巴旦木收获机械的研究现状

袁民+刘井文+袁盼盼+闫朝+沈涵玉

摘要：目前国内巴旦木采收完全依靠人工，实现机械化采收对于提高巴旦木收获效率和促进种植效益具有重要意义。概述国内外巴旦木收获现状，详细介绍不同林果收获机械采用的方式及研究情况，以期为巴旦木机械化收获今后的研究提供参考。

关键词：农业机械；收获；巴旦木；振摇式结构

中图分类号：S225.93 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2016）10-0045-03

巴旦木（Amygdalus Communis L）又称扁桃或美国大杏仁，属蔷薇科、李亚科、桃属、扁桃亚属落叶乔木或小灌木。巴旦木是营养价值最好的坚果，具有很强的抗氧化功能，被誉为“干果之王”“西域珍品”“世界四大坚果之首”，产品远销国内大中城市及巴基斯坦、吉尔吉斯斯坦等周边中亚国家，具有一定市场知名度，深受消费者喜爱[1-3]。

巴旦木树高5～8 m，树冠圆头形成圆锥形。其种植模式主要有园式和间作式，栽植过密会导致生长不良、结果很少。根据当地情况，可选用3 m×5 m，4 m×4 m，4 m×5 m或4 m×6 m等方式，即栽27～44

株/667 m2。定植后3～4 a即可生产一定数量的干果，8～9 a单产可达70 kg/667 m2以上。间作式一般株距为3～4 m，行距12.5～50.0 m不等[4]。

1 巴旦木收获国内外研究现状

目前国内新疆巴旦木的收获还完全依靠人工，具体方法为：使用简单的辅助工具敲打晃动果枝，使成熟果实掉落。这种采摘方式用工量较大，工作效率低，容易因人工缺失错过果实最佳采收时机，进而影响果实的果品质量和后续生产。人工采收成本约占整个生产成本的50%～70%，随着劳动力价格的不断上涨，巴旦木的利润逐年减少[5]。

国外巴旦木已基本实现机械化收获，其工作原理是：巴旦木主干被夹持部位夹持，基于偏心振动原理，巴旦木经振摇从树上脱落。与传统人工收获作业相比，机械化收获效率高、成本低，其生产效率是人工的5～10倍。

当前，研究和设计适于新疆种植模式下巴旦木采收机械，对于提高巴旦木产品的收获效率及果实品质具有重要意义[6]。

2 林果收获机械研究现状

果品收获是果园作业的最后关键环节，果品收获机械类型及工作原理因果树种类、种植模式不同而型式多样[7]。果品收获机械按配套动力可分为自走式、悬挂式、牵引式；按工作原理可分为气力式、机械振动式和接触式，机械振动式根据产生振动形式的不同，又可分为撞击式和振摇式。目前国外用得最多的是振摇式采收机[8]。

2.1 气力式收获机

气力式收获机（如图1所示）的基本原理是使用大功率风机将空气进行压缩吹动，产生高强度气流作用于果树之上，使得机器与果树间无刚性接触，并通过导向器改变气流方向使果树树枝摇动，果实通过自重及空气冲击造成的外力而脱落。这种收获机械是最早用于林果收获的收获机械之一，主要用于收获橙子和其他一些浆果类的果实[9]。

气力式收获机通过高压气流的冲击使果实脱落，收获机与果树间无刚性接触，避免了对果树树皮和树枝的损伤；由拖拉機牵引风机作业，在行间距较大的果园中能够灵活地移动作业，但是不适于在密集果园中进行收获。虽然气力式收获机进行收获时采净率高达90%，但由于风机的功率大（250～300 kW），产生的气流速度高，对果树的枝叶会有一定的损伤；同时，工作时机器的大功率运行，导致了高噪音、高能耗和高成本，所以这种收获机械正逐步被其他类型的机械所取代。

2.2 振摇式收获机

振摇式收获机（如图2所示）是目前国内外应用最为广泛的林果收获机械之一。国外对牵引式、自走式及手持式收获机的研制和开发已经相当成熟，这种类型的机械适用范围广，能够收获巴旦木、核桃、开心果和咖啡豆等不同类型的林果[10]。摇振式收获机主要由推摇器、夹持器、接果装置、输果装置等机构组成，其主要工作单元是振动夹持机构。工作时，通过拖拉机动力驱动液压油箱，调节悬臂梁和夹持机构的位置，从而夹紧果树树干或树枝，使机器与果树刚性连接，夹持机构中的偏心轮或曲柄滑块装置在液压动力的驱动下带动果树产生振动，进而脱落果实。流量控制阀可以控制马达的转数，从而调节振动的频率。果实从树上脱落后，落入专门的收集装置收集运输[11]。

石河子大学和新疆农垦科学院机械装备研究所均以振摇式为原理设计了红枣收获机，其红枣采收效果良好，采摘率高，各项测试指标达到了设计的技术要求[12]。目前，这种收获机械的研究和讨论主要集中在摇动机工作参数对收获率的影响、果实收集方式及提高机械化收获率等方面。振动频率、振动幅度和振动时间是摇动机的主要工作参数。为了使用最小的振动获得果实的最大位移和反冲击，Erdogan等人研究了Coppock和Hedden，Adrian和Fridley及Kececioglu等人所设计的摇振机。成熟果实脱落率会随着

振幅和频率的增加而增加。机械采收的效率

（1 500 kg/h）要明显高于传统的人工采收效率（450 kg/h）。Refik Polat等人在研究巴旦木机械化收获时，发现振摇式收获机的振幅和频率影响着果实脱落的百分比，但是果实脱落同样也依赖着果枝的振幅。相同的摇动时间内，振幅50 m、频率15 Hz的参数组合得到的采净率高达97.7%。

2.3 撞击式收获机

撞击式收获机与振摇式收获机间的主要区别是：撞击式收获机通过机械或电磁式撞击装置（如图3所示），单次或多次瞬时高输入激励产生振动，使果实快速脱离果树，从而减少果实在连续振动过程中产生损伤。这也是撞击式收获机的主要工作原理。这种机械适用于不宜使用树干摇振机采收的老弱果树，主要用于收获果实硬度大较大的树种（如橄榄、核桃等）。撞击式收获机可以在果树两侧同时工作，对称配置。工作时，具有4个自由度的悬臂将待收获树枝压紧，通过加速度高达3 000 m/s2的撞击装置迅速击打树枝而使果实脱落。

2.4 接触式收获机

接触式收获机（如图4所示）是将具有许多细棒均匀分布的振动器直接插入植株丛，采用不同类型的振动方式击打或梳刷植株枝条，使果实脱落。近几年随着研究的不断深入，这种类型的机械被广泛用于酒葡萄、蓝莓和黑莓等藤本类水果和浆果的收获。

Peterson 等人设计了可用于收获生长于不同形状棚架（T型、V型和Y型）上的黑莓收获机械，该机器能够通过液压轴承调节双滚筒钉式振动机构与棚架上果枝的接触位置。

3 结语

林果收获机械种类多样，但国内针对巴旦木收获机械的研究尚未见报道，今后需要加强对巴旦木收获机械的研发。林果收获采用最多的是振动收获，振摇式属于其中一种，在很大程度上提高了收获效率，减轻了劳动强度。巴旦木的机械化收获依据其他林果机械化收获方式可考虑采用振摇式结构，以实现巴旦木机械化、简单化、高效化采收。

参考文献

[1] 依米提·肉孜.以机械化引领新疆特色林果业的发展[J].农机科技推广，2013（5）：40-42.

[2] 成健红，侯平，李疆，等.巴旦杏的产业发展及其研究进展[J].干旱区研究，2000（1）：32-38.

[3] 尤努斯江·吐拉洪，马木提·库尔班，木妮热·依布拉音.巴旦木的营养保健作用研究进展[J].中国食物与营养，2008（10）：56-58.

[4] 何建木，肖雪鋒.莎车巴旦木产业化种植与经营对策研究[J].喀什师范学院学报，2013（5）：28-35.

[5] 汤智辉，孟祥金，沈从举，等.机械振动式林果采收机的设计与实验研究[J].农机化研究，2010（8）：65-69.

[6] 吐鲁洪，阿依木妮莎，杜英，等.国外果树振动采收机[J].新疆农机化，2004（3）：54-56.

[7] 孟祥金，沈从举，汤智辉，等.果园作业机械的现状与发展[J].农机化研究，2012（1）：238-241.

[8] 刘磊，牛长河，刘旋峰，等.沙棘收获机的发展现状及分析[J].新疆农机化，2010（1）：35-37.

[9] 史高昆.气吸式红枣收获机设计与试验研究[D].阿拉尔：塔里木大学，2014.

[10] 散鋆龙，牛长河，乔圆圆，等.林果机械化收获研究现状、进展与发展方向[J].新疆农业科学，2013（3）：499-508.

[11] 付威，崔健，张慧明，等.林果机械化采收技术研究及进展[J].农机化研究，2016（12）：264-268.

[12] 汤智辉，沈从举，孟祥金，等.4YS-24型红枣收获机的研制[J].新疆农机化，2010（1）：30-32.