枸杞机械化采收技术与装备研究进展_李彦晶.pdf

nullnullnull 中国农机化学报 nullnullnullnull年 nullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 李彦晶 胡忠强 张亚萍 等 null枸杞机械化采收技术与装备研究进展 null null中国农机化学报 nullnullnullnull nullnull null nullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnull null nullnullnullnullnull nullnull 枸杞机械化采收技术与装备研究进展 null 李彦晶 null 胡忠强 null 张亚萍 null 王珺 null 徐建恒 null nullnull 兰州工业学院汽车工程学院 兰州市 nullnullnullnullnullnull nullnull 浙江四方股份有限公司 浙江金华 nullnullnullnullnullnull nullnull 浙江皇冠电动工具制造有限公司 浙江金华 nullnullnullnullnullnull 摘要 枸杞机械化采收技术与装备的研究是实现枸杞产业节本增效 转变发展方式的重要途径 对枸杞产业的快速发展有 着重要的推进作用 在分析枸杞种植模式及生物特性的基础上 重点阐述目前国内枸杞机械化采收方式和采收装备研究 进展 对枸杞不同的采收方式和采收装备的作业特点和性能参数进行对比分析 指出我国的枸杞采收机械化水平较低 针对枸杞机械化采收装备关键技术 采收方式 农机农艺融合等方面存在的问题 提出规范枸杞的标准种植模式 改进完 善末端执行装置及加大枸杞采收装备关键技术的研究等对策建议 为枸杞高效低损的机械化 智能化采收技术与装备的 进一步发展和研究提供参考 关键词 枸杞 收获机械 机械化采收 农机农艺融合 中图分类号 nullnullnullnullnullnullnull nullnull 文献标识码 null nullnull 文章编号 nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 收稿日期 nullnullnullnull年 null月 nullnull日 nullnull 修回日期 nullnullnullnull年 nullnull月 nullnull日 null 基金项目 甘肃省高等学校创新基金项目 nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnull 兰州工业学院青年科技创新项目 nullnullnullnullnullnull nullnull 第一作者 李彦晶 女 nullnullnullnull年生 甘肃甘谷人 硕士 副教授 研究方向为农业机械化装备 null nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull null null null null null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnull null nullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull null 引言 枸杞是一种季节性较强且分段成熟的茄科枸杞属 植物 在我国西北地区是重要的特色经济作物之一 具 有较强的适应性和耐旱 耐盐碱性 药食两用 且药理 作用和保健功效较好 此外也可制酒和饮料 nullnullnull 近 第 nullnull卷 null 第 null期 nullnullnullnull年 null月 中国农机化学报 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull 第 null期 李彦晶 等 枸杞机械化采收技术与装备研究进展 nullnullnull 年来 我国枸杞种植面积约为 nullnullnullnull nullnull nullnull null 主要种植区 分布在宁夏 青海 甘肃 新疆和内蒙古等地 其中宁夏 是国内枸杞的原产地和主产区 宁夏枸杞也最为出名 并且在 nullnullnullnull 年成立了我国首个枸杞研究院 中国枸 杞研究院 青海野生枸杞资源丰富 不仅是枸杞生物多 样性发源地之一 而且是国内枸杞的新兴种植区 甘肃 是枸杞传统主产区 枸杞不仅是甘肃省的 十大陇药 之 一 而且是传统道地药材 更是农民增收致富的 金果产 业 和 绿色银行 新疆是我国枸杞种植最北区域 独特 的地理条件和区域气候有利于枸杞产业的发展 内蒙古 将枸杞作为经济发展和退耕还林的 先锋 树种 nullnullnull 目前 枸杞全程机械化生产主要由产前机械化 机 械化育苗和移栽 产中机械化 机械化植保和采收 和 产后机械化 鲜果加工机械化 三大环节组成 null 其 中 枸杞的机械化采收是枸杞全程机械化生产过程中 最重要的环节 随着农药雾化理论 喷雾技术及植保 无人机施药技术取得的进步与发展 null 使得产中植保 机械化水平明显提升 但由于枸杞属于浆果 果实小 果皮薄 水分大 易破损 枝条细软交错 在采摘期内分 批多次成熟 且边开花边结果边采摘 同时枸杞采收受 天气的影响较大 使得产中机械化采收难度较大 而一 些蓝莓 樱桃等浆果类采收机不能满足枸杞机械化收 获的要求 此外 传统的人工采收方式劳动强度大 效 率低 成本高 这种采收方式已不能满足社会生产需 求 一定程度上限制了枸杞采收机械化水平 因此 为 推动枸杞产业的高效快速发展 枸杞采收装备虽然取 得阶段性进展 但仍然存在一些问题 需要进一步对不 同枸杞采收装备的研发开展深入研究 本文在分析枸杞种植模式及生物特性的基础上 重点阐述目前国内枸杞机械化采收方式和采收装备研 究进展 对枸杞不同的采收方式和采收装备的作业特 点和性能参数进行对比分析 指出枸杞机械化采收装 备关键技术 采收方式 农机农艺融合等方面存在问题 并提出相关建议 null 枸杞种植模式及生物特性 枸杞的种植多属密植型 种植模式主要有传统种 植模式和标准种植模式两种 标准种植模式因其树型 主干竖直 树高 树宽 挂果枝条长短 行距和株距一致 性好 挂果规律且具有同面性 宜进行机械化作业等优 点而被广泛推广 nullnullnullnullnull 对甘肃省靖远县栽植 null 年的 部分成龄枸杞树进行实测 枸杞的行距为 nullnullnull nullnull 株距 nullnullnull nullnullnullnull 平均株高 nullnullnullnull 平均冠幅 nullnullnullnull 平均每公顷约 nullnullnullnullnull 株左右 枸杞的主要特性表现为两点 一是果实与枝条 花 与枝条之间的结合力 null 即主要是青果果梗 nullnull 成熟 果果梗 nullnull 成熟果果蒂 nullnullnull 和花 nullnull 的结合力 nullnull nullnull 研 究表明 各处结合力的大小不同 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 且结合力随枸杞品种的不同也有差异 二是枸杞是 无 限花序 连续花果 在枸杞的采收过程中 如若损伤青 果和花朵等 nullnull nullnull 将直接影响下茬枸杞的产量 枸杞 的采收通常在每年的 null null 月 夏果 和 null nullnull 月 秋 果 左右 根据果实成熟度的不同 其理化性质不同 若 采收早 则枸杞小而硬 且青果较多 若采收晚 则有烂 果 莓果等 所以为了不降低枸杞的质量和产量 在果实 圆润且成形饱满时进行采收 一般初果期平均采摘周期 null nullnullnull 盛果期平均采摘周期 nullnull 末果期平均采摘周期 nullnull 枸杞机械化采收是限制枸杞产业快速发展的主要 瓶颈 提高枸杞采收机械化装备水平 对实现枸杞高效 低损机械化 智能化采收具有重要意义 null 国内外枸杞机械化采收技术与装备研究进展 null 国外枸杞机械化采收技术与装备研究进展 国外对浆果类采收机械的研究较多 但对枸杞的 采收机械研究很少 nullnull nullnull 针对韩国枸杞的生物力学特 性 设计了一款振动式枸杞采收装置 该装置通过试 验得出最佳技术参数值 当振动频率为 nullnull nullnullnullnull 振 幅为 nullnull nullnullnullnull 振动时间为 nullnull 时 采净率为 nullnullnull 采收 效 率 为 nullnullnullnullnullnullnull null 是 传 统 人 工 采 收 效 率 的 nullnullnull 倍 但国外枸杞生长特性和种植模式与我国不同 且该装置的采收效率并不高 因此不适用于我国枸杞 的机械化采收 null 国内枸杞机械化采收技术与装备研究进展 我国是枸杞种植面积较多的国家 nullnull 世纪初国内 才对枸杞采收机械进行研究 目前处于发展阶段 主要 在宁夏等几个主产区进行研究 目前 枸杞采收机主 要有便携式枸杞采收装置和自走式枸杞采收机两大 类 采收方式分为振动式 梳刷式 气吸式 剪切式和组 合式等 其中以振动采收方式应用最为普遍 表 null 为不 同采收方式的枸杞采收机性能比较分析 分析表明 不同的采收方式在采收作业过程中 采收效率虽比传 统采收均有不同程度的提高 但仍存在对熟果的漏采 和对青果 花朵 枝条及叶片造成损伤及误采现象 影 响枸杞后续的生长和产量 后期研究人员可针对这些 采收方式的枸杞采收机继续进行改进和优化 最终达 到对枸杞高效率 低损伤 机械化及智能化采摘 null 便携式枸杞采收装备 目前 国内枸杞采收装 备 主要以振动 梳刷便携式为主 例如宁夏农林科学 院国家枸杞工程技术研究中心与宁夏某公司联合研制 开发的 nullnullnullnullnullnullnull 型便携式枸杞采摘机 首次实现了 nullnullnull 中国农机化学报 nullnullnullnull年 枸杞采摘样机的研制 自此打破了数百年人工采摘的 历史 该采摘机通过偏心圆盘将瞬时力作用给枝条 使 枸杞脱落 实现机械化采摘 万芳新等 nullnull 通过正交旋转组合试验对便携式枸 杞振动采收装置的结构与参数进行优化 降低损伤率 张文强等 nullnull 设计优化针对枸杞枝条的振摇枸杞采收 机 通过平移板上振摇指排使枝条产生晃动 实现枝条 与枸杞的脱离 枸杞与梳刷的分离 采收效果较好 张 文强等 nullnull 还设计并优化手持变间距梳刷式枸杞采收 装置 通过梳刷与枸杞间产生的摩擦力将枸杞与枝条 脱离 利用梳刷指间距变化的周期性 实现枸杞与梳刷 指的分离 为枸杞机械化采收提供一种新型的末端执 行方案 马永龙等 nullnull 设计可根据果型大小更换梳板的 手持式双梳板可变间距枸杞采摘器 该采摘器有上下 两个梳板 工作时合二为一 梳齿为镰刀状 根部为等 间距直齿 尖端为齿间距逐渐减小的斜齿 且为方便采 收 梳齿的角度为钝角 并指向手柄方向 采收后的枸 杞落入收集盒 降低生产成本 余水等 nullnull 设计由采摘 头和果实收集盒组成的便携式枸杞采摘装置 该装置 利用旋转的螺旋形采摘片 实现枸杞采摘 该装置结构 简单 操作方便 损伤率较小 陈军等 nullnull 通过振动和梳 刷原理相融合设计便携振刷式枸杞采收机 实现枸杞 机械采收的高效低损 上述国内便携式枸杞采收代表性装备 具体见表 null 表 null null 不同采收方式的枸杞采收机性能比较分析 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 采收方式 优点 缺点 采收原理 应用 振动式 采收效率高 作 业成本低 损伤 大 振 动 时 间 不 易 控制 根据枸杞的生物力学特性 通过振动机 构使树干或枝条产生振动 从而使枸杞 熟果脱落 研究应用较多且较理 想的采收方式 梳刷式 方 便 简 单 损 伤小 采收 效 率 低 采 净 率 低 对农艺要求高 通过梳刷装置梳齿转动与枸杞产生的 摩擦力和冲击力将成熟枸杞梳捋下来 基本为手持 式 有 一 定应用 气压式 气吸和气吹 损伤小 气压 不 稳 定 采 收 效 率 低 机械能耗大 在风机的作用下产生负压 气吸 或正 压 气吹 将熟果分离 研发应用相对较少 剪切式 损伤小 采收 效 率 低 误 采 率 高 剪切位置不易控制 通过剪切装置 切断果实与果梗 完成 采收作业 研发应用相对较少 组合式 梳刷振动式 损伤小 采收效 率高 误采率高 梳刷原理为主 振动原理辅助 实现枸 杞与枝条的快速分离 有一定应用 表 null null 便携式枸杞采收代表性装备 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 名称 采收方式 技术特点 振摇枸杞 采收机 振动式 最优参数组合 振摇频率 nullnullnullnull 振 幅 nullnullnullnull 指排间距 nullnullnullnullnull 采净 率 nullnullnullnullnullnull 损伤率 nullnullnullnullnull 采青率 nullnullnullnullnull 采收效率 nullnullnullnull nullnullnull 是 人 工采收的 nullnullnull倍 便携式枸 杞振动采 收装置 振动式 最 优 参 数 组 合 振 动 杆 直 径 nullnullnullnullnull 振 动 时 间 nullnullnull 振 动 频 率 nullnullnull 采收率 nullnullnullnull 破损率和青果 错采率均 nullnullnullnull 变间距梳 刷式枸杞 采收装置 梳刷式 梳刷指间距控制精度高 一致性好 其梳刷指的最优组合参数为 指间 距 nullnullnull 直径 nullnullnullnullnull 弹簧钢长度 nullnullnullnull 损伤率 nullnullnullnullnull 采净率 nullnullnull 振刷式枸 杞采收机 振刷式 最 优 参 数 组 合 梳 刷 转 速 nullnullnullnullnull null nullnullnull 凸轮转速 nullnullnullnullnullnull nullnullnull 熟果采 收率 nullnullnullnullnullnull 破 损 率 nullnullnullnullnull 青 果 错采率 nullnullnullnullnull nullnull 这几种采收装备均为手持便携式 是一种精巧的 农用手持机械 具有结构简单 体积小 成本低 携带 方便和操作简单等优势 适用于中小型枸杞种植面 积配套 在盛果期 采摘效率是人工的 null null 倍 提高 了采收效率 但这些采收机基本都为半机械化 仍然 依赖于人工 因此对于枸杞的大面积种植区域 不能 满足采摘期相对集中的季节性要求和劳动力短缺现 状 且长时间的操作使得农户劳动强度大 采收效率 反而并不 高 还 普 遍 存 在 对 青 果 枝 叶 和 花 朵 的 误 采 损伤等问题 null 自走式枸杞采收装备 目前 小型便携式枸杞 采收装备在采收过程中存在着低效高损 采净率低 青 果误采率较高 不能连续采收等共性问题 这些共性 问题制约了我国枸杞产业的高速发展 急需解决 如表 null 所示 国内一些研究学者为实现枸杞机械 化连续采收和提高枸杞采收高效低损的机械化水平 根据枸杞的生物特性和种植模式 对自走式枸杞采收 机进行相关研究和试验 农业农村部南京农业机械化 研究所对履带自走式枸杞采收机研究较多 如张最 等 nullnull nullnull 设计了额定功率为 nullnull