紫菜采收设备技术发展与展望

2023-08-17倪尚

南方农机 2023年11期

倪尚

（大连海洋大学机械与动力工程学院，辽宁大连 116000）

紫菜是海中互生藻类的统称，属于红藻纲，紫菜有着十分丰富的藻蛋白质，同时也有丰富的维生素和无机盐等，其目前主要生长在我国沿海潮间带。在紫菜的产业化发展过程中，需要以市场导向为前提实现更精准有效的发展，同时对紫菜采收等相关方面也要高度关注，在技术匹配和实施设备优化方面要体现出根本性价值，这样才能充分适应当前我国紫菜采收的产业化、规模化发展需求[1]。

1 紫菜采收设备技术发展现状

在科学技术的快速发展和有效推动背景下，对于紫菜采收设备和技术研发而言，需要在优化创新方面进行有效加强，要充分结合紫菜的采收特点，有效选择和落实相应的设备和技术[2]。同时，要结合具体海域的特殊条件，不断改进和完善相关设备采收方式，并且在对其进行创新发展的基础上体现出应有的采收效果。

1.1 国外紫菜采收设备技术发展现状

1）泵吸式紫菜采收装备技术。在20 世纪60 年代，日本、韩国等国家在紫菜采收的过程中就已经应用了机械化操作模式，也以此推动了紫菜采收机械化发展。在设施设备方面，最早是针对泵吸式采收设备进行应用，把船作为载体。在应用的过程中主要是利用泵吸力对于刀具转子进行有效驱动，这样可以使紫菜得到有效截断，同时确保紫菜和海水被纳入到网兜之中，并依次进行相对应的有效分离，在对其进行分离之后会将紫菜运送到船舱内部。在后续的发展过程中，学界对于这种泵吸式采收装备不断地进行改进和完善[3]。池田真美深入研究了该类装备，剖析了切断机构，优化了切割模式，通过采取多类切割手段，同时形成圆弧形，体现了更加良好的切割效果，同时可以有效避免紫菜被切断。牧里六等以该类装置为基础，在创新改进的背景之下设计外挂泵吸式采收装置，通过该类装置可以在水下进行采收，有效降低了劳动强度。但在水下对装置进行外挂有较大的劣势，对船体也会造成很大阻力。因此后来对其进行改进，转变成为可升降的泵吸式装置，把外挂安装在船体中部，并在船底匹配与之契合的孔，在此情况下通过孔和水面网联的接触，可以针对紫菜进行采收，这样可以有效优化其性能。但是在装置作业的过程中，会在很大程度上磨损吸入泵，而且效率相对较低，同时容易导致紫菜被切成很多段，进而造成很高的细胞损伤率。

2）剪切式紫菜采收装备技术。在该装备技术的应用过程中，主要是通过曲柄滑块机构，确保刀具可以保持在往复运动的状态，依次进行紫菜切割。在切割的过程中，其机构主要是由动刀片和定刀片一起组成的，动刀片通过滑块的带动进行直线运动，同时和定刀片融合，进而进行更有效的剪切。应用该采收装备进行作业的优势比较明显，效率也更高，工作更加稳定，同时操作相对简单。在整机装备中，涉及的结构主要包括剪切结构、分离结构、收集结构和牵引结构，在具体操作环节可以有效实现采收一体化操作。目前，日本和韩国在紫菜采收作业时，通常应用该类剪切式采收装备，与此同时，进一步匹配拖拉机进行融合应用，这样可以在浅滩或者退潮后的干沙滩上进行有效作业。但需要注意的是，这种设备在作业环境方面有比较严格的要求，因此在此方面有一定的局限性。

3）打采式紫菜采收装备技术。在机械搭载技术迅猛发展的背景下，机械化逐步替代了手工采收紫菜模式。在打采紫菜采收的过程中，主要利用旋转的滚刀确保紫菜可以得到有效切割，并且扯断。该类装备操作需要匹配相对应的动力源和护栏、刀架、滚刀等，同时要不断对其进行优化，通过调整使其可以充分应用在全浮动阀以及支柱式栽培紫菜方面，这样可以有效解决紫菜采收环节效率低、费时费力的问题[4]。石田昌次郎对于船载滚刀式紫菜收割机进行了试验，该类装备主要包括网联支架、滚刀和船体，在滚刀打采紫菜之后可以直接放入到船舱内部，然后起升网帘，这样可以实现起升打采与收集的一体化操作，效率较高。

1.2 我国紫菜采收设备技术发展现状

1）有效应用泵吸式紫菜采收装备技术。20 世纪70 年代，我国紫菜栽培有了比较明显的进步，因此对于紫菜采收机械设备也有了更多的需求。最开始我国也有效应用了泵吸式紫菜采收装备技术，但我国在紫菜质量以及刀具质量方面与国外相比还有很大差距，因此该装备与我国紫菜栽培模式和应用需求无法充分吻合。

2）有效应用剪切式紫菜采收装备技术。该装备技术主要是自行设计的，其中比较具有代表性的发明人是朱日超等，其结合相对应的生产实践和采购需求，设计了可以半浮动的伐，并且该类紫菜收割机可以应用在退潮浅滩作业中。该收割机的组成部分主要涉及传动机构、驱动设备、防护机构和剪切收割机，同时在操作环节可以对紫菜留茬长度进行调节。由于有效改进了该类设备，因此在性能和应用范围方面也得到了有效改善，作业效率是人工的10 倍左右，极大地提升了紫菜的采收效率。

3）有效应用打采式紫菜采收装备技术。我国在打采式采收装备方面的研究和应用起步较晚，但在实际发展过程中，通过针对性地吸收和借鉴国外的先进设备和技术，再融入我国的实际采收需求和发展实际，不断地对装备进行改进和完善，因此也取得了非常好的应用效果。在该类采收装备设计和应用的过程中，需要结合不同地区的紫菜栽培特点和涨潮特点对其进行改进，使其能有效安置在采收船上。同时，也要确保各类装置能在拖拉机等牵引工具上进行有效应用，在退潮的情况下可以在干沙滩上进行操作，从而降低劳动强度。

此外，张里吉等相关研究人员有效设计了紫菜收割船，该船体主要是利用链式割刀对紫菜进行切断，同时可以对网帘进行保护，使紫菜可以得到有效采收，并且相对来说其损伤程度较小。但需要注意的是，该项装备技术还处于开发试验阶段，并没有进行产业化生产运行和应用，具体实践效果还需要进一步跟踪检测。

通过国内外紫菜采收装备技术的对比和深入分析，可以看到在当前的紫菜采收装备的运用过程中主要包括三种类别，分别是泵吸式、剪切式和打采式[5]。具体比对可知，国外在该类采收装备技术方面比较先进，起步较早，研发力度更大，应用范围更广，我国在该类采收装备技术理论研究方面还不够成熟完善，虽然有一定程度的研究成果，但是对于整体设备技术研发和技术探索仍然存在不同程度的问题。因此，需要在后续的发展过程中不断优化和完善，采用更切实可行的装备，并匹配对应的配套设施，这样才能趋向于一体化发展，同时在自动化的网帘升起和采收运输消毒处理等方面有待进一步加强，通过优化采收机械设备的功能，为采收质量和效率的提升提供必要条件。

2 紫菜采收设备技术发展展望

2.1 着重研究紫菜生物力学特性

在未来的发展过程中，紫菜采收装备技术还需进一步加强，并以此为切入点，进一步深入研究紫菜的生物力学和相关特性，把握紫菜的具体厚度、长度、体积、质量等。在生物分析的背景下，明确紫菜的采收结构以及相对应的指标系数[6]。同时，对于不同部位、品系、生产及生长周期等都要进行深入分析和研究，为采收装备技术的研发提供有效的理论依据和数据参考。

2.2 深化研究采收装备的理论体系

对于采收装备和相关技术的理论体系，需要进一步优化和深入研究，并且结合信息化技术和虚拟样机技术有效利用离散元法和有限元法，对切割结构和紫菜的内在规律进行深入研究和有效探索[7]。此外，对结构参数进行优化，构建紫菜和刀具的刚柔耦合模型，对前人运动轨迹进行分析和仿真研究，以此解决采收环节破损率高、效率低下等问题，确保紫菜的采收实现精准化、现代化、机械化操作，切实提升采收效率。同时，也可以更好地防控可能出现的紫菜损失率过大和细胞损伤严重等问题。

2.3 推动采收设施设备和系统实现自动化发展

在信息化技术和人工智能技术发展和推进的过程中，紫菜采收设备和相关技术的研发也要充分融入监控技术和相关信息化体系，使整个采购系统和设备实现智能化、自动化操作，并且确保电控技术在其中得到有效应用，使相关采收设备和机械实现液压控制和系统控制，进而为推动紫菜采收装备智能化和自动化发展提供必要保障[8]。我国在紫菜采收设备的发展过程中，需要进一步充分融入国外的先进技术和设计理念，并结合互联网技术、视觉机器、传感器技术等，实现更为显著的智能化、现代化发展效果。同时，要有效采集互联网信息，融入人工智能技术，通过智能辨识品质等相关系统提升紫菜采收装备的自动化运营效果，为采收装备实现自动化操作奠定坚实基础。

2.4 切实提升采收设备和系统的集约化水平

在紫菜采收、输送和消毒等各方面实现集约化和一体化是未来的发展趋势。因此，在设备优化和动态调整方面要切实体现出应有的价值和研究效果[9]。可以针对环保酸化液进行研发，以此进行精准计算，进一步提升船载工具空间利用率，充分体现其综合应用效能。在采集、受理、消毒等方面实现集成化和系统化操作，可以有效降低采收成本，同时为用工质量和员工效率的提升提供必要前提。在采收系统实现精准化、集成化操作的过程中，要确保紫菜可以得到更加健康高效的栽培，并最大程度地减少栽培过程中对生态环境造成的破坏和污染。

2.5 有效打造紫菜全过程机械化栽培模式

在未来的发展过程中，需要以相应的栽培手段创新和栽培模式改进为切入点，进一步体现出全过程机械化栽培效果，以此为设备和采收技术的优化创新以及切实改进提供必要支持[10]。在当前我国的紫菜栽培中，相关设置往往存在较大的结构差异，在栽培工艺方面也缺乏创新性和精准性，各个地区的工艺往往不够统一，缺乏标准化和规范化。因此，需要在紫菜栽培中实现全过程、全方位的栽培管理。不断整合完善栽培标准和规范，使行为标准符合紫菜全过程机械化、智能化的采收要求；有效统一挂苗间距以及设施结构，实现标准化、规范化发展；切实优化网帘的尺寸，从根本上体现相关设施设备和采收技术设备的适用性和通用效果；有效融合栽培工艺和采收工艺，实现顺利衔接，在育苗、栽培、挂苗采收等方面体现设备的可用性和精准性，实现全过程机械化。在全过程机械化栽培模式的推动下，切实提升紫菜的生产质量、生产效益，推动紫菜的产业化、智能化发展。