YTSH-M1200WF 型青菜收获机试验验证与分析

2024-05-18岳崇勤

长江蔬菜 2024年9期

岳崇勤

我国是蔬菜生产大国，蔬菜播种面积和产量分别占世界总量的40%和50%以上，且呈连续增长态势[1]。蔬菜生产是劳动密集型产业，蔬菜生产过程中，收获作业占整个作业量的40%左右，由于不同的蔬菜其生理特性有所差异，蔬菜的统一收获存在较高的复杂性[2]。目前，我国蔬菜收获大部分由人工完成，尤其茎叶类蔬菜，几乎全部人工采收，但人工采收存在效率低、劳动强度大的问题。近年来，随着人工费的增长，人工采收成本逐年升高，采收环节在蔬菜生产成本中的比重也越来越大，“用工难、用工贵”问题成为制约蔬菜产业发展的瓶颈，蔬菜生产迫切需要机器代替或部分代替。茎叶类绿叶蔬菜茎叶相对脆弱，在机械化收获过程中易受到外力损伤[3，4]。为此，上海大力推进绿叶菜生产机械化，尤其是绿叶菜收获环节[5]。国外在蔬菜机械研究和使用方面起步较早，在绿叶菜收获机方面也具有相对成熟的研发优势，但由于国外没有种植和食用青菜的习惯，青菜土下切割机具还是空白，即便有类似能收获青菜的机具，高昂的购置价格也令菜农难以承受。

青菜收获机需实现入土切割，这就增加了切割难度，因此青菜收获机是与苗菜收获机（土上切割）完全不同的叶菜收获机机型，青菜收获机能顺利实现入土切割，要求割刀入土而不折断，切割后输送装置还需有筛土功能。本文通过对无锡悦田农业机械科技有限公司生产的YTSH-M1200WF 型青菜收获机的主要性能生产指标开展试验验证，测定相关性能指标的设计参数，并对收获质量效果进行分析和评价判断。

1 工作原理及主要参数

1.1 工作原理

无锡悦田农业机械科技有限公司生产的YTSH-M1200WF 型青菜收获机由行走底盘、输送装置、切割装置、仿形装置、电控系统等组成。其中，行走底盘采用独立底盘结构，配备左右差速齿轮箱和单电机驱动，配有锂电池提供动力；输送装置采用皮带输送，皮带为一周封闭，两端内侧由主动轴和从动轴进行固定，主动轴侧面装有驱动电机，电机转速0～50 r/min，为便于筛土，皮带与割刀间加装拨叉输送；切割装置（双动刀往复结构）采用上下2个锯齿形长刀片逆向水平运动，运动速率相等，双动刀驱动结构采用齿条、齿轮和偏心轮模式，这种结构能有效减少机器左右振动；割台仿形装置主要包括主升降电动推杆、探测部件升降电动推杆、探测传感装置（包括角度放大器）等；电控系统主要包括各功能部件的驱动电机、电动推杆、角度传感器、处理器及控制元件等，通过电控箱和操控箱固定各电气元件，用线缆连接起来，通过逻辑编程，自动操控各功能部件和装置。

1.2 青菜收获机主要参数

YTSH-M1200WF 型青菜收获机采用充电式磷酸铁锂电池提供动力，最大输出功率为3 kW，收获幅宽为1.3 m、割刀入土深度为0～5 cm 可调，两轮胎中心距离为1.5 m，机具最小转弯半径为2.3 m（表1）。

表1 YTSH-M1200WF 型青菜收获机主要参数

2 试验验证

2.1 试验准备

试验时间为2023 年12 月1 日，试验地点为上海青浦区朱家角镇某蔬菜种植合作社，菜田类型为设施单体大棚，大棚宽度为8 m。本次试验验证以YTSH-M1200WF 型青菜收获机为试验对象，以青菜为收获对象，青菜品种为春秋王，苗龄45 天，自然株高13～18 cm，自然株幅12～27 cm，试验青菜生长均匀，适合采收，无大于100 cm2的无苗现象。土壤类型为黏性土，5 点法测定0～5 cm 深度土壤的坚实度为720 kPa、土壤含水率为12.1%。青菜由播种机直播，播种量为0.2 kg/667 m2，单畦幅宽1.05 m，相邻垄沟中心距1.5 m，与机具轮间距匹配。行驶YTSH-M1200WF 型青菜收获机到待收割作业菜田，为防止机具运动过程中探测装置及割台刮碰地面对机具造成损伤，行驶前需通过升降按钮将割台提升到最高位置。进入待收获区后，通过割台升降按钮下降割台到设定入土深度，进行青菜收割。青菜收割情况如图1 所示。

图1 YTSH-M1200WF 型青菜收获机

2.2 作业性能情况

在地域和田块适应性方面，YTSH-M1200WF 型青菜收获机能较好满足上海地区较黏性土壤菜田的入土收获，本次试验验证选用的典型菜田土壤含水率为12.1%，收获机行驶正常，割刀入土切割顺畅。在主流8 m 宽设施大棚中作业[6]，能实现转向掉头。在青菜收割适应性方面，割刀采用锯齿形长刀片的双动刀部件，对入土切割青菜根部纤维有较好的适应性，同时，该机具输送装置对青菜密度有一定的要求，待收青菜密度需≥35 株/m2。在与推广的机械化生产模式匹配适应性方面，在8 m 宽大棚应用1.1 m畦面全程机械化种植模式，具有完全匹配的适应性。在作业成本方面，该收获机正常作业时需2 人操作，相对人工采收大大节省了人工投入，同时还降低了劳动强度，提高了收获效率，需指出的是，装筐后需在车间进行二次整理才能作为商品销售（表2）。

表2 YTSH-M1200WF 型青菜收获机作业性能情况

2.3 收获质量

按照农艺要求，需保证青菜整株切割下来，因此要求机具入土切割，同时还尽可能少携带泥土，设定入土深度为1 cm，测定入土深度在0.1～2.3 cm，平均入土深度0.9 cm。在测定行程内随机抽取青菜100 株，记录破损的青菜数量、根茎未切断（直接拔出）的青菜数量，计算整株率、根茎切断率、收获破损率如表3，田头作业生产率达到693.68 m2/h。

表3 YTSH-M1200WF 型青菜收获机收获质量情况

2.4 人工成本分析

由于本机具为新研制机具，不对机具成本及折旧、工作过程中的用电量进行分析，仅对用工成本进行分析。田头作业生产率达到693.68 m2/h，即0.96 h/667 m2，而纯人工采收青菜一般为10.005 m2/h，即人工采收66.67 h/667 m2，机械采收后成为传统标准的商品青菜销售，还需在车间进行二次人工整理，经测定计算，二次人工整理一般16 h/667 m2，即包括二次整理总人工在内，青菜收获机收获需耗费人工16.96 h/667 m2，通过计算可知，应用YTSHM1200WF 型青菜收获机（含二次车间整理）相对纯人工采收效率提高了3.9 倍，YTSH-M1200WF 型青菜收获机（含二次车间整理）相比纯人工采收节省人工49.71 h/667 m2，人工成本按10 元/h 算，能节省人工成本497.1 元/667 m2。

3 验证分析与应用前景

3.1 机具性能评价

从YTSH-M1200WF 型青菜收获机在环境适应性、收获青菜（土下切割）适应性、与主推绿叶菜机械化生产技术模式匹配适应性、生产成本、机具性能等方面的表现来看，总体上适应上海地区青菜土下收获生产作业，割副1.3 m、机具1.5 m 的轮胎中心距符合8 m 宽设施大棚1.1 m 畦面的5 畦/棚全程机械化作业技术模式，该青菜收获机较适于上海地区青菜收获。