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　　浙江省青毛豆全程機(jī)械化研究及發(fā)展建議

青毛豆又叫鮮食大豆、菜用大豆等，原主產(chǎn)于東北地區(qū)，現(xiàn)已普及全國(guó)，主要種植地區(qū)為浙江、江蘇、福建、安徽、上海、廣東、山東和中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)。青毛豆富含不飽和脂肪酸、氨基酸、粗纖維、大豆異黃酮、大豆皂貳、大豆卵磷脂和蛋白抑制劑等物質(zhì)，具有一定的養(yǎng)生保健生理功效，隨著居民飲食越來(lái)越注重營(yíng)養(yǎng)，青毛豆備受青睞。我國(guó)青毛豆主要采摘鮮莢，經(jīng)加工處理，速凍冷藏后出口日本、歐美等國(guó)家。由于青毛豆生長(zhǎng)周期短，一年可種植兩季，產(chǎn)值較高，一般單產(chǎn)7.5～9 t/hm²，純利潤(rùn)可達(dá)1.2萬(wàn)～1.8萬(wàn)元/hm²，經(jīng)濟(jì)效益非常顯著，已逐漸成為我國(guó)出口創(chuàng)匯的主要蔬菜之一。青毛豆作為低海拔山區(qū)特色蔬菜，喜溫怕澇、適宜于夏季高溫的溫帶地區(qū)，十分適合浙江省種植。

1  國(guó)外青毛豆采摘機(jī)械現(xiàn)狀

日本、美國(guó)及一些歐洲國(guó)家對(duì)菜用大豆的機(jī)械化收獲有了一定的研究并已有相關(guān)的產(chǎn)品問(wèn)世。美國(guó)的青毛豆收獲機(jī)主要采用非切割，利用兩根旋轉(zhuǎn)軸使單株青毛豆從旋轉(zhuǎn)軸中間通過(guò)從而拍落豆莢的收獲方式，拍落方式主要有螺旋型和旋轉(zhuǎn)毛刷型兩類。

美國(guó)在20世紀(jì)50年代就研制成功了一種青毛豆收獲機(jī)。該收獲機(jī)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，1969年出現(xiàn)了一種結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單、可獨(dú)立進(jìn)行田間收獲的螺旋式青毛豆收獲機(jī)。

2000年美國(guó)內(nèi)布拉斯加大學(xué)生物系統(tǒng)工程學(xué)院C.Mesquita等人對(duì)青毛豆收獲機(jī)的收獲方式、結(jié)構(gòu)、收獲效率、破損率和能耗等進(jìn)行了比較全面的研究。2009年美國(guó)Rogerio Cruz Moreira 等人研制了一種可懸掛的旋轉(zhuǎn)毛刷型青毛豆收獲機(jī)。

日本研制的勇士牌菜用大豆收獲機(jī)采用滾筒彈齒式采摘裝置，其工作原理為旋轉(zhuǎn)采摘滾筒上的彈指將豆莢從莖桿上捋落，實(shí)現(xiàn)果實(shí)與莖稈的分離，然后豆莢被運(yùn)送至滾筒后方的傳輸帶，完成菜用大豆采摘過(guò)程。日本還有小型試驗(yàn)用菜用大豆摘莢機(jī)，采摘時(shí)對(duì)植株葉片損傷不大，采收率還不錯(cuò)，有風(fēng)力清選機(jī)構(gòu)。青毛豆聯(lián)合收獲機(jī)如圖1所示。

圖1  青毛豆聯(lián)合收獲機(jī)

2  國(guó)內(nèi)青毛豆采摘機(jī)械現(xiàn)狀

相比較發(fā)達(dá)國(guó)家而言，國(guó)內(nèi)青毛豆收獲機(jī)的發(fā)展起步較晚，目前，國(guó)內(nèi)對(duì)青毛豆機(jī)械化收獲的研究主要有青毛豆收割機(jī)和青毛豆脫莢機(jī)兩類，而青毛豆采收的執(zhí)行機(jī)構(gòu)都采用脫粒滾筒式。

2010年山東巨明機(jī)械有限公司研制了多功能自走式大豆聯(lián)合收獲機(jī)，該收獲機(jī)也可用于青毛豆的收獲。南通市春風(fēng)農(nóng)業(yè)機(jī)械制造有限公司研制的青毛豆聯(lián)合收割機(jī)，該收割機(jī)適用于在平原地帶進(jìn)行大面積的收獲作業(yè)。2015年關(guān)珊珊研制出一種青毛豆采摘機(jī)，該采摘機(jī)由履帶行走裝置、采摘裝置、上升輸送裝置、秸稈雜物自動(dòng)分離裝置和集料箱裝置組成。2010年武漢市黃陂區(qū)石門群山科研所研制了一種摘毛豆機(jī)，該收獲機(jī)包括機(jī)架、安裝在機(jī)架上的轉(zhuǎn)動(dòng)部分及其驅(qū)動(dòng)部分。

2012年華中農(nóng)業(yè)大學(xué)研制了一種青大豆脫莢分離機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)采用夾持喂入輥筒組合和豆莢剝離輥筒組合為主要工作部件，工作原理與前述摘毛豆機(jī)基本相同。

2016年李麗華等研制了一種青毛豆脫莢機(jī)，該機(jī)包括機(jī)體、夾持帶、壓帶裝置、脫莢滾筒和分選機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡(jiǎn)單、方便，毛豆脫莢迅速干凈。春風(fēng)牌青毛豆聯(lián)合收割機(jī)如圖2所示。

圖2 春風(fēng)牌青毛豆聯(lián)合收割機(jī)

3  浙江省青毛豆生產(chǎn)機(jī)械化現(xiàn)狀

近年來(lái)，浙江省青毛豆種植面積達(dá)7.33萬(wàn)hm2（110萬(wàn)畝），年產(chǎn)青毛豆夾在220萬(wàn)t以上。隨著種植面積的不斷擴(kuò)大，種植戶對(duì)青毛豆生產(chǎn)機(jī)械化要求也越來(lái)越迫切。

目前，青毛豆生產(chǎn)過(guò)程中的旋耕、播種、施肥和植保等環(huán)節(jié)機(jī)械化技術(shù)已經(jīng)基本成熟，采摘采用半機(jī)械化作業(yè)，即先依靠人工將青毛豆全株起收，集中到加工場(chǎng)所，再利用固定式豆莢分離機(jī)械將葉、稈、莢分離，勞動(dòng)力成本較大。

由此可見，浙江省青毛豆生產(chǎn)全程機(jī)械化生產(chǎn)的瓶頸主要是采摘環(huán)節(jié)，研制青毛豆收獲機(jī)代替人工摘豆莢已成為青毛豆產(chǎn)業(yè)當(dāng)務(wù)之急。青毛豆人工采摘和脫莢機(jī)如圖3所示。

a 人工采摘

b. 脫莢機(jī)

圖3 青毛豆人工采摘和脫莢機(jī)

2  工作原理

2.1  青毛豆聯(lián)合收獲機(jī)工作原理

采收作業(yè)時(shí)，聯(lián)合收獲機(jī)前端帶有斜度的深松刀將青毛豆植株的根系鏟松，收獲機(jī)開始行進(jìn)后，被鏟松的青毛豆植株被鏈條夾持拔起并隨鏈條運(yùn)動(dòng)向上輸送，輸送過(guò)程中振動(dòng)脫泥裝置將大豆植株根上的泥土除去，然后青毛豆植株根部被夾持鏈條輸送至脫莢裝置，脫下的青毛豆豆莢和莖稈、葉瓣等雜物一起進(jìn)入清選系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)風(fēng)力篩選，青毛豆豆莢進(jìn)入豆莢倉(cāng)，葉瓣莖稈等雜質(zhì)被風(fēng)機(jī)通過(guò)出料口吹到收獲機(jī)外還田，青毛豆豆莢則通過(guò)螺旋輸送機(jī)裝袋，摘除豆莢后的青毛豆秸稈從另一邊出口輸出，經(jīng)秸稈粉碎機(jī)粉碎后拋撒還田。

2.2  青毛豆剝殼機(jī)工作原理

青毛豆剝殼機(jī)主要有軋輥式和割刀式兩種。割刀式青毛豆剝殼機(jī)來(lái)源于20世紀(jì)80年代日本引進(jìn)機(jī)型，存在機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不易維修和價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)。目前市場(chǎng)主流產(chǎn)品為軋輥式毛豆剝殼機(jī)。

軋輥式毛豆剝殼機(jī)主要由進(jìn)料斗、機(jī)架、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、導(dǎo)料板、軋輥和引導(dǎo)板組成，將毛豆莢放入儲(chǔ)料斗中，電機(jī)帶動(dòng)偏心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，偏心軸在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生劇烈震動(dòng)，使豆莢均勻地分散在橡膠傳輸帶上，橡膠傳輸帶把豆莢送到導(dǎo)料板，然后滑落到兩根軋輥之間。

兩根軋輥保持一定的間隙且反向旋轉(zhuǎn)，使豆莢被軋輥夾持并擠壓，使豆粒從豆殼中脫出，同時(shí)豆殼被軋輥卷入，使豆粒和豆殼分離。豆粒經(jīng)過(guò)波浪形分離引導(dǎo)板導(dǎo)入豆倉(cāng)中，豆殼篩分后進(jìn)入豆殼收集倉(cāng)中。

軋輥式毛豆剝殼機(jī)關(guān)鍵技術(shù)在于通過(guò)軋輥對(duì)豆粒擠壓，使豆粒從豆殼中脫出。其中，反向旋轉(zhuǎn)的一對(duì)軋輥為剝殼機(jī)的核心裝置，其設(shè)計(jì)采用人工剝毛豆時(shí)的擠壓動(dòng)作仿生原理，毛豆豆莢為扁長(zhǎng)條狀，中間厚，兩頭扁平，籽粒在殼內(nèi)縱向排列，籽粒間有一定間隙，受外力擠壓時(shí)會(huì)移動(dòng)；豆莢外殼比較柔韌，兩片豆殼結(jié)合處破壞應(yīng)力較小，當(dāng)被施加外力時(shí)，籽?？梢詮膬啥箽そY(jié)合處輕松脫出。當(dāng)長(zhǎng)條狀毛豆莢經(jīng)送料裝置縱向輸送到雙軋輥時(shí)，豆莢扁平的一端首先被反向轉(zhuǎn)動(dòng)的軋輥夾持，軋輥轉(zhuǎn)動(dòng)，豆莢通過(guò)軋輥向前移動(dòng)。

由于兩軋輥設(shè)定合適的間隙，豆莢中間厚鼓部分難以通過(guò)，莢中籽粒受到軋輥的擠壓，與莢殼產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，向后移動(dòng)的籽粒將莢殼撐開，脫離豆殼，實(shí)現(xiàn)剝殼脫粒。

3  青毛豆生產(chǎn)機(jī)械化存在的問(wèn)題

目前國(guó)內(nèi)普遍采用的“人工采收+青毛豆脫莢機(jī)脫莢”半機(jī)械化模式需要先將青毛豆收割再進(jìn)行脫莢，收獲步驟繁瑣，收獲效率低，在搬運(yùn)過(guò)程中易造成豆莢損失，降低人工成本效果不顯著。

近年來(lái)，浙江省慈溪、上虞等地先后花費(fèi)巨資從法國(guó)、日本引進(jìn)了大型青毛豆收獲機(jī)，為浙江省青毛豆的生產(chǎn)全程機(jī)械化試驗(yàn)與示范進(jìn)行了有益的探索。

然而，此類收獲機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大、消耗功率大，只能在大面積農(nóng)場(chǎng)中使用，不適合浙江省大部分中小面積農(nóng)田和拱棚內(nèi)作業(yè)，而且購(gòu)置價(jià)格和使用費(fèi)用都很高，不符合我國(guó)的農(nóng)機(jī)消費(fèi)國(guó)情。

我國(guó)青毛豆機(jī)械化收獲技術(shù)還處于初步研究階段，國(guó)內(nèi)一些事業(yè)單位和企業(yè)針對(duì)我國(guó)青毛豆收獲機(jī)械市場(chǎng)空缺的現(xiàn)狀，研發(fā)了一些青毛豆收獲機(jī)，有臺(tái)式和自走式兩種機(jī)型。

但相對(duì)而言，存在效率低、采摘不干凈、破損率高、含雜率高和智能程度較低等問(wèn)題，而且研究都不夠深入，缺乏理論分析，大多停留在樣機(jī)的水平上，市場(chǎng)上也沒(méi)有成熟的機(jī)型。

針對(duì)市場(chǎng)青毛豆收獲機(jī)普遍存在豆莢采摘不干凈、損失量大、雜質(zhì)過(guò)多、種子次級(jí)豆莢太多、豆莢機(jī)械性損傷嚴(yán)重等問(wèn)題，南方丘陵山地青毛豆專業(yè)種植戶急需一種機(jī)型較小且適合當(dāng)?shù)靥攸c(diǎn)的青毛豆聯(lián)合收獲機(jī)。

4  對(duì)策及建議

4.1  設(shè)立小型青毛豆聯(lián)合收獲機(jī)重大專項(xiàng)

建議設(shè)立小型青毛豆聯(lián)合收獲機(jī)重大專項(xiàng)，組織攻關(guān)團(tuán)隊(duì)研制并推廣適合南方丘陵山地使用的小型青毛豆聯(lián)合收獲機(jī)，從青毛豆秸稈、豆莢和豆葉的物理機(jī)械特性入手，重點(diǎn)突破履帶底盤、采摘機(jī)構(gòu)、清選機(jī)構(gòu)、遠(yuǎn)程遙控等關(guān)鍵技術(shù)，提高收獲效率和摘凈率、降低破損率和含雜率、提高機(jī)械化水平。

4.2  實(shí)行農(nóng)機(jī)農(nóng)藝的有機(jī)結(jié)合

實(shí)現(xiàn)青毛豆采摘的全機(jī)械化作業(yè)，還必須實(shí)行農(nóng)機(jī)、農(nóng)藝的有機(jī)結(jié)合。包括平整土地，便于農(nóng)機(jī)入田作業(yè);選擇合適的品種，控制青毛豆的株型、成熟期;確定合適的行距，實(shí)行機(jī)械播種、起壟，以適應(yīng)采摘機(jī)械的作業(yè)要求等等。

4.3  建立青毛豆初深加工基地，延長(zhǎng)產(chǎn)業(yè)鏈

依托新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)主體，擴(kuò)大青毛豆經(jīng)營(yíng)規(guī)模青毛豆種植規(guī)模擴(kuò)大后，如不能解決產(chǎn)品儲(chǔ)存、加工、銷售問(wèn)題，則有可能陷入“豆踐傷農(nóng)”的困局，使種植者蒙受損失。要大力扶持青毛豆初、深加工企業(yè)，為大批量收購(gòu)、儲(chǔ)存、加工青毛豆建立穩(wěn)固的基地。

4.4  培育優(yōu)質(zhì)品牌

政府要引導(dǎo)從事青毛豆生產(chǎn)的農(nóng)業(yè)龍頭企業(yè)、農(nóng)業(yè)合作社，要加大商標(biāo)培育力度，爭(zhēng)創(chuàng)知名、馳名商標(biāo)，打響產(chǎn)品品牌。政府要積極申請(qǐng)國(guó)家地理標(biāo)志，挖掘青毛豆所隱含的種源特色和人文歷史，提高市場(chǎng)美譽(yù)度。

5  經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益

盡快突破浙江省青毛豆生產(chǎn)全程機(jī)械化生產(chǎn)的瓶頸，研制并推廣適合南方丘陵山地豆農(nóng)使用的小型青毛豆聯(lián)合收獲機(jī)，填補(bǔ)農(nóng)副產(chǎn)品加工機(jī)械在這一領(lǐng)域的空白，實(shí)現(xiàn)了青毛豆生產(chǎn)全程機(jī)械化，具有以下幾點(diǎn)顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

5.1  緩解了季節(jié)性用工矛盾

在青毛豆的最佳采摘期采摘，往往花錢都雇不到人，青毛豆生產(chǎn)全程機(jī)械化的實(shí)施，大大減輕了人工勞動(dòng)強(qiáng)度，調(diào)動(dòng)了農(nóng)民種植青毛豆的積極性，還能培育一批掌握先進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械操作技術(shù)的新型農(nóng)民。

5.2帶動(dòng)了青毛豆機(jī)械化生產(chǎn)水平的提升

政府大力促進(jìn)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域“機(jī)器換人”，青毛豆產(chǎn)業(yè)正處于新舊生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)換的“風(fēng)口浪尖”，農(nóng)業(yè)科技工作者必須責(zé)無(wú)旁貸，解決這一技術(shù)難題，為高效農(nóng)業(yè)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

5.3 節(jié)約成本增加效益

據(jù)統(tǒng)計(jì)，人工采摘青毛豆要112.5工/hm²，采用機(jī)械化收獲最多只需7.5工/hm²，節(jié)約人工約105工/hm²，勞動(dòng)生產(chǎn)率可提升14倍，綜合人工采摘與機(jī)械化收獲作業(yè)、青毛豆產(chǎn)量及銷售價(jià)格比較，在解放勞動(dòng)力、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的同時(shí)，節(jié)本增效約2700元/hm²左右。

5.4 促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展

機(jī)械化收獲后將青毛豆秸稈可以做到直接粉碎還田，既避免了秸稈焚燒帶來(lái)的環(huán)境污染，又改善了土壤結(jié)構(gòu)，增肥地力，符合農(nóng)產(chǎn)品廢棄物資源化利用的方向。