計理念和設(shè)計方法來設(shè)計撿拾裝置。當前我國各類撿拾機構(gòu)多為平面連桿、凸輪滑道機構(gòu)形式，應(yīng)采用解析法建立撿拾裝置的數(shù)學模型，根據(jù)花生撿拾要求建立相應(yīng)的目標函數(shù)和邊界限制條件；并結(jié)合智能優(yōu)化算法進行求解，獲得合理的撿拾機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)，最終形成參數(shù)化設(shè)計；為了便于易損件的維修和更換，撿拾裝置應(yīng)以簡易實用為研究方向，并實現(xiàn)易損件（彈齒）的標準化設(shè)計，并制定相應(yīng)的設(shè)計與安裝標準。（4）撿拾裝置應(yīng)與農(nóng)藝緊密結(jié)合。在撿拾裝置的研發(fā)過程中應(yīng)與農(nóng)藝專家互動交流，對花生品種和栽培制度進行了解并提出相應(yīng)要求，同時應(yīng)以廣適性作為重要指標之一進行撿拾裝置的研發(fā)工作。農(nóng)藝專家應(yīng)以適合機械化作業(yè)、高產(chǎn)、高油為綜合目標，從株型、果柄抗拉能力、結(jié)果范圍、結(jié)果深度、適收期、生產(chǎn)期等方面綜合考慮，篩選或培育適合機械化作業(yè)的花生品種；同時農(nóng)藝專家還需綜合考慮種植密度、播種時間、適收期、地區(qū)適應(yīng)性、產(chǎn)量等各方面因素，篩選先進適用的栽培技術(shù)，研究制定適合于機械化作業(yè)和規(guī)?；?、標準化生產(chǎn)的花生種植農(nóng)藝規(guī)范，為機械化收獲作業(yè)創(chuàng)造條件。