刘东　肖宏儒　金月

摘要：我国是蔬菜生产大国，但目前对于叶类蔬菜的收获主要还是依赖于人工收获，这就大大影响了叶类蔬菜收获的效率，随着我国城镇化进程的加快，农业劳动力资源急剧短缺，叶类蔬菜的收获作为传统劳动密集型产业，收获机械短缺已严重制约了我国新型高效蔬菜产业的发展。叶类蔬菜有序收获机械的目的是为了实现有序切割、有序输送及有序收集，从而大大提高效率，节约劳动力，降低成本。为此，针对国内外叶类蔬菜有序收获机械进行综述，分析发展趋势，指出存在的问题，并据此提出未来的研究方向。

关键词：叶类蔬菜;有序收获;机械化

中图分类号：S225.92   文献标志码： A  文章编号：1002-1302（2019）03-0027-05

我国有着几千年的悠久农业发展史，蔬菜一直是中国人饮食当中不可或缺的食材，并且蔬菜产业一直以来都是我国农业农村经济的重要支柱产业，关乎农民钱袋子和城镇居民菜篮子。但我国蔬菜的收获机械化水平极低，目前依然沿袭传统的手工采收，严重制约了其规模发展。近年来，随着设施蔬菜生产技术、蔬菜移栽、灌溉和植保技术的逐渐成熟和广泛应用，蔬菜种植面积和产量逐年增加。据统计，2015年我国的蔬菜种植面积超过2亿hm2，蔬菜产量达7亿t[1-3]，比狭义的粮食产量（指禾本科作物，主要包括稻、麦、糜等）还多。作业过程当中，收获作业约占整个作业量的40%，但是目前蔬菜机械化水平却只有20%，相对于粮食的机械化水平严重滞后，与其相应的地位严重不符。因此，对蔬菜收获过程实现机械化的要求越来越迫切[4-9]。

由于蔬菜品种繁多，蔬菜的机械化收获也要根据其种类采取不同的办法来完成，根据收获部位不同，蔬菜收获机一般可分为叶类蔬菜收获机、根菜类蔬菜收获机、果菜类蔬菜收获机。就叶类蔬菜收获机而言，一般主要包括分禾装置、切割装置、输送装置等，其中分禾装置扶持茎秆，切割器进行切割，输送装置将切下的叶菜送往料箱。按收获后蔬菜的堆放方式，蔬菜收获机又可分为无序收获机和有序收获机，其中有序收获后的蔬菜品相好，且有序收获又能节省对收获后的蔬菜进行二次整理所需的劳动力，相较于无序收获机更具有研发价值。但目前国内研制的蔬菜有序收获机还存在着蔬菜损伤率较大、收获效率低下以及实用性和适用性较差等问题，因此并未得到大面积的推广使用[9-14]。

针对叶类蔬菜需求增长和人工生产效率低下的现状，分析国内外叶类蔬菜有序收获机械化的研究现状及存在问题，创造性提出叶类蔬菜有序收获未来的研究方向，对改善我国现有蔬菜有序收获机械的不足及我国蔬菜产业的发展都具有重要意义。

1 叶类蔬菜有序收获机械的特点

1.1 作业环境的非结构性

叶类蔬菜的生长环境复杂，我国蔬菜种植情况总体上仍处于小规模、零散分布的状态，要求作业机械要面对各类不同的作业环境，对于露天生长的蔬菜来说，还要考虑恶劣的天气影响、田间环境等一系列的因素。随着设施农业在我国的快速发展，蔬菜收获机械的设计研究还须要考虑大棚内狭小的作业空间和特殊环境。

1.2 作业对象的非标准性

叶类蔬菜品种众多，不同品种蔬菜往往具有不同的几何形态和物理特点，即便是同品种的蔬菜生长也有一定的随机性，在受到土壤、天气、肥料等多种因素的影响下，长成之后的蔬菜也往往具有不同的形态，且叶类蔬菜的食用部分是叶片，叶片具有柔软易碎的物理特点，同时多数叶类蔬菜还须要实现有序收获，以便进一步提高收获效率，降低劳动强度。这就要求在进行叶类蔬菜有序收获机械的设计和研发的过程中，要考虑到蔬菜的特殊物理特性和几何形态，从而设计出适用性较强的蔬菜有序收获机械。

1.3 收获作业的特殊性

叶类蔬菜生长周期较短，对于采收成熟期一致或用于食品加工的叶类蔬菜来说，为了能够提高收获效率，一般多采用一次性收获作业的方式收获蔬菜，但不同于小麦、水稻等农作物，叶类蔬菜具有柔软易碎的物理特性，收获过程中，易造成较大程度上的损失率和损伤率，再加上叶类蔬菜复杂的生长环境，因此就对作业机械的设计和研发提出了更高的要求。

1.4 叶类蔬菜有序收获机械的专用性

不同品种的叶类蔬菜往往具有不同的几何形态和物理特性，就需要不同的作业机械收获，因此目前设计的叶类蔬菜收获机械专用性很強，通用性较差，这就大大增加了成本，阻碍了叶类蔬菜收获机械的推广和普及。因此，在设计研发叶类蔬菜有序收获机械时，应当考虑这方面的因素，开发某些大面积种植的蔬菜收获机械，通过更换割台或部分零件就能实现不同品种蔬菜收获的机械，从而提高作业机械通用性[15-18]。

2 叶类蔬菜有序收获机械的国内外研究现状

国外对蔬菜机械化收获的研究起步较早，技术也较为成熟，但与水稻、小麦等机械化水平相比，叶类蔬菜的机械化水平仍然相对偏低。据统计，美国用于加工的果蔬菜约60%釆用机械化收获，而其中用于直接食用的鲜用果蔬菜的机械化收获只有小部分。目前，国外的科研机构正在加快蔬菜机械化收获方面的研究开发。

2.1 国外研究现状

2.1.1 SLIDE TW型叶菜收获机 在叶类蔬菜收获机械中，以意大利HORTECH公司研制的SLIDE TW型叶菜收获机为例，SLIDE TW型叶菜收获机采用环状带刀的切割方式，传动方式选用电机或液压马达，结构简单且能实现作业速度的连续可调（图1）。SLIDE TW型叶菜收获机可以实现叶类蔬菜的有序收获，主要工作过程和原理如下：在整机前进过程当中，扶禾装置能实现叶类蔬菜的分行收获，分禾器将蔬菜植株扶起并拢入分禾器内部;环状带刀将被夹持的蔬菜植株进行切割;机具前进，波纹状夹持带完成将切割后的蔬菜进行柔性夹持的输送过程，波纹状夹持带的夹持力能保证蔬菜植株的立式输送;叶类蔬菜被输送至作业机器上端由人工进行捆扎。SLIDE TW型叶菜收获机能够实现叶类蔬菜收获过程中对蔬菜收获的有序切割、有序输送及有序收集，实现了叶类蔬菜的有序收获，缺点是结构复杂，仅适用于茎秆类蔬菜或大棵青菜，不利于机具推广[19]。

2.1.2 MT-200型叶菜收获机 韩国播蓝特蔬菜公司研制的MT-200叶菜类小型收割收获机，整机质量为140 kg，小巧轻便，收割高度可调（图2），收割作物高度范围为3～20 cm，工作效率可达到667 m2/h（实测40 kg/min），相比于人工收获，大大提高了收获效率，节约了劳动力。具体工作过程为MT-200型叶菜收获机在行进过程中将蔬菜植株切割，收割过程为电机驱动，驱动电机型号为DC24V，60 W割刀采用往复式，上下2片割刀左右交错完成割断过程，行进过程为电机驱动，驱动电机型号为DC24V，300 W，行进作业速度分为3档，可进行调整;割后的蔬菜被后面蔬菜的推挤作用力及传送带和蔬菜间的摩擦力推送到传送带上实现蔬菜的输送过程，输送过程采用电机驱动，驱动电机型号为DC24V，90 W;由于收割过程持续，蔬菜被不断推挤而不会出现倒伏情况，割后的蔬菜被输送至作业机器上端的转向装置进行回旋转动式收集，收集电机型号为DC24V，15 W。该机具具有结构简单、小巧轻便、工作效率高、适应性广等特点，缺点是不能实现有序收获过程。

2.1.3 卷心菜收获机 美国在很早便意识到叶类蔬菜机械化收获的重要性，约10年前，2所大学开始合作研究一次性收获工艺收获机械，并在近几年取得重要突破。俄亥俄州的马彻-韦尔德制造公司率先开始出售了金-科尔食用卷心菜收获机。该收获机分为单行和双行2种类型，型号分别为 PT-K-1、PT-K-2，二者都是牵引式。相比于人工收获卷心菜，收获机的出现大大提高了收获效率，PT-K-1为单行收获机，工作效率为40～60 t/d，PT-K-2为双行收获机，工作效率为50～120 t/d以上。其中PT-K-1型收获机长 4.3 m，宽2.0 m，总质量约为1 260 kg（包括升运器），工作行距为0.6 m以上，而2行收获机的工作行距为0.76 m以上。

该公司出售的卷心菜收获机由2根螺旋搅龙拔出卷心菜并由沿着搅龙移动的限位输送带的作用完成输送过程，在输送过程中，2片回转式圆板型割刀切除卷心菜的根部及其外叶，切割装置由液压马达驱动，机具上装有鼓风机能对切除下来的外叶进行去除，最后由升运装置将卷心菜输送上车。该机型目前已得到广泛应用，除了俄亥俄州的马彻-韦尔德制造公司，包括纽约的卡斯尔收获机公司和伊曼纽尔-博耶公司在内的2家大型农机具制造公司以及同在俄亥俄州的洛机器公司都在出售该种型号的收获机。

欧洲也很早便开始了对叶类蔬菜收获机械的研究开发，同样以卷心菜收获机为例，德国的海因里希布莱因罗特农机制造公司出售农夫收获机，荷兰的多凯克斯公司出售一款名为多凯克斯收获机的类似机具。

与金-科尔食用卷心菜收获机原理相似，农夫收获机同样由导引的2根螺旋搅龙拔出卷心菜，不同的是农夫收获机是由带锯切断卷心菜的根部及其外叶，最后由螺旋输送器进行横向输送至升运器完成输送过程，并在输送过程中完成外叶的去除与分离。农夫收获机采用一次性收获，由 25.725 kW 以上的拖拉机牵引，工作过程中，需要包括拖拉机驾驶员、清选人员、负责装菜人员在内的共计3人，工作效率约为收获 1 hm2/d。

荷兰的多凯克斯收获机的收获机构是由2片圆盘对卷心菜的位置控制和夹入起到辅助作用，再由波形皮带夹着卷心菜进行输送，波形皮带由1组实心轴驱动，输送装置末端装有回转锯对卷心菜根部及其外叶进行切断，最后卷心菜通过外叶分离装置输送到装菜车上。

除了上述介绍的几种蔬菜收获机，国外已经研制了多种其他种类蔬菜的收获机械。如由加里福尼亚的Nu-Way收获机公司以及歐洲的德国海因里希-威廉农业机械制造厂等公司出售的菠菜收获机在马里兰州已经得到广泛应用，美国有龙须菜、食荚菜豆等收获机，日本川崎公司研发的风送型叶菜收获机以及德国的菜花收获机[20-28]。

2.2 国内研究现状

2.2.1 金花菜收获机 现阶段国内对叶类蔬菜收获机械的研发尚处于起步阶段，蔬菜的收获过程仍然以人工收获为主。江苏大学和镇江市农业机械技术推广站使用TA-XT2i新型质地物性测试仪对金花菜包括拉断力、拉应力、剪切力和剪应力在内的一系列力学特性进行试验研究，研制出了金花菜收获机（图3），能够实现对金花菜的机械化收获过程[29-31]。该机具的作业过程为机具行进过程中，往复式双动割刀完成对金花菜的切割，切割动力采用直流电源电机驱动，收割高度可调;考虑到金花菜体积小、单个质量较轻，因此采用风力输送来完成金花菜的收集过程，通过控制手柄对发动机转速和风机转速进行控制，将收集袋挂在机架上，收割后的金花菜被风力吹入收集袋中完成收割过程。通过样机试验，该机具能顺利实现金花菜的收获过程，生产率可达到960 kg/h，收割后的畦面相比于人工收割更加平整，有利于后期的采收。该机具的缺点是对作业土地的适应性较差，风力收集无法实现金花菜的有序收获[32-34]。

2.2.2 芦蒿收获机 由南京农业部农业机械化研究所与盐城市盐海拖拉机制造有限公司合作研发的芦蒿收获机（图4），实现了芦蒿的机械化收获，该作业机具割幅宽为1 m，可完成芦蒿高度在30～80 cm范围内的收获作业且割茬齐整，比人工收获的效率提高了8～10倍，大大降低了劳动强度，该机型结构小巧简单，适用性较强[35]，稍加改装便可实现对青菜、菠菜等叶类蔬菜的收获。

目前，国内叶类蔬菜的无序收获机技术相对来说已经较为成熟，除了上述介绍的2款无序收获机外，还包括由南通富来威农业装备有限公司研制，主要针对青菜、韭菜、菠菜等叶类蔬菜的一款通用标准化收获机，该机具可以实现多种叶类蔬菜的机械化收获，但无法实现有序化收获过程;南京农业部农业机械化研究所研制的一款通用叶类蔬菜无序收获机，适用于青菜、菠菜、鸡毛菜等多种叶类蔬菜（图 5），采用电机驱动，往复型动刀完成切割过程，通过传送带完成输送过程，蔬菜输送至作业机具顶部落入收集框内，能高效率地实现叶类蔬菜的无序收获。