溫室作業(yè)車發(fā)展現(xiàn)狀及展望

鄭 剛（北京中農(nóng)富通園藝有限公司，北京 100018）

現(xiàn)代玻璃連棟溫室生產(chǎn)作業(yè)繁瑣，包括移栽、定植、中期管理、采收等工作，人工成本高，影響溫室整體效益。目前市場(chǎng)上大多“荷蘭模式”的操作設(shè)備比較成熟，而針對(duì)國(guó)內(nèi)溫室機(jī)械化生產(chǎn)設(shè)備還缺少相對(duì)成熟的產(chǎn)品。隨著溫室內(nèi)部空間越來(lái)越大，番茄、黃瓜、彩椒等作物高度大約都在3～3.5 m，人工作業(yè)的時(shí)候需要爬高對(duì)作物進(jìn)行落蔓、抹杈、疏花疏果等作業(yè)。溫室作業(yè)車可以方便人工操作，提高生產(chǎn)效率。為保證溫室高效生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率，降低運(yùn)營(yíng)成本，溫室作業(yè)車必將是溫室發(fā)展中重要的配套溫室設(shè)施設(shè)備之一[1]。本文主要介紹了國(guó)內(nèi)外各種溫室作業(yè)車的結(jié)構(gòu)、原理和方法，分析了溫室內(nèi)作業(yè)車的發(fā)展現(xiàn)狀，并提出了相關(guān)發(fā)展建議。

國(guó)外溫室操作設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)外對(duì)溫室內(nèi)作業(yè)車的研究比較早，20世紀(jì)中后期荷蘭、西班牙、日本等國(guó)家就已經(jīng)開始研發(fā)溫室內(nèi)操作設(shè)備。隨著科技及制造業(yè)的高速發(fā)展，溫室內(nèi)操作設(shè)備也在向著集成化、自動(dòng)化、智能化的方向進(jìn)行研究開發(fā)。荷蘭、以色列等設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家已經(jīng)有適用于本國(guó)的作業(yè)設(shè)備。

荷蘭的溫室內(nèi)作業(yè)車主要是電動(dòng)軌道作業(yè)車（圖1），這種產(chǎn)品經(jīng)過(guò)荷蘭幾十年的研究和發(fā)展，已經(jīng)成熟，電動(dòng)軌道作業(yè)車顯著的特點(diǎn)是依靠地面上的加溫管作為行走的軌道，主要組成包括原動(dòng)部分、傳動(dòng)部分、工作部分、液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，底盤是整個(gè)系統(tǒng)的主要部件，底盤上具有兩套行走輪，一套是針對(duì)混凝土地面上進(jìn)行轉(zhuǎn)向、換行等，另一套輪則是針對(duì)在軌道上行走而獨(dú)特設(shè)計(jì)的，可以在軌道上平穩(wěn)的進(jìn)行前進(jìn)后退動(dòng)作，速度也可以人工調(diào)節(jié)。底盤上連接的是舉升系統(tǒng)，主要采用剪叉液壓升降的方式，液壓的精度較高，隨時(shí)調(diào)控，承壓較大，抬升高度可以滿足采摘工作需要，而且合理利用了空間。舉升系統(tǒng)是為了把工作平臺(tái)通過(guò)液壓舉升的方式平緩的升起，使操作人員站在工作平臺(tái)內(nèi)安全的進(jìn)行作業(yè)，工作平臺(tái)的設(shè)計(jì)也非常人性化，不僅具有防護(hù)欄，而且操作面板固定在平臺(tái)上，更方便工作人員進(jìn)行操作（表1）。

圖1 荷蘭溫室電動(dòng)軌道作業(yè)車

表1 荷蘭溫室電動(dòng)軌道作業(yè)車技術(shù)規(guī)格

有一種用于在沒(méi)有管道軌道系統(tǒng)的溫室中進(jìn)行所有日常農(nóng)作物活動(dòng)的作業(yè)車，產(chǎn)品名稱為EasyTrack（圖2）。EasyTrack 是一種帶有電動(dòng)方向盤的充氣輪胎作業(yè)車，相比機(jī)械轉(zhuǎn)向而言，這種電動(dòng)轉(zhuǎn)向可以減輕操作工人的負(fù)擔(dān)。相比較電動(dòng)軌道作業(yè)車采用的液壓升降模式，手推作業(yè)車采用的是貨架結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，大大降低成本。工作平臺(tái)寬敞，圍欄和平臺(tái)形成一個(gè)保護(hù)單元，從而保證操作工人的安全，還可以通過(guò)簡(jiǎn)單的調(diào)整將平臺(tái)固定在需要的高度，連接牢固。EasyTrack 非常容易操作，無(wú)論是在平坦的土壤上還是在混凝土路面上，都可以借助可轉(zhuǎn)向的充氣輪胎車輪輕松移動(dòng)手推車（表2）。

圖2 荷蘭溫室EasyTrack作業(yè)車

表2 荷蘭溫室EasyTrack作業(yè)車技術(shù)規(guī)格

還有一種與EasyTrack類似，只不過(guò)是底盤下的行駛輪的形式改變了，它的行走輪結(jié)構(gòu)和電動(dòng)軌道作業(yè)車類似，但是又不完全相同，電動(dòng)軌道作業(yè)車使用的是兩組輪系機(jī)構(gòu)，一組為四個(gè)萬(wàn)向輪，另一組為四個(gè)仿形軌道輪。這種作業(yè)車將上述兩種結(jié)合，底盤只有兩個(gè)萬(wàn)向輪，通過(guò)安裝的高度不同，使得作業(yè)車可以滿足同時(shí)在軌道和混凝土地面上行走，而且作業(yè)平臺(tái)使用的是這種可以手動(dòng)調(diào)節(jié)高度的作業(yè)平臺(tái)，平臺(tái)的兩端都可以進(jìn)入，上下兩個(gè)平臺(tái)都有控制腳踏板，可以滿足兩人同時(shí)在軌道上從事高度不同的作業(yè)（圖3）。

圖3 荷蘭溫室簡(jiǎn)便式作業(yè)車

西班牙模式與荷蘭不同，設(shè)施投入相對(duì)較低，作業(yè)車設(shè)計(jì)也不同，但是原理、功能上相似（圖4）。作業(yè)車帶有可拆卸平臺(tái)系統(tǒng)，可通過(guò)支架的間隙進(jìn)入平臺(tái)內(nèi)部，更安全、更舒適、更高效、市場(chǎng)上獨(dú)一無(wú)二，其獨(dú)特的設(shè)計(jì)使其能夠在高處執(zhí)行日常工作任務(wù)，獲得機(jī)器的最大穩(wěn)定性和控制，因?yàn)槠浯笾睆杰囕啽ＷC在任何類型的地形上工作，包括沙質(zhì)土壤，但行距較寬，降低了種植密度。作業(yè)車的整體采用鋼型材設(shè)計(jì)和制造，在使用時(shí)更堅(jiān)固、輕便。轉(zhuǎn)向設(shè)計(jì)也非常特別，可以在操作平臺(tái)上進(jìn)行轉(zhuǎn)向工作。此外，該作業(yè)車還具有后輪驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)器，可以手動(dòng)解鎖和移動(dòng)，不需要爬上爬下來(lái)操作（表4）。

表4 西班牙溫室作業(yè)車技術(shù)規(guī)格

意大利溫室內(nèi)作業(yè)車則將大直徑充氣輪胎和液壓舉升系統(tǒng)相結(jié)合，也是方便在土壤地面或者是沙地上行走（圖5）。俄羅斯由于氣候天氣條件比較寒冷，溫室大多還是和荷蘭的一樣，所以大多也是這種電動(dòng)軌道作業(yè)車（圖6）。韓國(guó)工業(yè)技術(shù)評(píng)估研究所（KITECH）也是為了解決韓國(guó)農(nóng)民老齡化的問(wèn)題，減少體力勞動(dòng)，研發(fā)了可以連接到無(wú)線網(wǎng)路的自動(dòng)化溫室作業(yè)車（圖7）。

圖6 俄羅斯溫室電動(dòng)軌道作業(yè)車

圖7 韓國(guó)溫室電動(dòng)軌道作業(yè)車

國(guó)內(nèi)溫室操作設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀

目前國(guó)內(nèi)的溫室作業(yè)車，除了玻璃連棟溫室采用的和荷蘭一樣的電動(dòng)軌道作業(yè)車，日光溫室和連棟冷棚中缺乏很多機(jī)械化的作業(yè)車，2016年北京京鵬環(huán)球科技股份有限公司的卓杰強(qiáng)等[2]設(shè)計(jì)了一款無(wú)軌電動(dòng)采摘車，該設(shè)備主要由行走轉(zhuǎn)移底盤、液壓升降機(jī)構(gòu)、工作平臺(tái)、液壓舉升及控制部分等構(gòu)成，大體與荷蘭的類似，也是電驅(qū)動(dòng)，以蓄電池為動(dòng)力源，液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，剎車制動(dòng)器制動(dòng)，無(wú)軌道電動(dòng)采摘車不僅解決了溫室作業(yè)通道狹窄的難題，而且可用于高架作物的整枝、授粉等農(nóng)事作業(yè)。勞動(dòng)效率高、體積小、振動(dòng)和噪音低，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)軌道采摘作業(yè)，試驗(yàn)證明相對(duì)人工作業(yè)，效率可提高6～7倍，適合大規(guī)模推廣（圖8）。

圖8 北京京鵬溫室電動(dòng)軌道作業(yè)車結(jié)構(gòu)圖

2017年沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院的田素博等人[3]設(shè)計(jì)的溫室多功能軌道作業(yè)車由行走系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、升降系統(tǒng)、載人工作臺(tái)和控制系統(tǒng)等組成（圖9）。它以鉛鋅蓄電池為能源，通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)鏈輪從而驅(qū)動(dòng)行走輪前進(jìn)或者后退，升降系統(tǒng)由液壓站和剪叉機(jī)構(gòu)組成，液壓站為液壓缸泵油，驅(qū)動(dòng)剪叉升降機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的上升下降。為了方便作業(yè)車在溫室內(nèi)進(jìn)行換行作業(yè)，他們?yōu)樽鳂I(yè)車設(shè)計(jì)了兩套行走輪，稱為“橫向行走輪”和“縱向行走輪”。相比較國(guó)外的作業(yè)車，他們?cè)O(shè)計(jì)的溫室多功能軌道作業(yè)車的外形尺寸更加小巧，一定程度上降低了溫室作業(yè)車的重心，使作業(yè)車在工作時(shí)更加安全穩(wěn)定。

圖9 沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)溫室電動(dòng)軌道作業(yè)車結(jié)構(gòu)圖

2011年中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)徐麗明等[4]研發(fā)的溫室多功能作業(yè)車則根據(jù)溫室蔬菜種植的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)四個(gè)可以自主驅(qū)動(dòng)的行走輪，利用單片機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)作業(yè)車進(jìn)行控制。作業(yè)車可以安裝不同的農(nóng)機(jī)具，實(shí)現(xiàn)耕種、起壟、鋪膜、秧苗移栽、噴藥、收獲等。針對(duì)的主要溫室作物為生菜、芹菜、韭菜、小油菜等較低矮作物。該機(jī)構(gòu)最重要的設(shè)計(jì)是車輪系和減速系統(tǒng)，車輪可以實(shí)現(xiàn)空間上360°的轉(zhuǎn)向，減少在溫室中低頭轉(zhuǎn)向的空間，實(shí)現(xiàn)前后左右的移動(dòng)和各個(gè)方向的平動(dòng)（圖10）。

圖10 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)溫室電動(dòng)軌道作業(yè)車結(jié)構(gòu)圖

國(guó)內(nèi)溫室作業(yè)車存在問(wèn)題

投入高 產(chǎn)出少

目前國(guó)內(nèi)大部分連棟溫室采用的是荷蘭進(jìn)口的電動(dòng)軌道作業(yè)車，不僅進(jìn)口設(shè)備成本太高，而且國(guó)內(nèi)蔬菜價(jià)格和產(chǎn)量難以和荷蘭相比較，設(shè)施蔬菜的生產(chǎn)難以實(shí)現(xiàn)高收益。當(dāng)然，隨著大型玻璃連棟溫室在國(guó)內(nèi)的發(fā)展，一些國(guó)內(nèi)企業(yè)也研發(fā)了自己的電動(dòng)軌道作業(yè)車來(lái)滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求，雖然從價(jià)格上成本降低了不少，但從設(shè)備使用的實(shí)際情況來(lái)看，相比進(jìn)口產(chǎn)品的穩(wěn)定性還是有些差距。

機(jī)械化程度低

中國(guó)的主要種植設(shè)施以塑料大棚、日光溫室和連棟溫室為主，大型的玻璃連棟溫室中的機(jī)械設(shè)備可以直接學(xué)習(xí)荷蘭的模式，而針對(duì)日光溫室、塑料大棚等，由于溫室設(shè)施結(jié)構(gòu)和種植模式等因素，限制了作業(yè)設(shè)備的作業(yè)條件，進(jìn)而影響了設(shè)施種植裝備的機(jī)械化發(fā)展水平。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部提出到2025年設(shè)施種植機(jī)械化水平總體達(dá)到50%以上，這就需要推進(jìn)農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合，加快設(shè)施裝備與設(shè)施專用品種和綠色高效栽培技術(shù)集成配套，完善技術(shù)裝備和社會(huì)化服務(wù)體系，推動(dòng)設(shè)施種植機(jī)械化全程全面高質(zhì)高效發(fā)展。

不適合國(guó)內(nèi)設(shè)施生產(chǎn)

目前大部分連棟溫室電動(dòng)軌道作業(yè)車都是依靠地面加溫管道作為行走的軌道，不僅可以起到對(duì)溫室的加溫作用，還可以作為作業(yè)車的軌道來(lái)使用。但是作業(yè)車都是根據(jù)歐洲人體征特點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)的，直接引進(jìn)國(guó)內(nèi)使用存在體積大、質(zhì)量重等問(wèn)題，而國(guó)內(nèi)溫室中操作人員多為婦女，相對(duì)比較吃力，如果放在日光溫室當(dāng)中使用，不僅相對(duì)配置要好，成本高。如果溫室不按一定規(guī)模建設(shè)，根據(jù)現(xiàn)在溫室發(fā)展情況來(lái)講推廣難度比較大。

國(guó)內(nèi)溫室作業(yè)車發(fā)展方向

農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合

推廣適宜不同地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)化溫室設(shè)施結(jié)構(gòu)與建造的標(biāo)準(zhǔn)，明確滿足作業(yè)車作業(yè)條件的空間結(jié)構(gòu)、出入口、內(nèi)部通道等方面尺度，提出符合需要和安全生產(chǎn)的規(guī)范。加快老舊種植設(shè)施的宜機(jī)化改造，依照作業(yè)車通行和室內(nèi)作業(yè)條件，優(yōu)化種植空間布局，創(chuàng)新宜機(jī)化種植模式，滿足設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)、通行作業(yè)需求。根據(jù)種植模式優(yōu)化設(shè)計(jì)作業(yè)車，從而滿足中國(guó)溫室生產(chǎn)需求。

低成本 易操作

由于國(guó)內(nèi)大多的設(shè)施運(yùn)營(yíng)生產(chǎn)還是以家庭為單位，如日光溫室本身設(shè)施投資較低，很多人還是不愿意在設(shè)備上投入更多，但是隨著人口老齡化和人工費(fèi)用的加劇，很多人也開始接受“以機(jī)換人”，設(shè)備高效、簡(jiǎn)單實(shí)用，成本低，易操作，同時(shí)免除高空摘果的危險(xiǎn)性，具有更良好的市場(chǎng)前景和應(yīng)用價(jià)值[5]。

自動(dòng)化 智能化

加快信息化和機(jī)械化融合，降低生產(chǎn)成本，提升設(shè)施種植機(jī)械化、自動(dòng)化、智能化水平。不斷加大科技攻關(guān)力度，重點(diǎn)突破設(shè)施種植裝備專用傳感器、自動(dòng)作業(yè)、精準(zhǔn)作業(yè)和智能運(yùn)維管理等關(guān)鍵技術(shù)裝備，通過(guò)研制嫁接、授粉、巡檢、采收等農(nóng)業(yè)機(jī)器人等，實(shí)現(xiàn)信息在線感知、精細(xì)生產(chǎn)管控、高效運(yùn)維管理。

總結(jié)

溫室作業(yè)車是保障國(guó)內(nèi)設(shè)施溫室高效生產(chǎn)的重要支撐，隨著現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展的快速推進(jìn)，依靠人工進(jìn)行溫室內(nèi)作業(yè)不能滿足現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展需求。根據(jù)中國(guó)溫室的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及市場(chǎng)需求，研發(fā)適合中國(guó)溫室的作業(yè)車是現(xiàn)階段的設(shè)施配套設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)的發(fā)展方向之一。