山地果園機(jī)械的現(xiàn)狀與展望

浙江省金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 李新廣 楊紹榮

近年來，隨著我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，林果生產(chǎn)已成為我國林果產(chǎn)區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和農(nóng)民增收致富的新亮點(diǎn)和支柱產(chǎn)業(yè)［1］。隨著林果種植面積的不斷擴(kuò)大，而我國可耕地面積有限，坡地很早就被開墾利用。坡地果園排水良好，光照充足，通風(fēng)條件良好，對(duì)果農(nóng)種植果樹非常有利。但是其較大的土地坡度和種植密度不利于一般機(jī)具的使用，因此坡地果園機(jī)械化作業(yè)水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于平地。果農(nóng)靠手工勞作，勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作效率低。據(jù)統(tǒng)計(jì)，坡地上柑桔的種植所需勞動(dòng)力是機(jī)械化水稻生產(chǎn)所需勞動(dòng)力的4倍［2］。果園作業(yè)機(jī)械可以實(shí)現(xiàn)果園的規(guī)范化管理，大幅減輕果農(nóng)的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約勞動(dòng)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)還能減少林果病蟲害的發(fā)生，提高果品品質(zhì)。我國果園機(jī)械起步比較晚，基礎(chǔ)比較薄弱，果園機(jī)械化程度與歐美國家還存在很大的差距。因而研發(fā)山地果園機(jī)械對(duì)我國的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整具有重大意義。

1 山地果園機(jī)械的類型

果園作業(yè)主要包括植物保護(hù)機(jī)械、灌溉機(jī)械、中耕除草及挖溝機(jī)械、果品運(yùn)輸機(jī)械等。

1．1 植物保護(hù)機(jī)械

用于保護(hù)作物和農(nóng)產(chǎn)品免受病、蟲、鳥、獸和雜草等危害的機(jī)械，通常是指用化學(xué)方法防治植物病蟲害的各種噴施農(nóng)藥的機(jī)械，也包括用化學(xué)或物理方法除草和用物理方法防治病蟲害、驅(qū)趕鳥獸所用的機(jī)械和設(shè)備等。植物保護(hù)機(jī)械主要有噴霧、噴粉和噴煙機(jī)具等。

我國果園機(jī)械化始于植保機(jī)械，果園植保在各項(xiàng)作業(yè)中機(jī)械化水平最高。目前，果園中使用的植保機(jī)械多為移動(dòng)式噴霧機(jī)組和踏板式人力噴霧器。

1．2 灌溉機(jī)械

灌溉的方法主要有漫灌、噴灌、微噴灌、滴灌、滲灌等。在果園中大部分是采用漫灌，局部地區(qū)推廣了微噴、滴灌、噴灌技術(shù)，但也有不少缺乏灌溉條件的果園。噴灌設(shè)備的類型很多，其中以圓形噴灌機(jī)或中心支軸式噴灌設(shè)備的自動(dòng)化程度較高。

1．3 中耕除草及挖溝機(jī)械

采用化學(xué)方法除草，雖然可以減輕果農(nóng)的勞動(dòng)強(qiáng)度，但是容易造成土壤的板結(jié)。目前主要采用中耕機(jī)代替除草劑。中耕機(jī)兼有中耕和除草2種功能，分手扶式和乘座式2種。手扶式旋耕裝置多安裝在拖拉機(jī)前部，便于樹冠下作業(yè)。乘座式的特點(diǎn)是旋耕裝置在拖拉機(jī)后部，并且偏置，樹下作業(yè)時(shí)靠機(jī)電一體的避讓裝置躲開樹干，自動(dòng)化程度較高。挖溝機(jī)械比較多，但是在山地果園的使用卻很少。

1．4 果品運(yùn)輸機(jī)械

山地果園運(yùn)輸機(jī)械很多，主要有單軌運(yùn)輸機(jī)、雙軌運(yùn)輸機(jī)、架空索道、動(dòng)力三輪車等。

2 國內(nèi)外山地果園機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀

2．1 國內(nèi)山地果園機(jī)械的發(fā)展?fàn)顩r

我國果園生產(chǎn)機(jī)械化的研究與應(yīng)用起步較晚。20世紀(jì)50年代才推廣使用手動(dòng)噴霧器，60年代中期開始發(fā)展動(dòng)力噴霧機(jī)，70年代至今，在引進(jìn)國外果園機(jī)械的同時(shí)，陸續(xù)成功研制了果園中耕除草機(jī)、液壓剪枝升降平臺(tái)、果園風(fēng)送彌霧機(jī)以及果品收獲機(jī)和果品分級(jí)清選機(jī)等，促進(jìn)了果園機(jī)械化的發(fā)展。

由國家蘋果產(chǎn)業(yè)技術(shù)研發(fā)中心栽培與機(jī)械研究室果園機(jī)械崗研發(fā)的新專利，自走式風(fēng)送噴霧機(jī)，配套14．72kW動(dòng)力，藥箱容量500L，每小時(shí)能噴霧8～16畝（1hm2＝15畝）地。適用于矮砧密植園、新建幼齡園和老園間伐提干改造園。該噴霧機(jī)是將風(fēng)送果園噴霧系統(tǒng)安裝于果園動(dòng)力底盤上，采用液力霧化風(fēng)力吹霧，霧滴被強(qiáng)大的氣流吹至樹冠中，枝葉被氣流翻動(dòng)，極大提高霧滴的附著率。噴藥全程一人操作，勞動(dòng)強(qiáng)度低，機(jī)動(dòng)靈活，作業(yè)效率高，農(nóng)藥利用率高，噴霧均勻，節(jié)藥、高效。

在山地或坡地果園運(yùn)輸方面，目前國內(nèi)開發(fā)了軌道式運(yùn)輸和索道運(yùn)輸?shù)榷喾N形式的運(yùn)輸系統(tǒng)，可大大減輕農(nóng)民的勞動(dòng)強(qiáng)度、降低勞動(dòng)成本、為山地果園機(jī)械化提供了先進(jìn)技術(shù)支持。

由華中農(nóng)業(yè)大學(xué)張衍林等［3］研制的單軌運(yùn)輸機(jī)主要由柴油機(jī)、傳動(dòng)裝置、離合裝置、驅(qū)動(dòng)總成、制動(dòng)裝置、拖車等組成。匹配動(dòng)力為8．8kW，運(yùn)行速度為0．7～1．26m／s，最大承重400kg（上坡）、1 000kg（下坡），最大爬坡角度為35°，最小轉(zhuǎn)彎半徑為4m，適用于蜿蜒起伏復(fù)雜變化的坡段。目前在湖北宜昌秭歸、江西贛州等柑橘生產(chǎn)區(qū)得到了普遍應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上，張俊峰等［4］研制了山地果園遙控單軌運(yùn)輸機(jī)，以人工駕駛單軌運(yùn)輸機(jī)為樣機(jī)，通過無線電遙控和電動(dòng)推桿執(zhí)行機(jī)構(gòu)，利用單片機(jī)采集霍爾傳感器信息進(jìn)行綜合處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)單軌運(yùn)輸機(jī)的離合、換擋、油門和剎車的精確控制，進(jìn)而控制單軌運(yùn)輸機(jī)的啟動(dòng)、運(yùn)行和熄火停車，即實(shí)現(xiàn)單軌運(yùn)輸機(jī)的遙控駕駛，用人工遙控駕駛，遙控距離可達(dá)300m，但是由于柑橘園實(shí)際環(huán)境復(fù)雜，而且信號(hào)的傳播受到柑橘樹等影響，遙控的穩(wěn)定性和遙控的距離會(huì)受到限制。

同時(shí)，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)張衍林等［5］也研制了自走式雙軌道果園運(yùn)輸機(jī)。雙軌運(yùn)輸機(jī)組成結(jié)構(gòu)與單軌差不多，但所采用的驅(qū)動(dòng)原理不同。單軌運(yùn)輸機(jī)是通過開式鏈與單軌道上的齒條嚙合驅(qū)動(dòng)，而雙軌運(yùn)輸機(jī)是通過雙滾筒與鋼絲繩之間的摩擦驅(qū)動(dòng)的。雙軌運(yùn)輸機(jī)具結(jié)構(gòu)緊湊、占地空間小、可操作性強(qiáng)、運(yùn)行可靠，并具有防側(cè)滑與防上跳、防鋼絲繩上抬和拉直、拖車自適應(yīng)坡度調(diào)節(jié)、三保險(xiǎn)安全制動(dòng)等技術(shù)特點(diǎn)，適用于所有運(yùn)輸困難的山地道路中對(duì)果實(shí)、化肥、農(nóng)藥的運(yùn)輸。

華中農(nóng)業(yè)大學(xué)張俊峰和張衍林［6］研制了山地橘園遙控牽引式無軌運(yùn)輸機(jī)。該牽引式無軌運(yùn)輸機(jī)主要由驅(qū)動(dòng)裝置、拖車、遙控器、遠(yuǎn)程控制裝置、鋼絲繩、導(dǎo)向輪、鋼絲繩托輥、行程開關(guān)、安全裝置和避障裝置等組成。采用卷揚(yáng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)裝置，通過鋼絲繩牽引運(yùn)輸機(jī)，人工通過操控遙控器進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)輸機(jī)的控制，可實(shí)現(xiàn)上行、下行、停止等功能。該運(yùn)輸機(jī)在江西安遠(yuǎn)已得到應(yīng)用，效果良好。一方面節(jié)約了成本，避免了軌道的鋪設(shè)；另一方面，實(shí)現(xiàn)了智能化，人工遙控操作，可以避免人工駕駛的勞動(dòng)強(qiáng)度大以及存在的一些安全隱患。

華中農(nóng)業(yè)大學(xué)張衍林等［7］。還研制了牽引式單軌果園運(yùn)輸機(jī)，該運(yùn)輸機(jī)總體結(jié)構(gòu)由控制系統(tǒng)、卷揚(yáng)機(jī)、鋼絲繩、拖車、導(dǎo)軌組成。用戶通過遙控或手動(dòng)控制卷揚(yáng)機(jī)，卷揚(yáng)機(jī)帶動(dòng)鋼絲繩，鋼絲繩牽引拖車在軌道上運(yùn)行。新設(shè)計(jì)的運(yùn)輸機(jī)解決了鋼絲繩意外脫落、防止側(cè)倒以及下滑啟動(dòng)等安全問題。經(jīng)過試驗(yàn)，在坡度為30°的狀況下，遙控距離為300m，運(yùn)行速度為0．4～0．5m／s，運(yùn)輸機(jī)的載重量為1 000kg，提高了載重量并方便了控制。

宜昌市夷陵區(qū)農(nóng)機(jī)技術(shù)推廣站的鄭祖江等［8］也對(duì)山地果園軟索運(yùn)輸機(jī)械做了大量研究并成功應(yīng)用于實(shí)踐，該運(yùn)輸系統(tǒng)主要包括牽引機(jī)、軌道和拖車三大部分組成。軌道是采用“［”型槽鋼制成的，在鋪設(shè)上采取的是開口相對(duì)安裝，選用5kW電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)作牽引機(jī)，配用拉力大于1 000kg的鋼絲繩作牽引繩。上升時(shí)運(yùn)力可達(dá)750kg，最大坡度可達(dá)60°。

華南農(nóng)業(yè)大學(xué)文韜等［9］設(shè)計(jì)了山地橘園鏈?zhǔn)窖h(huán)貨運(yùn)索道，該索道由驅(qū)動(dòng)裝置、鏈索、支架、水平托索機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、自動(dòng)張緊機(jī)構(gòu)、垂直托索機(jī)構(gòu)、組合托索機(jī)構(gòu)和物品掛鉤等組成?？筛鶕?jù)山地橘園的地形地貌和果樹種植情況，靈活布置鏈?zhǔn)窖h(huán)貨運(yùn)索道，而且成本低廉，適用于山地果園的高地勢(shì)處和低地勢(shì)處之間運(yùn)輸水果等貨物。

雖然，近些年來我國在果園機(jī)械化上取得了很多成績，但是與歐美、日本等國家相比，我們的果園機(jī)械化程度還比較落后，而且研發(fā)出來的產(chǎn)品無論是從外形上還是從性能上，與國外還有一定的差距。但是，隨著我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，果園機(jī)械化的發(fā)展趨勢(shì)日益明顯，這為新型高性能的山地果園機(jī)械的開發(fā)創(chuàng)造了有利條件。

3 總結(jié)

通過國內(nèi)外山地果園機(jī)械的對(duì)比，不難看出，我國已取得一定的成就，但是，我國山地果園機(jī)械化存在許多問題同樣值得我們思考。

首先，應(yīng)完善山地果園的道路建設(shè)。機(jī)具行進(jìn)道路的建設(shè)是在坡地果園實(shí)現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)的前提，而要在陡坡上修建供大型機(jī)具行走的較寬道路不太現(xiàn)實(shí)，主要因?yàn)榻ㄔO(shè)成本高，還存在泥土坍塌的危險(xiǎn)，并且會(huì)使種植面積減小，果園總產(chǎn)量降低。我們可以參照先進(jìn)研發(fā)的單軌雙軌或索道運(yùn)輸機(jī)，在坡地果園鋪設(shè)軌道或者索道，不僅所占果園面積小，而且安全可靠，可以加快果園機(jī)械化的程度。通過果園運(yùn)輸機(jī)，將各種除草、采摘、噴霧等機(jī)械運(yùn)至果園，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。

其次，改變果園的種植模式，研發(fā)輕便、小巧的機(jī)具。山地果園果樹種植過于密集，果樹之間距離很小，這也就限制了山地果園機(jī)械化的發(fā)展。我國雖然研制出了許多果園機(jī)械，但是由于大部分都是匹配大功率的拖拉機(jī)，而這些大型機(jī)器卻不能在狹窄的坡地果園中工作，造成了研制出來的機(jī)具用途很局限。為此，一方面今后果園機(jī)械研發(fā)的方向應(yīng)該從輕便、小巧等方向發(fā)展；另一方面，改變果園果樹的種植方式，在保證不減產(chǎn)的前提下盡量加大果樹之間的距離，從而促進(jìn)果園機(jī)械化的進(jìn)程。

最后，加大對(duì)山地果園機(jī)械的科研投入，填補(bǔ)領(lǐng)域空白。由于我國果園機(jī)械化基礎(chǔ)差，規(guī)?；l(fā)展較慢，對(duì)果園機(jī)械研發(fā)的重視程度不夠，缺乏對(duì)新機(jī)具、新技術(shù)的認(rèn)識(shí)和了解，更缺乏可供借鑒與參考的相關(guān)技術(shù)，在林果機(jī)械研發(fā)上的投入遠(yuǎn)不如糧棉等大宗作物相關(guān)機(jī)械的科研投入，加之國外機(jī)具價(jià)格昂貴，因此在果園機(jī)械引進(jìn)、消化、吸收和創(chuàng)新方面的工作不到位。因此，應(yīng)根據(jù)我國山地果園的實(shí)際情況，因地制宜，設(shè)計(jì)研發(fā)出適用于我國山地果園的機(jī)型。

［1］孟祥金，沈從舉．果園作業(yè)機(jī)械的現(xiàn)狀與發(fā)展［J］．農(nóng)機(jī)化研究，2012，（1）：238－241．

［2］胡亞玲．日本坡地果園機(jī)械化作業(yè)［J］．四川農(nóng)機(jī)，2003，（6）：352．

［3］張衍林，樊啟洲，鄧在京，等．一種山地單軌道果園運(yùn)輸機(jī)［P］．中國專利：CN101544235，2009－09－30．

［4］張俊峰，李敬亞，張衍林，等．山地果園遙控單軌運(yùn)輸機(jī)設(shè)計(jì)［J］．農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2012，43（2）：91－93

［5］張衍林，樊啟洲，鄧在京，等．自走式雙軌道果園運(yùn)輸機(jī)［P］．中國專利：CN101720601A，2010－06－09．

［6］張俊峰，張衍林．山地橘園遙控牽引式無軌運(yùn)輸機(jī)的設(shè)計(jì)［C］．中國農(nóng)業(yè)系統(tǒng)工程學(xué)術(shù)年會(huì)論文集：2011．

［7］張衍林，樊啟洲，李善軍，等．一種牽引式單軌道果園運(yùn)輸機(jī)［P］．中國專利：CN102107768A，2011－06－29．

［8］鄭祖江，田開鳳，劉進(jìn)，等．山地果園雙軌軟索運(yùn)輸機(jī)械化技術(shù)的研發(fā)［J］．湖北農(nóng)機(jī)化，2008，（5）：29－30．

［9］文韜，洪添勝，朱余清，等．山地果園索道張緊調(diào)節(jié)自動(dòng)控制裝置的設(shè)計(jì)［J］．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2011，27（6）：128－131．