溫室作業車發展現狀及展望

鄭 剛（北京中農富通園藝有限公司，北京 100018）

現代玻璃連棟溫室生產作業繁瑣，包括移栽、定植、中期管理、采收等工作，人工成本高，影響溫室整體效益。目前市場上大多“荷蘭模式”的操作設備比較成熟，而針對國內溫室機械化生產設備還缺少相對成熟的產品。隨著溫室內部空間越來越大，番茄、黃瓜、彩椒等作物高度大約都在3～3.5 m，人工作業的時候需要爬高對作物進行落蔓、抹杈、疏花疏果等作業。溫室作業車可以方便人工操作，提高生產效率。為保證溫室高效生產，提高生產效率，降低運營成本，溫室作業車必將是溫室發展中重要的配套溫室設施設備之一[1]。本文主要介紹了國內外各種溫室作業車的結構、原理和方法，分析了溫室內作業車的發展現狀，并提出了相關發展建議。

國外溫室操作設備發展現狀

國外對溫室內作業車的研究比較早，20世紀中后期荷蘭、西班牙、日本等國家就已經開始研發溫室內操作設備。隨著科技及制造業的高速發展，溫室內操作設備也在向著集成化、自動化、智能化的方向進行研究開發。荷蘭、以色列等設施農業發達的國家已經有適用于本國的作業設備。

荷蘭的溫室內作業車主要是電動軌道作業車（圖1），這種產品經過荷蘭幾十年的研究和發展，已經成熟，電動軌道作業車顯著的特點是依靠地面上的加溫管作為行走的軌道，主要組成包括原動部分、傳動部分、工作部分、液壓系統和控制系統，底盤是整個系統的主要部件，底盤上具有兩套行走輪，一套是針對混凝土地面上進行轉向、換行等，另一套輪則是針對在軌道上行走而獨特設計的，可以在軌道上平穩的進行前進后退動作，速度也可以人工調節。底盤上連接的是舉升系統，主要采用剪叉液壓升降的方式，液壓的精度較高，隨時調控，承壓較大，抬升高度可以滿足采摘工作需要，而且合理利用了空間。舉升系統是為了把工作平臺通過液壓舉升的方式平緩的升起，使操作人員站在工作平臺內安全的進行作業，工作平臺的設計也非常人性化，不僅具有防護欄，而且操作面板固定在平臺上，更方便工作人員進行操作（表1）。

圖1 荷蘭溫室電動軌道作業車

表1 荷蘭溫室電動軌道作業車技術規格

有一種用于在沒有管道軌道系統的溫室中進行所有日常農作物活動的作業車，產品名稱為EasyTrack（圖2）。EasyTrack 是一種帶有電動方向盤的充氣輪胎作業車，相比機械轉向而言，這種電動轉向可以減輕操作工人的負擔。相比較電動軌道作業車采用的液壓升降模式，手推作業車采用的是貨架結構，這種結構更加簡單，維護方便，大大降低成本。工作平臺寬敞，圍欄和平臺形成一個保護單元，從而保證操作工人的安全，還可以通過簡單的調整將平臺固定在需要的高度，連接牢固。EasyTrack 非常容易操作，無論是在平坦的土壤上還是在混凝土路面上，都可以借助可轉向的充氣輪胎車輪輕松移動手推車（表2）。

圖2 荷蘭溫室EasyTrack作業車

表2 荷蘭溫室EasyTrack作業車技術規格

還有一種與EasyTrack類似，只不過是底盤下的行駛輪的形式改變了，它的行走輪結構和電動軌道作業車類似，但是又不完全相同，電動軌道作業車使用的是兩組輪系機構，一組為四個萬向輪，另一組為四個仿形軌道輪。這種作業車將上述兩種結合，底盤只有兩個萬向輪，通過安裝的高度不同，使得作業車可以滿足同時在軌道和混凝土地面上行走，而且作業平臺使用的是這種可以手動調節高度的作業平臺，平臺的兩端都可以進入，上下兩個平臺都有控制腳踏板，可以滿足兩人同時在軌道上從事高度不同的作業（圖3）。

圖3 荷蘭溫室簡便式作業車

西班牙模式與荷蘭不同，設施投入相對較低，作業車設計也不同，但是原理、功能上相似（圖4）。作業車帶有可拆卸平臺系統，可通過支架的間隙進入平臺內部，更安全、更舒適、更高效、市場上獨一無二，其獨特的設計使其能夠在高處執行日常工作任務，獲得機器的最大穩定性和控制，因為其大直徑車輪保證在任何類型的地形上工作，包括沙質土壤，但行距較寬，降低了種植密度。作業車的整體采用鋼型材設計和制造，在使用時更堅固、輕便。轉向設計也非常特別，可以在操作平臺上進行轉向工作。此外，該作業車還具有后輪驅動和制動器，可以手動解鎖和移動，不需要爬上爬下來操作（表4）。

表4 西班牙溫室作業車技術規格

意大利溫室內作業車則將大直徑充氣輪胎和液壓舉升系統相結合，也是方便在土壤地面或者是沙地上行走（圖5）。俄羅斯由于氣候天氣條件比較寒冷，溫室大多還是和荷蘭的一樣，所以大多也是這種電動軌道作業車（圖6）。韓國工業技術評估研究所（KITECH）也是為了解決韓國農民老齡化的問題，減少體力勞動，研發了可以連接到無線網路的自動化溫室作業車（圖7）。

圖6 俄羅斯溫室電動軌道作業車

圖7 韓國溫室電動軌道作業車

國內溫室操作設備的發展現狀

目前國內的溫室作業車，除了玻璃連棟溫室采用的和荷蘭一樣的電動軌道作業車，日光溫室和連棟冷棚中缺乏很多機械化的作業車，2016年北京京鵬環球科技股份有限公司的卓杰強等[2]設計了一款無軌電動采摘車，該設備主要由行走轉移底盤、液壓升降機構、工作平臺、液壓舉升及控制部分等構成，大體與荷蘭的類似，也是電驅動，以蓄電池為動力源，液壓馬達驅動，剎車制動器制動，無軌道電動采摘車不僅解決了溫室作業通道狹窄的難題，而且可用于高架作物的整枝、授粉等農事作業。勞動效率高、體積小、振動和噪音低，可以實現無軌道采摘作業，試驗證明相對人工作業，效率可提高6～7倍，適合大規模推廣（圖8）。

圖8 北京京鵬溫室電動軌道作業車結構圖

2017年沈陽農業大學工程學院的田素博等人[3]設計的溫室多功能軌道作業車由行走系統、動力系統、升降系統、載人工作臺和控制系統等組成（圖9）。它以鉛鋅蓄電池為能源，通過電機帶動鏈輪從而驅動行走輪前進或者后退，升降系統由液壓站和剪叉機構組成，液壓站為液壓缸泵油，驅動剪叉升降機構實現工作臺的上升下降。為了方便作業車在溫室內進行換行作業，他們為作業車設計了兩套行走輪，稱為“橫向行走輪”和“縱向行走輪”。相比較國外的作業車，他們設計的溫室多功能軌道作業車的外形尺寸更加小巧，一定程度上降低了溫室作業車的重心，使作業車在工作時更加安全穩定。

圖9 沈陽農業大學溫室電動軌道作業車結構圖

2011年中國農業大學徐麗明等[4]研發的溫室多功能作業車則根據溫室蔬菜種植的特點，設計四個可以自主驅動的行走輪，利用單片機技術實現對作業車進行控制。作業車可以安裝不同的農機具，實現耕種、起壟、鋪膜、秧苗移栽、噴藥、收獲等。針對的主要溫室作物為生菜、芹菜、韭菜、小油菜等較低矮作物。該機構最重要的設計是車輪系和減速系統，車輪可以實現空間上360°的轉向，減少在溫室中低頭轉向的空間，實現前后左右的移動和各個方向的平動（圖10）。

圖10 中國農業大學溫室電動軌道作業車結構圖

國內溫室作業車存在問題

投入高 產出少

目前國內大部分連棟溫室采用的是荷蘭進口的電動軌道作業車，不僅進口設備成本太高，而且國內蔬菜價格和產量難以和荷蘭相比較，設施蔬菜的生產難以實現高收益。當然，隨著大型玻璃連棟溫室在國內的發展，一些國內企業也研發了自己的電動軌道作業車來滿足國內市場需求，雖然從價格上成本降低了不少，但從設備使用的實際情況來看，相比進口產品的穩定性還是有些差距。

機械化程度低

中國的主要種植設施以塑料大棚、日光溫室和連棟溫室為主，大型的玻璃連棟溫室中的機械設備可以直接學習荷蘭的模式，而針對日光溫室、塑料大棚等，由于溫室設施結構和種植模式等因素，限制了作業設備的作業條件，進而影響了設施種植裝備的機械化發展水平。農業農村部提出到2025年設施種植機械化水平總體達到50%以上，這就需要推進農機農藝融合，加快設施裝備與設施專用品種和綠色高效栽培技術集成配套，完善技術裝備和社會化服務體系，推動設施種植機械化全程全面高質高效發展。

不適合國內設施生產

目前大部分連棟溫室電動軌道作業車都是依靠地面加溫管道作為行走的軌道，不僅可以起到對溫室的加溫作用，還可以作為作業車的軌道來使用。但是作業車都是根據歐洲人體征特點來設計的，直接引進國內使用存在體積大、質量重等問題，而國內溫室中操作人員多為婦女，相對比較吃力，如果放在日光溫室當中使用，不僅相對配置要好，成本高。如果溫室不按一定規模建設，根據現在溫室發展情況來講推廣難度比較大。

國內溫室作業車發展方向

農機農藝融合

推廣適宜不同地區的標準化溫室設施結構與建造的標準，明確滿足作業車作業條件的空間結構、出入口、內部通道等方面尺度，提出符合需要和安全生產的規范。加快老舊種植設施的宜機化改造，依照作業車通行和室內作業條件，優化種植空間布局，創新宜機化種植模式，滿足設備運轉、通行作業需求。根據種植模式優化設計作業車，從而滿足中國溫室生產需求。

低成本 易操作

由于國內大多的設施運營生產還是以家庭為單位，如日光溫室本身設施投資較低，很多人還是不愿意在設備上投入更多，但是隨著人口老齡化和人工費用的加劇，很多人也開始接受“以機換人”，設備高效、簡單實用，成本低，易操作，同時免除高空摘果的危險性，具有更良好的市場前景和應用價值[5]。

自動化 智能化

加快信息化和機械化融合，降低生產成本，提升設施種植機械化、自動化、智能化水平。不斷加大科技攻關力度，重點突破設施種植裝備專用傳感器、自動作業、精準作業和智能運維管理等關鍵技術裝備，通過研制嫁接、授粉、巡檢、采收等農業機器人等，實現信息在線感知、精細生產管控、高效運維管理。

總結

溫室作業車是保障國內設施溫室高效生產的重要支撐，隨著現代設施農業發展的快速推進，依靠人工進行溫室內作業不能滿足現代設施農業的發展需求。根據中國溫室的結構特點及市場需求，研發適合中國溫室的作業車是現階段的設施配套設備生產企業的發展方向之一。