巴旦木收獲機械的研究現(xiàn)狀

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，實現(xiàn)機械化采收對于提高巴旦木收獲效率和促進種植效益具有重要意義。概述國內(nèi)外巴旦木收獲現(xiàn)狀，詳細介紹不同林果收獲機械采用的方式及研究情況，以期為巴旦木機械化收獲今后的研究提供參考。

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

中圖分類號：S225.93 文獻標識碼：A 文章編號：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)價值最好的堅果，具有很強的抗氧化功能，被譽為“干果之王”“西域珍品”“世界四大堅果之首”，產(chǎn)品遠銷國內(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，栽植過密會導致生長不良、結(jié)果很少。根據(jù)當?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果枝，使成熟果實掉落。這種采摘方式用工量較大，工作效率低，容易因人工缺失錯過果實最佳采收時機，進而影響果實的果品質(zhì)量和后續(xù)生產(chǎn)。人工采收成本約占整個生產(chǎn)成本的50%～70%，隨著勞動力價格的不斷上漲，巴旦木的利潤逐年減少[5]。

國外巴旦木已基本實現(xiàn)機械化收獲，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，機械化收獲效率高、成本低，其生產(chǎn)效率是人工的5～10倍。

當前，研究和設(shè)計適于新疆種植模式下巴旦木采收機械，對于提高巴旦木產(chǎn)品的收獲效率及果實品質(zhì)具有重要意義[6]。

2 林果收獲機械研究現(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]。果品收獲機械按配套動力可分為自走式、懸掛式、牽引式；按工作原理可分為氣力式、機械振動式和接觸式，機械振動式根據(jù)產(chǎn)生振動形式的不同，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[8]。

2.1 氣力式收獲機

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

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

2.2 振搖式收獲機

振搖式收獲機（如圖2所示）是目前國內(nèi)外應用最為廣泛的林果收獲機械之一。國外對牽引式、自走式及手持式收獲機的研制和開發(fā)已經(jīng)相當成熟，這種類型的機械適用范圍廣，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]。搖振式收獲機主要由推搖器、夾持器、接果裝置、輸果裝置等機構(gòu)組成，其主要工作單元是振動夾持機構(gòu)。工作時，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)的位置，從而夾緊果樹樹干或樹枝，使機器與果樹剛性連接，夾持機構(gòu)中的偏心輪或曲柄滑塊裝置在液壓動力的驅(qū)動下帶動果樹產(chǎn)生振動，進而脫落果實。流量控制閥可以控制馬達的轉(zhuǎn)數(shù)，從而調(diào)節(jié)振動的頻率。果實從樹上脫落后，落入專門的收集裝置收集運輸[11]。

石河子大學和新疆農(nóng)墾科學院機械裝備研究所均以振搖式為原理設(shè)計了紅棗收獲機，其紅棗采收效果良好，采摘率高，各項測試指標達到了設(shè)計的技術(shù)要求[12]。目前，這種收獲機械的研究和討論主要集中在搖動機工作參數(shù)對收獲率的影響、果實收集方式及提高機械化收獲率等方面。振動頻率、振動幅度和振動時間是搖動機的主要工作參數(shù)。為了使用最小的振動獲得果實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)計的搖振機。成熟果實脫落率會隨著

振幅和頻率的增加而增加。機械采收的效率

（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械化收獲時，發(fā)現(xiàn)振搖式收獲機的振幅和頻率影響著果實脫落的百分比，但是果實脫落同樣也依賴著果枝的振幅。相同的搖動時間內(nèi)，振幅50 m、頻率15 Hz的參數(shù)組合得到的采凈率高達97.7%。

2.3 撞擊式收獲機

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

2.4 接觸式收獲機

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

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

3 結(jié)語

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

參考文獻

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