蒜薹機(jī)械化收獲技術(shù)現(xiàn)狀分析*

馮芮，李超，徐洪岑，楊清華，宋井玲，金誠(chéng)謙， 2

(1. 山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院，山東淄博，255000； 2. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所， 南京市， 210014)

0 引言

大蒜是我國(guó)的重要經(jīng)濟(jì)作物和出口創(chuàng)匯產(chǎn)品，種植面積約占世界總種植面積的1/3，產(chǎn)量約為世界產(chǎn)量的75%。蒜薹作為大蒜的花莖，也是人們喜歡吃的蔬菜之一[1-3]。從全國(guó)范圍來(lái)看，近幾年來(lái)，蒜薹產(chǎn)量一直在穩(wěn)步增長(zhǎng)。2018年全國(guó)主產(chǎn)區(qū)共收貯蒜薹80 849 萬(wàn)kg[4-5]，蒜薹的產(chǎn)量和收獲方法與收獲時(shí)長(zhǎng)有著極大的關(guān)系，因此為了調(diào)節(jié)勞力緊張程度和保證蒜薹提早或延晚上市，在長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐中，蒜農(nóng)對(duì)于如何抽好蒜薹，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，但還停留在人工采摘階段，勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低。采收蒜薹時(shí)溫度為重要的影響因素，晴天中午或者午后采摘蒜薹，此時(shí)蒜薹有些萎蔫，葉鞘與蒜薹容易分離，并且葉片有韌性不易折斷，可減少損傷[6]。有不少農(nóng)戶(hù)由于不會(huì)科學(xué)采摘蒜薹，造成蒜薹質(zhì)量差、產(chǎn)量低，蒜頭個(gè)子小、減產(chǎn)多[7]。蒜薹收獲時(shí)既要保證蒜薹質(zhì)量又不能傷害植株影響其繼續(xù)生長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化收獲比較困難，目前蒜薹收獲仍以人工為主，嚴(yán)重制約蒜薹及大蒜產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，適合大蒜生產(chǎn)的農(nóng)藝技術(shù)和相應(yīng)的機(jī)械化收獲技術(shù)亟待解決。近年來(lái)，勞動(dòng)力不斷進(jìn)入城市，農(nóng)村勞動(dòng)人員數(shù)量越來(lái)越少，雇傭勞動(dòng)力的成本也越來(lái)越高。為了增強(qiáng)我國(guó)蒜薹收獲的機(jī)械化水平、緩解蒜薹收獲勞動(dòng)力短缺的問(wèn)題，研究適合我國(guó)大蒜種植模式的蒜薹收獲機(jī)械迫在眉睫。本文分析了蒜薹收獲機(jī)械的研究現(xiàn)狀，提出了存在的問(wèn)題以及今后的發(fā)展方向，旨在為蒜薹收獲機(jī)械的研發(fā)提供借鑒和參考，推動(dòng)大蒜生產(chǎn)機(jī)械化的發(fā)展進(jìn)程。

1 大蒜收獲模式

蒜薹收獲機(jī)械的性能要求與大蒜收獲模式有關(guān)，蒜農(nóng)通常根據(jù)自身的需求和自然條件選擇合適的大蒜品種和相應(yīng)的收獲模式，以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)利益最大化[7]。

1) 以收大蒜頭為主。收獲時(shí)主要收獲蒜頭，蒜薹產(chǎn)量較低，采薹時(shí)應(yīng)盡量保持假莖完好，以利蒜頭生長(zhǎng)。

2) 以收蒜薹為主。專(zhuān)門(mén)的薹用大蒜品種[8]，主要目的是采收蒜薹，可剖開(kāi)或用針劃開(kāi)假莖提出蒜薹，這樣可以實(shí)現(xiàn)蒜薹高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)，但是存在植株易枯死、蒜頭產(chǎn)量低且易散瓣等問(wèn)題。

3) 既收大蒜頭又收蒜薹。收獲蒜薹時(shí)不能損傷大蒜假莖，保證后期蒜頭的營(yíng)養(yǎng)供給。這種模式下對(duì)蒜薹的采摘時(shí)期要求嚴(yán)格，不可過(guò)早或過(guò)遲。

2 蒜薹的收獲方法對(duì)蒜薹、蒜頭產(chǎn)量的影響

現(xiàn)有的蒜薹收獲機(jī)基本上是以人工收獲蒜薹的方法為原理開(kāi)發(fā)研制的，不同的蒜薹收獲方法對(duì)蒜薹和蒜頭的產(chǎn)量的影響各異，人工收獲蒜薹方法主要有4種(圖1)。

1) 鏟薹法。用一個(gè)一端削成鋒利且?guī)Щ⌒稳笨诘钠瑺罟ぞ撸L(zhǎng)約50 cm，一只手提住蒜薹，另一只手用工具順著蒜薹連續(xù)鏟上部的三片葉子，再在垂直方向擠壓蒜薹底部，同時(shí)提住蒜薹的手上提蒜薹。

2) 剖莖取薹法。用一個(gè)一段帶有小釘?shù)幕⌒沃衿?，從假莖離地面10～13 cm處刺破假莖的葉鞘，向上滑動(dòng)，再將蒜薹基部掐斷，把蒜薹抽出。

3) 夾薹法。用夾子在離地面15 cm左右處把蒜薹夾扁，摘去上邊兩片葉子，再用兩手徐徐提出蒜薹，此法收蒜薹產(chǎn)量高、斷薹率低，對(duì)各種大蒜品種均適宜。

4) 扎薹法。用錐形工具向假莖離地面5～7 cm的地方垂直扎穿，然后把蒜薹徐徐抽出。由于蒜薹基部很嫩，穿扎后一抽即出，抽取的蒜薹產(chǎn)量稍低，但品質(zhì)好。

鏟薹法夾薹法

剖莖取薹法扎薹法

不同的蒜薹收獲方法薹長(zhǎng)差異很大。夾薹和剖莖取薹，是從3～4片葉下部使蒜薹截?cái)?，抽出時(shí)不易斷，而鏟薹是從鎖葉往下鏟，鏟出的部分少且易斷。剖莖取薹法抽取蒜薹最長(zhǎng)，比鏟薹法多取出了7.63 cm，夾薹法比鏟薹法多取出5.8 cm。不同的蒜薹收獲方法，對(duì)假莖都有不同程度的破壞，殘留的直立青葉數(shù)量也不同，直立青葉的數(shù)量決定光照面積，影響植株進(jìn)行光合作用，堆積為蒜頭提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的有機(jī)物，影響后期蒜頭重量的增加[9-10]。扎薹法采薹后殘留直立青葉最多，故而蒜頭重量也最大，鏟薹法和剖莖取薹對(duì)假莖的破壞程度大，剩余的直立青葉少，蒜頭重量較輕。目前的收獲機(jī)主要采用剖莖取薹法、夾薹法和扎薹法收獲蒜薹，剖莖取薹法適合以收蒜薹為主的大蒜收獲模式，而夾薹法與扎薹法適合既收大蒜頭又收蒜薹的大蒜收獲模式。

3 蒜薹收獲機(jī)的研究現(xiàn)狀

目前，國(guó)外種植大蒜的國(guó)家主要有智利、阿根廷、西班牙、印度、韓國(guó)及美國(guó)一部分地區(qū)，總種植面積達(dá)200 khm2，年產(chǎn)量3 000 kt，蒜薹收獲需要大量的勞動(dòng)力，而歐美國(guó)家地廣人稀，勞動(dòng)力不足，一般不會(huì)抽取蒜薹，蒜薹主要是依靠我國(guó)進(jìn)口[11-12]，因此基本沒(méi)有關(guān)于蒜薹機(jī)械化收獲技術(shù)方面的研究。

我國(guó)人多地少，大蒜種植普遍采取精耕細(xì)作的模式，尤其是近年來(lái)大力發(fā)展大蒜特色支柱產(chǎn)業(yè)，蒜薹產(chǎn)業(yè)也跟著崛起[13]。隨著大蒜種植規(guī)模化發(fā)展和雇工困難，蒜農(nóng)對(duì)蒜薹收獲機(jī)的需求越來(lái)越迫切。大蒜的三種收獲方式都要在收獲蒜頭前20 d左右收獲蒜薹，蒜薹收獲時(shí)不能傷害植株影響其繼續(xù)生長(zhǎng)，對(duì)機(jī)械化收獲要求較高。國(guó)內(nèi)各個(gè)企事業(yè)單位對(duì)蒜薹收獲機(jī)械紛紛展開(kāi)了研究，以不同思路解決蒜薹機(jī)械化收獲時(shí)的關(guān)鍵問(wèn)題，已取得一些成果，但現(xiàn)有的蒜薹收獲機(jī)還處于理論研發(fā)階段，均為發(fā)明專(zhuān)利，尚未有推廣使用的蒜薹收獲機(jī)。本文對(duì)現(xiàn)有研究成果進(jìn)行綜合分析，旨在為我國(guó)蒜薹收獲機(jī)械進(jìn)一步發(fā)展提供借鑒和參考。

國(guó)內(nèi)的蒜薹收獲機(jī)按驅(qū)動(dòng)方式不同可分為內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)和電力驅(qū)動(dòng)式，內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)式又可分為自走式和懸掛式。電力驅(qū)動(dòng)式根據(jù)操作形式又可分為全自動(dòng)蒜薹收獲機(jī)與半自動(dòng)蒜薹收獲機(jī)。

3.1 內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)式蒜薹收獲機(jī)

內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)式蒜薹收獲機(jī)由內(nèi)燃機(jī)提供動(dòng)力，自走式本身具備行走裝置，由駕駛員操縱行駛，具有機(jī)動(dòng)靈活、轉(zhuǎn)彎半徑小、生產(chǎn)效率高、操作方便、視野良好等優(yōu)點(diǎn)，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，動(dòng)力部分利用率低；懸掛式本身不具備動(dòng)力，要么依靠行走輪提供動(dòng)力，要么依靠拖拉機(jī)的輸出軸提供動(dòng)力，具有機(jī)動(dòng)性高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕的特點(diǎn)[14]。

3.1.1 自走式蒜薹收獲機(jī)

2009年，郭貴生等[15]發(fā)明了一種剖莖式蒜薹收獲機(jī)，如圖2所示。該機(jī)采用剖莖取薹原理收獲蒜薹，主要裝置為喂入輥、螺旋刀軸、導(dǎo)流板和抽薹輥。喂入輥將單行大蒜植株收攏成束，喂入螺旋刀軸，刀刃將大蒜莖稈縱向剖切開(kāi)，順著導(dǎo)流板滑入抽薹輥，抽薹輥將蒜薹抽出。在剖切過(guò)程中，刀刃長(zhǎng)度固定，導(dǎo)流板與旋轉(zhuǎn)刀軸相互配合，呈一開(kāi)口角度，直徑大的莖稈在開(kāi)口較大處被剖切，直徑較小的莖稈在開(kāi)口較小處被剖切，對(duì)蒜薹粗細(xì)的適應(yīng)性比較好。

圖2 剖莖式蒜薹收獲機(jī)Fig. 2 Split stem garlic bolt harvester1.機(jī)架 2.收薹箱 3.抽薹輥 4.導(dǎo)流板 5.螺旋刀軸6.刀刃 7.喂入輥 8.莖稈

2018年，劉安琴等[16]發(fā)明的蒜薹聯(lián)合收獲機(jī)，如圖3所示。內(nèi)部的蒜薹扶持機(jī)構(gòu)、輔助切割機(jī)構(gòu)、橫向輸送機(jī)構(gòu)、打捆機(jī)構(gòu)、縱向輸送機(jī)構(gòu)分別將蒜薹扶正、剖莖、輸送、收集、打捆，最后，由輸送帶將蒜薹送入收薹箱內(nèi)。與上述收獲機(jī)相比，兩者收獲原理相同，該機(jī)增加了打捆和輸送功能，自動(dòng)化程度更高。

圖3 蒜薹聯(lián)合收獲機(jī)Fig. 3 Garlic bolt combine harvester

2017年，耿令新等[17]發(fā)明了一種蒜薹收獲機(jī)，如圖4所示。主要裝置為擺刀裝置、輸送裝置、去皮裝置和錐形段與圓柱形段組成的抽薹裝置。蒜薹被抽薹裝置的錐形段引導(dǎo)進(jìn)入抽薹輥的圓柱形段，由底部的擺刀將莖稈切斷后經(jīng)兩根抽薹輥的圓柱形段夾持并上提，上提過(guò)程中去皮裝置將大蒜莖稈劃破剝皮抽薹，輸送裝置將蒜薹運(yùn)入收薹箱，剝皮與抽薹同步進(jìn)行。

該機(jī)具與前兩臺(tái)機(jī)具原理類(lèi)似，但增加了擺刀和去皮裝置，在剖莖之前擺刀先將大蒜莖稈沿地面10～13 cm處切斷，切斷的蒜薹在膠輥對(duì)蒜薹的拉力和去皮裝置對(duì)莖稈的摩擦力的作用下剖莖去皮取薹，剖莖去皮裝置可以將包裹在蒜薹外的莖稈剖開(kāi)多刀，使蒜薹與莖稈分離較徹底，剖莖去皮效果較好，易于抽薹。但由于兩護(hù)板平行設(shè)置不可調(diào)，對(duì)蒜薹粗細(xì)的適應(yīng)性較差。剖莖去皮裝置如圖5所示。

圖4 剝皮式蒜薹收獲機(jī)Fig. 4 Peeling garlic bolt harvester1.擺刀裝置 2.去皮裝置 3.抽薹輥 4.輸送裝置 5.收獲箱 6.變速箱 7.車(chē)架 8.支地拖輪

圖5 剖莖去皮裝置Fig. 5 Peeling device1.抽薹輥 2.護(hù)板 3.破皮刀

2012年，楊建[18]發(fā)明了自動(dòng)一種自動(dòng)回旋式蒜薹收獲機(jī)，如圖6所示。主要裝置為前撥輥、旋轉(zhuǎn)梳式抽取裝置、分離裝置、收集箱和旋轉(zhuǎn)膠輪與兩鏈帶組成的蒜薹擠斷夾持裝置。工作時(shí)，前撥輥旋轉(zhuǎn)把散亂分布的蒜薹和青葉捋順抬起，并撥送到旋轉(zhuǎn)梳式抽取裝置前方，由相對(duì)旋轉(zhuǎn)的膠輥喂入兩間距小于蒜薹直徑的擠斷夾持裝置鏈帶之間，蒜薹被擠斷，上方的旋轉(zhuǎn)梳式抽取裝置的抽薹爪將蒜薹夾住抽出，被分離裝置分離，分離出的蒜薹由輸送帶送到收集箱。

圖6 自動(dòng)回旋式蒜薹收獲機(jī)Fig. 6 Automatic rotary garlic bolt harvester1.前撥輥 2.蒜薹擠斷夾持裝置 3.抽薹爪 4.旋轉(zhuǎn)梳式抽取裝置 5.分離裝置 6.輸送帶 7.收集箱 8.驅(qū)動(dòng)輪

該機(jī)采用夾薹法收獲蒜薹，收獲過(guò)程中，機(jī)器以速度v1向前運(yùn)動(dòng)，蒜薹擠斷夾持裝置的鏈帶以線速度v2向后運(yùn)動(dòng)，v1和v2大小相等方向相反，植株在被夾斷過(guò)程中絕對(duì)速度為零，保證了蒜薹始終處于直立狀態(tài)，使旋轉(zhuǎn)的抽薹爪在掠過(guò)蒜薹時(shí)，容易抓住蒜薹，有利于蒜薹抽取。

3.1.2 懸掛式蒜薹收獲機(jī)

2013年，郭志東[19]發(fā)明了一種后懸掛式蒜薹收獲機(jī)，如圖7所示。該機(jī)采用直接抽薹法收獲蒜薹，主要裝置為夾持輸送機(jī)構(gòu)、輸送器、拖拉機(jī)和柳葉結(jié)構(gòu)喇叭狀的分禾器等。該機(jī)懸掛在拖拉機(jī)后方并由拖拉機(jī)提供動(dòng)力。工作時(shí)，分禾器從大蒜底部將蒜葉攬起，分禾器不斷提升，由于蒜薹伸長(zhǎng)后比大蒜葉片要長(zhǎng)，最后分禾器內(nèi)只剩蒜薹，蒜薹被傾斜的夾持輸送機(jī)構(gòu)夾住，并隨皮帶向上移動(dòng)，蒜薹被抽出，皮帶采用柔性材料，對(duì)蒜薹損傷小。

圖7 后懸掛式蒜薹收獲機(jī)Fig. 7 Rear hanging garlic bolt harvester1.拖拉機(jī) 2.導(dǎo)向板 3.夾持輸送裝置 4.輸送器 5.機(jī)架 6.分禾器 7.收集箱

2017年，東營(yíng)某公司發(fā)明了寬幅前懸掛梳齒式蒜薹收獲機(jī)[20]。主要裝置為梳齒板和與撥禾輪原理類(lèi)似的撥薹輪。撥薹輪負(fù)責(zé)將蒜薹扶正，使梳齒板順利插入大蒜植株上端，利用梳齒板間隙大于蒜薹直徑，小于蒜薹花蕾直徑的特點(diǎn)梳過(guò)植株，由于蒜葉很薄，能從梳齒間滑過(guò)，蒜薹身部較細(xì)，可以插入梳齒間隙，當(dāng)梳齒梳過(guò)蒜薹花蕾包時(shí)，花蕾包會(huì)卡在梳齒下部，拔出蒜薹。與上述機(jī)器相比，兩者收獲原理基本相同，該機(jī)的梳齒板類(lèi)似于梳齒式棉花聯(lián)合收獲機(jī)的采摘裝置[21]，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，寬度可增加，收獲效率較高。

2017年，范素香等[22]發(fā)明了一種前懸掛式蒜薹收獲裝置，如圖8所示。主要裝置為導(dǎo)板、夾持提拔裝置和間歇式針扎機(jī)構(gòu)等。工作時(shí)，分禾器將蒜薹沿著導(dǎo)板導(dǎo)入夾持提拔裝置的兩個(gè)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的輥體之間，下部的刺針做間歇運(yùn)動(dòng)將蒜薹扎斷，蒜薹在輥體上螺旋槽摩擦力的作用下被抽出。該機(jī)采用扎薹法收獲蒜薹，扎斷機(jī)構(gòu)為間歇式多次針扎機(jī)構(gòu)，蒜薹既容易被單獨(dú)從莖桿里面抽出來(lái)，夾帶的莖葉少、干凈，又不切斷莖稈。

圖8 前懸掛式蒜薹收獲裝置Fig. 8 Front hanging garlic bolt harvesting device1.導(dǎo)板 2.間歇式針扎機(jī)構(gòu) 3.夾持提拔裝置 4.收薹箱 5.懸掛架

3.2 電驅(qū)動(dòng)式蒜薹收獲機(jī)械

電驅(qū)動(dòng)式蒜薹收獲機(jī)器采用蓄電池為電動(dòng)機(jī)提供電源[23]，全自動(dòng)式由電動(dòng)機(jī)為工作部件和行走裝置提供動(dòng)力，半自動(dòng)式的電動(dòng)機(jī)只為工作部件提供動(dòng)力，人工推動(dòng)行走。兩者都需要人工控制前進(jìn)方向。

3.2.1 全自動(dòng)式蒜薹收獲機(jī)

2015年，劉義平等[24]發(fā)明了一種雙圓盤(pán)式蒜薹抽取裝置，如圖9所示。主要裝置是由剛性球冠形圓盤(pán)體和圓環(huán)外緣彈性體組成的圓盤(pán)夾持輪。兩個(gè)圓盤(pán)夾持輪對(duì)稱(chēng)安裝，形成圓盤(pán)夾持喂入角2b，工作時(shí)由外緣彈性體夾持蒜薹，兩圓盤(pán)夾持輪等速、同向繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)并隨機(jī)器前進(jìn)，蒜薹被抽出。

圖9 雙圓盤(pán)式蒜薹抽取裝置Fig. 9 Double disc type garlic bolt extraction device1.支撐桿 2.上擺桿 3.連桿 4.圓盤(pán)夾持輪

該機(jī)具采用直接抽薹法收獲蒜薹，但該機(jī)與其他以直接抽薹法為原理的機(jī)器不同，行距、喂入角和底盤(pán)高度通過(guò)相應(yīng)部件可以調(diào)節(jié)。行距可通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)架上的調(diào)節(jié)螺母增大或減小行距；可以通過(guò)更換不同大小的圓盤(pán)夾持輪改變喂入角2b大小，對(duì)蒜薹粗細(xì)的適應(yīng)性較好?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)整連桿改變夾持起始點(diǎn)相對(duì)地面的高度，適應(yīng)收獲不同高度的蒜薹。

2015年，袁志華等[25]發(fā)明了一臺(tái)智能蒜薹收獲機(jī)，如圖10所示。主要裝置為傳感器、定位打孔裝置、機(jī)械手臂式抽取裝置、驅(qū)動(dòng)裝置和收集箱。工作時(shí)，蓄電池為步進(jìn)電機(jī)供電，通過(guò)減速器將動(dòng)力輸出為兩部分，一部分輸出到行走裝置，另一部分輸出到液壓泵。當(dāng)機(jī)器接近蒜薹時(shí)前方傳感器中識(shí)別與定位組件對(duì)大蒜植株個(gè)體進(jìn)行識(shí)別，確定大蒜基部對(duì)莖稈在三位空間中的坐標(biāo)，并將得到的坐標(biāo)位置發(fā)送至控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)控制液壓泵驅(qū)動(dòng)液壓缸帶動(dòng)定位打孔裝置、抽取裝置分別對(duì)大蒜和莖稈扎斷和抽取，提高了準(zhǔn)確率。與其他扎薹法蒜薹收獲機(jī)相比，該機(jī)智能化程度較高。

圖10 智能蒜薹收獲機(jī)Fig. 10 Smart garlic bolt harvester1.定位打孔裝置 2.機(jī)械手臂式抽取裝置 3.驅(qū)動(dòng)裝置 4.收集箱

3.2.2 半自動(dòng)式蒜薹收獲機(jī)

2017年，王憲倫等[26]發(fā)明了針刺式蒜薹收獲機(jī)，如圖11所示。該機(jī)由伺服電機(jī)提供動(dòng)力，人工推動(dòng)機(jī)器前進(jìn)，主要裝置為倒耙狀?yuàn)A持器、梳理裝置、有突起的圓盤(pán)滾筒和由電磁繼電器、Y型鋼叉、刺針組成的針刺裝置。機(jī)器前方梳理裝置隨圓盤(pán)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，倒耙狀?yuàn)A持器將蒜薹夾持，當(dāng)夾持器與豎直線呈約30°時(shí)，圓盤(pán)上的突出部分觸發(fā)繼電器開(kāi)關(guān)，安裝在彈簧上的鐵片由于失去繼電器的吸引力彈出，Y型鋼叉上的刺針會(huì)迅速刺入大蒜莖葉中，夾持器隨圓盤(pán)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)將斷裂的蒜薹抽出。針刺結(jié)構(gòu)如圖12所示。

圖11 針刺式蒜薹收獲機(jī)Fig. 11 Needle-punched garlic bolt harvester1. 梳理裝置 2.圓盤(pán)滾筒 3.地輪 4.導(dǎo)向輪 5.扶手

圖12 針刺結(jié)構(gòu)圖Fig. 12 Acupuncture structure diagram1.導(dǎo)向柱 2.Y型鋼叉 3.刺針 4.電磁繼電器 5.彈簧

2018年，白宏周[27]發(fā)明了一種半自動(dòng)蒜薹收獲裝置，如圖13所示。主要裝置為V型導(dǎo)向塊、針刺裝置、導(dǎo)向錐和有柔性固定突起、旋轉(zhuǎn)方向相反的拔薹輥等組成。前方V型導(dǎo)向塊將蒜薹聚攏送入刺釘裝置扎斷，設(shè)置在針刺裝置上方的導(dǎo)向錐將蒜薹輸送到燕尾槽中進(jìn)行導(dǎo)向，導(dǎo)向錐均勻?qū)⑺廪贩植荚谘辔膊蹆蓚?cè)并送入拔薹輥，蒜薹被抽出。王樹(shù)成等[28]發(fā)明了的半自動(dòng)抽取式蒜薹收獲機(jī)如圖14所示。與上述半自動(dòng)蒜苔收獲裝置原理類(lèi)似，但增加了橫向輸送裝置，收集的蒜薹比較整齊。

2018年，曲哲等[29]發(fā)明了一臺(tái)新型電驅(qū)動(dòng)式蒜薹收獲機(jī)，如圖15所示。主要裝置為撥禾機(jī)構(gòu)、導(dǎo)禾機(jī)構(gòu)、針扎機(jī)構(gòu)、有禾夾機(jī)構(gòu)的抽拔裝置、收集箱和伺服電機(jī)等。在撥禾機(jī)構(gòu)和導(dǎo)禾機(jī)構(gòu)作用下，莖稈被導(dǎo)入曲柄連桿控制的間歇式針扎機(jī)構(gòu)扎斷，同時(shí)抽拔裝置上的禾夾機(jī)構(gòu)夾取蒜薹，將蒜薹送至收集箱。

圖13 半自動(dòng)蒜薹收獲裝置Fig. 13 Semi-automatic garlic bolt harvesting device1.V型導(dǎo)向塊 2.針刺裝置 3.導(dǎo)向錐 4.拔薹輥 5.蓄電池 6.扶手

圖14 半自動(dòng)抽取式蒜薹收獲機(jī)Fig. 14 Semi-automatic extractable garlic bolt harvester

圖15 新型電驅(qū)動(dòng)式蒜薹收獲機(jī)Fig. 15 New electric drive type garlic bolt harvester1.撥禾機(jī)構(gòu) 2.導(dǎo)禾機(jī)構(gòu) 3.針扎機(jī)構(gòu) 4.抽拔裝置5.禾夾機(jī)構(gòu) 6.收集箱 7.伺服電機(jī)

以上半自動(dòng)式蒜薹收獲機(jī)均采用扎薹法收獲蒜薹，收獲蒜薹時(shí)對(duì)關(guān)鍵部件的要求較高，運(yùn)行速度不能過(guò)快或過(guò)慢，速度慢容易出現(xiàn)卡殼造成堵塞現(xiàn)象，速度過(guò)快植株容易被拉斷，因此均選擇伺服電機(jī)，利用伺服電機(jī)低速運(yùn)行平穩(wěn)、抗過(guò)載能力強(qiáng)的特點(diǎn)，增強(qiáng)關(guān)鍵部件運(yùn)行的精度。

與全自動(dòng)式蒜薹收獲機(jī)相比，半自動(dòng)式蒜薹收獲機(jī)依靠人工推動(dòng)機(jī)器前進(jìn)，機(jī)器設(shè)置的行數(shù)一般只有1～2行，具有機(jī)型小、便于運(yùn)輸?shù)忍攸c(diǎn)。為了增加了機(jī)器的穩(wěn)定性，機(jī)器底盤(pán)設(shè)計(jì)比較低。

3.3 內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)共同驅(qū)動(dòng)式蒜薹收獲機(jī)

這類(lèi)蒜薹收獲機(jī)行走裝置的動(dòng)力由內(nèi)燃機(jī)體提供，工作部件的動(dòng)力由電動(dòng)機(jī)提供，可以由兩者共同驅(qū)動(dòng)帶動(dòng)機(jī)器前進(jìn)工作，也可以只關(guān)閉內(nèi)燃機(jī)，通過(guò)人工推動(dòng)機(jī)器前進(jìn)?？梢栽谧詣?dòng)化和半自動(dòng)化之間相互轉(zhuǎn)換。

2018年，聊城市農(nóng)業(yè)機(jī)械科學(xué)研究所發(fā)明了一種喂入式蒜薹收獲裝置[30]，如圖16所示。主要裝置為錐形分禾器、喂入鏈、撥齒和由一對(duì)錐形輥組成、轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反、間隙小于蒜薹直徑的拔薹輥等。相鄰兩個(gè)錐形分禾器將蒜薹分行，喂入鏈帶動(dòng)撥齒將蒜薹撥向拔蒜薹輥組，被拔出后由后方喂入鏈帶入的未拔起的蒜薹將其擠入輸送帶，運(yùn)送到收薹箱。

綜上所述，直接抽薹不能保證蒜薹長(zhǎng)度一致，先將大蒜莖稈基部剖開(kāi)、扎斷或者夾斷的方法處理后再進(jìn)行抽薹，減小蒜薹截?cái)嗖课坏慕Y(jié)合力，使蒜薹容易被抽出且長(zhǎng)短一致。

圖16 自動(dòng)和半自動(dòng)相互轉(zhuǎn)換式蒜薹收獲裝置Fig. 16 Automatic and semi-automatic interchangeable garlic bolt harvesting device1.輸送帶 2.驅(qū)動(dòng)軸 3.拔薹輥 4.喂入鏈5.分禾器 6.拔齒 7.收薹箱 8.扶手

4 蒜薹收獲機(jī)械化存在的問(wèn)題與建議

4.1 現(xiàn)有蒜薹收獲機(jī)比較分析

收獲原理不同，假莖的破環(huán)程度和抽出蒜薹的長(zhǎng)度不一樣，采用剖莖取薹的原理收獲蒜薹的收獲機(jī)，取出的蒜薹長(zhǎng)度長(zhǎng)，但是會(huì)將大蒜假莖剖開(kāi)，嚴(yán)重破壞大蒜假莖，影響后期蒜頭生長(zhǎng)。這種收獲原理適用于只收蒜薹的大蒜種植模式；采用直接抽薹法抽取蒜薹，不會(huì)對(duì)假莖造成影響，但是抽出來(lái)的蒜薹長(zhǎng)短不一影響蒜薹產(chǎn)量。直接抽薹法比較適合只收大蒜頭的大蒜種植模式；利用扎薹法原理收獲蒜薹，關(guān)鍵部件多樣化，抽出的蒜薹較長(zhǎng)，但扎薹時(shí)對(duì)大蒜假莖也會(huì)造成輕微破壞，影響對(duì)蒜頭營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的供給；利用夾薹法收獲蒜薹，對(duì)假莖的破壞程度最小，同時(shí)抽取的蒜薹較長(zhǎng)，能更大程度的實(shí)現(xiàn)了蒜薹的大蒜的雙豐收。以扎薹法和夾薹法為原理制造的蒜薹收獲機(jī)都適用于目前我國(guó)大部分地區(qū)既收蒜薹又收大蒜頭的大蒜種植模式(表1)。經(jīng)對(duì)比分析，夾薹法最優(yōu)。

表1 國(guó)內(nèi)幾款蒜薹收獲機(jī)械Tab. 1 Several domestic garlic sprout harvesting machinery

4.2 蒜薹收獲機(jī)械存在問(wèn)題

我國(guó)蒜薹收獲機(jī)的研究還處于起步階段，雖然有很多高校以及研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)研究出了蒜薹收獲機(jī)，但至今沒(méi)有推廣應(yīng)用。

1) 農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝融合性差。我國(guó)蒜薹收獲方式多，且各個(gè)地區(qū)大蒜種植株距、行距等差異較大，種植模式多樣，導(dǎo)致蒜薹收獲機(jī)械研究和推廣困難重重。

2) 影響蒜頭產(chǎn)量，蒜薹損傷嚴(yán)重。采用剖莖取薹和直接割斷假莖然后剝皮抽薹方法的蒜薹收獲機(jī)，雖然能獲得較長(zhǎng)的蒜薹，但是在收獲過(guò)程中，剖莖刀容易損傷蒜薹，且對(duì)假莖造成一定程度的破壞，影響后期蒜頭的生長(zhǎng)，蒜頭產(chǎn)量低。

3) 現(xiàn)有機(jī)型大多采用純機(jī)械的方式收獲蒜薹。收獲時(shí)依靠人工進(jìn)行對(duì)行，關(guān)鍵部件與莖稈難以對(duì)齊，容易對(duì)植株和蒜薹造成損傷。

4.3 蒜薹收獲機(jī)械發(fā)展建議

1) 規(guī)范大蒜種植模式。針對(duì)不同地區(qū)、不同收獲方式統(tǒng)一種植規(guī)范。同時(shí)收獲機(jī)可根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況實(shí)現(xiàn)行距、株距微調(diào)，以適應(yīng)不同地區(qū)蒜薹機(jī)械化收獲的通用化作業(yè)。

2) 采用夾薹法收獲蒜薹。國(guó)內(nèi)大部分地區(qū)的大蒜種植模式主要是以既收蒜薹又收大蒜頭為主，因此收獲時(shí)要同時(shí)實(shí)現(xiàn)大蒜和蒜薹的雙豐收。以?shī)A薹法為原理研究蒜薹收獲機(jī)，通過(guò)夾薹和抽薹裝置的“一夾一抽”，既保證了蒜薹的質(zhì)量，也保證了蒜頭的產(chǎn)量。

3) 向智能化方向發(fā)展。針對(duì)純機(jī)械蒜薹收獲機(jī)收獲部件準(zhǔn)確性低的問(wèn)題，利用傳感器采集植株信息，傳遞給蒜薹收獲機(jī)的收獲部件進(jìn)行自動(dòng)對(duì)行，保證收獲部件工作準(zhǔn)確性。如果將此技術(shù)運(yùn)用到蒜薹收獲機(jī)械上，會(huì)大大減小對(duì)植株和蒜薹的損傷，提高收獲效率和經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)論

1) 國(guó)外地廣人稀，勞動(dòng)力不足，沒(méi)有蒜薹收獲機(jī)械方面的研究，種植大蒜一般不抽取蒜薹。

2) 目前國(guó)內(nèi)對(duì)蒜薹收獲機(jī)的研究正處于起步階段，現(xiàn)有的蒜薹收獲機(jī)還處于理論研發(fā)階段，大部分為發(fā)明專(zhuān)利，推廣應(yīng)用較少。

3) 現(xiàn)有的蒜薹收獲機(jī)采用的蒜薹收獲方法主要有剖莖取薹法、扎薹法、夾薹法和直接抽薹法，其中剖莖取薹法抽取的蒜薹最長(zhǎng)，蒜頭產(chǎn)量最低；其他兩種方法抽取的蒜薹長(zhǎng)度一致，蒜頭產(chǎn)量高；直接抽薹法抽取的蒜薹長(zhǎng)短不一。

4) 為保證蒜薹收獲長(zhǎng)度和蒜薹收獲后蒜頭的生長(zhǎng)，蒜薹收獲應(yīng)采用夾薹收獲方法，并向智能化方向發(fā)展。