花生收獲機械化研究現狀與展望

陳億強，熊師，陳明林，羅喬軍,3

（1.廣東省現代農業裝備研究所，廣東 廣州 510630；2.農業農村部華南現代農業智能裝備重點實驗室，廣東 廣州 510630；3.農業農村部南方花生全程機械化科研基地，廣東 廣州 510630）

0 引言

花生俗稱“落花生”，是我國四大油料作物之一[1]?；ㄉ目偖a量占全國油料作物的50%以上，種植區域主要分布在黃淮海、長江中下游、南方產區，其中丘陵山區花生種植面積約2 400 萬畝（1 畝=0.066 7hm2），占全國種植面積1/3 以上?；ㄉ俏覈鴺O具國際競爭力的優質優勢油料作物，亟待加快機械化發展，是一個實現全程全面機械化難度比較大的產業[2-3]。我國花生機械化總體發展較快，2020 年綜合機械化水平已超過63.96%，耕、種、收機械化分別達80.40%、56.96%、49.61%[4]，分環節來看，花生收獲機械化程度最低。目前平原與高原平地的花生生產機械化程度較高，而針對南方丘陵山地“小而散”地形和偏黏重土壤環境應用場景的適用技術及裝備的研發與推廣嚴重滯后?；ㄉa全程機械化技術可減輕勞動強度、節省勞動力、提高作業效率、降低作業成本、提高產量。因此，實現南方丘陵地區的花生生產全程機械化對提高我國花生生產水平、保障國家糧油供給戰略安全具有重要意義。

花生生產流程主要包括耕整地、播種、中耕培土、田間管理、收獲等環節，機械化生產主要實現耕整地、覆膜、施肥、播種、田間管理、收獲、摘果、脫殼等工序[5]。其中常規的耕整地機械與田間管理機械，可基本滿足我國不同花生種植地區的耕整地、田間管理機械化作業要求；花生播種機可同時完成起壟、施肥、播種、噴藥、覆膜、覆土等聯合作業，實現這些功能的花生播種機得到了廣泛應用。近年來我國南方丘陵山區通過不斷研發推廣，花生生產機械化水平雖不斷提高，但花生的機械化收獲環節仍然比較薄弱。因此，本文對國內外花生收獲機械的研發與應用情況進行綜述，分析花生收獲機械的技術特點與作業模式，為南方丘陵山區花生收獲機械化的發展提供參考。

1 國外研究現狀

國外花生收獲機械的發展起步早，美國、荷蘭等國家的花生機械化收獲技術較為成熟，以挖掘晾曬+撿拾收獲的分段收獲模式為主，常見的花生收獲機械為花生起挖機和撿拾收獲機，其中美國的花生種植規模和機械化程度最高，美國花生收獲機生產廠家主要有Amadas、Kmc、Colombo 這3家公司[6-7]。

1.1 花生起挖機

花生起挖機一般由挖掘部件、輸送部件、翻秧部件構成，主要實現花生秧蔓的拔起、翻動和條鋪的效果，為后續的晾曬創造條件[8-11]。

美國KMC 公司研發的花生挖掘翻秧機，目前有2、4、6、8 行作業的機型，如圖1 所示。該機由挖掘鏟、輸送篩、敲擊輪和翻轉軌等主要部件構成，可順序實現挖掘、輸送、雜土分離、翻秧的工序。挖掘鏟采用八字形的布置方式，可實現花生植株整體挖掘起土；輸送篩采用篩鏈式結構，通過斜面式向上振動輸送的方式實現邊輸送邊清土的效果；敲擊輪采用多邊形星形結構，布置于翻轉軌下方，通過多個敲擊輪并排旋轉的方式實現根系粘連土塊敲擊分離；翻轉軌采用S 形曲線設計，花生秧蔓在從上向下滑動過程中會沿著翻轉軌的曲線運動，在S 形結構的導向作用下，秧蔓頂部會從上往下翻轉，實現根部朝上的翻轉鋪放，有利于加快根部的曬干。該機采用半懸掛的作業方式，可根據作業環境調節挖掘深度，并減少田間轉彎半徑，具有挖掘與翻秧質量高、料堆清潔度高、操作簡單、維修成本低的優點。荷蘭Sweere 公司開發了C200 型花生起挖機，該機由挖掘鏟、振動篩、翻轉機構等主要部件構成，如圖2 所示?；ㄉ俾ㄟ^連續均勻的方式翻轉成緊湊的形狀，以方便晾曬和撿拾。Colombo 公司研制的C-600 花生起挖機提供2、4、6 排型號，該機采用純液壓驅動的方式，減少了對拖拉機動力輸出軸的依賴。每組挖掘單元可獨立浮動，增強了對不同壟面的適應能力。

圖1 美國KMC 花生挖掘翻秧機

圖2 C200 型花生起挖機

AMADAS 研制的花生起挖機采用全液壓驅動系統，消除了PTO 傳動系統，實現了無限速控制和自動堵塞保護。通過輸送機構速度表可準確匹配拖拉機行駛速度與起挖機輸送速度。輸送機構采用更長傾斜度更低的結構，獨特設計的振動篩可有效降低花生藤蔓的纏繞，同時提高了對雜物的清選分離能力。通過改進振動輸送機構，該機可減小起挖過程中的莢果損失。目前該機有4、6、8 行多種型號[12]，可適應300～400 mm 行距的種植模式，如圖3 所示。

圖3 AMADAS 6-Row 花生起挖機

目前國外各型花生起挖機結構相似，均為半懸掛式的鏟鏈組合結構，在動力類型上大多采用液壓驅動的形式?；ㄉ鹜跈C主要以2 行為最小單元，通過并聯安裝方式形成多行作業能力，提高作業效率。

1.2 花生撿拾收獲機

花生撿拾收獲作業在花生晾曬之后進行，撿拾收獲機主要完成秧蔓撿拾、輸送、摘果、清選等作業環節，最終實現花生莢果的收集[13-14]。

美國KMC 公司開發了花生聯合撿拾收獲機，根據工作幅寬有4 行和6 行2 類收獲裝備，如圖4 所示。該機采用牽引式結構，由拖拉機的動力輸出軸和液壓系統提供動力，具備撿拾、摘果、清選、集果、排料等一體化作業能力。采用小直徑彈齒式的撿拾輥，可柔性拾取花生藤蔓，減少花生在集管處的損失；進料臺的絞龍滾筒采用六角形設計，每個輥上均勻排布有星形撥料圓盤，取代常規的螺旋葉片，用于改善藤蔓進料效果。喂入間隙可調節的摘果裝置可適應不同喂入量的花生秧蔓，通過低轉速摘果方式實現高效的果秧脫離；分離篩與可調節的氣流相結合，提供高效分離并減少各種收獲條件下的清選損失；采用大型單輪的行走機構，有利于在不同田間表面浮動行走，提高自適應能力，保持機具離地高度的一致性。該機裝備有自動送料臂，可以與運輸車聯動，自動將收獲的花生排入運輸車中，實現聯合收獲。

圖4 KMC 6 行花生聯合撿拾收獲機

Double Master II 型花生撿拾收獲機由荷蘭Sweere 公司開發，為牽引式作業方式，如圖5 所示。該機采用智能浮動系統，可根據地面輪廓實現主動仿形作業，以確保恒定的撿拾臺離地高度。該系統可提高撿拾率，并減少雜質和石塊的進入。

圖5 Double Master II 型花生撿拾收獲機

美國Amadas 公司生產的AR 2200 牽引式花生收獲機，具備寬幅收獲能力，能夠實現較高的收獲效率。如圖6 所示，該機為彈齒式的撿拾收獲方式，采用大直徑的撿拾轉軸同時配備了重型彈簧齒，可以適應地形的起伏變化，提高收獲效果。牽引式的作業方式擁有較小的轉彎半徑，提高田間適應性。

圖6 AR 2200 牽引式花生收獲機

Colombo 公司研制的6 行可調式Twin Master 花生收獲機采用牽引式結構，該機的撿拾機構不同于常規的彈齒式滾筒機構，采用釘齒輸送鏈式的結構實現花生藤蔓的傾斜平穩喂入，如圖7 所示。每個撿拾單元都有高度調節傳感器，可以跟隨壟面的起伏進行仿形作業，能保持撿拾單元始終貼合壟面，使其能夠根據需要適應不同的地形，提高撿拾效果。該機的摘果機構不同于其它撿拾收獲機，轉子式摘果系統利用轉子的離心力使果秧分離，而不是傳統彈齒滾筒的沖擊式原理。該結構對花生的作用力較小，有利于減小摘果過程造成的機械損傷。

總體看來，國外花生撿拾收獲機體型大、工作效率高，適應大田的花生收獲作業，同時存在結構復雜、價格昂貴的實際問題。

2 國內研究現狀

我國花生收獲技術的研究主要分為兩段收獲和聯合收獲2 個方向，經過20 多年的發展，基本形成了機具齊全、種類豐富的格局。

2.1 花生挖掘收獲機

青島萬農達花生機械有限公司與青島農業大學聯合研制的萬農達4H-2 型花生收獲機[15]，可1 次收獲2 行覆膜花生，生產效率為1.5～2.5 畝/h。該收獲機采用全懸掛結構，用于定行距覆膜種植的花生收獲；采用挖掘和分離機構一體化的結構，能夠一次性完成花生的挖掘和除土，如圖8 所示。漳浦長禾農業機械有限公司生產的嘉農號4HT-800S 型花生起挖機采用鏟式挖掘與鏈式夾持輸送的組合作業方式，實現簡易高效的花生挖掘，如圖9 所示。機具尾部設置有單側導向板，可以引導挖掘的花生秧蔓向一側鋪放，能夠實現有序鋪放，有利于花生的晾曬。臨沐縣東泰機械有限公司生產的東泰秋田忙4HS-2 花生收獲機主要由挖掘機構和鏈式夾持輸送結構組成，結構簡單，能一次性完成扶秧、挖掘、清土、有序鋪放等多項作業。該機適應能力強，可手扶拖拉機配套使用，適合小地塊單行起挖作業，單臺工作效率為0.15～0.25 hm2/h。

圖8 萬農達4H-2 型花生收獲機

圖9 嘉農號4HT-800S 型花生起挖機

河南豪豐農業裝備有限公司研發的4HW-160 花生起挖機主要適用于花生、紅薯、大蒜、生姜等作物的挖掘收獲。該機采用了加強型輸送鏈，設置有強制碎土機構，采用組合式挖掘鏟，使得作業實用性增強、收獲損失率和破損率降低。河南沃德機械制造有限公司研制的沃德4HW-1650 型花生收獲機采用懸掛式的工作方式，該機增加了鏟前電動振動器機構，輸送鏈兩端設有高頻振動器，使清選分離效果更好，能適應適應石塊、沙土和板結地的花生收獲作業，如圖10 所示。

圖10 沃德4HW-1650 型花生收獲機

通過總結國內花生起挖機主要技術參數可知，起挖機的挖掘型式主要有V 形鏟式和梯形鏟式，通過鏈式輸送和振動分離的方式作業。目前國內市場上的花生起挖機主要是鏟-鏈式結構，通過后部抖動鏈往復運動把挖掘出的花生秧果向后輸送，同時抖土分離?；ㄉ碓诙秳渔溕陷斔瓦^程中容易掉果且易壅堵，收獲后花生秧果擺放不整齊，且沒有翻秧效果，不利于晾曬和后期撿拾。

2.2 花生撿拾收獲機

花生撿拾收獲機主要用于花生晾曬后，在田間一次性完成撿拾、摘果、清選、回收裝箱等工序，目前國內花生撿拾收獲機主要為自走式結構，機型多樣，整機技術較為成熟[16-17]。

河南豪豐農業裝備有限公司研制的豪豐4HJZZ-2600 自走式花生撿拾收獲機如圖11 所示，該機采用弧形刀齒式縱向滾筒，摘果性能高，喂入量大，工作效率高；花生果提升機構采用氣流壓送方式，降低花生果破碎率；撿拾器采用雙凸輪滑軌，彈簧齒結構撿拾器，與壓送輥與喂入攪龍組合，損失率低。采用兩級負壓風機排雜系統，滿足不同干濕程度收獲需求。該機搭載了智能全面的檢測預警系統，讓駕駛員及時掌握機器工作狀態，避免故障發生。中聯重科股份有限公司開發的4HJL-6A 自走式花生撿拾收獲機如圖12 所示，采用大直徑刀齒式軸流摘果滾筒和大孔鋼絲編織凹板組合，能夠確保摘果分離效果，不易堵塞；集成化多功能顯示器實時顯示滾筒轉速、撿拾臺高度等參數，結合地頭作物情況實時調整作業工況，持續保持穩定的作業狀態。河南沃德機械制造有限公司研制的沃德4HJL-3A 自走式花生撿拾收獲機采用弧形葉片清選風機與單層振動篩相組合的方式得到更好的清選效果；采用弧形齒式縱向滾筒，摘果效率高，喂入量大；通過氣流拋送的方式輸送花生莢果，有效減少花生破碎。

圖11 豪豐4HJZZ-2600 自走式花生撿拾收獲機

圖12 中聯重科4HJL-6A 自走式花生撿拾收獲機

國內花生撿拾收獲機工作原理和主要結構均差別不大，撿拾收獲機在底盤、動力系統、喂入、清選、集糧等方面與主糧作物收獲機在技術上是一致的，在功能和作業效果上能夠達到較好的效果。但是，由于外形尺寸和重量的限制，國內花生撿拾收獲機在丘陵山地的應用還存在一定的局限性。

2.3 半喂入花生聯合收獲機

半喂入花生聯合收獲機是臺灣大地菱農業機械有限公司根據國內花生生產實際需求率先研發的，以TPH3252 型云農號履帶自走式花生聯合收獲機為代表，如圖13 所示，該機主要由畦犁起土機構、鏈條式夾持抖動輸送機構、清選機構和履帶式底盤組成，完成松土、拔株、夾送、脫莢、清選、回收一體化作業?；ㄉ砺煌谄鸷?，由夾持鏈夾持輸送，位于夾持鏈下方的雙桿式機構會拍打根部粘連的土壤，實現初步的果土分離。在摘果后，莢果落在振動篩上，在網格式振動篩的前后振動輸送作用下，粘連在莢果上的土粒會分離并從網格中落下，完成清選?；ㄉ摵鲜斋@機能夠適應花生生長特性，一次性實現2 行鮮食花生的收獲，脫莢率可達99%，破莢率低于2.5%。通過集成化的設計達到聯合作業效果，減少人力需求，實現花生收獲機械化作業[18]。

圖13 TPH3252 型云農號花生聯合收獲機

漳浦長禾農業機械有限公司生產了2 款半喂入花生聯合收獲機，分別為4HD-2A 型花生收獲機和CH-4HL-2 型花生收獲機，工作幅寬分別為750 mm和650 mm，如圖14 所示。2 種機型在工作原理上基本一樣，結構上的不同主要在于扶禾機構。調查表明，4HD-2A 型花生聯合收獲機存在清選能力不足的問題，清選機構只是1 塊往復式振動篩，單一的結構會導致清選能力有限，較大的雜質無法從篩網中落下；在喂入量較大且含雜多的情況下，土壤會堵住網格，造成清選效果下降。

圖14 4HD-2A 型花生收獲機

允全機械有限公司專注于開發花生收獲機械，目前已開發43 型、525 型、601 型花生收獲機，具備果箱自動升降排料功能，可適應不同高度的花生運輸車輛，3 種機型主要在采收效率、動力等方面存在不同。臨沭縣東泰機械有限公司開發了東泰4HD-2A 花生聯合收獲機，該機扶禾機構采用圓輥小夾角設計，取代圓錐螺旋扶禾機構，結構簡單，可提高扶禾效果。弘盛4HB-2A 型花生聯合收獲機為輪式結構，如圖15 所示，移動更為靈活，采用螺旋式的撥禾機構，通過螺旋轉動的方式提高秧蔓的喂入效果。

圖15 弘盛4HB-2A 型花生聯合收獲機

花生聯合收獲機各類機型均采用半喂入自走式結構。由于2 行的收獲方式，作業效率比分段收獲低，但其聯合收獲的模式能夠適應南方多雨地區的需求?；ㄉ摵鲜斋@機的收獲效果受土壤含水率和土壤黏性的影響，較高的土壤含水率和較大的土壤黏性會增加莢果損失率和含雜率。

3 分析與展望

3.1 國內外花生機械化收獲現狀分析

國外的花生種植以大田為主，其開發的裝備也主要面向大田作業，少有丘陵山地收獲需求，收獲裝備具有外形大、作業效率高、一體化程度高的特點。國內花生產區多樣化，可分為北方平原產區和南方丘陵產區。南北地域的較大差異對花生生產機械的發展方向有較大影響，目前的整體情況是北方花生產區的機械化程度高、機具種類多，而南方花生產區的機械化程度低、機具適應性不足。

國內外在花生收獲工藝上存在較大的區別，國外主要采用兩段收獲方式，即先挖掘晾曬、再撿拾收獲。國內是多種收獲農藝并存的局面，北方多為平原、大田、少雨的種植條件，更傾向于兩段收獲工藝；南方多為丘陵、小田塊、多雨的種植條件，傾向于一體化聯合收獲的工藝。在兩段式收獲機具方面，國內外的發展方向也存在較大區別。國外多為大幅寬作業機具，6 行和8 行的挖掘裝備與撿拾收獲裝備較為常見，適配的功率也比較高，以提高收獲效率為主要目的。國內的作業機具以中小型為主，開發的作業機械多為2、4、6 行，國內的花生收獲機具開發需要考慮農民的購買能力，中小型機具的價格相對較低，農戶接受度更高。

因此，花生生產機械的發展應適應國內的實際情況，不可照搬國外模式。我國開展丘陵山區輕簡型花生收獲機械研發既要凸顯裝備適用性、輕簡型，又要提高作業高效性、精準性以及智能化水平。國外在花生作業機械的成熟度和技術水平更高，我國的花生生產機械的研發應該吸收國外的先進技術與經驗，在種植農藝的一致性、挖掘翻秧技術、撿拾清選技術、一體化集成技術以及智能化技術方面向國外學習，提高機具的整體技術水平，開發適應國內需求的花生收獲機械。

3.2 我國花生收獲機械化發展方向展望

1）加大丘陵山區專用花生聯合收獲機研發力度。針對現有花生收獲機在南方丘陵產區適應性差的問題，研究開發丘陵專用花生聯合收獲機。設計仿生挖掘部件，降低起挖過程的埋果率；創新滾筒的結構配置，減少滾筒的堵塞，提高摘果滾筒對花生秧果的適應性。丘陵山區花生種植區域“小而散”，機具的設計應基于丘陵花生產區的種植農藝，對丘陵山區花生收獲部件材料合理選取、對整機進行系統布局，實現丘陵山區花生聯合收獲機輕量化小型化的設計。

2）推進農機農藝融合發展，開展農機農藝融合的機械化示范。系統構建基于農機農藝融合的種植標準化技術體系，根據農機作業要求制定適合于規?；?、標準化的農藝規范，在花生品種的選育、種植方式的選擇上充分考慮與農機的適應性。針對丘陵山區不同應用場景，建立一批丘陵山地主產區可演示、廣適用、可復制、易推廣的花生收獲示范基地，為花生收獲機械與農藝相互適應、相互促進、深度融合創造條件，推動丘陵山區花生收獲機械化發展。