浙北地区大棚切花百合种球收获机的研制和应用效果_杨一平.pdf

148 设施农业 上海农业科技 杨一平 等 浙北地区大棚切花百合种球收获机的研制和应用效果 2025 6 148 149 170 浙北地区大棚切花百合种球收获机的研制和应用效果 杨一平 1 赵小明 2 潘青青 1 章恩婷 1 张金生 2 张岚 1 陈文海 1 1 海宁市经济作物技术服务站 嘉兴 314400 2 浙江百润园艺有限公司 嘉兴 314400 为通信作者 海宁市是浙江省百合鲜切花主产地 也是浙江 省 鲜切花之乡 2023 年 全市花卉种植面积约 为 513 hm 2 其中鲜切百合种植面积超过 116 hm 2 产值达 9 273 万元 切花百合作为海宁市高经济价 值作物 其种球收获长期依赖人工 存在效率低 成 本高 损伤风险大等问题 尽管现有根茎类收获机 如土豆收获机 已部分实现机械化 但因行走系统 适应性差 传动速比与百合生长特性不匹配 无法 满足商业化需求 荷兰 Fendt 公司开发的轮式洋葱 收获机 轮距为 120 cm 虽然将压伤率降至 4 但 无法适配我国大棚常见垄宽 1 m 陷沟率高达 47 1 日本久保田微型履带马铃薯机接地压力为 25 kPa 仍高于百合田耐受阈值 15 kPa 2 中国 农业大学团队提出的 双速链 振动筛 方案 虽 然将土豆种球损伤率降至 5 8 但 8 Hz 的振动频 率易导致百合鳞片脱落 3 德国 Claas 自动驾驶收获 机通过 GPS 导航提升了作业精度 然而其单机成本 超过 20 万美元 难以在中小种植户中推广 4 本研究针对海宁市百合种植的垄宽 1 m 土 壤黏性大及种球浅层脆弱等特性 采用三角履带行 走机构替代传统轮式结构 优化传动系统 并结合 乘坐式操纵杆操作设计 构建起覆盖 行走适应 动 力匹配 成本控制 的完整技术链条 该技术方案 解决了百合种球收获效率低 成本高 损伤风险大 等问题 实现了作业效率 生产成本与设备可靠性 的平衡 同时为其他高价值经济作物的机械化收获 提供了可复制的技术范式 1 百合种球收获机的总体结构与工作原理 1 1 总体结构 百合种球收获机由行走系统 动力系统 挖球机 构及操控系统 4 部分构成 如图 1 所示 1 行走系统 三角履带行走机构 履带外侧间距为 68 cm 接地压 力 15 kPa 2 动力系统 18 375 kW 电启动水冷 柴油发动机 配备履带专用变速箱 3 挖球机构 高 速动刀 转速 450 r min 与低速传动链 速比为 1 3 5 协同作业 4 操控系 统 驾驶座与操纵杆集成 设计 配备液压提升装置 提升高度为 0 40 cm 注 1 为挡板 2 为第一传动链条 3 为滑轮 4 为调节杆 5 为第一驱动齿轮 6 为固定杆 7 为调节手柄 8 为调节器 9 为坐垫 10 为护栏 11 为注油口 12 为车头 13 为发动机 14 为前端驱动器 15 为主动轮 16 为第一从动轮 17 为保护 壳 18 为履带 19 为第二从动轮 20 为后端驱动器 A 区域 为挡位切换杆和变速箱 放大图见图 3 图 1 百合种球收获机立体结构示意图 1 2 工作原理 百合种球收获机采用新型后驱动结构 通过多 摘 要 切花百合是浙北地区的重要花卉作物 多代球利用作为当地一种重要的栽培模式 可降低生产成本 提高种 植效益 浙北地区的土壤多为水稻土 黏性较强 导致机械化收获中存在轮轨适配性差 作业效率低等问题 通过对手扶式 土豆收获机进行适应性改造 以及动力系统升级 履带适应性设计 传动速比优化 实现了效率 成本与可靠性的平衡 研 制出百合种球专用收获机 田间试验结果表明 改进机型每天可收获 667 m 2 百合 较人工收获的效率提升 3 倍 每 667 m 2 综合成本由 640 元降至 176 元 疲劳度 Borg 评分 降至 7 该机型为百合种球高效低损收获提供了技术支撑 也为郁金香 水仙等其他高附加值根茎作物的机械化收获提供了技术范式 关键词 大棚栽培 切花百合 收获机 浙北地区 中图分类号 TS212 1 收稿日期 2025 04 08 基金项目 浙江省农业农村厅花卉产业技术团队项目 项目编号 浙农科发 2023 13 号 149 注 21 为输送器 22 为第二驱动齿轮 23 为限位板 24 为第三驱动齿轮 25 为第二传动链条 26 为第四驱动齿轮 27 为切割刀 28 为连接片 29 为转接器 30 为支撑杆 31 为滚 轮 32 为转轴 图 2 百合种球收获机输送组件的立体结构示意图 注 33 为挡位切换杆 34 为变速箱 图 3 图 1 中 A 区域的结构放大图 组驱动齿轮配合 实现动刀高速作业 传动低速运 行 既提高了装置行走速率 又在一定程度上降低 了使用损伤 后驱动部位增设 2 个小变速箱 可使后 农具提升更高 下放更低 从而提高装置的使用效 率与采摘能力 同时 百合种球收获机设计有新型 履带结构 采用限定距离的履带搭配动轮形成新型 驱动 优化了履带曲面贴合度 能更好地适应垄沟 地形 提升运行效率 缩短作业时间 2 关键技术创新 百合专用机在发动机功率 行走系统 操作方 式 传动速比等 4 个方面进行了改进 由表 1 可知 百合专用机在 4 大关键技术上实现 创新 一是行走系统革新 采用履带行走机构 履 带外侧间距为 68 cm 接地压力 15 kPa 通过 主动轮加双从动轮的履带分布压力 优化重量传递 路径 二是动力 传动协同优化 配备 18 38 kW 水冷柴油发动机与履带专用变速箱 功率较土豆机 提升 39 扭矩匹配履带低速高牵引需求 双速协 同系统以高速动刀 450 r min 切断根系 低速 传动链 速比为 1 3 5 降低种球碰撞能量 三是 人机交互与操控升级 集成式操纵杆结合液压提升 装置 单杆控制行走 转向及农具升降 0 40 cm 调节 减少操作复杂度 座椅减震设计与逻辑简化 优化 Borg 疲劳评分 5 降低肌肉负荷 四是模块化 上海农业科技 SHANGHAI AGRICULTURAL SCIENCE AND TECHNOLOGY 2025 6 表 1 土豆收获机和百合收获机关键技术参数对比 土豆收获机 13 23 kW 轮式 间距为 120 cm 手扶式 固定速比 百合专用机 18 375 kW 水冷柴油发动机 三角履带 间距为 68 cm 乘坐式 操纵杆集成 高速动刀 低速链 1 3 5 改进效果 动力提升 39 适应高负荷作业 接地压力降低 陷沟率下降 87 操作疲劳度降低 50 Borg 评分为 7 种球损伤率较改造前降低 63 参数 发动机功率 行走系统 操作方式 传动速比 可调机构 关键部件 限位板 调节杆 采用快拆 刻度设计 支持行距 40 60 cm 快速调整 3 应用效果 2024 年 4 月底在浙江省海宁市长安镇浙江百润园 艺有限公司大棚内进行收获机应用试验 设置人工收 获组 土豆收获机 百合专用收获机组 3 种收获方式 由表 2 表 3 可知 采用百合种球收获机机械挖 种球加人工捡种球的作业方式 平均每 8 h 可收获 667 m 2 工作效率较人工收获提高 3 倍 每 667 m 2 成本由 640 元降至 176 元 节省成本 464 元 降幅达 72 5 通过集成式操纵杆与液压提升装置 操作复 杂度降低 50 Borg RPE 量表评估显示 传统手 扶式土豆收获机 Borg 评分为 14 高度疲劳 需频 繁换挡与转向 百合专用收获机 操纵杆集成设计 Borg 评分为 7 轻度疲劳 可满足 8 h 连续作业需求 4 结 论 本研究针对百合种球浅层脆弱特性及浙北地区 百合种植垄宽特点 创新设计三角履带行走系统和 双速协同传动系统 结合乘坐式操纵杆操作设计 研 每 667 m 2 收 球用时 h 32 16 8 收获方式 人工收获 土豆收获机 百合专用收获机 每天收球 面积 m 2 167 334 667 种球损 伤率 2 1 8 7 3 2 每 667 m 2 成本 元 640 320 176 表 2 百合三种机型作业的成本效率比较 下转第 170 页 170 6 处理 1 处理 4 成本由高到低依次为处理 6 处 理 4 处理 1 处理 3 综合总草株防效由高到低依次 为处理 6 处理 1 处理 4 处理 3 优选的 4 个处理 中 药剂商品用量减量最优为处理 3 有效成分减量 最优为处理 4 成本最省为处理 3 受市场因素和药 剂供求关系影响 药品价格会有所波动 综合总草 株防效最优为处理 6 但 4 个处理性价比各有优势 表 3 各处理每 667 m 2 药剂用量与成本对比 3 结论与讨论 研究通过系统评价 7 种杂草化学防控处理 筛选 出 4 种综合防效优异 综合总草防效 92 44 药 害可控 等级 2 级 的直播稻杂草防控方案 其中 处理 1 噁 草酮 苄嘧 丙草胺两段封闭 兼具高防 上海农业科技 SHANGHAI AGRICULTURAL SCIENCE AND TECHNOLOGY 2025 6 效 总草综合防效达 95 53 与药剂安全性 无药 害 处理 6 丙草胺 氯氟吡啶酯 苯丙草酮 氰 氟草酯 对单子叶杂草防效达 99 46 但需注意 2 级药害风险窗口期 水稻 3 4 叶期 需适当推迟施 药时间 新型药剂如丙炔 噁 草酮 氯氟吡啶酯对稗 草特效 而双子叶杂草防控需组合用药 凸显 封 闭为主 茎叶补杀 的技术逻辑 研究为直播稻杂草防控向精准化 体系化与可 持续方向发展方面作出了有益的探索 一方面 采 用系统化施药技术 优化药剂组合与施药时机 另 一方面 探索不同化学除草药剂对作用靶向的防治 效果 以缓解不科学使用化学药剂对环境压力 研 究优选方案可为长江下游直播稻区提供技术参考 具有较大的推广价值 但实际应用中需结合田间墒 情 草相及水稻品种特性动态调整 4 参考文献 1 强胜 李扬汉 中国稻田杂草防除研究进展 J 植物保护学 报 2018 45 5 965 978 2 张建萍 唐涛 长江流域直播稻杂草发生规律及防控技术 J 中国稻米 2020 26 3 67 71 3 HEAP I The international survey of herbicide resistant weeds DB OL 2024 04 02 http www weedscience org 每 667 m 2 药 剂商品用量 180 mL 200 mL 80 mL 80 g 240 mL 300 mL 325 mL 300 mL 每 667 m 2 折合有 效成分用量 g 58 00 57 00 87 20 45 50 52 75 63 80 240 0 每 667 m 2 成本 元 21 6 19 0 19 6 38 2 53 0 53 0 35 0 处理 1 2 3 4 5 6 7 常规对照 制出百合种球专用收获机 百合种球专用收获机显 著提升了大棚狭窄垄沟的作业效率 大幅降低生产 成本与种球损伤率 缓解驾驶疲劳 实现了效率 成 本与可靠性的平衡 为百合种球高效低损收获提供 技术支撑 也为郁金香 水仙等其他高附加值作物 机械化收获提供技术范式 未来可引入土壤硬度感 知传感器与 AI 视觉分拣系统 进一步提升复杂田间 场景的智能化水平 5 参考文献 1 FENDT A G Onion harvesting technology wheeled vs tracked systems J Agricultural Engineering 2020 45 3 12 18 2 中国农业大学 双速链振动筛式根茎收获机设计与试验 CN2018101532 0 P 2018 05 20 3 KUBOTA T Mini track potato harvester performance in soft soil J Journal of Farm Machinery 2019 34 2 56 62 4 CLAAS Group Autonomous harvesting GPS navigation in root crop machinery R Harsewinkel Germany CLAAS Group 2021 5 BORG G Psychophysical scaling of perceived exertion J Medicine Science in Sports Exercise 1973 5 2 90 93 表 3 土豆收获机和百合专用收获机操作疲劳度对比 5 李晓晶 分析水稻抗倒伏生理机制与评价方法 J 吉林农 业 2012 9 143 6 刘立军 袁莉民 王志琴 等 旱种水稻倒伏生理原因分析 与对策的初步研究 J 中国水稻科学 2002 16 3 225 230 7 尹庆 伦志安 刘洪亮 等 浅析水稻倒伏的原因及防治对 策 J 现代化农业 2022 6 29 31 8 苏仕华 王珏 孙成亮 等 水稻倒伏对产量影响的调查与 分析 J 北方水稻 2008 38 6 41 43 9 李德娟 江苏沿海 2021 年水稻倒伏成因及治理对策 J 农 业开发与装备 2022 7 158 160 10 周宇 水稻化控抗倒伏技术研究 J 现代化农业 2020 3 29 30 11 赵海成 李红宇 陈立强 等 硅氮配施对寒地水稻产量品 质及抗倒性的影响 J 上海农业学报 2018 34 4 36 42 12 王士强 顾春梅 沈巧梅 等 水稻倒伏发生规律及防御技 术的研究进展 J 北方水稻 2011 41 5 69 72 上接第 149 页 Borg 评分 14 7 机型 土豆收获机 百合专用收获机 可持续作 业时间 h 1 5 8 0 休息间隔 每 1 5 h 休息 15 min 每 4 0 h 休息 10 min 上接第 167 页