大蒜收獲與清理工藝及設備的研究

劉加利

摘 要：通過對大蒜收獲方式的研究，闡述了大蒜清根、清莖的工藝路徑，拔取大蒜后，采用螺旋輥夾持蒜莖進給、浮動切刀切根方式，完成蒜根清理，實現機械化聯合收獲，并應用機電一體化技術提升收獲機械可靠性和自動化水平。

關鍵詞：大蒜收獲；聯合收獲；機電一體化

中圖分類號：U223.8 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）34-0068-02

1 概述

大蒜廣泛種植于我國山東、江蘇、河南等省區，是重要的經濟作物，近年來我國已經成為全球最大的大蒜種植國家和出口國家。大蒜的收獲過程主要包括：挖掘、清土、撿拾、清選、分級和裝運等工序。收獲方式一般有三種：人力收獲、分段收獲和機械化聯合收獲。人力收獲主要靠人工借助簡單挖掘和剪切工具，完成各項工序，得到的蒜頭清潔度高、損傷率低，但是勞動強度大，工作時間長，工效低。分段收獲是采用起蒜機將大蒜挖出鋪條晾曬后，用其他機械進行撿拾、雜物分離、清選、分級和裝運等操作，效率提高，但作業周期長。機械化聯合收獲機可以一次性地進行大蒜挖掘、清理、蒜頭收集等作業，收獲損失小，生產效率高，但結構復雜，成本高，對環境適應性差，適于大規模農場作業。隨著我國城鎮化的快速發展，人口逐漸向城市轉移，農村勞動力減少，大蒜收獲與處理加工還主要靠人力及單一功能機具，造成生產成本上升，大蒜價格時常高漲，大蒜收獲環節己經成大蒜種植業發展的瓶頸。發展大蒜聯合收獲機是未來大蒜種植業的唯一出路，能顯著降低大蒜生產成本，避免在市場競爭中被淘汰。

2 大蒜收獲機械的現狀

目前，國內大蒜收獲機械主要存在以下問題：（1）大蒜收獲機械無法定型。大蒜種植模式不一致導致大蒜收獲機械化的推廣受到限制，目前我國大蒜種植區大部分為平作模式，也有少部分為壟作模式，且行距、壟距不一致，因此首先要推廣機械化標準種植作業，才能保證行距、壟距一致。（2）大蒜收獲機械適用性較差。在粘性土壤后或土壤濕度比較大時機器擁堵嚴重，造成機器無法正常運行，必須人工清理，遇到連續的陰雨天氣只能人工挖掘。（3）大蒜收獲機械的功能較少。目前國內大部分大蒜收獲機械技術還不夠成熟，多數均處于樣機設計研發或田間試驗階段，農業部南京農機化研究所研制的4HLB-2型半喂入自走式大蒜聯合收獲機（圖1）能基本實現挖掘、輸送、清土、切莖、收集于一體，但缺乏對蒜根的精處理。國外發達地區對大蒜機械化生產技術與裝備的研發，起步早、投入大、發展快，早已實現專業化、成套化和系列化，實用性強，可以提供很好的借鑒。

3 大蒜聯合收獲加工機械

大蒜聯合收獲根據市場需求，可以對大蒜進行分門別類的預加工，大蒜可以挖掘、輸運、蒜莖分離（或打捆）、集中收集等工序，大蒜挖掘可以分為兩類：挖掘式和拔取式；挖掘式還有預先割除莖桿（圖2（a）所示）和保留莖稈兩類，保留莖稈只能鋪條晾曬，分段收獲。預切除莖稈的大蒜經過篩分，進入運輸通道，在滾動過程中，蒜莖部分在重力作用下落，蒜莖完成倒立，然后由螺旋輥夾持行進，進入切根切莖階段。拔取式（圖2（b）所示）是機具前進方向上成列的蒜秧在分禾器的引導下被導入到膠帶構成的夾持通道之中，在導入與夾持的同時相配合的挖掘鏟在土下將蒜根部挖松，蒜株在挖拔力的共同作用下被拎起，挖掘機構的設計需滿足挖掘大蒜根莖時帶土量最少、粉碎土垡能力強、不纏草、傷蒜率低、耐磨等要求，常用松土鏟主要有固定式和振動式。拍土裝置在蒜株沿斜置的輸送膠帶向上輸送的過程中振動清土，最后輸送至打捆機構批量打捆或者在輸送過程中實現蒜莖分離并完成蒜頭的集中收集。

按照田間種植模式的調查數據，大蒜株距15cm，收獲機械行走速度一般在0.6m/s～0.8m/s，相應的單行機械化收獲切根效率為4～6個/s。由于種植區域不同、生長環境不同、栽植品種不同，蒜直徑d1（45cm

從定位來看，定位大蒜根部困難，由于根部和蒜莖沿一條直線，莖部定心性好，蒜莖為蒜的中心，可以作為牽引蒜的關鍵部位，從方位上可以分為蒜莖向上型和蒜莖向下型。大蒜切根裝置的關鍵部分是對松散的大蒜實現有效的夾持，4HLB-2型半喂入自走式大蒜聯合收獲機切莖裝置（圖2）采用夾持皮帶與導軌分離的策略，基本實現切莖和粗切根，但蒜的序列位置還不能適合精細切根。如果莖部的夾持采用螺旋輥能使蒜莖一直保持受拉力的狀態，不論蒜的方位向上或向下，都能較好的勻速運動。從設備銜接上，螺旋輥裝置安裝在皮帶夾持系統下方，在初步莖葉分離后代替皮帶夾持，使蒜的運行更平穩，拔取式收割蒜莖向上，在經歷清土工序后，蒜莖部分切斷，夾持機構切換為螺旋輥，蒜莖部分沿螺旋輥向前并被拉緊到軌道中，夾持力增強，對切的圓刀切掉大部分根須，隨后浮動切根系統，利用仿形輪彈簧張緊裝置（圖4），仿形輪除了矯正蒜頭姿態，還具有使蒜體不被切根刀割傷的作用。但實際工作中蒜的運動速度太快，仿形輪內的切根器來不及將根須切凈，切根速度無法適合收獲速度，因此需要將根的切除分成多步走，盡量減少最終切根的工作量。

清根清莖裝置生產節拍與拔取裝置生產節拍一致，為減少最后精加工的工作時間，清根設置多道工序：清土、預清根、清根。或者在拔取前采用旋耕用旋齒在地下將根切斷，然后拔取。清根方式有旋切和橫切，旋切利用刀具高速旋轉，逐漸將根削短，漸進式旋切能較好地適應蒜的大小，避免產生過切，但在對齊上比較困難，需要螺旋輥設置螺線空白段，使蒜體做短暫停留完成切根；橫切沿莖盤切除根須，是最快切除方法，但找準莖盤比較困難，容易過切。采用柔性仿形刀具仿人手部切削動作，蒜頭穩定移動，切刀抵住蒜頭底部切根；或者使用由傳感器和氣動壓緊裝置組成的浮動切根系統，傳感器發出信號，可以精準壓緊蒜體，快速修理根型。

4 機電液氣一體化技術在大蒜聯合收獲機械的應用

大蒜聯合收獲機械包括挖掘裝置、輸送裝置、清土裝置、切根裝置、切莖裝置、液壓系統、氣動系統、電控系統等主要組成部分，大蒜挖掘拔取及輸送裝置受力較大，液壓系統為挖掘裝置、輸送裝置、清土裝置提供動力。切刀控制裝置受力小，速度要求快，采用彈簧式蒜頭適應系統屬于被動式，適應性較差，氣動系統為浮動切刀和風選裝置提供動力，傳感器檢測蒜的大小并控制氣動浮動刀頭快速定位切削，檢測系統壓力異?？膳袛嘣O備堵轉并調整收獲速度。農業機械因為成本問題，在動力上多采用機械傳動的方式，受空間限制，能實現的功能較為單一，機電液氣一體化系統結構緊湊、布置上靈活方便、運動平穩、控制簡單、能實現過載保護，雖然設備成本提高了，但功能更適應生產需要，是農業機械的發展方向，機電液氣一體化技術將提高聯合收獲機械的可靠性和自動化水平，促進農業生產轉型，提高生產效率。

5 結束語

蒜根的清理在大蒜收獲中，一般采用分段處理，人工喂料，清根效率較低，把清根清莖裝置和拔取裝置聯合在一起，大大提高了效率，聯合收獲是大蒜種植業提高生產效率的必由之路，本文開展了相關研究，為下一步實用化奠定了基礎。

參考文獻：

[1]胡志超，吳峰，等.國內外大蒜收獲機械現狀[J].農業機械，2007（06）：47-49.

[2]楊柯，胡志超，等.大蒜機械切根技術研究及試驗[J].中國農機化學報，2015，36（3）：153-159.