葉類蔬菜機(jī)械化收獲技術(shù)裝備發(fā)展現(xiàn)狀

摘要：

我國葉類蔬菜產(chǎn)量巨大，擁有可觀的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。目前葉類蔬菜以人工收獲為主，嚴(yán)重制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展，故開展葉類蔬菜機(jī)械化采收研究勢在必行。為了解國內(nèi)外葉類蔬菜收獲技術(shù)裝備發(fā)展現(xiàn)狀，按照結(jié)球葉菜和非結(jié)球葉菜分類，闡述國內(nèi)外葉類蔬菜收獲裝備代表機(jī)型性能特點(diǎn)、適用環(huán)境及切割、輸送等關(guān)鍵部件工作原理和技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)，分析割臺(tái)仿形與自動(dòng)對(duì)行技術(shù)的研究現(xiàn)狀。指出我國現(xiàn)有非結(jié)球葉菜土下切割機(jī)型切割部件切根一致性差、夾持輸送裝置對(duì)葉類蔬菜損傷較大、未形成規(guī)范化栽植模型問題。提出開展鏟式土下切割部件研究、加強(qiáng)葉類蔬菜基本物理力學(xué)特性研究、推進(jìn)全程機(jī)械化產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展系列建議。

關(guān)鍵詞：葉類蔬菜；收獲裝備；收獲技術(shù)；自動(dòng)化收獲；自動(dòng)對(duì)行

中圖分類號(hào)：S225.92

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2095-5553 （2025） 01-0346-07

Development status of mechanized harvesting technology and equipment for leafy vegetables

Liang Shujian^{1， 2}， Liu Lijing^{1， 2}， Liu Fangjian^{1， 2}， Cui Wei^{1， 2}， Zhang Xuedong^{1， 2}， Gao Jian¹

（1. "Chinese Academy of Mechanized Agriculture Sciences Group Co.， Ltd.， Beijing， 100083， China；

2. National Key Laboratory of Agricultural Equipment Technology， Beijing， 100083， China）

Abstract：

Leaf vegetable output in our country is huge and has the considerable economic value. At present， artificial harvesting is the main method to harvest leafy vegetables， which restricts the development of industry seriously， so it is imperative to carry out the research on mechanized leaf vegetable harvesting. In order to understand the development status of the harvesting technology and equipment for leafy vegetables at home and abroad， this paper classified leafy vegetables and non-leafy vegetables， expounded the performance characteristics， applicable environment， working principle and technical advantages and disadvantages of key components such as cutting， conveying and so on of the representative models of leaf vegetable harvesting equipment at home and abroad， and analyzed the research status of profile modeling and automatic alignment of cutting table. It is concluded that the root-cutting consistency of the cutting parts of the existing non-heading leafy vegetables under soil cutting machine in our country is poor， and the clamping and conveying device damages the leafy vegetables greatly， and the problem of the standardized planting model is not formed， finally， a series of suggestions are put forward to carry out study on the shovel cutting parts under soil， strengthen the research on the basic physical and mechanical properties of leafy vegetables， and promote the development of the whole mechanized industrial chain.

Keywords：

leafy vegetables; harvesting equipment; harvesting techniques; automated harvesting; automatic alignment

0"引言

2022年，世界蔬菜生產(chǎn)總量約13.56×10⁸"t，我國作為世界上最大的蔬菜生產(chǎn)國和消費(fèi)國^［1］，種植面積約22 434khm²，總產(chǎn)量高達(dá)7.99×10⁸t^［2］，占世界總產(chǎn)量的55%以上，人均占有量已超500kg，均居世界首位^［3］。近年來，中共中央、國務(wù)院相繼出臺(tái)了蔬菜行業(yè)相關(guān)政策，強(qiáng)調(diào)耕地應(yīng)優(yōu)先用于糧食、棉、油、糖、蔬菜等農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)，保障“菜籃子”產(chǎn)品供給?？梢姳ＷC蔬菜產(chǎn)業(yè)穩(wěn)固發(fā)展具有重要意義。

蔬菜種類繁多，按照產(chǎn)品器官的差異可分為根菜類、莖菜類、葉菜類、花菜類和果菜類五大類^［4］，其中葉類蔬菜產(chǎn)量約占蔬菜生產(chǎn)總量的30%～40%。按照機(jī)械收獲原理不同，相關(guān)學(xué)者又將葉類蔬菜分為結(jié)球葉菜和非結(jié)球葉菜兩部分討論研究^［5］。葉類蔬菜是指以嫩葉和葉柄為食用部位的蔬菜^［6］，主要特點(diǎn)是生長周期短，連作次數(shù)多；莖葉脆嫩多汁，收獲過程易損傷，機(jī)械化采收困難，目前我國大部分地區(qū)以人工收獲為主。

收獲是葉類蔬菜生產(chǎn)全程作業(yè)中至關(guān)重要的一環(huán)，作業(yè)量超過全程總作業(yè)量的40%^［7］，人工采收勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低、經(jīng)濟(jì)效益差，嚴(yán)重制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展，故開展葉類蔬菜機(jī)械化采收研究勢在必行。為了解國內(nèi)外葉類蔬菜收獲技術(shù)裝備發(fā)展現(xiàn)狀，本文從非結(jié)球葉菜和結(jié)球葉菜兩方面進(jìn)行闡述，并提出該領(lǐng)域存在問題和相應(yīng)發(fā)展建議。

1"非結(jié)球葉菜收獲技術(shù)裝備發(fā)展現(xiàn)狀

非結(jié)球葉菜主要包括菠菜、芹菜、雞毛菜、韭菜等，機(jī)械化收獲流程有撥禾、切割、輸送、收集等^［8］，由于切割、輸送效果直接決定蔬菜收獲質(zhì)量，目前大多研究集中在切割與輸送裝置研究^{［9， 10］}。切割裝置包括土上切割和土下切割兩種形式，常用割刀包括鏟刀式、往復(fù)式、環(huán)形帶刀式與鋸齒帶刀式，詳情見表1。常用輸送裝置包括回轉(zhuǎn)式和夾持式：回轉(zhuǎn)式一般利用輸送帶與葉類蔬菜間的摩擦力完成推送，裝配角度不宜過大，避免蔬菜滑落，多應(yīng)用于無序收獲裝備；夾持式一般利用專用皮帶夾持莖稈完成輸送，夾持帶材料、間隙、轉(zhuǎn)速，夾持高度、角度等多種因素對(duì)輸送效果均有影響，多應(yīng)用于有序收獲裝備。無序收獲裝備結(jié)構(gòu)簡單，效率高，但不便后續(xù)蔬菜收集與包裝；有序收獲裝備較復(fù)雜且造價(jià)高，需將葉類蔬菜按一定順序、一定方向輸送，工作效率相對(duì)較低，但收獲后的蔬菜商品性好^［11］。

1.1"非結(jié)球葉菜無序收獲技術(shù)裝備發(fā)展現(xiàn)狀

1.1.1"國外非結(jié)球葉菜無序收獲技術(shù)裝備

發(fā)達(dá)國家對(duì)葉類蔬菜收獲機(jī)械的研究起步較早，技術(shù)較成熟，發(fā)展水平相對(duì)較高，基本形成主要作業(yè)環(huán)節(jié)機(jī)械化生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)體系^［12］。代表機(jī)型有意大利8400型收割機(jī)，該機(jī)采用環(huán)形帶刀，配備速度可調(diào)的回轉(zhuǎn)式輸送帶，利用PLC控制比例電子傳感器系統(tǒng)進(jìn)而控制切削高度，且具備自主導(dǎo)航功能，可根據(jù)預(yù)定的行駛路徑實(shí)現(xiàn)無人駕駛作業(yè)，適用于生菜、菠菜等多種非結(jié)球葉菜的留茬無序收獲。

意大利的多款自走式葉類蔬菜無序收獲機(jī)大體可分為土下切割與土上切割兩類。土下切割代表機(jī)型有Slide Valeriana與Slide Valeriana Eco。兩種收割機(jī)均采用鋸齒帶刀式，割刀后方設(shè)有振動(dòng)裝置，前方裝備仿形輪，配合液壓驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)割臺(tái)自動(dòng)升降調(diào)節(jié)，作業(yè)時(shí)后方置物臺(tái)上可安裝橫向葉菜輸送帶、收集箱和電動(dòng)卸料機(jī)構(gòu)等配套設(shè)備，收集箱裝滿后直接卸到菜地，提高收獲效率，適用于植株較矮的幼苗收獲作業(yè)；土上切割代表機(jī)型為Ventum型收割機(jī)，該機(jī)配備全自動(dòng)化裝箱系統(tǒng)，大大減少人力成本投入，適用于大規(guī)模種植條件下的葉類蔬菜收獲。

土耳其的Dari Ell-e型收割機(jī)不僅裝備了割臺(tái)仿形機(jī)構(gòu)，還擁有四驅(qū)行走底盤，每個(gè)輪胎最大單向轉(zhuǎn)角32°，工作速度從0.5～3km/h可連續(xù)變化，適用于菠菜、生菜、幼苗等葉類蔬菜收獲。

1.1.2"國內(nèi)非結(jié)球葉菜無序收獲技術(shù)裝備

我國葉類蔬菜無序收獲裝備研究處于起步階段，實(shí)際應(yīng)用機(jī)型較少。李繼偉等^［13］研發(fā)了4GDS-1.0型三葉菜收獲機(jī)樣機(jī)，裝備柔性撥禾裝置以減少收獲過程中三葉菜的機(jī)械損傷，切割裝置采用往復(fù)式雙動(dòng)刀（圖1），利用偏心軸承與矩形槽配合，軸承外徑與矩形寬度相等，動(dòng)力輸入軸帶動(dòng)軸承旋轉(zhuǎn)，軸承外徑始終緊靠矩形槽滑動(dòng)，驅(qū)使與矩形槽連為一體的割刀作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將兩組上述機(jī)構(gòu)按一定相位差上下裝配，實(shí)現(xiàn)雙動(dòng)刀的剪切效果。該機(jī)型可一次性完成收割、撥禾、輸送、收集等作業(yè)，經(jīng)測試：樣機(jī)行走速度為0.56m/s，割幅寬度為1 000mm，留茬高度為116mm，最小漏剪率為1.9%，工作效率為0.19hm²/h。

1.偏心軸承"2.動(dòng)力輸入軸"3.矩形槽"4.割刀

4MD-120型電動(dòng)收割機(jī)采用往復(fù)式雙動(dòng)刀，割茬高度在1～8cm內(nèi)可調(diào)。陳佶等^［14］對(duì)4MD-120型收割機(jī)進(jìn)行性能試驗(yàn)，結(jié)果顯示該機(jī)漏割損失率為0，切割性能良好。富來威4UM系列機(jī)型經(jīng)過多次迭代，逐步推向市場。代表機(jī)型4UM-120型收割機(jī)主要用于雞毛菜等葉菜的土上收獲，割刀采用往復(fù)式雙動(dòng)刀，一次性實(shí)現(xiàn)葉菜的切莖、推禾與輸送；4UM-120A型收割機(jī)適用于菠菜、油菜等葉菜的土下收獲，配備電動(dòng)升降割臺(tái)，采用鋸齒帶刀，利用振動(dòng)篩上下交替運(yùn)動(dòng)抖落土壤，但該機(jī)入土切根效果受前期耕整地質(zhì)量影響較大，對(duì)壟面平整度、堅(jiān)實(shí)度要求較高。

綜上所述，國內(nèi)外的非結(jié)球葉菜無序收獲機(jī)原理相同，多數(shù)利用環(huán)形帶刀或往復(fù)式割刀切割、回轉(zhuǎn)輸送帶提升運(yùn)送。但從具體機(jī)構(gòu)和其他配套設(shè)備來看，發(fā)達(dá)國家的無序葉菜收獲機(jī)械表現(xiàn)出較高的自動(dòng)化程度與成熟的智能化技術(shù)，總體收獲效率高，而我國實(shí)用機(jī)型較少，先進(jìn)技術(shù)的研究和應(yīng)用還不成熟，整機(jī)效率和可靠性有待加強(qiáng)。

1.2"非結(jié)球葉菜有序收獲技術(shù)裝備發(fā)展現(xiàn)狀

1.2.1"國外非結(jié)球葉菜有序收獲技術(shù)裝備

早期發(fā)達(dá)國家的有序收獲研究也面臨葉菜易損傷等類似問題，但經(jīng)過多年發(fā)展，品種培育、種植模式宜機(jī)化以及機(jī)器本身技術(shù)等多個(gè)方面已經(jīng)成熟。美國Leach等^［15］發(fā)明了一種自走式芹菜收獲分選機(jī)，利用上下兩圓盤割刀去除菜葉和根部，加持輸送至橫向輸送帶，通過風(fēng)機(jī)負(fù)壓篩除雜質(zhì)，實(shí)現(xiàn)芹菜的有序收獲和分選。丹麥的韭蔥收獲機(jī)包括懸掛式、牽引式和自走式等類型，普遍采用夾取有序輸送的方式。大多機(jī)具為聯(lián)合作業(yè)并且配備了大功率動(dòng)力，工作效率高；采用機(jī)、電、液一體化技術(shù)，整體水平先進(jìn)^［16］。意大利Slide TW型收獲機(jī)工作時(shí)分禾器將植株扶起并攏入內(nèi)部，環(huán)形帶刀切斷被夾持的蔬菜植株，波紋狀?yuàn)A持帶完成輸送過程，植株被輸送至機(jī)器上端由人工進(jìn)行捆扎。波紋狀?yuàn)A持帶的夾持力能保證蔬菜植株的立式輸送，適用于韭菜、茴香等葉菜的有序收獲，但該機(jī)缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，無法滿足我國小農(nóng)戶的生產(chǎn)需求^［3］。

日本SPH400型菠菜收獲機(jī)可實(shí)現(xiàn)菠菜的土下切割、有序收獲。切割裝置采用鏟刀式，入土深度0～5cm內(nèi)可調(diào)。波紋式夾持裝置高度可手動(dòng)調(diào)節(jié)；整機(jī)后方還配備了多組集料輥與換向輥，作業(yè)時(shí)菠菜通過夾持裝置直立提升，在集料輥和換向輥?zhàn)饔孟滤降瓜虏⑿D(zhuǎn)成捆，實(shí)現(xiàn)菠菜有序收集。整機(jī)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，行走部件、切割部件、夾持輸送部件與收集裝置間均為機(jī)械傳動(dòng)，充分體現(xiàn)了大部分日本農(nóng)業(yè)機(jī)械小巧靈活、結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)。但該機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不具備割臺(tái)仿形功能，作業(yè)效果受地面平整度影響較大，對(duì)種植農(nóng)藝要求高，適用于規(guī)范化種植的收獲作業(yè)。

1.2.2"國內(nèi)非結(jié)球葉菜有序收獲技術(shù)裝備

由于無序收獲難以滿足國內(nèi)消費(fèi)者對(duì)菠菜、小青菜等脆嫩非結(jié)球葉菜的鮮食需求，我國開展了土下切割、有序收獲研究。有序收獲收割機(jī)工作流程一般為切割、夾持和輸送，而夾持效果決定作物品相：夾持力較小無法收獲葉菜，夾持力較大則極易擠傷作物，造成經(jīng)濟(jì)損失。目前有序收獲機(jī)械研究停留在關(guān)鍵部件或整機(jī)設(shè)計(jì)階段，總體面臨著收獲損傷率高、效率低的挑戰(zhàn)。

在關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)方面，為降低油菜莖稈在夾持輸送過程中的損傷率，Xiong等^［17］設(shè)計(jì)了柔性夾持裝置，研究了裝置關(guān)鍵參數(shù)對(duì)油菜莖稈漏切率、漏夾率與損傷率的影響，響應(yīng)曲面優(yōu)化試驗(yàn)顯示，機(jī)具前進(jìn)速度為0.42m/s、夾持帶運(yùn)動(dòng)速度為0.89m/s、夾持間隙為11.43mm時(shí)，收獲效果最佳，此時(shí)漏切率2.63%、漏夾率4.84%、損傷率5.22%。劉奇等^［18］探究夾持裝置的夾持高度、夾持角度、接觸材料對(duì)上海青損傷率的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，夾持高度對(duì)葉菜損傷影響最為顯著，夾持角度為15°、夾持高度為2cm、夾持材料為發(fā)泡塑料聚合物時(shí)，破損臨界力和壓縮量最小為16.95N和18.03mm。鄒亮亮等^［19］基于Burgers模型構(gòu)建菠菜植株的流變本構(gòu)模型，探究夾持裝置的輸送速度與當(dāng)量彈性系數(shù)對(duì)菠菜塑性變形的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)輸送速度為25mm/s、當(dāng)量彈性系數(shù)為2N/mm時(shí)，輸送成功率為93.3%，菠菜損傷率為6.7%，夾持輸送效果較好，為相關(guān)研究提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

在整機(jī)設(shè)計(jì)方面，河北農(nóng)業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)一種新型菠菜四行收獲機(jī)^［20］，其特點(diǎn)在于切割部件采用對(duì)稱布置的鏟刀式割刀，有序輸送部件采用分級(jí)夾持輸送，收集部分采用帶分隔腔的集料箱。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所發(fā)明了葉菜有序收集裝置^［21］，其特點(diǎn)在于集料箱上方設(shè)有由雙曲柄連桿機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)軸與撥爪組成的撥菜機(jī)構(gòu)，通過撥爪的往復(fù)運(yùn)動(dòng)有序地將葉菜送入箱中，從而減少后續(xù)加工處理的勞動(dòng)量。劉繼展等^［22］開發(fā)了一種結(jié)合打捆系統(tǒng)的葉菜有序收獲機(jī)，實(shí)現(xiàn)分行收獲的同時(shí)自動(dòng)打捆收集，進(jìn)一步豐富了收割機(jī)的功能。

柔性夾持輸送是目前實(shí)現(xiàn)非結(jié)球葉菜有序收獲應(yīng)用最廣泛的輸送方式，但面臨夾持機(jī)構(gòu)復(fù)雜、夾持間隙與輸送帶張緊度調(diào)節(jié)不便、葉菜損傷率高的問題。針對(duì)這些問題，通常的解決方法是研究葉菜物理力學(xué)特性，據(jù)此設(shè)計(jì)專用夾持輸送裝置。從整機(jī)裝備看，意大利、日本等發(fā)達(dá)國家研制的裝備結(jié)構(gòu)緊湊、先進(jìn)技術(shù)集成度高，眾多產(chǎn)品已商業(yè)化；而我國葉菜有序收獲機(jī)械研究多停留在科研階段。

綜合國內(nèi)外非結(jié)球葉菜機(jī)型對(duì)比發(fā)現(xiàn)：動(dòng)力源方面，目前國內(nèi)外均呈現(xiàn)蓄電池逐步替代汽油機(jī)、柴油機(jī)等傳統(tǒng)動(dòng)力機(jī)的趨勢。采用蓄電池優(yōu)點(diǎn)在于質(zhì)量小、工作噪音低，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)控制方便，但目前蓄電池普遍續(xù)航時(shí)間短，且需定期更換電池。行走方式方面，歐美發(fā)達(dá)國家多為大中型自走式收割機(jī)，甚至可進(jìn)行聯(lián)合作業(yè)，適用于大規(guī)模、規(guī)范化的收獲作業(yè)；我國與日本呈現(xiàn)小規(guī)模、廣分布的種植現(xiàn)象，作業(yè)空間受限，適合小巧輕便的手扶自走式機(jī)型。切割部件方面，歐美發(fā)達(dá)國家土上、土下切割部件搭配自動(dòng)化控制技術(shù)，發(fā)展較為成熟；我國目前土上切割機(jī)型發(fā)展較快，但土下切割機(jī)型進(jìn)展緩慢，機(jī)型較單一，切割效果對(duì)地表平整度有一定要求。

2"結(jié)球葉菜收獲技術(shù)裝備發(fā)展現(xiàn)狀

結(jié)球葉菜類包括結(jié)球甘藍(lán)、大白菜、結(jié)球萵苣、包心薺菜等^［6］。該類葉菜收獲機(jī)包括拔取裝置、輸送裝置、莖部切割裝置及剝?nèi)~裝置等^［23］。拔取裝置形式較多，主要有鏈條式、鏟式、螺旋錐式和圓盤式，詳情見表2。輸送裝置有螺旋升運(yùn)式、輸送帶式和輸送鏈?zhǔn)?。為了保持輸送過程中結(jié)球葉菜的姿態(tài)，通常將夾持導(dǎo)向裝置或壓網(wǎng)配合輸送裝置使用^［23］。由于結(jié)球葉菜莖部較粗壯，國內(nèi)外機(jī)具廣泛采用高速旋轉(zhuǎn)圓盤完成切割。在剝?nèi)~環(huán)節(jié)，雖然國內(nèi)外已有機(jī)械剝?nèi)~相關(guān)研究，但總體來看，仍以人工剝?nèi)~為主。

2.1"國外結(jié)球葉菜收獲技術(shù)裝備

日本等發(fā)達(dá)國家對(duì)結(jié)球葉菜收獲的研究較為成熟，眾多機(jī)型已投入生產(chǎn)應(yīng)用。Hachiya等^［24］開發(fā)了集采收、加工、裝箱、裝車于一體的半自動(dòng)卷心菜收獲系統(tǒng)。他在對(duì)日本農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所研制的自走式單行卷心菜收割機(jī)進(jìn)一步改進(jìn)的基礎(chǔ)上，提出與遙控拖拉機(jī)、拖車協(xié)同工作模式，達(dá)到提高工作效率，減少人力投入的目的。日本久保田研制了一款自走式卷心菜收割機(jī)，該機(jī)采用缺口圓盤式拔取裝置，單行收獲。輸送時(shí)，夾持輸送帶可根據(jù)卷心菜前傾或后傾的姿態(tài)，增加或降低輸送轉(zhuǎn)速，以達(dá)到最佳切割效果。

意大利擁有多款適用于卷心菜、花椰菜的收獲機(jī)型，其中Rapid SR型收割機(jī)采用波紋狀輸送帶夾持提升蔬菜，作業(yè)時(shí)需6～8人完成剝?nèi)~與分選工作；Slide Endivia型收割機(jī)適用于收割露地種植的結(jié)球葉菜，一次性收獲四行，前端仿形機(jī)構(gòu)保證割刀與地面距離保持一致，并利用立式波紋輸送帶固定葉菜姿態(tài)、完成提升輸送。作業(yè)時(shí)配合定制叉車與裝載箱完成卸料，工作效率高。

丹麥的牽引式與懸掛式收獲機(jī)具有大型化、高效化的特點(diǎn)，適用于大規(guī)模、大面積種植環(huán)境。代表機(jī)型有TK2000和MC-1020等。TK2000牽引式甘藍(lán)收獲機(jī)采用雙錐桿拔取裝置，壓網(wǎng)與輸送帶組合輸送甘藍(lán)，圓盤割刀在輸送過程中切斷根莖，利用甘藍(lán)滾動(dòng)作用褪去外葉，最后直接送入收集箱。實(shí)現(xiàn)全程機(jī)械化，自動(dòng)化程度高，減少人力投入。MC-1020單行甘藍(lán)收獲機(jī)與TK2000相比具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低的特點(diǎn)，但需人工輔助剝?nèi)~。

2.2"國內(nèi)結(jié)球葉菜收獲技術(shù)裝備

先拔取再切根是結(jié)球葉菜機(jī)械收獲最常用的方式。杜冬冬^［25］研制了一款可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)稱重的履帶自走式甘藍(lán)收獲機(jī)，利用鏟式拔取裝置拔起整顆甘藍(lán)，夾持輸送與輸送鏈配合將甘藍(lán)提升，液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)雙圓盤切斷根莖，經(jīng)過剝?nèi)~，甘藍(lán)被送入稱重裝置，再統(tǒng)一收集。但由于該機(jī)具單側(cè)布置收割裝置，收獲時(shí)需要圍繞菜地一圈收割。為提高工作效率，Cao等^［26］研發(fā)出可雙壟收獲的大白菜收割機(jī)，但該機(jī)拔取時(shí)易出現(xiàn)擁堵現(xiàn)象，切割時(shí)白菜姿態(tài)不固定，造成切根不合理甚至漏切。

Zhang等^［27］研制的4GCSD-1200型自走式甘藍(lán)聯(lián)合收割機(jī)主要包括拔取切根裝置、輸送裝置、收集裝置和全液壓履帶式底盤。拔取裝置傾斜置于收割裝置前端，工作時(shí)旋轉(zhuǎn)著伸入甘藍(lán)下部與地表之間將甘藍(lán)拔出；上方旋轉(zhuǎn)刮板扶正并將甘藍(lán)推入可變距的夾持帶間，平均收獲合格率達(dá)96.3%。

與常見的結(jié)球葉菜收割機(jī)工作方式不同，肖宏儒等^{［28， 29］}研制的手扶式青菜頭收割機(jī)和自走式結(jié)球葉菜收割機(jī)采用先切根再夾持輸送的方式，前者單行收獲，效率較低；后者可同時(shí)四行收獲，其利用割臺(tái)仿形技術(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)割刀與夾持裝置的離地高度，提高機(jī)具對(duì)不同地形的適應(yīng)性。王俊等^［30］發(fā)明了一種懸掛式白菜收獲機(jī)械，采用離心旋轉(zhuǎn)方式實(shí)現(xiàn)白菜運(yùn)輸與剝?nèi)~，特點(diǎn)是工作部件可翻轉(zhuǎn)，節(jié)省運(yùn)輸空間。整機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，可適應(yīng)不同行距不同種類結(jié)球葉菜的采收作業(yè)?？姾甑?sup>［31］發(fā)明了一種集收割、剝?nèi)~和打包為一體的結(jié)球類蔬菜收獲裝置，工作時(shí)鏟土機(jī)構(gòu)從土下將蔬菜的根莖鏟斷，利用螺旋夾持管的旋轉(zhuǎn)將其拔其并向上運(yùn)送至螺旋輸送管和剝菜輥，二者反向旋轉(zhuǎn)完成輸送和剝?nèi)~過程，隨后打包機(jī)構(gòu)對(duì)蔬菜進(jìn)行打包。

綜合國內(nèi)外結(jié)球葉菜機(jī)型對(duì)比發(fā)現(xiàn)：自動(dòng)化程度方面，發(fā)達(dá)國家的結(jié)球葉菜機(jī)械收獲機(jī)通常采用先進(jìn)的傳感器和控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化的定位、識(shí)別和收割，提高生產(chǎn)效率。適應(yīng)性方面，國外的結(jié)球葉菜機(jī)械收獲裝備可以適應(yīng)不同種植環(huán)境和作物品種的需求，能夠處理不同尺寸、形狀和硬度的結(jié)球葉菜，具有更廣泛的適應(yīng)性。損傷程度方面，由于國外的機(jī)械收獲裝備采用先進(jìn)感應(yīng)技術(shù)，能夠更精確地定位和收割結(jié)球葉菜，實(shí)現(xiàn)較低的損傷程度，而國內(nèi)裝備在這方面還有一定的發(fā)展空間。

3"葉類蔬菜自動(dòng)化收獲技術(shù)研究現(xiàn)狀

隨著信息技術(shù)、傳感技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，農(nóng)業(yè)裝備自動(dòng)化、智能化已經(jīng)成為未來發(fā)展的必然趨勢^［32］。由于葉菜脆嫩易損傷，傳統(tǒng)收獲機(jī)械很難達(dá)到預(yù)期作業(yè)效果，將自動(dòng)化技術(shù)融入葉菜收獲機(jī)械是一條有效途徑。近年來，割臺(tái)仿形技術(shù)與自動(dòng)對(duì)行技術(shù)成為收獲機(jī)械領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

3.1"割臺(tái)仿形技術(shù)

割臺(tái)仿形即以仿形對(duì)象的高度起伏變化為基準(zhǔn)，利用控制算法自動(dòng)調(diào)節(jié)割臺(tái)高度和角度，達(dá)到割茬整齊的目的。目前割臺(tái)仿形技術(shù)較多應(yīng)用于小麥、水稻等谷物聯(lián)合收割機(jī)^［33］，但在葉菜收獲方面，通常需人工控制割臺(tái)高度，不能實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，收割效果受壟面和畦面起伏影響較大。胡焉為等^［34］基于實(shí)測割臺(tái)動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)，建立了雙輸入雙輸出的高度控制模型。以割臺(tái)兩側(cè)割茬高度二次型函數(shù)的積分為性能指標(biāo)，選擇恰當(dāng)?shù)男阅芊汉?，利用LQR控制器與最優(yōu)控制方法，最終設(shè)計(jì)了一種新的控制策略，使割臺(tái)能同時(shí)適應(yīng)行進(jìn)方向和側(cè)向擺轉(zhuǎn)調(diào)整的作業(yè)需求，靈活控制割茬高度。Chen等^［35］利用兩相混合步進(jìn)電機(jī)以地面為基準(zhǔn)調(diào)節(jié)割刀高度，將電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度誤差作為控制量，利用增量PID方法實(shí)現(xiàn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度、轉(zhuǎn)速和電流調(diào)節(jié)，從而達(dá)到控制割刀高度的目的。Fukumoto等^［36］以提高菠菜收割機(jī)割刀仿形響應(yīng)速度和精度為目標(biāo)，設(shè)計(jì)了一種基于H_∞控制理論的高級(jí)控制器，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該控制系統(tǒng)下的割刀目標(biāo)路徑均方根值降低了53%，提高了控制精度，且割下的菠菜根長度集中在30mm，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

3.2"自動(dòng)對(duì)行技術(shù)

葉菜收獲作業(yè)中，駕駛員的駕駛技術(shù)同樣影響著收獲效果。自動(dòng)對(duì)行技術(shù)可輔助駕駛員沿預(yù)定線路行駛，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，保證收獲葉菜的品質(zhì)。目前我國針對(duì)甜菜、棉花、玉米等大田作物的機(jī)械化自動(dòng)對(duì)行收獲研究較多^{［37， 38］}。由于葉菜種類繁多、形貌特征不盡相同且易損傷，對(duì)自動(dòng)對(duì)行技術(shù)的精度要求更高，進(jìn)一步增多了應(yīng)用障礙。針對(duì)葉類蔬菜有序收獲機(jī)自動(dòng)對(duì)行難的問題，蘇小梅^［39］設(shè)計(jì)了一種對(duì)行、前進(jìn)速度、航向偏角和前輪偏角檢測系統(tǒng)，研究了葉菜收獲機(jī)自動(dòng)對(duì)行的控制模型，使用模糊控制算法動(dòng)態(tài)控制收獲機(jī)的前視距離，填補(bǔ)了國內(nèi)葉菜有序收獲自動(dòng)對(duì)行技術(shù)的空白。Mitsuhashi等^［40］提出一種基于通過攝像機(jī)獲取生菜和收獲機(jī)的相對(duì)位置進(jìn)行自主判斷的行駛方法，利用模型預(yù)測控制方法，使收獲機(jī)械跟蹤最近以及前方的生菜位置，達(dá)到提前預(yù)測、自主對(duì)行的目的。

4"存在問題及發(fā)展建議

4.1"存在問題

目前日本、意大利等發(fā)達(dá)國家葉類蔬菜機(jī)械化收獲機(jī)型發(fā)展較成熟。但我國葉類蔬菜機(jī)械化收獲發(fā)展相對(duì)滯后，主要存在以下幾方面問題。

1） 現(xiàn)有非結(jié)球葉菜土下切割機(jī)型切割部件切根一致性差。采收期菜田由于長期灌溉等多種因素，局部產(chǎn)生凹坑，整體地表往往呈現(xiàn)凹凸不平的狀態(tài)?，F(xiàn)有非結(jié)球葉菜土下切割機(jī)型常用鋸齒帶刀式切割部件，由于刀帶在整個(gè)壟面割幅內(nèi)始終保持一條直線，對(duì)凹凸不平地表適應(yīng)性差，無法分行調(diào)節(jié)切割深度，造成切割不齊甚至損傷莖稈的現(xiàn)象。

2） 夾持輸送裝置對(duì)葉類蔬菜損傷較大。夾持輸送裝置是葉類蔬菜有序收獲過程中的核心部件，直接影響收獲質(zhì)量?，F(xiàn)有夾持輸送裝置無法滿足消費(fèi)者的鮮食需求，菜農(nóng)不得不通過人工采收來保證葉類蔬菜的完整程度。目前夾持輸送裝置停留在科研和樣機(jī)試驗(yàn)階段，距離實(shí)際應(yīng)用仍有不小差距。

3） 未形成規(guī)范化栽植模型，不利于收獲機(jī)械產(chǎn)業(yè)發(fā)展。我國葉類蔬菜種植呈現(xiàn)小規(guī)模、廣分布的特點(diǎn)，未形成規(guī)范化的栽培模式，機(jī)械化收獲困難，不僅無法直接引進(jìn)國外先進(jìn)機(jī)型，也給國內(nèi)收獲機(jī)械產(chǎn)業(yè)發(fā)展造成阻礙，進(jìn)而形成農(nóng)機(jī)裝備與農(nóng)藝要求不匹配、機(jī)具通用性差的現(xiàn)象。

4.2"發(fā)展建議

1） 開展鏟式土下切割部件研究。鏟式切割部件入土性能強(qiáng)，割幅較鋸齒帶刀式短。將兩組或多組鏟式切割部件搭配使用，集成地表仿形技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)切割部件的分行獨(dú)立調(diào)節(jié)，從而提升非結(jié)球葉菜土下切根的整齊度，提高土下切割機(jī)型切割部件對(duì)凹凸不平地表的適應(yīng)性。

2） 加強(qiáng)基本物理力學(xué)特性研究。明晰夾持輸送過程中葉類蔬菜的損傷機(jī)理對(duì)于降低機(jī)械化收獲損傷率、提高收獲質(zhì)量具有重要意義。加強(qiáng)葉類蔬菜基本物理力學(xué)特性研究，構(gòu)建相應(yīng)損傷力學(xué)模型，明確各種葉類蔬菜損傷臨界值，探究夾持輸送過程中葉類蔬菜與夾持帶間的互作機(jī)理，是解決夾持損傷的有效途徑。

3） 推進(jìn)全程機(jī)械化產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。我國葉類蔬菜多為小規(guī)模種植，難以形成規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的栽植模式。單獨(dú)開展收獲機(jī)械研究對(duì)葉類蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展“治標(biāo)不治本”。推進(jìn)全程機(jī)械化產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展不僅促進(jìn)葉類蔬菜種植模式宜機(jī)化、規(guī)范化，還可增強(qiáng)各環(huán)節(jié)作業(yè)機(jī)械的聯(lián)動(dòng)性，促使系列化作業(yè)機(jī)械研究。

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