三節臂機載式疏花機的研制與試驗

雷嘵暉，呂曉蘭，張美娜，李 雪，常有宏，Andreas. Herbst

三節臂機載式疏花機的研制與試驗

雷嘵暉1，呂曉蘭1※，張美娜1，李 雪1，常有宏2，Andreas. Herbst3

（1.江蘇省農業科學院農業設施與裝備研究所，南京 210014；2.江蘇省農業科學院果樹研究所，南京 210014；3. Institute for Chemical Application Technology of JKI，Braunschweig Messeweg 38104，Germany）

為減小疏果環節繁重的用工壓力、提升果園作業效率和降低用工成本，該文基于自主研發的三節臂機載式疏花機，在“Y”字棚架形翠冠梨園中進行了疏花試驗研究。以達到50%的花蕾保留率為疏花目標，結合疏花繩擊打力度測試，確定了疏花軸在0.44 m/s行進速度下的最佳作業轉速：254 r/min。疏花機田間性能試驗中，研究疏花機疏花與人工定果、手持式疏花器疏花與人工定果、人工疏花與定果3種作業方式相比于只人工疏果作業方式，對花蕾保留率、坐果率、作業效率、果實產量及品質的影響。試驗結果表明：機械疏花與人工疏花在作業質量上無明顯差異，但疏花機作業穩定性較其他作業方式高；疏花機可降低梨樹的絕對坐果率，雖然對幼果坐果量有一定的影響，但是經過定果環節后并不影響后期果實的產量及品質；疏花機的疏花效率在所有試驗組中最高，相比于單一的人工疏果方式可節約66.17%的時間，適合機械化梨園大規模作業；手持式疏花器的作業效率僅次于疏花機，相比于單一的人工疏果方式作業時間可節約37.26%，適用于中小規模梨園。該試驗研究有利于提高疏花機作業質量，為梨園機械化管理提供參考。

農業機械；設計；控制；果園；疏花機；產量；品質

0 引 言

疏花疏果是果園管理的三大費工環節（修枝、疏花疏果、收獲）之一，主要有化學和物理2種方法，化學法是在果樹花期和果實發育期噴施疏除藥劑使花朵和果實脫落，以達到疏除效果的一種方法[1]。化學法易受藥劑種類、噴施時間、配制濃度、作業環境及果樹品種等諸多因素的影響[2-5]，另外農藥污染問題和消費者的果品安全觀念都促使在果品生產過程中盡量不使用或少使用農藥，因此物理疏花疏果將成為今后重要的發展方向。物理法主要是指人工疏果和機械疏花疏果，人工疏果目前仍為國內的主流疏除方式，但耗工費時。

國內對機械疏花疏果的研究相對較少，機理研究主要集中在單軸甩繩式疏花機[6-8]，專利方面多為疏花疏果剪的功能改進。如江蘇農林職業技術學院的氣動式高枝疏果剪[9]，行進方向和角度位置可調。洛陽農林科學院的葡萄疏花疏果裝置[10]，實現了葡萄花序的統一化修剪。山東省果樹研究所的葡萄疏花疏果剪[11]，解決了疏果剪葡萄籽的滯留問題。重慶文理學院的藍莓疏花疏果自動剪切裝置[12]，以電力替代人力實現省力化作業。國外對于機械疏花研究相對較早，種類較多。如Corollaro等[13]研究濾光防冰雹網對蘋果的疏果效用，黑、紅、白、黃、藍5色光中紅色疏果效果最好：平均果重、甜度及干物質量最高。Wouters等[14]研發的多光譜攝像系統，在可見及近紅外光譜6個波段中對果樹花序量進行檢測，準確率最高可達87%。Lyons等[15]的自主式智能疏花系統，借助機器視覺定位疏花目標，利用機械手進行花朵疏除，可對不同長度枝條精準疏花。Theron等[16]結合機械疏花研究1-氨基環丙烷羧酸在李子樹上的疏花效果，濃度在400到600L/L時作業效果最好。Lordan等[17]以嘎啦和金冠蘋果為研究對象，針對Darwin250疏花機建立作業參數預測模型，由花序數量推測疏花機的最佳前進速度和疏花軸轉速。Assirelli等[18]將單軸旋轉式疏花機疏花繩材質替換成柔性玻璃纖維，田間試驗中杏樹、桃樹分別節約48%和42.4%的人工疏果時間。Assirelli等[19]還研究了桃樹機械疏果的疏除力，發現垂直果柄方向疏果力道最小，是沿果柄方向力道的1/3。

機械疏花疏果可提高果實產量及品質，國外報道多集中在桃、李子和蘋果，對梨樹研究甚少。國內梨樹只疏果不疏花，人工手疏成本極高，考慮到梨樹花期果柄硬度遠小于坐果期，且機械疏果易損傷幼果，本文以梨為對象設計一種三節臂機載式疏花機，研究機械疏花對“Y”字棚架形栽培模式[20]生產的影響，為梨園機械化發展提供參考。

1 材料和方法

1.1 疏花裝備

1.1.1 三節臂機載式疏花機

三節臂機載式疏花機（以下簡稱疏花機）可用于“Y”字棚架形等適宜機械化疏花的梨園作業，圖1為整機外形結構圖，拖拉機PTO通過傳動軸帶動液壓泵轉動，液壓泵為液壓缸伸縮運動提供動力，液路分配閥控制液壓缸伸縮行程，使得活動梁相對基架橫向移動，以實時控制疏花距離；電控箱內放置3塊調速器，分別控制上中下3組疏花軸旋轉速度；2根豎直桿通過法蘭緊固連接，可根據樹體高度拆分和組合。3組疏花節臂根據需要，靈活安裝于豎直桿的不同位置上；疏花節臂支架可沿Ⅰ號箭頭，在豎直桿周向360°角度內固定；疏花節臂伸縮桿可沿Ⅱ號箭頭，在疏花節臂支架周向360°內固定；疏花節臂伸縮桿相對疏花節臂支架，可沿Ⅲ號箭頭在0到0.5 m長度范圍內固定；疏花軸動力總成連同疏花軸，可沿Ⅳ號箭頭在疏花節臂支架周向270°角度內固定。疏花機主要結構及性能參數見表1。

1.機架 2.傳動軸 3.限位輪 4.活動梁 5.液壓缸 6.豎直桿支架 7.豎直桿 8.疏花節臂支架 9.疏花節臂伸縮桿 10.疏花軸動力總成 11.疏花軸 12.疏花繩 13.液壓油管 14.液壓泵 15.電控箱 16.液路分配閥 17.液壓油箱

1.Frame 2.Transmission shaft 3.Limit wheel 4.Movable beam 5.Hydraulic cylinder 6.Vertical rod bracket 7.Vertical rod 8.Thinning arm bracket 9.Thinning arm extendable rod 10.Thinning shaft power assembly 11.Thinning shaft 12.Thinning rope 13.Hydraulic pipeline 14.Hydraulic pump 15.Electric cabinet 16.Liquid distribution valve 17.Hydraulic oil tank

注：Ⅰ為疏花節臂支架轉動方向，Ⅱ為疏花節臂伸縮桿轉動方向，Ⅲ為疏花節臂伸縮桿移動方向，Ⅳ為疏花軸動力總成轉動方向。

Note: Ⅰ is the rotation direction of thinning arm bracket, Ⅱ is the rotation direction of thinning arm extendable rod, Ⅲ is the movement direction of thinning arm extendable rod, Ⅳ is the rotation direction of thinning shaft power assembly.

圖1 三節臂機載式疏花機

Fig.1 Three arms tractor-mounted flower thinner

Dennis等[21]針對小冠徑主干形蘋果樹，設計了1種拖拉機前置懸掛式疏花機，試驗效果良好。他們還按照式（1）定義了疏花綜合系數（integrated coefficient of thinning，ICT）來評價機具疏花性能的優劣[22]：ICT值在10到40范圍內時作業效果較好，大于50會損壞果樹，小于8疏花質量低。經計算該疏花機ICT為25.21，在合適范圍之內。相比于Darwin系列單軸甩繩式機型，該疏花機有如下優點：整機結構小巧，疏花節臂可拆卸可折疊，運輸方便；豎直桿根據樹高進行分段安裝，且疏花節臂安裝高度及傾角可調可變，具有一定仿形功能，適用于多種冠形的機械化果園；疏花軸電機驅動，對拖拉機動力性能要求不高。

表1 三節臂機載式疏花機主要結構及性能參數

注：因梨樹花序在枝條上的間隔距離平均為4到8 cm，故疏花繩軸向間距設計為4 cm。

Note: The distance range between the inflorescence on branch is 4 to 8 cm, the axial distance of thinning rope is designed to 4 cm.

式中為單根疏花繩質量，kg；為疏花軸轉速，r/min；c為絕對坐果率（疏果前幼果數比上疏花前花蕾數），%；為拖拉機前進速度，km/h；為疏花繩旋轉半徑，m。

通過試驗和測量，疏花機=0.01 kg、=254 r/min、c=32.31%、=1.584 km/h、=0.5 m。

1.1.2 手持式疏花器

Martin等[23-25]針對桃樹疏花疏果要求，設計了3種手持疏花疏果器，作業效果良好。本文以自主研發的電動手持式疏花器（以下簡稱疏花器）作為對比疏花裝置，其主要結構及性能參數如表2所示。

表2 手持式疏花器主要結構及性能參數

注：通過梨樹疏花試驗得知，當疏花軸轉速不小于460 r·min-1時，花蕾打擊效果好。

Note: Through the flower thinning test, the striking effect of flower bud is good when the rotation speed of the shaft is not less than 460 r·min-1.

1.2 疏花繩擊打區域分析

“Y”字棚架形果園通過冬季剪枝和枝條綁定，來保持果樹枝條沿“Y”字棚架平面生長。疏花機通過調節疏花軸位置及角度，來保證疏花平面與“Y”字形平面平行；疏花繩通過伸入“Y”字形平面15 cm左右的距離，來保證對枝條另一側花序的柔性擊打。疏花軸與果樹枝條的相對位置分為異面垂直、平行和介于二者之間的異面交叉3種，如圖2所示。假設花蕾均勻分布于枝條四周且疏花機在果樹枝條左側作業，通過將果樹枝條周邊分區來分析3種疏花位置的疏花均勻性，如圖3所示。當疏花軸與枝條異面垂直時，疏花繩能夠對、、、、區域進行疏花，幾乎覆蓋枝條的四周，疏花區域接近100%；當疏花軸與枝條平行時，疏花繩能夠對、區域進行疏花（面積占比已經大于50%），疏花繩碰觸枝條后右端懸空部分在慣性作用下逆時針彎曲，能在區（甚至、區）對部分花蕾進行疏除，疏花繩繞過枝條后，疏花繩在回彈力作用下對區部分花蕾進行疏除，區區域角1因疏花繩擊打力的增加而減小，區區域角2因疏花繩硬度的增加而加大，1的減小和2的加大都有利于增大枝條周邊疏花區域；當疏花軸與枝條位置空間傾斜交錯時，疏花區域介于平行方式與異面垂直方式之間。由此可知，只有區域和其兩邊一定角度范圍區域的花蕾不能夠被疏花繩擊打到，當疏花軸轉速、疏花繩長度和疏花繩材質滿足要求時，枝條遠疏花機側的花蕾數量與近疏花機側的差距不會太大。梨園后期還要進行人工優選定果，果樹最終結果所需花蕾數量要遠小于疏花后花蕾保留數量，枝條兩側花蕾數目的少量差異會在人工定果環節中得到改善。

a. 異面垂直 a. Perpendicular in different planeb. 平行 b. Parallel

注：A為枝條近疏花機側的區域；B～F為枝條遠疏花機側的區域；θ1為C區域的角度，（°）；θ2為F區域的角度，（°）。

1.3 室內與田間試驗

試驗位于江蘇省泰興市李蕩村燁佳梨園，試驗梨樹品種為“翠冠”。截至2019年樹齡為6 a，年度果樹盛花期為4月4日至6日，因為機械疏花在梨樹花蕾露白期（盛花期前1周左右開始）最易疏除，所以疏花期定為3月29日至4月1日，疏果期為4月22日至30日，采收期為7月20日至27日。梨樹種植行株距為5 m×3 m，主干高度平均為50 cm，主干粗度平均為8 cm，樹高平均為2.5 m，2個“Y”字形分枝直徑平均為5 cm，與地表水平面成55°到60°的夾角。試驗拖拉機型號為福田雷沃歐豹M604L-E，果園行間一般使用低速1擋（重型農機具）和低速2擋（輕型農機具）進行牽引作業。疏花機相對其他農機具結構小巧，所需驅動功率小，故拖拉機作業選用速度較快的低速2擋，經測試對應速度平均為0.44 m/s。一株成年翠冠梨樹約有13%[26]的花結的果實達到成熟就可獲得豐收。Laura等[27]對不同品種的桃樹（單花芽）進行機械疏花，平均花朵保留率為60%。McClure等[28]對蘋果（混合花芽）進行機械疏花，平均花朵保留率為54.5%。黃宗興等[29]建議梨樹（混合花芽）疏花中每個花序留1到3朵花（翠冠每個花序平均有6朵花，花朵保留率范圍為20%到50%）。考慮到果實成長過程中受天氣反流、疏花損傷、花期授粉、蟲鳥啄食、自然落果等客觀原因的影響，試驗中將疏花后的花蕾保留率（疏花后花蕾數量比上疏花前花蕾數量）定為50%，后期結合進一步的疏果，再對幼果進行優選定果，以保證最終果實產量及品質。

1.3.1 疏花力度及轉速測試

梨樹花柄在疏花過程中受到疏花繩的擊打而折斷，折斷力一般在2到3 N范圍內。在室內搭建測試臺架對疏花繩擊打力度進行測試，以確定其疏花軸轉速范圍，如圖4所示。間距固定的2個具有峰值保留功能的彈簧測力計下方水平固定1根受力桿，疏花繩以一定的轉速和疏花距離對受力桿進行擊打，以測試疏花力度。試驗中，將電阻變位器旋鈕轉動角度范圍分成5個擋位：0擋（電機轉速0 r/min），1擋（電機轉速50 r/min），2擋（電機轉速120 r/min），3擋（電機轉速200 r/min）和4擋（電機轉速300 r/min）。疏花距離保持在30到40 cm（過遠，部分花蕾疏花繩打不到；過近，疏花繩擊打力度小），臺架一次同時測試10根疏花繩在不同轉速擋位下，疏花距離為30、35和40 cm時的擊打力度。為確定疏花軸最佳工作轉速，以保證50%的花蕾保留率。疏花期間選取15棵長勢相近的梨樹植株，以3棵樹為1組均分成5組，每棵樹隨機挑選10條樹枝作為觀測樣本，將疏花繩擊打力度測試所確定的200到300 r/min的疏花軸轉速范圍均分成5個擋位：200、225、250、275和300 r/min，分別在“Y”字棚架形梨園中進行疏花測試，計算5組試驗的花蕾保留率后通過數據擬合方法求得疏花軸最佳轉速值。

彈簧測力計型號為浙江艾德堡NK-20和NK-50彈簧指針式拉力計，最大量程分別為20和50 N，精度分別為0.1和0.25 N。疏花電機型號為浙江金馳WY1016Z3直流電機，自帶電阻變位器，額定電壓24 V，最大轉速300 r/min。疏花軸轉速測試儀型號為臺灣先馳ST722非接觸式光學轉速計，轉速范圍6到99 999 r/min，精度為0.1 r/min。

a. 試驗現場 a. Test siteb. 測試臺架工作原理 b. Working schematic of test bench

1.3.2 田間性能試驗

機具田間性能試驗中，分析疏花機疏花與人工定果、手持式疏花器疏花與人工定果、人工疏花與定果3種作業方式相比于只人工疏果作業方式，對花蕾保留率、坐果率、作業效率、果實產量及品質[30]的影響。選取24棵長勢相近的“Y”字棚架形梨樹植株作為研究對象，將樹冠在高度方向上分成上中下3層，每層隨機挑選5條樹枝作為觀測樣本。以6棵樹為1組分成4組，疏花處理方式分別為：不疏花（第1組，對照組）、人工疏花（第2組，試驗組）、疏花器疏花（第3組，試驗組）和疏花機疏花（第4組，試驗組），圖5為疏花機作業現場及花蕾疏后效果。試驗中，除拖拉機駕駛外，其他作業選用2名熟練工進行單人單樹作業。

圖5 作業現場及花蕾疏后圖片

2019年3月29日至4月1日進行疏花試驗，疏花前記錄樣本枝條花蕾數量，疏花過程中記錄每棵樹作業時間，疏花后再次記錄樣本枝條花蕾數量。2019年4月22日至4月25日進行疏果試驗，疏果前記錄樣本枝條幼果數量，疏果過程中記錄每棵樹作業時間，疏果后再次記錄樣本枝條幼果數量。所有試驗梨樹均采用間距法[31]進行人工疏果和定果。2019年7月22日至7月24日對梨樹進行采收，參考行業標準NY/T440—2001《梨外觀等級標準》[32]、GB/T10650—2008《鮮梨》[33]和試驗園區以往采收、銷售的經驗，將每棵試驗梨樹的果實進行優質果和普通果分級采收，其中優質果標準為：果形端正，果皮暗綠，果梗完整，果面無刺傷、劃傷、碰壓傷、磨傷、蟲傷等，單果質量不小于350 g（外觀上最大果徑不小于7 cm），可溶性固形物含量不小于12%。在每組試驗樹的優質果和普通果中，各選取3個（共6個）梨果，測定其可溶性固形物（糖度）后求平均值得出各測試組的果實糖度，糖度儀型號為恒儀HY-32T手持糖度測試儀，量程為0到32%，精度為0.1%。

2 結果和討論

2.1 疏花軸轉速

臺架試驗中每組（同轉速同疏花距離）試驗進行3次，求平均值后列于表3。從表中可以看出，疏花距離和疏花軸轉速都與疏花繩擊打力成正相關。

表3 單根疏花繩擊打力

將30 cm疏花距離（相比于其他疏花距離，在表3中擊打力最小）的數據進行線性擬合，得出式（2），其2=0.993，擬合程度高。以=3 N為函數值，通過式（2）計算，得出197.3 r/min的轉速值，由此可知疏花機在翠冠梨園中疏花軸轉速要大于197.3 r/min時才能把花蕾打掉。疏花軸在轉速200、225、250、275和300 r/min時作業的花蕾保留率分別為60.81%、55.44%、49.33%、46.12%和42.15%。經數據線性擬合得出式（3），其2=0.986，擬合程度高。按50%花蕾保留率計算出疏花軸最佳轉速為254.07 r/min。疏花機疏花試驗中，設定疏花軸轉速為254 r/min。

=0.016-0.156 3（2）

式中為單根疏花繩擊打力，N。

=-0.186 6+97.41（3）

式中為花蕾保留率，%。

2.2 花蕾保留率

疏花試驗中測試了試驗梨樹每一樣本枝條的花蕾保留率，以評價整體疏花質量。為了能夠反映單個試驗樹體間疏花作業的均勻穩定性，對各層試驗樹變異系數做了計算。按照式（4）、（5）、（6）統計各層平均花蕾保留率后進行變異性分析，計算結果如表4所示。

表4 花蕾保留率a

注：梨園樹冠高度約為2 m，以0.7 m為間隔將其均分成上、中、下3層，下同。

Note: The height of pear canopy is about 2 m, divided it into upper middle lower three layers at 0.7 m intervals, the same below.

式中a為各層第個樣本組平均花蕾保留率，%。

式中s為各層果樹花蕾保留率標準差，%。

式中CV為各層果樹花蕾保留率變異系數，%。

第1組不疏花只疏果，花蕾保留率為100%，其他3組疏花方式各層及總體花蕾保留率都能較好滿足50%花蕾保留率的疏花要求。3組之間花蕾保留率變異系數按照從小到大的順序排列，依次為疏花機疏花、人工疏花和疏花器疏花。疏花機疏花變異系數明顯小于其他2組（比第2組小6.68個百分點，比第3組小9.33個百分點），這與適合機械化作業的棚架模式有關，拖拉機牽引疏花機按照固定路線行駛作業，比反復穿梭于棚架內外的其他2種模式作業穩定性要高。表4中疏花器疏花（第3組）上中下3層的花蕾保留率表面上較為接近（48.55%、48.13%和48.17%），但每個數值對應的6棵試驗果樹之間的差異大小實質上由各層的變異系數表明，各層花蕾保留率在文中主要用來滿足50%花蕾保留率的疏花要求，從表中可以看到疏花器疏花變異系數最大（13.53%），而且各層變異系數之間的波動也最大（最大相差15.09%），這些都表明疏花器疏花比人工疏花、疏花機疏花更難保證疏花均勻性。這與疏花器的作業方式有關：人工疏花能夠比較精準的對花蕾進行定量疏除，但長時間作業所產生的疲勞會對疏花精確性產生較大的影響；疏花器疏花是在人工疏花的基礎上進行，它能有效提升人工疏花效率，但疏花繩與花蕾的接觸幅度由作業者主觀控制，加之人工疲勞因素，樹體間作業波動性較人工大。

2.3 坐果率

疏花疏果的目的是為了提高果實產量及品質，而疏花的目的是為了減小疏果環節繁重的用工壓力，提升果園作業效率。坐果情況是衡量疏花效果最好的證明，24棵試驗梨樹的絕對坐果率和相對坐果率（疏果前幼果數比上疏花后花蕾數，相對坐果率是絕對坐果率與花蕾保留率之比，它能從絕對坐果率中排除花蕾保留率的干擾，評價3種疏花方式對梨樹果實坐果的損傷程度）如表5所示，其中各層絕對坐果率c、相對坐果率c及其變異系數計算方法與花蕾保留率相同。

表5 絕對坐果率和相對坐果率

3個試驗組絕對坐果率約為對照組的50%，具體比例依次為54.4%、48.44%和41.66%，這說明3種疏花方式明顯降低了梨樹絕對坐果率。因疏花繩打中未掉落的受損花蕾在坐果過程中大多會慢慢枯萎，故相對坐果率體現了疏花對幼果坐果的損傷程度：手持式疏花器相對坐果率與對照組絕對坐果率持平，表明對梨樹幼果坐果損傷很小；人工疏花組88.22%的相對坐果率高于對照組絕對坐果率10.66%，體現了人工疏花能一定程度的降低梨樹自然落果；機械疏花63.35%的相對坐果率低于對照組絕對坐果率14.21%，表明機械疏花對梨樹幼果坐果有一定的影響，是否影響果實產量及品質需要看后期測驗。3個試驗組疏花作業坐果變異系數性都小于15%，表明樣本枝條間坐果差異性小，坐果穩定。疏花試驗組（第2到4組）中，疏花機疏花（第4組）在表4中的花蕾保留率略高于其他組（多出人工組最多，有3.28個百分點），但在表5中的絕對坐果率和相對坐果率卻遠低于其他組（相對坐果率和絕對坐果率低于人工組最多，分別是9.88個百分點和14.21個百分點）。這是因為在疏花過程中，人工疏花對不需要疏除的花蕾傷害最小（人手或者稀果剪幾乎不怎么碰觸不需要疏除的花蕾），相比于人工疏花，機械化的疏花機和半機械化的疏花器對不需要疏除的花蕾傷害較大。尤其是疏花機疏花，疏花繩對花蕾個體的擊打具有隨機性：不少部分的花蕾由于擊打力分散（單根疏花繩一次接觸多個花蕾）原因未被擊落，但因受到一定程度的擊打傷害后，在后期的開花結果過程中，逐漸枯萎凋落，這會造成疏花機疏花絕對坐果率和相對坐果率較大幅度的降低。

2.4 作業效率

疏花疏果作業效率越高，梨園管理所產生的用工費用就會越低。每棵樹即使同齡同形，花量及果量也會不同。為了減小試驗誤差，試驗中對各組單棵試驗梨樹的疏花疏果作業時間分別進行記錄，求平均后列于表6。

表6 疏花疏果時間

疏花機疏花為后期的疏果節約大量的時間，相比人工疏果（第1組，對照組）總時間節約66.17%。人工疏花聯合人工定果（第2組）與人工疏果作業時間相當，為后期人工疏果節約少量的時間（10.45%），在所有疏花定果聯合作業方式中耗時最長。疏花器疏花提升了較高的作業效率，疏花時間為后期疏果時間的27.66%，相比于人工疏果總作業時間節約37.26%。同樣是疏除50%的花蕾，疏花機和疏花器疏花時間分別為人工疏花時間的1.9%（幾乎不占用時間）和36.39%。

2.5 果實產量及品質

在果樹豐產的前提下，果實產量及品質是評價果實生產管理好壞的重要考核指標，它直接關系到果農的生產收益。試驗中測量留果率（成熟果數量比上疏花前花蕾數）、單樹果實總產量、優質果平均單果質量、單樹優質果產量和果實糖度5個指標，結果列于表7。

表7 果實產量及品質

注：優質果標準為果形端正，果皮暗綠，果梗完整，果面無刺傷、劃傷、碰壓傷、磨傷、蟲傷，單果質量不小于350 g。

Note: The high quality fruit is defined as the shape correct, the peel dark green, the fruit stem intact, the fruit surface is free of stab, scratch, crush injury, ground injury, worm injury, and the mass of the single fruit is not less than 350 g.

梨樹疏花完成后，還需要人工優選定果，對照組為疏果定果同時完成。表7中最小留果率為13.01%（第4組），相比于表5中數值最小的32.31%疏花機絕對坐果率，還要低19.3個百分點，表明3個疏花試驗組（第2到4組）后期的人工優選定果環節，至少還有19.3個百分點的擇優疏果余地，所以果實產量及品質不受坐果率影響。留果率與單樹果實總產量、單樹優質果產量成正相關，與優質果平均單果質量、糖度呈負相關。試驗組各指標相互間差異不大，3組求平均后：留果率13.06%、單樹果實總產量29.07 kg、優質果平均單果質量388.7 g、單樹優質果產量25 kg、糖度13.1%，相比于對照組：留果率降低了0.21個百分點、單樹果實總產量降低了11.37%、優質果單果質量升高了6.58%、單樹優質果產量降低了8.59%、果實糖度升高了1.55%。對照組留果率、單樹果實總產量及單樹優質果產量較試驗組高，這是因為疏果期，梨樹葉子已成形，茂密的樹葉一定程度上遮擋了疏果人員的視線，造成部分花序疏果量低、留果率偏高，而試驗組幼果量相對只有約50%，受影響程度較小，留果率較對照組低。對照組優質果單果平均質量和糖度較試驗組低，這與果樹營養消耗有關：對照組果樹花期沒有疏花，大部分花蕾基本上都發育成幼果，并且后期人工疏果保留量又偏高，而3個試驗組約有50%的花蕾在果樹花期已被疏除，后期發育成幼果的花蕾數量比對照組的少，坐果期間節約了果實成長養分，使得果實個體營養充足，單果質量及糖度有所增加。在果實外觀完好的前提下，文獻[32]對各個品種的梨以質量進行分級，質量越大等級越高，對應的市場售價也就越高，對照組雖然單樹果實總產量及單樹優質果產量比試驗組高，但是其優質果平均單果質量及糖度比試驗組小，二者畝產收益高低還要根據果品具體的市場價格差額和產量差值而定。另外按照5 m×3 m的行株距計算，本試驗“Y”字棚架形梨園畝產在1 224.64與1 459.6 kg之間，與劉璐璐等[34]建議的翠冠高質單位面積產量一致。

3 結 論

1）介紹了前期設計的2種疏花裝置：三節臂機載式疏花機和手持式疏花器。疏花機采用拖拉機3點懸掛作業，機具寬度液壓缸0到0.5 m長度范圍內可調，疏花節臂空間位置多角度可調，疏花軸電機轉速0到300 r/min可調；手持式疏花器0.95到1.6 m長度范圍內伸縮可調，疏花軸電機轉速0到900 r/min可調。

2）測試了疏花機疏花軸在50、120、200和300 r/min轉速下，疏花距離為30、35和40 cm時疏花繩的擊打力度，確定疏花軸轉速作業范圍為不小于197.3 r/min。在拖拉機0.44 m/s牽引速度下測試疏花軸轉速在200、225、250、275和300 r/min時的花蕾保留率，確定50%花蕾保留率所需疏花軸轉速為254 r/min。

3）試驗對比了疏花機與人工定果、疏花器疏花與人工定果、人工疏花與定果、單一人工疏果4種作業方式，在“Y”字棚架形梨園中的花蕾保留率、坐果率、作業效率、果實產量及品質。2種裝置疏花質量與人工方式無明顯差異，疏花機作業穩定性較其他作業方式高；疏花機可降低梨樹絕對坐果率，雖然對幼果坐果有一定的影響，但是經過定果環節后不影響后期果實產量及品質；疏花機疏花效率在所有試驗組中最高，相比于人工疏果可節約66.17%的時間，適合機械化梨園大規模作業；疏花器作業效率僅次于疏花機，相比于純人工疏果作業時間節約37.26%，適用于中小規模梨園。

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Development and test of three arms tractor-mounted flower thinner

Lei Xiaohui1, Lv Xiaolan1※, Zhang Meina1, Li Xue1, Chang Youhong2, Andreas. Herbst3

(1.,,210014,; 2.,,210014,; 3.,38104,)

Thinning is one of the three labor-consuming sections (pruning, thinning and harvesting) in orchard management process. Chemical thinning, not only unstable but also reduces fruit safety, has been banned gradually in recent years. Pure artificial thinning, especially artificial fruit thinning, needs larger workload and higher labor cost, unsuitable seriously for the requirements of modern orchard planting. Two kinds of pear mechanical flower thinners were designed in the paper. They were three arms tractor-mounted flower thinner (TMFT) and hand-held flower thinner (HHFT), to alleviate the heavy labor pressure in the process of thinning and improve the efficiency of orchard operation. The width of TMFT was controlled by hydraulic cylinder that range from 1.2 to 1.7 m. TMFT rotation speed of thinning shaft that range from 0 to 300 r/min was controlled by electronic governor. The length of HHFT can change through adjusting the extension rod that range from 0.95 to 1.6 m. HHFT rotation speed of thinning shaft that range from 0 to 900 r/min was controlled by electronic governor too. ‘Y’ trellis ‘Cuiguan’ pear was taken as the research object in the paper. TMFT impact forces of thinning rope with different rotation speed of thinning shaft and thinning distance were measured in bench test, to find the working range of rotation speed. Field test setting 50% flower bud preserved rate (it is easier to thin flower buds than flowers) and 0.44 m/s tractor work speed, and the best rotation speed of thinning shaft was ensured: 254 r/min. Flower bud reserve rate, fruit set rate, work efficiency, fruit yield and quality of four kinds of operation methods were tested, which were TMFT combined with artificial fruit thinning, HHFT combined with artificial fruit thinning, artificial flower fruit thinning and artificial fruit thinning only. Twenty-four ‘Y’ trellis pear trees (6 a) with almost same size were selected for four operation methods. The canopies of each tree were divided into the upper middle lower three layers and five branches were selected as samples in each layer. In order to reduce the operation error, except the TMFT, the operation of each group was completed by two workers with experienced job skill. Field test show that three flower thinning methods can meet the requirement of 50% flower bud preserved rate, the coefficient of variation all less than 15%. There is no obvious difference between TMFT and artificial method in thinning quality and the stability of TMFT is the highest among test groups. Mechanical and artificial flower thinning can significantly reduce about 50% absolute fruit set rate. TMFT will damage the young fruits in a certain degree, but does not affect the yield and quality in the last. Work efficiency of TMFT was highest among flower thinning methods and 66.17% artificial fruit thinning time can be saved. TMFT has a higher requirement for pear orchard mechanization degree, suitable for large-scale mechanized pear orchard. Work efficiency of HHFT is second only to TMFT, 37.26% artificial fruit thinning time can be saved. HHFT is suitable for small and medium sized pear orchard. For fruit yield and quality, total and high quality fruit yield per tree of pure artificial fruit thinning group is higher 11.37% and 8.59% respectively than average values of three kinds of flower thinning group, but the average weight of high quality fruit and brix of sugar solids of is lower 6.58% and 1.55% respectively. The research is helpful to improve the working quality of flower thinner and provide reference for the mechanization management of pear orchard.

agricultural machinery; design; control; orchard; flower thinner; yield; quality

雷嘵暉，呂曉蘭，張美娜，李 雪，常有宏，Andreas. Herbst. 三節臂機載式疏花機的研制與試驗[J]. 農業工程學報，2019，35(24)：31－38. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.24.004 http://www.tcsae.org

Lei Xiaohui, Lv Xiaolan, Zhang Meina, Li Xue, Chang Youhong, Andreas. Herbst. Development and test of three arms tractor-mounted flower thinner[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(24): 31－38. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.24.004 http://www.tcsae.org

2019-08-07

2019-11-16

國家梨產業技術體系（CARS-28-19）；國家重點研發計劃（2018YFD0201400）；江蘇省農業自主創新資金項目（CX（18）1007）；江蘇省現代農機裝備與技術示范推廣項目（SJC20190001）

雷嘵暉，助理研究員，主要從事果園管理技術與裝備研究。Email：leixiaohui.2008@163.com

呂曉蘭，研究員，主要從事果園管理技術與裝備研究。Email：lxlanny@126.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.24.004

S237

A

1002-6819(2019)-24-0031-08