三节臂机载式疏花机的研制与试验

雷哓晖，吕晓兰，张美娜，李 雪，常有宏，Andreas. Herbst

三节臂机载式疏花机的研制与试验

雷哓晖1，吕晓兰1※，张美娜1，李 雪1，常有宏2，Andreas. Herbst3

（1.江苏省农业科学院农业设施与装备研究所，南京 210014；2.江苏省农业科学院果树研究所，南京 210014；3. Institute for Chemical Application Technology of JKI，Braunschweig Messeweg 38104，Germany）

为减小疏果环节繁重的用工压力、提升果园作业效率和降低用工成本，该文基于自主研发的三节臂机载式疏花机，在“Y”字棚架形翠冠梨园中进行了疏花试验研究。以达到50%的花蕾保留率为疏花目标，结合疏花绳击打力度测试，确定了疏花轴在0.44 m/s行进速度下的最佳作业转速：254 r/min。疏花机田间性能试验中，研究疏花机疏花与人工定果、手持式疏花器疏花与人工定果、人工疏花与定果3种作业方式相比于只人工疏果作业方式，对花蕾保留率、坐果率、作业效率、果实产量及品质的影响。试验结果表明：机械疏花与人工疏花在作业质量上无明显差异，但疏花机作业稳定性较其他作业方式高；疏花机可降低梨树的绝对坐果率，虽然对幼果坐果量有一定的影响，但是经过定果环节后并不影响后期果实的产量及品质；疏花机的疏花效率在所有试验组中最高，相比于单一的人工疏果方式可节约66.17%的时间，适合机械化梨园大规模作业；手持式疏花器的作业效率仅次于疏花机，相比于单一的人工疏果方式作业时间可节约37.26%，适用于中小规模梨园。该试验研究有利于提高疏花机作业质量，为梨园机械化管理提供参考。

农业机械；设计；控制；果园；疏花机；产量；品质

0 引 言

疏花疏果是果园管理的三大费工环节（修枝、疏花疏果、收获）之一，主要有化学和物理2种方法，化学法是在果树花期和果实发育期喷施疏除药剂使花朵和果实脱落，以达到疏除效果的一种方法[1]。化学法易受药剂种类、喷施时间、配制浓度、作业环境及果树品种等诸多因素的影响[2-5]，另外农药污染问题和消费者的果品安全观念都促使在果品生产过程中尽量不使用或少使用农药，因此物理疏花疏果将成为今后重要的发展方向。物理法主要是指人工疏果和机械疏花疏果，人工疏果目前仍为国内的主流疏除方式，但耗工费时。

国内对机械疏花疏果的研究相对较少，机理研究主要集中在单轴甩绳式疏花机[6-8]，专利方面多为疏花疏果剪的功能改进。如江苏农林职业技术学院的气动式高枝疏果剪[9]，行进方向和角度位置可调。洛阳农林科学院的葡萄疏花疏果装置[10]，实现了葡萄花序的统一化修剪。山东省果树研究所的葡萄疏花疏果剪[11]，解决了疏果剪葡萄籽的滞留问题。重庆文理学院的蓝莓疏花疏果自动剪切装置[12]，以电力替代人力实现省力化作业。国外对于机械疏花研究相对较早，种类较多。如Corollaro等[13]研究滤光防冰雹网对苹果的疏果效用，黑、红、白、黄、蓝5色光中红色疏果效果最好：平均果重、甜度及干物质量最高。Wouters等[14]研发的多光谱摄像系统，在可见及近红外光谱6个波段中对果树花序量进行检测，准确率最高可达87%。Lyons等[15]的自主式智能疏花系统，借助机器视觉定位疏花目标，利用机械手进行花朵疏除，可对不同长度枝条精准疏花。Theron等[16]结合机械疏花研究1-氨基环丙烷羧酸在李子树上的疏花效果，浓度在400到600L/L时作业效果最好。Lordan等[17]以嘎啦和金冠苹果为研究对象，针对Darwin250疏花机建立作业参数预测模型，由花序数量推测疏花机的最佳前进速度和疏花轴转速。Assirelli等[18]将单轴旋转式疏花机疏花绳材质替换成柔性玻璃纤维，田间试验中杏树、桃树分别节约48%和42.4%的人工疏果时间。Assirelli等[19]还研究了桃树机械疏果的疏除力，发现垂直果柄方向疏果力道最小，是沿果柄方向力道的1/3。

机械疏花疏果可提高果实产量及品质，国外报道多集中在桃、李子和苹果，对梨树研究甚少。国内梨树只疏果不疏花，人工手疏成本极高，考虑到梨树花期果柄硬度远小于坐果期，且机械疏果易损伤幼果，本文以梨为对象设计一种三节臂机载式疏花机，研究机械疏花对“Y”字棚架形栽培模式[20]生产的影响，为梨园机械化发展提供参考。

1 材料和方法

1.1 疏花装备

1.1.1 三节臂机载式疏花机

三节臂机载式疏花机（以下简称疏花机）可用于“Y”字棚架形等适宜机械化疏花的梨园作业，图1为整机外形结构图，拖拉机PTO通过传动轴带动液压泵转动，液压泵为液压缸伸缩运动提供动力，液路分配阀控制液压缸伸缩行程，使得活动梁相对基架横向移动，以实时控制疏花距离；电控箱内放置3块调速器，分别控制上中下3组疏花轴旋转速度；2根竖直杆通过法兰紧固连接，可根据树体高度拆分和组合。3组疏花节臂根据需要，灵活安装于竖直杆的不同位置上；疏花节臂支架可沿Ⅰ号箭头，在竖直杆周向360°角度内固定；疏花节臂伸缩杆可沿Ⅱ号箭头，在疏花节臂支架周向360°内固定；疏花节臂伸缩杆相对疏花节臂支架，可沿Ⅲ号箭头在0到0.5 m长度范围内固定；疏花轴动力总成连同疏花轴，可沿Ⅳ号箭头在疏花节臂支架周向270°角度内固定。疏花机主要结构及性能参数见表1。

1.机架 2.传动轴 3.限位轮 4.活动梁 5.液压缸 6.竖直杆支架 7.竖直杆 8.疏花节臂支架 9.疏花节臂伸缩杆 10.疏花轴动力总成 11.疏花轴 12.疏花绳 13.液压油管 14.液压泵 15.电控箱 16.液路分配阀 17.液压油箱

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为疏花节臂支架转动方向，Ⅱ为疏花节臂伸缩杆转动方向，Ⅲ为疏花节臂伸缩杆移动方向，Ⅳ为疏花轴动力总成转动方向。

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.

图1 三节臂机载式疏花机

Fig.1 Three arms tractor-mounted flower thinner

Dennis等[21]针对小冠径主干形苹果树，设计了1种拖拉机前置悬挂式疏花机，试验效果良好。他们还按照式（1）定义了疏花综合系数（integrated coefficient of thinning，ICT）来评价机具疏花性能的优劣[22]：ICT值在10到40范围内时作业效果较好，大于50会损坏果树，小于8疏花质量低。经计算该疏花机ICT为25.21，在合适范围之内。相比于Darwin系列单轴甩绳式机型，该疏花机有如下优点：整机结构小巧，疏花节臂可拆卸可折叠，运输方便；竖直杆根据树高进行分段安装，且疏花节臂安装高度及倾角可调可变，具有一定仿形功能，适用于多种冠形的机械化果园；疏花轴电机驱动，对拖拉机动力性能要求不高。

表1 三节臂机载式疏花机主要结构及性能参数

注：因梨树花序在枝条上的间隔距离平均为4到8 cm，故疏花绳轴向间距设计为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.

式中为单根疏花绳质量，kg；为疏花轴转速，r/min；c为绝对坐果率（疏果前幼果数比上疏花前花蕾数），%；为拖拉机前进速度，km/h；为疏花绳旋转半径，m。

通过试验和测量，疏花机=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]针对桃树疏花疏果要求，设计了3种手持疏花疏果器，作业效果良好。本文以自主研发的电动手持式疏花器（以下简称疏花器）作为对比疏花装置，其主要结构及性能参数如表2所示。

表2 手持式疏花器主要结构及性能参数

注：通过梨树疏花试验得知，当疏花轴转速不小于460 r·min-1时，花蕾打击效果好。

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 疏花绳击打区域分析

“Y”字棚架形果园通过冬季剪枝和枝条绑定，来保持果树枝条沿“Y”字棚架平面生长。疏花机通过调节疏花轴位置及角度，来保证疏花平面与“Y”字形平面平行；疏花绳通过伸入“Y”字形平面15 cm左右的距离，来保证对枝条另一侧花序的柔性击打。疏花轴与果树枝条的相对位置分为异面垂直、平行和介于二者之间的异面交叉3种，如图2所示。假设花蕾均匀分布于枝条四周且疏花机在果树枝条左侧作业，通过将果树枝条周边分区来分析3种疏花位置的疏花均匀性，如图3所示。当疏花轴与枝条异面垂直时，疏花绳能够对、、、、区域进行疏花，几乎覆盖枝条的四周，疏花区域接近100%；当疏花轴与枝条平行时，疏花绳能够对、区域进行疏花（面积占比已经大于50%），疏花绳碰触枝条后右端悬空部分在惯性作用下逆时针弯曲，能在区（甚至、区）对部分花蕾进行疏除，疏花绳绕过枝条后，疏花绳在回弹力作用下对区部分花蕾进行疏除，区区域角1因疏花绳击打力的增加而减小，区区域角2因疏花绳硬度的增加而加大，1的减小和2的加大都有利于增大枝条周边疏花区域；当疏花轴与枝条位置空间倾斜交错时，疏花区域介于平行方式与异面垂直方式之间。由此可知，只有区域和其两边一定角度范围区域的花蕾不能够被疏花绳击打到，当疏花轴转速、疏花绳长度和疏花绳材质满足要求时，枝条远疏花机侧的花蕾数量与近疏花机侧的差距不会太大。梨园后期还要进行人工优选定果，果树最终结果所需花蕾数量要远小于疏花后花蕾保留数量，枝条两侧花蕾数目的少量差异会在人工定果环节中得到改善。

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

注：A为枝条近疏花机侧的区域；B～F为枝条远疏花机侧的区域；θ1为C区域的角度，（°）；θ2为F区域的角度，（°）。

1.3 室内与田间试验

试验位于江苏省泰兴市李荡村烨佳梨园，试验梨树品种为“翠冠”。截至2019年树龄为6 a，年度果树盛花期为4月4日至6日，因为机械疏花在梨树花蕾露白期（盛花期前1周左右开始）最易疏除，所以疏花期定为3月29日至4月1日，疏果期为4月22日至30日，采收期为7月20日至27日。梨树种植行株距为5 m×3 m，主干高度平均为50 cm，主干粗度平均为8 cm，树高平均为2.5 m，2个“Y”字形分枝直径平均为5 cm，与地表水平面成55°到60°的夹角。试验拖拉机型号为福田雷沃欧豹M604L-E，果园行间一般使用低速1挡（重型农机具）和低速2挡（轻型农机具）进行牵引作业。疏花机相对其他农机具结构小巧，所需驱动功率小，故拖拉机作业选用速度较快的低速2挡，经测试对应速度平均为0.44 m/s。一株成年翠冠梨树约有13%[26]的花结的果实达到成熟就可获得丰收。Laura等[27]对不同品种的桃树（单花芽）进行机械疏花，平均花朵保留率为60%。McClure等[28]对苹果（混合花芽）进行机械疏花，平均花朵保留率为54.5%。黄宗兴等[29]建议梨树（混合花芽）疏花中每个花序留1到3朵花（翠冠每个花序平均有6朵花，花朵保留率范围为20%到50%）。考虑到果实成长过程中受天气反流、疏花损伤、花期授粉、虫鸟啄食、自然落果等客观原因的影响，试验中将疏花后的花蕾保留率（疏花后花蕾数量比上疏花前花蕾数量）定为50%，后期结合进一步的疏果，再对幼果进行优选定果，以保证最终果实产量及品质。

1.3.1 疏花力度及转速测试

梨树花柄在疏花过程中受到疏花绳的击打而折断，折断力一般在2到3 N范围内。在室内搭建测试台架对疏花绳击打力度进行测试，以确定其疏花轴转速范围，如图4所示。间距固定的2个具有峰值保留功能的弹簧测力计下方水平固定1根受力杆，疏花绳以一定的转速和疏花距离对受力杆进行击打，以测试疏花力度。试验中，将电阻变位器旋钮转动角度范围分成5个挡位：0挡（电机转速0 r/min），1挡（电机转速50 r/min），2挡（电机转速120 r/min），3挡（电机转速200 r/min）和4挡（电机转速300 r/min）。疏花距离保持在30到40 cm（过远，部分花蕾疏花绳打不到；过近，疏花绳击打力度小），台架一次同时测试10根疏花绳在不同转速挡位下，疏花距离为30、35和40 cm时的击打力度。为确定疏花轴最佳工作转速，以保证50%的花蕾保留率。疏花期间选取15棵长势相近的梨树植株，以3棵树为1组均分成5组，每棵树随机挑选10条树枝作为观测样本，将疏花绳击打力度测试所确定的200到300 r/min的疏花轴转速范围均分成5个挡位：200、225、250、275和300 r/min，分别在“Y”字棚架形梨园中进行疏花测试，计算5组试验的花蕾保留率后通过数据拟合方法求得疏花轴最佳转速值。

弹簧测力计型号为浙江艾德堡NK-20和NK-50弹簧指针式拉力计，最大量程分别为20和50 N，精度分别为0.1和0.25 N。疏花电机型号为浙江金驰WY1016Z3直流电机，自带电阻变位器，额定电压24 V，最大转速300 r/min。疏花轴转速测试仪型号为台湾先驰ST722非接触式光学转速计，转速范围6到99 999 r/min，精度为0.1 r/min。

a. 试验现场 a. Test siteb. 测试台架工作原理 b. Working schematic of test bench

1.3.2 田间性能试验

机具田间性能试验中，分析疏花机疏花与人工定果、手持式疏花器疏花与人工定果、人工疏花与定果3种作业方式相比于只人工疏果作业方式，对花蕾保留率、坐果率、作业效率、果实产量及品质[30]的影响。选取24棵长势相近的“Y”字棚架形梨树植株作为研究对象，将树冠在高度方向上分成上中下3层，每层随机挑选5条树枝作为观测样本。以6棵树为1组分成4组，疏花处理方式分别为：不疏花（第1组，对照组）、人工疏花（第2组，试验组）、疏花器疏花（第3组，试验组）和疏花机疏花（第4组，试验组），图5为疏花机作业现场及花蕾疏后效果。试验中，除拖拉机驾驶外，其他作业选用2名熟练工进行单人单树作业。

图5 作业现场及花蕾疏后图片

2019年3月29日至4月1日进行疏花试验，疏花前记录样本枝条花蕾数量，疏花过程中记录每棵树作业时间，疏花后再次记录样本枝条花蕾数量。2019年4月22日至4月25日进行疏果试验，疏果前记录样本枝条幼果数量，疏果过程中记录每棵树作业时间，疏果后再次记录样本枝条幼果数量。所有试验梨树均采用间距法[31]进行人工疏果和定果。2019年7月22日至7月24日对梨树进行采收，参考行业标准NY/T440—2001《梨外观等级标准》[32]、GB/T10650—2008《鲜梨》[33]和试验园区以往采收、销售的经验，将每棵试验梨树的果实进行优质果和普通果分级采收，其中优质果标准为：果形端正，果皮暗绿，果梗完整，果面无刺伤、划伤、碰压伤、磨伤、虫伤等，单果质量不小于350 g（外观上最大果径不小于7 cm），可溶性固形物含量不小于12%。在每组试验树的优质果和普通果中，各选取3个（共6个）梨果，测定其可溶性固形物（糖度）后求平均值得出各测试组的果实糖度，糖度仪型号为恒仪HY-32T手持糖度测试仪，量程为0到32%，精度为0.1%。

2 结果和讨论

2.1 疏花轴转速

台架试验中每组（同转速同疏花距离）试验进行3次，求平均值后列于表3。从表中可以看出，疏花距离和疏花轴转速都与疏花绳击打力成正相关。

表3 单根疏花绳击打力

将30 cm疏花距离（相比于其他疏花距离，在表3中击打力最小）的数据进行线性拟合，得出式（2），其2=0.993，拟合程度高。以=3 N为函数值，通过式（2）计算，得出197.3 r/min的转速值，由此可知疏花机在翠冠梨园中疏花轴转速要大于197.3 r/min时才能把花蕾打掉。疏花轴在转速200、225、250、275和300 r/min时作业的花蕾保留率分别为60.81%、55.44%、49.33%、46.12%和42.15%。经数据线性拟合得出式（3），其2=0.986，拟合程度高。按50%花蕾保留率计算出疏花轴最佳转速为254.07 r/min。疏花机疏花试验中，设定疏花轴转速为254 r/min。

=0.016-0.156 3（2）

式中为单根疏花绳击打力，N。

=-0.186 6+97.41（3）

式中为花蕾保留率，%。

2.2 花蕾保留率

疏花试验中测试了试验梨树每一样本枝条的花蕾保留率，以评价整体疏花质量。为了能够反映单个试验树体间疏花作业的均匀稳定性，对各层试验树变异系数做了计算。按照式（4）、（5）、（6）统计各层平均花蕾保留率后进行变异性分析，计算结果如表4所示。

表4 花蕾保留率a

注：梨园树冠高度约为2 m，以0.7 m为间隔将其均分成上、中、下3层，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为各层第个样本组平均花蕾保留率，%。

式中s为各层果树花蕾保留率标准差，%。

式中CV为各层果树花蕾保留率变异系数，%。

第1组不疏花只疏果，花蕾保留率为100%，其他3组疏花方式各层及总体花蕾保留率都能较好满足50%花蕾保留率的疏花要求。3组之间花蕾保留率变异系数按照从小到大的顺序排列，依次为疏花机疏花、人工疏花和疏花器疏花。疏花机疏花变异系数明显小于其他2组（比第2组小6.68个百分点，比第3组小9.33个百分点），这与适合机械化作业的棚架模式有关，拖拉机牵引疏花机按照固定路线行驶作业，比反复穿梭于棚架内外的其他2种模式作业稳定性要高。表4中疏花器疏花（第3组）上中下3层的花蕾保留率表面上较为接近（48.55%、48.13%和48.17%），但每个数值对应的6棵试验果树之间的差异大小实质上由各层的变异系数表明，各层花蕾保留率在文中主要用来满足50%花蕾保留率的疏花要求，从表中可以看到疏花器疏花变异系数最大（13.53%），而且各层变异系数之间的波动也最大（最大相差15.09%），这些都表明疏花器疏花比人工疏花、疏花机疏花更难保证疏花均匀性。这与疏花器的作业方式有关：人工疏花能够比较精准的对花蕾进行定量疏除，但长时间作业所产生的疲劳会对疏花精确性产生较大的影响；疏花器疏花是在人工疏花的基础上进行，它能有效提升人工疏花效率，但疏花绳与花蕾的接触幅度由作业者主观控制，加之人工疲劳因素，树体间作业波动性较人工大。

2.3 坐果率

疏花疏果的目的是为了提高果实产量及品质，而疏花的目的是为了减小疏果环节繁重的用工压力，提升果园作业效率。坐果情况是衡量疏花效果最好的证明，24棵试验梨树的绝对坐果率和相对坐果率（疏果前幼果数比上疏花后花蕾数，相对坐果率是绝对坐果率与花蕾保留率之比，它能从绝对坐果率中排除花蕾保留率的干扰，评价3种疏花方式对梨树果实坐果的损伤程度）如表5所示，其中各层绝对坐果率c、相对坐果率c及其变异系数计算方法与花蕾保留率相同。

表5 绝对坐果率和相对坐果率

3个试验组绝对坐果率约为对照组的50%，具体比例依次为54.4%、48.44%和41.66%，这说明3种疏花方式明显降低了梨树绝对坐果率。因疏花绳打中未掉落的受损花蕾在坐果过程中大多会慢慢枯萎，故相对坐果率体现了疏花对幼果坐果的损伤程度：手持式疏花器相对坐果率与对照组绝对坐果率持平，表明对梨树幼果坐果损伤很小；人工疏花组88.22%的相对坐果率高于对照组绝对坐果率10.66%，体现了人工疏花能一定程度的降低梨树自然落果；机械疏花63.35%的相对坐果率低于对照组绝对坐果率14.21%，表明机械疏花对梨树幼果坐果有一定的影响，是否影响果实产量及品质需要看后期测验。3个试验组疏花作业坐果变异系数性都小于15%，表明样本枝条间坐果差异性小，坐果稳定。疏花试验组（第2到4组）中，疏花机疏花（第4组）在表4中的花蕾保留率略高于其他组（多出人工组最多，有3.28个百分点），但在表5中的绝对坐果率和相对坐果率却远低于其他组（相对坐果率和绝对坐果率低于人工组最多，分别是9.88个百分点和14.21个百分点）。这是因为在疏花过程中，人工疏花对不需要疏除的花蕾伤害最小（人手或者稀果剪几乎不怎么碰触不需要疏除的花蕾），相比于人工疏花，机械化的疏花机和半机械化的疏花器对不需要疏除的花蕾伤害较大。尤其是疏花机疏花，疏花绳对花蕾个体的击打具有随机性：不少部分的花蕾由于击打力分散（单根疏花绳一次接触多个花蕾）原因未被击落，但因受到一定程度的击打伤害后，在后期的开花结果过程中，逐渐枯萎凋落，这会造成疏花机疏花绝对坐果率和相对坐果率较大幅度的降低。

2.4 作业效率

疏花疏果作业效率越高，梨园管理所产生的用工费用就会越低。每棵树即使同龄同形，花量及果量也会不同。为了减小试验误差，试验中对各组单棵试验梨树的疏花疏果作业时间分别进行记录，求平均后列于表6。

表6 疏花疏果时间

疏花机疏花为后期的疏果节约大量的时间，相比人工疏果（第1组，对照组）总时间节约66.17%。人工疏花联合人工定果（第2组）与人工疏果作业时间相当，为后期人工疏果节约少量的时间（10.45%），在所有疏花定果联合作业方式中耗时最长。疏花器疏花提升了较高的作业效率，疏花时间为后期疏果时间的27.66%，相比于人工疏果总作业时间节约37.26%。同样是疏除50%的花蕾，疏花机和疏花器疏花时间分别为人工疏花时间的1.9%（几乎不占用时间）和36.39%。

2.5 果实产量及品质

在果树丰产的前提下，果实产量及品质是评价果实生产管理好坏的重要考核指标，它直接关系到果农的生产收益。试验中测量留果率（成熟果数量比上疏花前花蕾数）、单树果实总产量、优质果平均单果质量、单树优质果产量和果实糖度5个指标，结果列于表7。

表7 果实产量及品质

注：优质果标准为果形端正，果皮暗绿，果梗完整，果面无刺伤、划伤、碰压伤、磨伤、虫伤，单果质量不小于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.

梨树疏花完成后，还需要人工优选定果，对照组为疏果定果同时完成。表7中最小留果率为13.01%（第4组），相比于表5中数值最小的32.31%疏花机绝对坐果率，还要低19.3个百分点，表明3个疏花试验组（第2到4组）后期的人工优选定果环节，至少还有19.3个百分点的择优疏果余地，所以果实产量及品质不受坐果率影响。留果率与单树果实总产量、单树优质果产量成正相关，与优质果平均单果质量、糖度呈负相关。试验组各指标相互间差异不大，3组求平均后：留果率13.06%、单树果实总产量29.07 kg、优质果平均单果质量388.7 g、单树优质果产量25 kg、糖度13.1%，相比于对照组：留果率降低了0.21个百分点、单树果实总产量降低了11.37%、优质果单果质量升高了6.58%、单树优质果产量降低了8.59%、果实糖度升高了1.55%。对照组留果率、单树果实总产量及单树优质果产量较试验组高，这是因为疏果期，梨树叶子已成形，茂密的树叶一定程度上遮挡了疏果人员的视线，造成部分花序疏果量低、留果率偏高，而试验组幼果量相对只有约50%，受影响程度较小，留果率较对照组低。对照组优质果单果平均质量和糖度较试验组低，这与果树营养消耗有关：对照组果树花期没有疏花，大部分花蕾基本上都发育成幼果，并且后期人工疏果保留量又偏高，而3个试验组约有50%的花蕾在果树花期已被疏除，后期发育成幼果的花蕾数量比对照组的少，坐果期间节约了果实成长养分，使得果实个体营养充足，单果质量及糖度有所增加。在果实外观完好的前提下，文献[32]对各个品种的梨以质量进行分级，质量越大等级越高，对应的市场售价也就越高，对照组虽然单树果实总产量及单树优质果产量比试验组高，但是其优质果平均单果质量及糖度比试验组小，二者亩产收益高低还要根据果品具体的市场价格差额和产量差值而定。另外按照5 m×3 m的行株距计算，本试验“Y”字棚架形梨园亩产在1 224.64与1 459.6 kg之间，与刘璐璐等[34]建议的翠冠高质单位面积产量一致。

3 结 论

1）介绍了前期设计的2种疏花装置：三节臂机载式疏花机和手持式疏花器。疏花机采用拖拉机3点悬挂作业，机具宽度液压缸0到0.5 m长度范围内可调，疏花节臂空间位置多角度可调，疏花轴电机转速0到300 r/min可调；手持式疏花器0.95到1.6 m长度范围内伸缩可调，疏花轴电机转速0到900 r/min可调。

2）测试了疏花机疏花轴在50、120、200和300 r/min转速下，疏花距离为30、35和40 cm时疏花绳的击打力度，确定疏花轴转速作业范围为不小于197.3 r/min。在拖拉机0.44 m/s牵引速度下测试疏花轴转速在200、225、250、275和300 r/min时的花蕾保留率，确定50%花蕾保留率所需疏花轴转速为254 r/min。

3）试验对比了疏花机与人工定果、疏花器疏花与人工定果、人工疏花与定果、单一人工疏果4种作业方式，在“Y”字棚架形梨园中的花蕾保留率、坐果率、作业效率、果实产量及品质。2种装置疏花质量与人工方式无明显差异，疏花机作业稳定性较其他作业方式高；疏花机可降低梨树绝对坐果率，虽然对幼果坐果有一定的影响，但是经过定果环节后不影响后期果实产量及品质；疏花机疏花效率在所有试验组中最高，相比于人工疏果可节约66.17%的时间，适合机械化梨园大规模作业；疏花器作业效率仅次于疏花机，相比于纯人工疏果作业时间节约37.26%，适用于中小规模梨园。

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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

雷哓晖，吕晓兰，张美娜，李 雪，常有宏，Andreas. Herbst. 三节臂机载式疏花机的研制与试验[J]. 农业工程学报，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

国家梨产业技术体系（CARS-28-19）；国家重点研发计划（2018YFD0201400）；江苏省农业自主创新资金项目（CX（18）1007）；江苏省现代农机装备与技术示范推广项目（SJC20190001）

雷哓晖，助理研究员，主要从事果园管理技术与装备研究。Email：leixiaohui.2008@163.com

吕晓兰，研究员，主要从事果园管理技术与装备研究。Email：lxlanny@126.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.24.004

S237

A

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