食用豆聯(lián)合收獲減損技術(shù)與策略分析*

夏先飛，楊光，陳巧敏，宋志禹，梅松，金月

(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

食用豆是人類三大食用作物之一(禾谷、食用豆及薯類)，在糧食作物中的數(shù)量僅次于禾谷類，在保障糧食安全方面發(fā)揮著重要作用。其具體是指除大豆外，以收獲籽粒為主，供人類食用的豆科作物總稱，如蠶豆、蕓豆、豌豆、綠豆、小豆等，我國種植面積最高時(shí)近7 000 khm2，種植種類和面積均居全球之首。食用豆具備高蛋白、低脂肪、中淀粉的特點(diǎn)，可糧菜兼用、藥食同源，是人類理想的保健食品和優(yōu)質(zhì)飲食品加工原料[1-2]。同時(shí)，與食用豆根系共生的根瘤能固定空氣中的氮素進(jìn)而培肥土壤，被譽(yù)為“養(yǎng)人、養(yǎng)畜、養(yǎng)地”的三養(yǎng)作物，在人類生活和國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有重要地位[3-4]。鑒于其獨(dú)特的生理特性，食用豆是因地制宜實(shí)施豆類與玉米等作物間作、輪作種植制度和發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)的理想作物，在解決老少邊區(qū)糧食安全、保障農(nóng)牧民增收致富、改善廣大居民膳食結(jié)構(gòu)、保護(hù)農(nóng)業(yè)多樣性等方面具有重要意義。

食用豆種類多、地域分布廣、種植模式多樣，當(dāng)前其機(jī)械化生產(chǎn)水平較為低下，與之對(duì)應(yīng)的高效生產(chǎn)裝備缺乏，特別是收獲環(huán)節(jié)，機(jī)收損失高，部分豆種大都依靠人工割曬和脫粒，核心產(chǎn)區(qū)因機(jī)械化水平落后而出現(xiàn)了種植面積萎縮的情況，極大限制了產(chǎn)業(yè)發(fā)展。習(xí)近平總書記在黨的十九大報(bào)告中提出“要實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略，就是要徹底解決農(nóng)村產(chǎn)業(yè)和農(nóng)民就業(yè)問題，確保當(dāng)?shù)厝罕婇L期穩(wěn)定增收、安居樂業(yè)”。在“十四五”全國農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展規(guī)則中也特別提出“要補(bǔ)齊糧食全程機(jī)械化短板，構(gòu)建糧食全程機(jī)械化高效生產(chǎn)體系”。食用豆生產(chǎn)機(jī)械化是糧食作物生產(chǎn)中的短板，其機(jī)械化收獲更是“短板中的短板”。因此本文結(jié)合當(dāng)前國內(nèi)外食用豆產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)發(fā)展及研究現(xiàn)狀，在此基礎(chǔ)之上開展了食用豆機(jī)械化收獲特性分析，提出了食用豆機(jī)械化收獲適用的減損技術(shù)與策略。研究結(jié)論對(duì)解決當(dāng)前產(chǎn)業(yè)“掉鏈子”、突破機(jī)械化生產(chǎn)“卡脖子”問題具有重要的參考價(jià)值。通過減損技術(shù)的應(yīng)用可有效促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提質(zhì)增效，對(duì)實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略中產(chǎn)業(yè)新旺和農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化具有重要意義。

1 食用豆機(jī)械化生產(chǎn)發(fā)展及研究現(xiàn)狀

1.1 國內(nèi)外食用豆機(jī)械化生產(chǎn)現(xiàn)狀

世界上食用豆主要生產(chǎn)國為中國、加拿大、美國、澳大利亞等，其中加拿大、美國、澳大利亞等國經(jīng)過較長時(shí)間的聯(lián)合科研攻關(guān)，其生產(chǎn)在品種選育、宜機(jī)化栽培、高效田間管理及機(jī)械化收獲等方面均有成熟的技術(shù)及生產(chǎn)機(jī)具應(yīng)用，農(nóng)機(jī)農(nóng)藝實(shí)現(xiàn)了較高程度的融合。其規(guī)?；N植適合大型機(jī)械作業(yè)，目前國外的農(nóng)機(jī)企業(yè)已研發(fā)出豌豆等多類品種適用的播種和收獲大型生產(chǎn)裝備，實(shí)現(xiàn)了較高程度的全程機(jī)械化生產(chǎn)，機(jī)具適應(yīng)性強(qiáng)、生產(chǎn)效率高。而東南亞國家的綠豆等食用豆生產(chǎn)受制于生產(chǎn)規(guī)模分散及農(nóng)機(jī)研發(fā)投入少等因素，目前仍以人工或者半機(jī)械化生產(chǎn)為主，總體機(jī)械化水平較低。

我國食用豆長期處于中小規(guī)模生產(chǎn)階段，且多分布在邊遠(yuǎn)地區(qū)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化生產(chǎn)作業(yè)難度大，相關(guān)專用機(jī)具研發(fā)起步晚。長期以來食用豆生產(chǎn)基本上停留在人工勞作為主的階段，人工作業(yè)費(fèi)用約占整個(gè)生產(chǎn)成本的50%以上。部分產(chǎn)區(qū)采用適度改進(jìn)的稻麥?zhǔn)斋@機(jī)進(jìn)行作業(yè)，機(jī)收破損率和損失率極高，無法滿足高效生產(chǎn)要求。隨著我國種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的深化及集約化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的推進(jìn)，目前糧食生產(chǎn)已逐步向?qū)I(yè)化、規(guī)?；较虬l(fā)展。食用豆由于其旺盛的市場(chǎng)需求，種植面積逐年增加，且作為我國重要的食用作物，在保障糧食安全方面發(fā)揮著重要作用。當(dāng)前食用豆生產(chǎn)中的耕作、播種和田間管理等環(huán)節(jié)已初步實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，但收獲階段仍缺乏高效適用的專用化裝備，已成為制約其產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的主要障礙。

1.2 食用豆機(jī)械化收獲技術(shù)研究現(xiàn)狀

國內(nèi)食用豆機(jī)械化收獲主要采用分段收獲和聯(lián)合收獲兩種技術(shù)模式[5]，經(jīng)調(diào)研，目前聯(lián)合收獲是食用豆機(jī)械化生產(chǎn)的主流技術(shù)方向，相關(guān)研究也主要圍繞該技術(shù)路徑進(jìn)行。趙繼云等分析了豌豆機(jī)械化生產(chǎn)技術(shù)路徑與發(fā)展趨勢(shì)，其團(tuán)隊(duì)研發(fā)出豌豆分段收獲機(jī)具用于生產(chǎn)。申曉慶等在稻麥聯(lián)合收割機(jī)技術(shù)原理之上優(yōu)化研發(fā)出綠豆聯(lián)合收割機(jī)，并進(jìn)行相關(guān)田間試驗(yàn)。張燕青[6]、侯華銘[7]對(duì)雜糧作物的機(jī)械化收獲莖稈切割力學(xué)特性、聯(lián)合收獲清選動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行分析，建立了相應(yīng)的力學(xué)模型。史瑞杰等[8]研發(fā)出自走式雜糧聯(lián)合收割機(jī)，田間試驗(yàn)取得良好效果。楊光等[9]研發(fā)出新型蠶豆聯(lián)合收割機(jī)，填補(bǔ)了該類專用機(jī)械的技術(shù)空白。由于與食用豆密切相關(guān)的研究成果不多，但相對(duì)成熟的與稻麥、大豆和玉米聯(lián)合收獲相關(guān)的技術(shù)成果可借鑒，目前研究熱點(diǎn)主要集中在低損防堵割臺(tái)、大喂入量脫粒清選、切縱軸組合脫粒和智能化技術(shù)等方面[10-14]。

國外方面，當(dāng)前智能化農(nóng)機(jī)發(fā)展迅速[15]，荷蘭某公司研發(fā)出EPD540型鮮豌豆收割機(jī)，高度集成了先進(jìn)的自動(dòng)化和信息化技術(shù)，在歐洲、美國、加拿大等地區(qū)的豆類種植農(nóng)場(chǎng)中使用廣泛[16]。美國某公司生產(chǎn)的2430多功能收獲機(jī)，可用于青豆角、毛豆、鮮豌豆的收獲，在進(jìn)行收割作業(yè)時(shí)具有較高的自動(dòng)化[17]。這種高效率、智能化的收獲機(jī)械在收割豌豆時(shí)極大地減輕了勞動(dòng)力負(fù)擔(dān)，提高了收獲質(zhì)量，對(duì)促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展和農(nóng)民增收起到了重要作用。但是，這種大型收割機(jī)械只適合于國外的農(nóng)場(chǎng)環(huán)境收割，對(duì)我國山區(qū)丘陵和中小規(guī)模種植環(huán)境不適合，且這種大型收割機(jī)械制造成本和服務(wù)極高。

對(duì)于雜糧聯(lián)合收獲裝備，要實(shí)現(xiàn)低損高效作業(yè)，需對(duì)仿形割臺(tái)、低破損脫粒裝置和高效清選系統(tǒng)等新機(jī)構(gòu)和部件進(jìn)行研究開發(fā)。下面從割臺(tái)減損和脫粒清選技術(shù)兩個(gè)方面總結(jié)國內(nèi)外相關(guān)研究成果。

1.3 割臺(tái)減損技術(shù)研究現(xiàn)狀

李燦[18]針對(duì)谷子聯(lián)合收獲中存在割臺(tái)損失大的問題，設(shè)計(jì)了谷子收獲適用的專用低損割臺(tái)，并進(jìn)行了撥禾和分禾過程的機(jī)理和試驗(yàn)研究。陳進(jìn)等[19]設(shè)計(jì)了一種聯(lián)合收獲機(jī)割臺(tái)參數(shù)調(diào)節(jié)裝置，實(shí)現(xiàn)了聯(lián)合收獲機(jī)割臺(tái)參數(shù)的電動(dòng)調(diào)節(jié)，對(duì)減小谷物割臺(tái)損失和降低機(jī)器故障率具有積極意義。劉羊[20]針對(duì)油葵機(jī)械化收獲需求，研發(fā)出鏈?zhǔn)綋芎逃涂钆_(tái)，設(shè)計(jì)了滑切角恒定的回轉(zhuǎn)式切割器，并通過臺(tái)架試驗(yàn)確定了切割裝置較優(yōu)工作參數(shù)。為解決谷物聯(lián)合收割機(jī)割臺(tái)損失和殘留問題，李毅念等[21]設(shè)計(jì)了一種氣吹式割臺(tái)，經(jīng)試驗(yàn)表明采用該結(jié)構(gòu)型式割臺(tái)殘留量少、總損失率低。李海同等[22]為解決喂入量波動(dòng)導(dǎo)致油菜聯(lián)合收割機(jī)割臺(tái)堵塞的問題，設(shè)計(jì)了一種割臺(tái)螺旋輸送器間隙自適應(yīng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了喂入量變化時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)輸送器與底板之間的間隙，從而避免割臺(tái)堵塞，降低割臺(tái)損失。姚艷春等[23]針對(duì)聯(lián)合收割機(jī)作業(yè)時(shí)割臺(tái)振動(dòng)劇烈、故障率較高等問題，對(duì)割臺(tái)振動(dòng)特性及其影響規(guī)律進(jìn)行了研究，提出了有效減振措施。張聰[24]針對(duì)聯(lián)合收割機(jī)割臺(tái)高度無法實(shí)時(shí)快速調(diào)整帶來的機(jī)收損失問題，開發(fā)出一種割臺(tái)仿形測(cè)控系統(tǒng)，并對(duì)其數(shù)據(jù)處理方法和自動(dòng)控制策略進(jìn)行了深入研究。劉巍等[25]針對(duì)現(xiàn)有油葵聯(lián)合收割機(jī)割臺(tái)易堵、物料堆積以及撥禾輪回帶等問題，設(shè)計(jì)了一種新型油葵聯(lián)合收割機(jī)專用割臺(tái)，并經(jīng)試驗(yàn)得到了較優(yōu)工作參數(shù)，結(jié)果表明該結(jié)構(gòu)型式的割臺(tái)顯著降低了割臺(tái)堵塞和纏繞現(xiàn)象。針對(duì)聯(lián)合收割機(jī)作業(yè)時(shí)的共振問題，李耀明等[26]對(duì)割臺(tái)機(jī)架進(jìn)行了模態(tài)試驗(yàn)驗(yàn)證及理論分析，并進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，試驗(yàn)表明優(yōu)化結(jié)構(gòu)有效避免了割臺(tái)共振。耿愛軍等[27]通過試驗(yàn)研究了玉米收割機(jī)割臺(tái)拉莖輥空轉(zhuǎn)功率與工作功率的關(guān)系，明確了拉莖輥轉(zhuǎn)速、摘穗板間隙對(duì)斷莖率、果穗損失率、損傷率的影響規(guī)律。

割臺(tái)是作物進(jìn)入聯(lián)合收獲機(jī)的第一步，總結(jié)已有研究成果，降低聯(lián)合收獲機(jī)割臺(tái)作業(yè)損失的主要技術(shù)路徑：采用新型結(jié)構(gòu)，包括新的撥禾和輸送形式等；采用仿形裝置，包括機(jī)械仿形和液壓仿形等；割臺(tái)高度等自適應(yīng)調(diào)節(jié)技術(shù)，通過相關(guān)傳感器檢測(cè)作業(yè)條件，實(shí)現(xiàn)參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)；割臺(tái)作業(yè)參數(shù)及核心機(jī)構(gòu)優(yōu)化，降低割臺(tái)振動(dòng)和作業(yè)損失。

1.4 脫粒清選技術(shù)研究現(xiàn)狀

脫粒技術(shù)方面，寧小波等[28]對(duì)脫粒裝置的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了理論和試驗(yàn)研究，建立了脫粒系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，并通過試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。基于碰撞理論和能量平衡原理，王顯仁等[29]對(duì)水稻脫粒碰撞過程進(jìn)行了理論分析，建立了脫粒元件線速度和脫粒破碎率之間的數(shù)學(xué)模型。金誠謙等[30]研究了不同滾筒結(jié)構(gòu)對(duì)大豆聯(lián)合收獲質(zhì)量的影響，得出了在不同作業(yè)條件下較優(yōu)的脫粒組合結(jié)構(gòu)。笪強(qiáng)[31]對(duì)谷物聯(lián)合收割機(jī)脫粒理論、結(jié)構(gòu)及性能仿真試驗(yàn)方面進(jìn)行了研究，得到了較優(yōu)的脫粒組合結(jié)構(gòu)。針對(duì)高含水率玉米聯(lián)合收獲問題，王鎮(zhèn)東等[32]設(shè)計(jì)了一種紋桿式脫粒元件，并通過仿真和試驗(yàn)分析，得出較優(yōu)紋桿參數(shù)組合，經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)對(duì)降低破碎率效果顯著。清選分離方面，為解決聯(lián)合收獲機(jī)因喂入量波動(dòng)而導(dǎo)致作業(yè)性能下降及滾筒堵塞，李耀明等[33]設(shè)計(jì)了一種凹板間隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)和脫粒滾筒負(fù)荷監(jiān)測(cè)裝置，分析了喂入量和凹板間隙對(duì)油壓力以及脫粒分離性能的影響規(guī)律。唐小涵等對(duì)聯(lián)合收割機(jī)脫粒分離裝置的脫粒原理、結(jié)構(gòu)以及關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行了研究，指出脫粒分離裝置未來將朝著高效率、廣適應(yīng)性和智能化方向發(fā)展。徐立章等[11]對(duì)谷物聯(lián)合收獲清選裝置的結(jié)構(gòu)、內(nèi)部氣流場(chǎng)和物料運(yùn)動(dòng)及清選裝置智能化技術(shù)的研究進(jìn)展進(jìn)行了歸納總結(jié)，指出高性能、高效率、高可靠性、通用性和智能化將是該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展方向。王立軍等[34]對(duì)谷物聯(lián)合收獲篩分裝置的研究現(xiàn)狀和方法進(jìn)行了分析，指出篩分裝置將向大喂入量、高效率、高質(zhì)量方向發(fā)展，并能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制與精準(zhǔn)智能篩分。針對(duì)傳統(tǒng)式油菜風(fēng)篩清選裝置的不足，廖慶喜等[35]設(shè)計(jì)了一種油菜適用的旋風(fēng)分離清選系統(tǒng)，并得到了較優(yōu)參數(shù)組合。陳巧敏等[36]設(shè)計(jì)了一種食用豆聯(lián)合收割機(jī)所用的輸送機(jī)構(gòu)，通過采用刮板和平置輸送帶代替水平和垂直絞龍輸送，有效緩解絞龍輸送引起的籽粒破碎問題。

農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所研發(fā)出一種新型食用豆收獲適用的低損脫粒和清選機(jī)構(gòu)，如圖1、圖2所示。圖1所示的脫粒試驗(yàn)裝置主要由開式脫粒滾筒和閉式脫粒滾筒組成，前端為閉式滾筒，脫粒元件按不同脫粒需求布置的長、短紋桿；后端為開式滾筒，脫粒元件為釘齒和長紋桿，與脫粒分離相關(guān)的核心裝置為間隙可調(diào)的凹板篩，脫粒滾筒轉(zhuǎn)速、釘齒和紋桿與凹板篩間隙可調(diào)。該組合裝置前端的閉式脫?？梢允苟沽Ｔ诖耆嘧饔孟聫亩骨v中脫出，降低脫粒破碎；后端開式機(jī)構(gòu)一方面可使籽粒和秸稈快速分離，另一方面可將未脫出的豆粒進(jìn)一步擊打分離，提高脫凈率。

圖1 組合低損脫粒機(jī)構(gòu)

圖2所示的橫置式清選裝置核心部件主要由橫置振動(dòng)篩體、多類導(dǎo)料板、網(wǎng)格式上篩面、可換下篩面、負(fù)壓排雜風(fēng)機(jī)等組成。擬通過不同篩面結(jié)構(gòu)、篩體變振幅復(fù)合運(yùn)動(dòng)、多層篩分分離和動(dòng)態(tài)負(fù)壓清選等技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)粗雜余和籽粒上篩面分離清選、中小雜余下篩面負(fù)壓清選和小雜余下篩過濾等功能，同時(shí)通過可調(diào)傾斜角度的橫置篩面及振動(dòng)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行籽粒由脫粒滾筒下落后到進(jìn)入糧倉通道的橫向輸送。

圖2 橫置式風(fēng)力清選機(jī)構(gòu)

脫粒清選屬于作物聯(lián)合收獲的核心環(huán)節(jié)，對(duì)控制機(jī)收減損作用重大。當(dāng)前谷物聯(lián)合收獲在脫粒和清選方面的研究成果可用于食用豆機(jī)械化收獲，但其適用性還需進(jìn)一步研究，特別是針對(duì)異型籽粒、高含水率品種的機(jī)械化收獲，需進(jìn)一步創(chuàng)新設(shè)計(jì)相關(guān)機(jī)構(gòu)或應(yīng)用新的脫粒清選方法，以達(dá)到降低脫粒、輸送破碎和清選損失，提高機(jī)收質(zhì)量。

2 食用豆機(jī)械化收獲特性分析

2.1 食用豆機(jī)收特殊性

當(dāng)前我國農(nóng)作物耕種收綜合機(jī)械化率已超過70%，其中小麥機(jī)收率達(dá)97%，逐步適應(yīng)了重質(zhì)量、降成本、提效率的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要。食用豆作為雜糧作物，受重視程度尚不夠，對(duì)于其專用生產(chǎn)機(jī)具的研發(fā)更是少之又少，已有機(jī)具收獲作業(yè)損失普遍偏高。相對(duì)于水稻、小麥和玉米等主要糧食作物，食用豆機(jī)械化收獲又存在以下的特殊性。

1) 食用豆品種多、籽粒不規(guī)則。我國種植面積較大的食用豆有10余種，籽粒尺寸從小到大均有，多數(shù)豆種籽粒形狀不規(guī)則且?guī)缀纬叽绮町悩O大，在脫粒清選環(huán)節(jié)中存在物料組分復(fù)雜、籽粒脫粒輸送破損高、各組分物料分離難度大等特點(diǎn)。例如蕓豆、豇豆的長寬比最大可達(dá)5，蠶豆形狀平扁比大于3，在機(jī)收過程中，籽粒損傷和損失特別高，部分機(jī)型綜合損失率(僅脫粒破碎及清選損失)高于20%。

2) 有效結(jié)莢位偏低、易炸莢。食用豆為結(jié)莢類作物，目前的品種選育已逐步向宜機(jī)化方向發(fā)展，但大部分食用豆在成熟后，豆莢會(huì)下垂，從而使有效結(jié)莢位降低，給機(jī)械化收獲帶來難度。例如紅小豆莢長一般在7～9 cm左右，成熟后會(huì)下垂，此時(shí)莢底端距地面較近，機(jī)器作業(yè)時(shí)割刀很容易切割豆莢，造成裂莢。同時(shí)部分品種在完熟期后，豆莢抗裂莢能力低，且種植密度較大時(shí)各分枝間會(huì)相互纏繞，在受到撥禾輪的作業(yè)擾動(dòng)時(shí)，豆莢極易炸裂，帶來損失。如遇倒伏情況，該類豆種機(jī)收難度更大。

3) 成熟期不一致，部分豆種收獲時(shí)枝葉含水率高。綠豆等豆種大都為無限花序，即一邊成熟一邊收獲，為保障較高的產(chǎn)量和降低收獲損失，在部分籽粒沒達(dá)到完全成熟時(shí)便需進(jìn)行收獲，此時(shí)豆葉大都未脫落，物料含水率較高。機(jī)收時(shí)會(huì)造成清選分離困難，小籽粒豆種極易和秸稈、豆莢夾雜混合，脫粒清選損失高，同時(shí)高含水率收獲會(huì)使機(jī)收籽粒品質(zhì)降低，影響銷售價(jià)格。

4) 部分區(qū)域農(nóng)藝配套不足。部分產(chǎn)區(qū)食用豆為起壟種植，豆莢成熟后，結(jié)莢底端可能低于壟面，如品種直立性不好，則大部分豆莢在壟面以下，機(jī)械化收獲損失極高或者很難進(jìn)行。另外，不同產(chǎn)區(qū)的種植行距不統(tǒng)一，對(duì)收割機(jī)割幅規(guī)格要求復(fù)雜。同時(shí)部分豆種還存在撒播現(xiàn)象，種植密度不科學(xué)，太密會(huì)使分枝交叉過于緊密，不利于分禾，太稀則會(huì)在收獲期較易形成草害，增加機(jī)收難度。

2.2 現(xiàn)有谷物聯(lián)合收獲技術(shù)適用性分析

谷物聯(lián)合收獲技術(shù)歷經(jīng)近百年的研究探索，已較為成熟，當(dāng)前正朝著自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展，其現(xiàn)有的技術(shù)基礎(chǔ)為解決食用豆機(jī)械化收獲問題提供了較好的方案，例如底盤、割臺(tái)、軸流脫粒技術(shù)等。但食用豆多為中小適度規(guī)模生產(chǎn)，當(dāng)前中小型谷物聯(lián)合收割機(jī)上多采用開式釘齒單縱軸流脫粒、風(fēng)篩式清選和絞龍物料輸送，結(jié)合食用豆生產(chǎn)的實(shí)際特點(diǎn)，現(xiàn)有技術(shù)方案對(duì)于實(shí)現(xiàn)其高質(zhì)低損機(jī)械化收獲仍有一定局限。

主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：開式高速釘齒脫粒會(huì)造成不規(guī)則籽粒豆種高破碎，特別是大粒型和不規(guī)則籽粒豆種，即使在拆除部分谷物收獲機(jī)脫粒裝置的脫粒元件后，高破碎現(xiàn)象仍難以解決；絞龍輸送會(huì)對(duì)不規(guī)則籽粒帶來損傷，經(jīng)試驗(yàn)對(duì)于大粒型豆種僅絞龍單次輸送帶來的破碎率就超過5%，部分機(jī)型有應(yīng)用鏈板式結(jié)構(gòu)進(jìn)行垂直提升，但水平方向仍采用絞龍輸送；食用豆收獲時(shí)含水率高，特別是葉片和秸稈在脫粒和輸送過程破碎后形成的漿狀物極易在收獲籽粒表面形成“泥花臉”，從而降低籽粒商品性，用戶接受程度低；食用豆莢殼多，在高含水率情況下，脫出籽粒同秸稈、豆莢易粘黏，采用風(fēng)篩式清選會(huì)帶來夾帶損失偏高；另外，食用豆產(chǎn)量普遍在4 500 kg/hm2以內(nèi)，在相同作業(yè)速度下，收獲機(jī)作業(yè)的喂入量遠(yuǎn)低于稻麥?zhǔn)斋@過程，如選用合理的脫粒清選元件，往往脫凈率較高，不需要復(fù)脫環(huán)節(jié)。

3 食用豆機(jī)械化收獲減損策略

國家對(duì)糧食減損工作愈發(fā)重視，減少機(jī)收環(huán)節(jié)損耗是增加糧食產(chǎn)量的重要措施，降低機(jī)收損耗就是增加糧食產(chǎn)量，在此背景下需更進(jìn)一步推進(jìn)食用豆機(jī)收提質(zhì)減損工作，力爭“顆粒歸倉”。食用豆機(jī)械化收獲損失主要包括割前損失、割臺(tái)損失、脫粒損失和清選損失幾部分。割前損失與氣候、品種、種植模式和收獲時(shí)間等關(guān)聯(lián)，割臺(tái)損失、脫粒損失和清選損失與機(jī)械裝備條件和機(jī)械操作密切相關(guān)，是當(dāng)前食用豆機(jī)收工作中需重點(diǎn)關(guān)注和解決的問題。融合農(nóng)機(jī)農(nóng)藝，從收獲裝備技術(shù)條件出發(fā)，解決食用豆機(jī)收損失偏大的問題需要從以下幾個(gè)方面綜合考慮。

3.1 宜機(jī)化品種篩選及種植農(nóng)藝

宜機(jī)化品種篩選應(yīng)用和適宜的配套種植農(nóng)藝及收獲前條件準(zhǔn)備是實(shí)現(xiàn)食用豆高效低損收獲的首要前提，也是規(guī)模化食用豆生產(chǎn)需優(yōu)先考慮的問題，這類問題的解決能有效降低割前損失，同時(shí)為機(jī)械化收獲創(chuàng)造良好的作業(yè)條件。

1) 宜機(jī)化品種篩選及應(yīng)用。適宜的品種是降低機(jī)收損失、提高產(chǎn)量的重要前提。株型緊湊、抗倒伏，結(jié)莢位高且集中，成熟期一致、耐裂莢，籽粒規(guī)則，成熟期落葉性能好是理想的機(jī)收品種。因此，需進(jìn)一步完善食用豆適宜機(jī)械化收獲評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系，對(duì)選育的食用豆優(yōu)勢(shì)品種進(jìn)行機(jī)械化收獲試驗(yàn)，獲取其機(jī)械化生產(chǎn)特性數(shù)據(jù)，并提出與之匹配的機(jī)械化生產(chǎn)技術(shù)模式。并綠系列綠豆和青蠶系列蠶豆是優(yōu)異的宜機(jī)化品種，顯著特點(diǎn)是結(jié)莢位高且集中，成熟一致性好，且收獲期豆葉均自然脫落。

2) 適宜的種植農(nóng)藝及收前準(zhǔn)備。對(duì)于結(jié)莢位較低或者成熟后豆莢易下垂品種，不建議高壟種植，可考慮覆膜等手段進(jìn)行保墑，種植行距、密度在同一產(chǎn)區(qū)進(jìn)行規(guī)范。根據(jù)氣候情況對(duì)成熟期進(jìn)行預(yù)判，適期收獲。避免收獲過早，籽粒成熟少、影響產(chǎn)量，收獲過晚，裂莢掉粒多，同時(shí)加強(qiáng)田間管理，避免收獲前草害影響。對(duì)于成熟后不易落葉品種，建議在收獲前適期噴灑脫葉劑，經(jīng)試驗(yàn)表明草銨膦或乙烯利復(fù)合組劑對(duì)食用豆機(jī)收前脫葉效果較好，且在機(jī)收籽粒中無藥劑殘留。施用乙烯利復(fù)合組劑的中綠5號(hào)綠豆前后對(duì)比，發(fā)現(xiàn)脫葉不落莢，對(duì)提高機(jī)械化收獲性能效果顯著。

3.2 聯(lián)合收獲各環(huán)節(jié)協(xié)同減損

聯(lián)合收割機(jī)是實(shí)現(xiàn)食用豆低損收獲的重要載體，且要使用食用豆專用收獲機(jī)具，這樣可在更大程度上降低收獲損失、提高機(jī)收品質(zhì)。低損收獲割臺(tái)、高效脫粒清選和物料低損輸送技術(shù)是實(shí)現(xiàn)機(jī)械化減損收獲的三大核心技術(shù)。

1) 低損收獲割臺(tái)。采用低損割臺(tái)是降低割臺(tái)損失的有效措施，主要包括可調(diào)速低損撥禾機(jī)構(gòu)和撓性仿形裝置。相對(duì)谷物聯(lián)合收割機(jī)，食用豆聯(lián)合收獲撥禾輪轉(zhuǎn)速要低，不宜采用金屬撥齒，經(jīng)試驗(yàn)表明柔性梳刷或低密度排列組合的塑料撥齒在撥禾喂入時(shí)會(huì)顯著降低裂莢現(xiàn)象。撓性仿形裝置可使割臺(tái)在前進(jìn)作業(yè)過程中根據(jù)地形條件自行調(diào)節(jié)割臺(tái)高度，相對(duì)剛性割臺(tái)可使切割作業(yè)高度穩(wěn)定一致，避免因地形突變或機(jī)手操作不當(dāng)造成割臺(tái)鏟土、低位莢切割不到位和割臺(tái)高度頻繁變化帶來裂莢損失等情況。

2) 低損脫粒清選技術(shù)。脫粒清選屬于作物聯(lián)合收獲過程的核心環(huán)節(jié)，食用豆機(jī)收在脫粒清選環(huán)節(jié)中物料組分復(fù)雜、籽粒脫粒破損高、各組分物料清選分離難度大。應(yīng)用新型脫粒清選機(jī)構(gòu)并實(shí)現(xiàn)對(duì)脫粒清選環(huán)節(jié)各參數(shù)的有效調(diào)控是實(shí)現(xiàn)低損脫粒清選的有效技術(shù)路徑。通過對(duì)脫粒方式、脫粒滾筒型式、脫粒元件組合及分布、脫粒間隙和清選方式、清選風(fēng)速和清選物料輸送等方面進(jìn)行的多輪試驗(yàn)研究和機(jī)構(gòu)優(yōu)化，提出了一種食用豆低損脫粒清選方案，經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，脫粒清選效果達(dá)到預(yù)期效果，脫粒破碎率、清選含雜率和損失率均大幅降低，以“通蠶鮮”系列大粒型蠶豆為例，破碎率低于3%，含雜率低于2%。

3) 物料低損輸送技術(shù)。常規(guī)谷物聯(lián)合收割機(jī)水平及垂直輸送多采用絞龍型式，對(duì)于不規(guī)則豆種，輸送破碎高。在食用豆機(jī)收實(shí)踐中，對(duì)比水平帶式輸送、垂直斗式提升和垂直風(fēng)力輸送等幾類物料輸送形式。其中水平帶式輸送在籽粒清選凈度高、含水率低的情況下，輸送效果好；垂直斗式提升輸送能力強(qiáng)，適應(yīng)高含雜情況輸送，但結(jié)構(gòu)欠緊湊；風(fēng)力輸送效率高、籽粒破損少，是較為高效的輸送方式。通過采用橫置式振動(dòng)清選和垂直風(fēng)力輸送的組合方案，能適用于不同粒型食用豆聯(lián)合收獲過程中的清選和輸送綜合作業(yè)，該項(xiàng)技術(shù)目前已在蠶豆聯(lián)合收割機(jī)上進(jìn)行應(yīng)用。

3.3 機(jī)手收獲技能減損

實(shí)現(xiàn)食用豆低損收獲的另一重要途徑是加強(qiáng)駕駛?cè)藛T操作技能培訓(xùn)。通過進(jìn)行收獲機(jī)具駕駛?cè)藛T技能培訓(xùn)，明確與常規(guī)谷物聯(lián)合收獲機(jī)操作的差異性，這對(duì)減損收獲有直接作用。利用技術(shù)培訓(xùn)使操作機(jī)手能自主選擇適宜的收獲時(shí)機(jī)，并能根據(jù)氣候、作物生長趨勢(shì)和試收的損失和破碎情況，及時(shí)調(diào)整收獲機(jī)行走速度、留茬高度、撥禾輪轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、清選風(fēng)量和脫粒釘齒間隙等機(jī)具作業(yè)參數(shù)，能根據(jù)地塊條件決策較優(yōu)的收獲行走路線等，降低機(jī)收作業(yè)損失。

4 結(jié)語

食用豆是我國重要的食用和創(chuàng)收作物，實(shí)現(xiàn)其機(jī)械化低損收獲是促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展、保證糧食安全的重要手段，目前國內(nèi)開展的相關(guān)研究較為缺乏，是當(dāng)前食用豆生產(chǎn)中的短板技術(shù)問題。實(shí)現(xiàn)食用豆機(jī)械化低損收獲具有一定的技術(shù)特殊性，其品種多、籽粒不規(guī)則、結(jié)莢位低、易炸莢、成熟期不一致且部分產(chǎn)區(qū)農(nóng)藝配套不足，當(dāng)前谷物聯(lián)合收獲技術(shù)方案不能完全適用。降低食用豆收獲損失需要解決宜機(jī)化品種篩選及配套種植農(nóng)藝、聯(lián)合收獲各環(huán)節(jié)協(xié)同減損和加強(qiáng)人員技能培訓(xùn)等幾方面問題，以降低割前損失、割臺(tái)損失、脫粒損失和清選損失。通過集成應(yīng)用機(jī)械化低損收獲技術(shù)，可大幅降低食用豆收獲損失率，減損效果顯著。