我国特色林果机械化采收技术现状_王攀.pdf

4 8 中国农机化学报2 0 2 5年 D O I 1 0 1 3 7 3 3 j j c a m i s s n 2 0 9 5 5 5 5 3 2 0 2 5 0 7 0 0 8 王攀 何婷婷 王春霞 等 我国特色林果机械化采收技术现状 J 中国农机化学报 2 0 2 5 4 6 7 4 8 5 4 W a n g P a n H e T i n g t i n g W a n g C h u n x i a e t a l C u r r e n t s t a t u s o f m e c h a n i z e d h a r v e s t i n g t e c h n o l o g y f o r c h a r a c t e r i s t i c f o r e s t f r u i t s i n C h i n a J J o u r n a l o f C h i n e s e A g r i c u l t u r a l M e c h a n i z a t i o n 2 0 2 5 4 6 7 4 8 5 4 我国特色林果机械化采收技术现状 王攀1 2 何婷婷2 王春霞1 2 应婧1 2 易文裕1 2 1 四川省农业机械科学研究院 成都市 6 1 0 0 6 6 2 农业农村部丘陵山地农业装备技术重点实验室 成都市 6 1 0 0 6 6 摘要 近年来 在系列助农政策的支持下 我国特色林果的机械化生产技术得到迅速发展 然而 采收作为特色林果生产过程中 劳动强度最大的环节 其机械化技术水平偏低已成为制约我国特色林果产业发展的主要问题 为全面了解我国特色林果机械化 采收技术的发展现状和存在问题 系统梳理2 0 1 8 2 0 2 3年国内外在林果机械化采收领域的相关技术与装备研究 并进行深入分 析 目前我国针对林果机械化采收技术的研究大部分停留在理论层面 落地用于实际生产的设备较少 且现有的机械采收设备 大多需要人工辅助进行作业 功能相对单一且自动化程度较低 在此基础上提出我国特色林果采收设备应向自动化 智能化以 及功能多样化等方向发展的思路 为进一步推动我国特色林果产业的机械化生产奠定基础 关键词 特色林果 采收 机械化 多功能化 自动化 中图分类号 S 2 3 文献标识码 A 文章编号 2 0 9 5 5 5 5 3 2 0 2 5 0 7 0 0 4 8 0 7 收稿日期 2 0 2 3年1 2月1 2日 修回日期 2 0 2 4年3月1 2日 基金项目 四川省基本科研业务费资助项目 2 0 2 2 J D K Y 0 0 1 2 0 5 四川蚕桑创新团队 S C C X T D 2 0 2 4 第一作者 王攀 男 1 9 8 9年生 湖北襄阳人 硕士 工程师 研究方向为现代农业技术与装备 E m a i l s c n j y w p 1 6 3 c o m 通讯作者 易文裕 男 1 9 7 8年生 成都人 硕士 研究员 研究方向为农业机械 E m a i l y w y c d 1 6 3 c o m CurrentstatusofmechanizedharvestingtechnologyforcharacteristicforestfruitsinChina WangPan1 2 HeTingting2 WangChunxia1 2 YingJing1 2 YiWenyu1 2 1 SichuanAcademyofAgriculturalMachinerySciences Chengdu 6 1 0 0 6 6 China 2 KeyLaboratoryofAgricultural EquipmentTechnologyforHillyandMountainousAreas MinistryofAgricultureandRuralAffairs Chengdu 6 1 0 0 6 6 China Abstract I n r e c e n t y e a r s w i t h t h e s u p p o r t o f a s e r i e s o f a g r i c u l t u r a l a s s i s t a n c e p o l i c i e s t h e m e c h a n i z e d p r o d u c t i o n t e c h n o l o g y o f c h a r a c t e r i s t i c f o r e s t f r u i t s i n C h i n a h a s d e v e l o p e d r a p i d l y T h e h a r v e s t i n g a s t h e m o s t l a b o r i n t e n s i v e l i n k i n t h e p r o d u c t i o n p r o c e s s o f c h a r a c t e r i s t i c f o r e s t f r u i t s h a s b e c o m e a m a j o r p r o b l e m r e s t r i c t i n g t h e d e v e l o p m e n t o f C h i n a s c h a r a c t e r i s t i c f o r e s t f r u i t s i n d u s t r y d u e t o i t s l o w l e v e l o f m e c h a n i z a t i o n t e c h n o l o g y I n o r d e r t o c o m p r e h e n s i v e l y u n d e r s t a n d t h e c u r r e n t d e v e l o p m e n t s t a t u s a n d e x i s t i n g p r o b l e m s o f m e c h a n i z e d h a r v e s t i n g t e c h n o l o g y f o r c h a r a c t e r i s t i c f o r e s t f r u i t s i n C h i n a t h i s p a p e r s y s t e m a t i c a l l y r e v i e w e d r e l e v a n t r e s e a r c h f o r t e c h n o l o g i e s a n d e q u i p m e n t i n t h e f i e l d o f f o r e s t f r u i t s m e c h a n i z e d h a r v e s t i n g f r o m 2 0 1 8 t o 2 0 2 3 a n d c o n d u c t e d i n d e p t h a n a l y s i s T h e r e s u l t s s h o w t h a t m o s t o f t h e r e s e a r c h o n m e c h a n i z e d h a r v e s t i n g t e c h n o l o g y f o r f o r e s t f r u i t s i n C h i n a w a s s t i l l a t t h e t h e o r e t i c a l l e v e l a n d t h e r e w e r e f e w e q u i p m e n t u s e d f o r a c t u a l p r o d u c t i o n M o r e o v e r m o s t o f t h e e x i s t i n g m e c h a n i c a l h a r v e s t i n g e q u i p m e n t s t i l l r e q u i r e s m a n u a l a s s i s t a n c e f o r o p e r a t i o n w i t h r e l a t i v e l y s i n g l e f u n c t i o n s a n d l o w a u t o m a t i o n l e v e l O n t h i s b a s i s i t i s p r o p o s e d t h a t c h a r a c t e r i s t i c f o r e s t f r u i t s h a r v e s t i n g e q u i p m e n t s h o u l d d e v e l o p t o w a r d s a u t o m a t i o n i n t e l l i g e n c e a n d d i v e r s i f i e d f u n c t i o n s l a y i n g a f o u n d a t i o n f o r f u r t h e r p r o m o t i n g t h e m e c h a n i z e d p r o d u c t i o n o f t h e c h a r a c t e r i s t i c f o r e s t f r u i t s i n d u s t r y i n C h i n a Keywords c h a r a c t e r i s t i c f o r e s t f r u i t s h a r v e s t i n g m e c h a n i z a t i o n m u l t i f u n c t i o n a l i t y a u t o m a t i o n 0 引言 近年来 桑葚 红枣 核桃等特色林果的种植面积 和规模不断扩大 成为国家粮食安全重要组成部分 我 国多省将特色林果作为农业产业结构转型中的优势作 物 随着我国农业机械化水平的不断提高 特色林果 第4 6卷 第7期 2 0 2 5年7月 中国农机化学报 J o u r n a l o f C h i n e s e A g r i c u l t u r a l M e c h a n i z a t i o n V o l 4 6 N o 7 J u l 2 0 2 5 第7期王攀等 我国特色林果机械化采收技术现状4 9 生产过程中机械化程度逐渐增加 全过程自动化生产 方式成为特色林果生产的发展趋势 其中机械化采收 直接关系到特色林果产品的产出质量 是特色林果产 业转变发展方式 节本增效 增强国际市场竞争力的重 要途径之一 1 大力发展林果业机械化采收对促进我 国特色林果产业发展具有重要意义 林果机械化采收技术在国外已较为成熟 广泛应用 于柑橘 樱桃 杏和红枣等林果的采收环节 然而 这些 采收设备因其较强的针对性 难以适应我国果园的地形 和多样化种植模式 相比之下 我国林果机械化采收技 术起步较晚 技术层面尚有诸多不足 因此 研发适合 我国林果园机械化作业的采收设备 对于推动我国特色 林果产业迈向全程全面机械化生产具有重要意义 本文基于现有的特色林果机械化采收技术 深入 剖析我国林果机械化采收设备在行走 采摘和收获等 作业环节中存在的问题 并针对这些问题提出切实可 行的解决方案 以满足我国林果收获的实际需求 为我 国特色林果机械化生产技术的持续发展提供参考 1 振动式采收 振动采收是我国果园使用最广泛的机械化采收方 式之一 其工作原理为 通过振动器直接接触果树 使 果树以一定的频率和振幅振动 带动果实产生惯性力 当惯性力大于果实的脱落阻力时 果实掉落 达到采摘 果实的目的 振动采摘的工作原理决定了该方式的适 用对象为果实较坚硬 对采摘质量要求不高的干果类 坚果类和部分鲜果类林果 在研发振动采收设备之 前 国内外学者通过构建果树模型并进行了深入的分 析 研究了果树在受到振动时各部分的响应情况及不 同振动位置对果实的损伤情况 2 基于不同振动位置 的采收效果 将林果振动式采收机分为树冠振动式 树 枝振摇式 枝条 和树干振动式3种类型 1 1 树冠振动式采收 树冠振动式采收装置通常依靠指拍杆或拨棒插入 果树冠层 使用动力装置驱动指拍杆以一定轨迹运动 以带动冠层枝条进行振动 从而达到落果的效果 在 国外 树冠振动采收技术发展较为成熟 不仅实现了对 一般林果在田间环境下的机械化采收 对于易受损伤 的葡萄等浆果脱粒作业亦具备实现可能性 C a p r a r a 3 和P e l l e n c 4 等通过动力装置驱动指拍杆击 打葡萄藤实现葡萄采收 I o a n 5 利用偏心圆盘摇杆机 构驱动尼龙弹性杆振摇葡萄藤实现酿酒葡萄采收 在 我国 树冠振动技术的作业对象仍以对外观破损要求 较低的红枣 核桃等林果为主 为了适应我国新疆红 枣的矮化密植种植模式 付威等 6 设计了一种树冠振 动式采收机 4 Z Z 4自走式红枣收获机 梅松等 7 研究了通过拍打红枣树冠层枝条来实现红枣果实脱 落 此外 树冠振动采收方式在核桃 油茶果 柑橘等 果树的采收作业中应用广泛 王真真等 8 通过研究驱 动拨杆转动来拍打核桃冠层 有效地降低了采收过程 中装置对树枝的机械损伤 吴问天 9 伍德林 1 0 和杜 小强 1 1 等针对油茶果树的生长特点和果实脱落时的 受力情况设计了适合油茶采收的树冠式振动采收装 置 蒲应俊 1 2 根据柑橘树冠形态和果实分布特点设计 了一种上 下两段式树冠振动装置 当上 下振动系统 的振动频率分别为4 7 H z 4 1 H z时 其采收率和树 冠损伤率分别为8 2 5 3 9 已有的树冠振动式 采收机具有较高的采收效率和采净率 适合大面积种 植的小型林果采收 且选择合适的振动力度和频率进 行作业 对果树冠层枝条的损伤较小 树冠振动采收 装置对红枣 枸杞等小型林果的采收效果较好 1 3 1 2 树枝振摇式采收 树枝振摇式采收机直接作用于直径较大的树枝 通过夹持装置接触树枝做振动和拽摇 使树枝产生振 动 从而达到落果的目的 1 4 我国树枝振摇式采收设备经历了从人工手持式到 背负式再到自走式的发展过程 2 0 1 6年 李敏通等 1 5 研发了一种手持振摇式桑葚采摘机 通过人工将采摘 机的夹持装置移动至待采摘的果枝位置 使用U型卡 口夹持装置夹持树枝进行拽摇来实现桑果的机械采 摘 解决了振摇率难以控制导致的果实收净率低的问 题 但该采摘机的作业需要人工辅助进行 劳动强度较 大 且作业过程中须随身携带电池以预防出现动力供 应不足的问题 随后李敏通等 1 6 在此基础上设计了 一种背负式桑葚振动采收机 在一定程度上解放了操 作人员的双手 降低了劳动强度 随着果园机械化程 度的不断提高 树枝振摇式采收机进一步发展成自动 化程度更高的自走式采摘装置 师苑等 1 7 研制了一种 自走式桑葚采摘机 通过夹持桑树树枝进行振摇以达 到落果目的 何苗等 1 8 对枸杞果实的果 蒂分离条 件及枸杞枝条间的动态传递特性进行了研究分析 在 激振频率为1 8 2 2 H z 振幅为7 8 7 m m和枝条通过装 置的行进速度为2 0 9 3 m m s的条件下 成熟果实分 离率达到最高 为9 5 1 8 手持式和背负式树枝摇 振采摘机具有操作简单 使用灵活和携带方便等特点 自走式摇振采摘机采摘效率高 大大降低了人工参与 程度 但整机体形偏大 重量较大 转移较困难 1 3 树干振动式采收 树干振动式采收机的作用对象为果树的主干部 分 其适用范围主要为主干粗 树形大的干果类果树 5 0 中国农机化学报2 0 2 5年 如红枣 核桃 杏等 汤智辉等 1 9 研制的4 Y S 2 4型 红枣收获机就是典型的树干振动式采收机 杨钧林 等 2 0 使用高度可调的夹持装置将桑树树干固定 并进 行振动 通过倒锥型收集袋收集掉落的桑葚 林爱真 等 2 1 在设计桑葚采摘机时 通过电机驱动凸轮以带动 摇晃臂摇晃桑树树干 对体形大小不同的桑树采用不 同的摇晃幅度 避免摇晃对桑树的生长造成伤害 万 娟等 2 2 通过夹持装置将桑葚树干夹紧摇动 使得成熟 的桑葚落入倒锥型收集伞中 位于收集伞中间的收集 筒边缘设有气孔 能够将尘土 枯叶等杂质吹走 提高 了桑葚的采摘成品率和洁净度 刘浩等 2 3 针对我国 核桃的种植面积较小 果树行列间距比较小和树体低 矮等特点 设计了一款夹持高度可调的树干振动式采 收一体机 以一对转向相反的对称半圆式偏心轮为激 振机构 保证核桃树体受到的合力仅为水平方向的力 落果收集装置呈倒伞状 保证核桃的顺利收集 李宇 航等 2 4 设计了一种推摇式油茶采摘装置 能够实现单 人操作完成油茶的采收 树干振动式采收方法对于干 果类林果的采收效果较好 但是该方法仅能对单一果 树进行作业 且容易对果实和果树造成伤害 2 5 对于 振动力度的把控要求较高 力度过低会无法将成熟的 果实完全振落 而力度过高会导致未熟的果实被振落 甚至对树体造成不可恢复的损伤 因此该方法的研究 大多局限于理论研究 在实际中应用较少 2 气力式采收 林果气力式采收方式主要有气力式采收一体和气 力式收集 捡拾 2种 其工作原理是使用气流发生装置 产生高压气流 主要为负压 作用于果树或落地林果 以 实现果实的脱落和收集 该方式具有工作原理简单 工 作效率高 损伤小等特点 适用于对采摘要求较高的沙 棘 枸杞等小浆果和柑橘 红枣等小型果的采收 2 1 气力式采收一体机 在我国林果机械采摘机研发早期 气吸式采收机 的应用非常广泛 其基本结构如图1所示 图1 气吸式小浆果收获机 F i g 1 A i r s u c t i o n b e r r i e s h a r v e s t e r 1 行进单元 2 排果单元 3 筛选单元 4 采收单元 褚树贵等 2 6 研发的气吸式桑葚采收机通过负压 采摘装置对桑葚进行吸附并旋转采摘 采摘后由负压 分离装置将桑叶和桑果进行分离并回收 王琴等 2 7 设计了一种倒U型桑葚采摘机 采摘机两侧均安装有 喷气孔和承接器 能够实现桑葚的无接触采摘 气力式采收方式能够保证采摘机械与果实或树体 的无接触作业 降低了果树的损伤率 采净率较高 但 具有能耗高 噪声大等缺点 因其能够利用气流拉扯树 枝常用作辅助果实采摘和收集 李福来 2 8 设计了一 种气吸振动式枸杞采收机 振动装置将枸杞从枝条上 振落 采摘后落入收集器内的果实通过气吸式风送机 构输送到分离装置进行叶果分离 从而实现对果实的 收集 邬备等 2 9 研制的一种气吸式金橘采收机 利用 风机形成负压气流拉扯金橘果实 剪切装置执行剪切 动作 果实脱落通过气吸管送至收集篮里 吴长坤 3 0 研制的喷气式桑葚采摘机通过风扇形成气流拉扯桑 葚 用剪钳采摘后利用负压清洁桑葚表面并完成输送 和收集 不破坏桑葚表面 万芳新等 3 1 利用气吸式装 置对花椒果梗部位进行牵拉 结合梳齿式采摘装置完 成剪切采收 并利用气吸装置将掉落的花椒吸至收集 箱中 气吸辅助式采摘装置利用气吸原理 能够实现 果实的快速无接触收集 传输 清洗和杂质分离 对果 实的损伤较小 适宜大规模推广应用 2 2 气力式落果捡拾机 气力式捡拾机通过风机转动产生足够的风速 使 吸管产生足够负压 以达到捡拾果实的目的 或使用风 机转动产生的气流将落地果实吹至集果装置中 我国 从2 0世纪7 0年代开始对林果捡拾机械进行研究 尤 其以红枣捡拾机的研究最多 基于气吸式捡拾机械对 果实损伤率低的优点 徐家忠等 3 2 研制了4 Z Q 1 3型 落地红枣捡拾机 经过研究者们的不断优化 林果捡 拾机的功能和效用更加符合实际生产需求 张凤奎 等 3 3 3 4 设计了小体积气吸式红枣拾捡机 利用负压吸 送原理对落地红枣进行捡拾和输送 运用气流清选法 和栏栅分离红枣和杂质 杜许怀等 3 5 以气吸捡拾技 术为核心设计落地红枣捡拾机 作业时 先通过对收获 期落地红枣进行吹聚集条 再进行捡拾 捡拾后的红枣 和杂物通过传送过程中的气流变化和抖动筛分离 张 学军等 3 6 设计的气吸式小型红枣拾捡机 通过手持吸 气管对落地红枣进行拾捡作业 并通过两次筛选方法 将红枣与枣叶 枝条和碎石 土块等杂质分离 李赛飞 等 3 7 研制了一种自走气吸式红枣捡拾机 采用柔性清 扫头对红枣进行清扫 集条 并基于负压吸拾原理 完 成捡拾作业 袁盼盼等 3 8 研制了一种集集果 气吸式 拾捡和卸料功能于一体的气吸式红枣拾捡机 操作简 单 能够由一人单独完成 任德志等 3 9 设计的气吸式 榛子捡拾分选机 设计了3层板气流分选装置 分别将 第7期王攀等 我国特色林果机械化采收技术现状5 1 树叶 石子与榛子果实分开 潘俊兵 4 0 设计了一种气 吹式红枣拾捡机 通过在气流分配管的 八 字型区域 形成气流区 将地上的红枣吹向其后方的输送装置 输 送至集枣箱 完成落地红枣捡拾工作 气力式落果捡拾机具有适用性强 对果实损伤小 等特点 已有的气力式装置均配备集果器 能够一次性 完成落果的聚拢 捡拾以及杂质分离等工作 大大提高 了落果捡拾效率 但气力式捡拾机的捡拾作业仍然需 要人工手持吸气管进行 属于半机械化装备 在落果比 较分散的区域工作强度较大 3 其他机械化采收方式 3 1 梳刷式采收 梳刷式采收机是通过一定形式的梳刷机构 利用 梳刷指与果实之间的摩擦力进行拔果 将果实与枝条 脱离 并利用梳刷指的周期性旋转 实现果实连续的采 收 该方法损伤小 效率低 通常与气吸式和振动式采 收方式混合使用 张文强等 4 1 设计了一种变间距梳 刷式枸杞采收装置 能够高效进行枸杞的采收 降低了 青果的误采率 徐丽明等 4 2 融合振动和梳刷原理 设 计了一种梳刷振动式枸杞收获装置 在振动机构振动 时 梳刷机构以一定的频率与幅度往复振动 在梳刷转 速为8 0 r m i n 圆盘转速为1 0 0 r m i n 振动幅度为 8 0 m m的工况下 成熟枸杞采收率为8 7 4 6 破损率 为2 8 2 陈军等 4 3 设计的便携振刷式枸杞采收机 使用直齿梳刷进行采收 当梳刷转速为6 4 5 2 r m i n 凸轮转速为2 9 6 8 r m i n时 熟果采收率为8 9 1 2 破损率为6 2 4 梳刷式采收方式适用于易破损的 浆果和枝条柔软 果实密集的林果类型 该方式采收效 率高 对果实的损伤小 适用于矮丛果树的果实采收 3 2 拍打式采收 拍打式采收方式主要作用于果树树枝部位 通常有 手持式拍打采收和自走式拍打采收两种类型 常用于果 枝较粗壮 果实外壳坚硬或不考虑损伤的林果类采摘 手持式拍打采收装置具有操作简单 使用灵活和携 带方便等特点 可适用于种植密度较大的果园采收 曹 成茂等 4 4 设计了便携式山核桃仿人工高空拍打采摘装 置 拍打频率在1 3 3 3 H z以下 采净率达9 0 3 且对 果树枝芽损伤较小 宋涛 4 5 使用采收装置罩住待采收 位置的果枝 振动拨棒击打果枝 掉落的果实通过气吸 原理被收集 朱惠斌等 1 4 设计了一种手持式山地核桃 振动采摘机 汽油机转速为2 4 8 0 r m i n 夹持位置为 1 0 3 8 m m 连杆长度为5 5 m m时 性能最优 手持式拍打采收方式需要人工手持进行作业 且其 整体机型较小 电池供电能力不足 需要携带多块电池 进行替换 增加了劳动量 小型自走式拍振采收装置在 一定程度上克服了上述问题 刘英等 4 6 采用机械驱动 的可摆动梳刷对果树枝条进行拍打 使得果实掉落 作 业效率较高 韩鑫涛等 4 7 研制了一种双面击打式油茶 采摘机 分别设计2个击爪从不同方向做往复开合运动 拍打油茶果 迫使油茶果产生相对运动从而掉落 击爪 上的变截面梳刷指直接作用于油茶果 提高了油茶果采 摘的工作效率 张英祥 4 8 设计了一种自走式桑葚采摘 设备 通过电机驱动棒杆做圆周运动拍打桑葚树枝 进 行桑葚采摘 拍打式树枝采收方式具有作业方便 采净 率高 成本低等特点 宜与伞状收集机构或其他种类的 收集机构配合使用 实现采收联合作业 3 3 剪切式采收 剪切式采收的适用对象大部分是对外部品质要求 较高的小果型浆果或鲜果 通过人为控制机械臂或采 摘刀片完成果实的采摘 卢正峰 4 9 设计了一种剪切 式桑葚采摘装置 通过人工将剪切装置移动至待采摘 桑葚位置 按压控制手柄 实现采摘剪的剪切工作 剪 落的桑葚落进采摘剪下端的漏斗中进行收集 许波 等 5 0 设计了一种多自由度桑叶采摘装置 通过偏心机 构驱动切割装置的上刀组和下刀组做往复式剪切运 动 从而完成桑叶的机械化采摘 李涛等 5 1 利用偏心 轮的圆周运动带动切割刀片的直线往返运动 实现了 桑葚的循环快速剪切作业 陈联新等 5 2 设计的电动 桑葚采摘机通过伺服电机带动切割刀进行旋转 使得 桑葚被完整脱落 剪切式采摘方式操作简单 对果树和采摘的果实 基本无损伤 但该方法仍然需要人工辅助进行作业 劳 动量较大 感应式采摘技术有效解决了这个问题 该 方法通常将机械采摘与机器视觉技术结合使用 先通 过机器视觉技术进行果实的识别与定位 而后指示机 械臂完成采摘动作 王攀等 5 3 提出在采摘前先利用 图像处理技术对果园中的桑葚成熟度进行检测 再根 据成熟度对采摘装置进行分类和任务规划 提高了桑 葚采摘的质量 张卫卫等 5 4 设计了一种多功能电动 采摘装置 通过光电感应装置检测果枝是否进入待切 割装置 操作简单 能够实现单人作业 感应式采摘装置的采收效率高 接果准确 但利用 机器视觉技术进行果实的识别与定位需要大量的数据 进行训练 耗时较长 且识别模型的选择对定位准确率 的影响较大 目前该类型的采摘方式距离实际应用还 需要进一步研究 4 特色林果机械化采收技术存在的问题及未 来发展方向 国外针对林果机械化采收技术的研究较早 在气 5 2 中国农机化学报2 0 2 5年 力式采收 振动采收等方面的技术研究已经相当成熟 正在向更加自动化 智能化 高效节能的采摘机器人方 向发展 能够实现精准定位 高效采摘 大大提高采收 效率和质量 相比之下 我国在特色林果机械化采收 技术方面的研究起步较晚 目前 我国在机械化采收 方面的研究性成果较多 但实际应用于生产的技术性 设备却相对较少 这导致我国特色林果的机械化生产 水平普遍偏低 采收效率不高 果实品质参差不齐 4 1 存在问题 1 机器的泛用性较差 由于我国地域辽阔 地貌 地形复杂多样 不同地区的特色林果种植模式存在较 大差异 因此 大多数研究仅针对特定地形环境 种植 方式和林果种类来设计采收设备 导致设备无法广泛 应用于不同种植地形和果树种类 为解决这一技术难 点 可以搭建履带动力平台 以适应不同地形作业环 境 同时 针对不同品种果树设计专用采摘装置 并通 过模块化装配 提升机器对果树种类的兼容性 2 机器采收功能有待完善 目前 我国机械化一 次性联合收获技术主要集中在采摘功能的研究和优化 上 而对集果装置的研究相对较少 现有的采收一体 化装置通常使用气吸式集果装置或倒伞型集果装置进 行落果收集 但采摘装置和集果装置未能实现联合作 业 大部分机械化采收装备甚至没有装配集果装置 仅在作业果树周围铺设棉布 以便落果后再进行收集 3 机器自动化程度较低 现有的特色林果机械 化采收设备仍需人工辅助进行作业 例如 桑葚的机 械化采收装置需要操作员手动将采摘装置移动至待采 摘桑葚位置 或手动控制采摘结构以完成采摘动作 振 动采收机需要人为进行激振力 频率和振幅等参数调 控 行走 转向等操作也需人工进行 尚未达到生产全 过程自动化的要求 4 果园宜机化标准程度低 果园的机械化生产 并非单纯依赖农机优化与改进所能达成 需要农机与 农艺的双向配合 共同推进果园作业的机械化进程 我国果园多因地制宜 种植方式缺乏统一规划 规模 小 密度大 这些因素均不利于农机的有效作业 进而 影响了果园的管理效率及产量与品质的提升 大力推 动果园宜机化建设 如优化果园道路布局 完善排水系 统 调整种植模式等 以实现 机艺融合 为农机作业 提供便利的条件 4 2 未来发展方向 1 研发适应性更强的多功能采收设备 机械化 采收设备应该向多功能 适应性强等方向发展 开发适 用于地形复杂 种植模式多元 种植种类多样的林果机 械化采收装备 形成集采收 运输 清洗 收集于一体的 多功能采收设备 以适应不同地形 不同种植模式和不 同果树的采收需求 2 研发机械化 自动化程度更高的采收设备 特 色林果的机械化采收设备应不断向自动化发展 如增 加远程调控功能 工作人员可通过远程控制软件操控 设备的行走和采收动作 为适应不同地形的行走需 求 可以设计自动调平机构 还可以结合视觉技术 增 加路径规划 障碍识别和自动转向等功能 实现全自动 无人驾驶 加快我国特色林果机械化采收设备向自动 化 智能化方向发展 3 研发更为清洁 无损的采收设备 为了降低采 收设备对作物的损伤 可以进一步开发采收机器人 利 用机器视觉技术的识别 定位优势 指示机械臂精准收 获 实现高效 低损耗的机械化采收 这不仅能提高采 收效率 还能有效降低对果品的损伤 此外 加快林果机械化采摘技术的发展 还需要加 大在机械化采收技术方面的研发力度 政府和企业应 加大对相关技术研发的投入 鼓励科研机构与企业合 作 加速技术成果的转化 积极引进国外先进的采收技 术 结合我国实际情况进行本土化改造 提高我国特色 林果的采收效率和质量 同时 加强对林果种植户的 培训 通过举办培训班 现场演示等形式 让种植户了 解机械化采收技术的优势和应用方法 提高种植户对 机械化采收技术的认识和接受程度 5 结语 长期以来 我国特色林果生产一直依赖传统生产 作业方式 生产规模小 规模化 机械化生产水平整体 偏低 我国在特色林果机械化采收方面取得一些研究 进展 但目前仅在部分大型农产品生产公司和合作社 形成机械化采收装备体系 果园的机械化程度仍然很 低 大多数果园的采收作业仍需人工完成 现有的特 色林果采收机械类型较多 但绝大多数技术局限在理 论试验阶段 尚未落地使用 此外 设备的作业方式对 作物种植模式要求较高 且设备价格昂贵 小规模种植 农户难以承担 为推进我国特色林果机械化采收装备 的发展 未来特色作物机械化采收装备的研发可以以 轻量型机械为主 重点关注机械制造成本 作业成本 作业效率 机器适用性等 推进我国特色林果机械化采 收装备向自动化 智能化发展 参 考 文 献 1 黄钢 王宏 王玲 特色作物产业发展战略研究 J 西南 农业学报 2 0 0 8 2 1 5 1 4 6 7 1 4 7 1 2 N i u Z X u Z D e n g J e t a l O p t i m a l v i b r a t i o n p a r a m e t e r s 第7期王攀等 我国特色林果机械化采收技术现状5 3 f o r o l i v e h a r v e s t i n g f r o m f i n i t e e l e m e n t a n a l y s i s a n d v i b r a t i o n t e s t s J B i o s y s t e m s E n g i n e e r i n g 2 0 2 2 2 1 5 2 2 8 2 3 8 3 C a p r a r a C P e z z i F M e a s u r i n g t h e s t r e s s e s t r a n s m i t t e d d u r i n g m e c h a n i c a l g r a p e h a r v e s t i n g J B i o s y s t e m s E n g i n e e r i n g 2 0 1 1 1 1 0 2 9 7 1 0 5 4 P e l l e n c R G i a l i s J M S h a k e r w i t h a d j u s t a b l e s t i f f n e s s f o r h a r v e s t i n g m a c h i n e s a n d h a r v e s t i n g m a c h i n e s u s i n g s u c h s h a k e r s P U S P a t e n t U S 2 0 0 9 0 5 1 0 2 2 6 A 2 0 1 0 1 1 3 0 5 I o a n B T h e o r e t i c a l s t u d i e s c o n c e r n i n g e l a s t i c b a r s d e f o r m a t i o n f r o m g r a p e s h a r v e s t i n g m a c h i n e J J o u r n a l o f E n g i n e e r i n g S t u d i e s a n d R e s e a r c h 2 0 1 2 1 8 2 1 8 6 付威 杨红英 王丽红 等 4 Z Z 4型自走式红枣收获 机 J 湖南农机 2 0 1 2 3 9 5 6 8 6 9 7 梅松 肖宏儒 夏先飞 等 基于矮化密植红枣的冠型拍振 复合小型采收机设计与试验 J 中国农机化学报 2 0 2 0 4 1 9 6 3 6 7 M e i S o n g X i a o H o n g r u X i a X i a n f e i e t a l D e s i g n a n d t e s t o f c r o w n b e a t i n g v i b r a t i o n c o m p o s i t e s m a l l h a r v e s t e r b a s e d o n d w a r f i n g a n d c l o s e p l a n t i n g r e d j u j u b e J J o u r n a l o f C h i n e s e A g r i c u l t u r a l M e c h a n i z a t i o n 2 0 2 0 4 1 9 6 3 6 7 8 王真真 王丽红 付威 等 核桃机械化采收装置研究现状 分析 J 农机化研究 2 0 1 5 9 2 5 9 2 6 3 2 6 8 9 吴问天 郭医博 高宁煜 树冠振动式油茶果采摘机设计 与试验 J 铜陵学院学报2 0 2 2 2 1 5 1 0 0 1 0 3 1 0 伍德林 傅立强 曹成茂 等 摇枝式油茶果采摘机设计 与试验 J 农业机械学报 2 0 2 0 5 1 1 1 1 7 6 1 8 2 1 9 5 W u D e l i n F u L i q i a n g C a o C h e n g m a o e t a l D e s i g n a n d e x p e r i m e n t o f s h a k i n g b r a n c h f r u i t p i c k i n g m a c h i n e f o r c a m e l l i a f r u i t J T r a n s a c t i o n s o f t h e C h i n e s e S o c i e t y f o r