發(fā)布時(shí)間：2018-12-08所屬分類(lèi)：農(nóng)業(yè)論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：園藝草害一直是阻礙農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展和威脅綠色生態(tài)安全的一個(gè)重要因素，科學(xué)有效地進(jìn)行除草控草，是實(shí)現(xiàn)園藝作物綠色安全、優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的關(guān)鍵。我國(guó)果蔬茶園的除草控草、園藝草坪的修剪管理受用工難、用工貴的因素制約，對(duì)園藝除草裝備的需求極為迫切。為此
摘要：園藝草害一直是阻礙農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展和威脅綠色生態(tài)安全的一個(gè)重要因素，科學(xué)有效地進(jìn)行除草控草，是實(shí)現(xiàn)園藝作物綠色安全、優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的關(guān)鍵。我國(guó)果蔬茶園的除草控草、園藝草坪的修剪管理受用工難、用工貴的因素制約，對(duì)園藝除草裝備的需求極為迫切。為此，本文分析國(guó)內(nèi)外園藝除草裝備的研究現(xiàn)狀，結(jié)合我國(guó)園藝特有的實(shí)際情況，指出該領(lǐng)域現(xiàn)存的問(wèn)題，以及未來(lái)研究的重點(diǎn)和方向。
關(guān)鍵詞：園藝作物,除草機(jī)械,修剪,研究現(xiàn)狀,發(fā)展趨勢(shì)
果蔬茶類(lèi)經(jīng)濟(jì)作物和草坪類(lèi)觀賞植物的園藝栽培、管理過(guò)程中離不開(kāi)除草環(huán)節(jié)，雜草對(duì)園藝作物的危害有爭(zhēng)水、耗養(yǎng)、誘發(fā)病蟲(chóng)、影響光照等，如雜草造成果園減產(chǎn)、果品質(zhì)量下降，雜草影響茶園茶葉的產(chǎn)量和質(zhì)量、增加病蟲(chóng)害等，因此，果蔬茶園的除草控草是一項(xiàng)非常重要的工作[1]。
園藝草坪因具有凈化空氣、保持水土、減少噪音、保護(hù)視力和調(diào)節(jié)溫濕度等功能，已逐步發(fā)展成為一項(xiàng)新興產(chǎn)業(yè)，但隨著勞動(dòng)力緊缺、人工工資不斷增加等問(wèn)題的出現(xiàn)，園藝草坪的修剪管理成本居高不下，嚴(yán)重制約了我國(guó)草坪業(yè)產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。隨著除草裝備的較快發(fā)展，園藝割草機(jī)逐漸從體積龐大、功能單一向小巧輕便、通用和適應(yīng)性強(qiáng)的方向發(fā)展。
目前，國(guó)外的割草機(jī)械能適用從旱田到水田、從牧場(chǎng)到荒地、從果園到草坪等不同的土壤條件。我國(guó)的園藝割草機(jī)大部分從國(guó)外進(jìn)口，機(jī)具體積龐大、價(jià)格昂貴，不適應(yīng)國(guó)內(nèi)的消費(fèi)水平和作業(yè)需求，且機(jī)具使用、維護(hù)和維修困難。本文將全面介紹園藝除草裝備的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，結(jié)合我國(guó)園藝實(shí)際情況，分析其存在的問(wèn)題，并展望未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。
1園藝除草機(jī)械化技術(shù)研究進(jìn)展
1.1國(guó)外研究進(jìn)展
國(guó)外對(duì)機(jī)械除草技術(shù)的研究始于20世紀(jì)50年代，至今已有近70年的研究歷史。目前，國(guó)外的除草機(jī)械裝備研究起步早、發(fā)展成熟、自動(dòng)化程度高，質(zhì)量好、功能齊全，能很好地滿(mǎn)足作業(yè)要求。在果園除草方面，美國(guó)的除草機(jī)械技術(shù)比較完善，機(jī)具品種齊全，性能可靠，如JD970滾刀式除草耙，其刀軸的動(dòng)力由行走帶動(dòng)，滾切刀外緣的刀刃隨著驅(qū)動(dòng)切斷草根，實(shí)現(xiàn)除草目的，具有效率高、能耗小的優(yōu)點(diǎn)，且采用滾動(dòng)切割除草的方式，不會(huì)發(fā)生堵塞的問(wèn)題。日本的除草機(jī)械型號(hào)很多，有輕、中、重型之分，其工作部分使用尼龍除草絲、除草刀盤(pán)和圓鋸盤(pán)可以滿(mǎn)足不同高度枝條的除草需求[1]。
英國(guó)FlexWing6000旋轉(zhuǎn)割草機(jī)，配套58kW以上拖拉機(jī)，可根據(jù)不同用戶(hù)的要求折疊或展開(kāi)切割板，最大割幅達(dá)6m。新西蘭UFO型懸掛式雙圓盤(pán)割草機(jī)，該機(jī)綜合了圓盤(pán)式和滾筒式的主要特點(diǎn)，采用上傳動(dòng)錐形圓盤(pán)式，可以將割下的牧草向后上方挑起并拋擲成蓬松快干的草條;設(shè)計(jì)的罩式前擋板可使作物在切割前堆攏成一排寬而低的草束，便于切割，可節(jié)省25%的切割力，割茬高度靠滑掌調(diào)節(jié)，整機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單[2]。
美國(guó)研發(fā)的EM60型割草機(jī)，主要用于牧草收割、高爾夫球場(chǎng)等大型草坪修整的割草機(jī)，該機(jī)配套18～35kW四輪拖拉機(jī)，割幅1470mm，結(jié)構(gòu)緊湊、性能先進(jìn)。英國(guó)Hesston的1275型往復(fù)式割草機(jī)具有國(guó)際領(lǐng)先水平，該機(jī)采用往復(fù)式雙動(dòng)割刀，割刀速度為1800行程/min，兩邊各有一個(gè)平衡飛輪，起到減少振動(dòng)和輔助切割的作用;采用可調(diào)浮動(dòng)彈簧，使割刀能完全自由浮動(dòng)，且護(hù)刃角方便可調(diào)，可適合不同地勢(shì)及作物狀況[3-4]。
1.2國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展
我國(guó)割草機(jī)的研發(fā)仍處于初級(jí)階段，與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比有很大差距。黑龍江省畜牧機(jī)械化研究所汪德眾等人研制的9GYS-0.85型盤(pán)式甩刀割草機(jī)(如圖1所示)，該機(jī)配套11kW四輪拖拉機(jī)，采用前懸掛方式;動(dòng)力由發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)皮帶經(jīng)傳動(dòng)裝置傳遞給驅(qū)動(dòng)盤(pán)，驅(qū)動(dòng)盤(pán)帶動(dòng)割刀旋轉(zhuǎn)，將草割下并鋪成帶狀;自由盤(pán)與地面凸起處接觸，以緩和瞬間沖擊力，與彈簧共同起到仿形作用。該機(jī)生產(chǎn)率可達(dá)到0.33～0.4hm2/h，割茬高度可達(dá)到0.03～0.04m。
內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)的趙滿(mǎn)全等人研制出9YG-130型雙圓盤(pán)割草機(jī)，并對(duì)切割部件進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，得出最佳的部件結(jié)構(gòu)和作業(yè)參數(shù)，通過(guò)性能試驗(yàn)表明，設(shè)計(jì)滿(mǎn)足割草機(jī)對(duì)草業(yè)技術(shù)要求，重割碎草率得到有效降低[5-6]。中北大學(xué)潘變等人設(shè)計(jì)了9G-1.4型往復(fù)式果園割草機(jī)，如圖2所示，配套18.4kW的拖拉機(jī)，通過(guò)萬(wàn)向傳動(dòng)軸將拖拉機(jī)后置的動(dòng)力前置，并設(shè)計(jì)動(dòng)力分配箱將動(dòng)力傳給鋪放所需的立軸和割倒所需的臥軸上;作業(yè)過(guò)程中，往復(fù)式割刀將草割倒，由帶撥齒的鏈條將草整齊鋪放[7]。
北京林業(yè)大學(xué)盧希誠(chéng)等人對(duì)步行操作式草坪割草機(jī)的旋刀裝置進(jìn)行優(yōu)化，該機(jī)采用4輪支承行走，動(dòng)力機(jī)的輸出軸與旋刀裝置直聯(lián)驅(qū)動(dòng)的方式，如圖3所示。通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)構(gòu)表明研制的旋刀裝置能改善空氣流動(dòng)性能而噪聲又較低，耳旁噪聲88dB(A)，割草機(jī)噪聲80dB(A)[8]。南京理工大學(xué)的梁醫(yī)等人針對(duì)割草刀片的制動(dòng)性要求，設(shè)計(jì)了一種電磁式刀片離合制動(dòng)多功能離合器，結(jié)果表明該離合器離合響應(yīng)速度快、制動(dòng)效果好，且與市面上常見(jiàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)主軸與刀片直聯(lián)的傳動(dòng)方式相比，有過(guò)載保護(hù)功能[9]。
此外，梁醫(yī)等人還基于人機(jī)工程學(xué)對(duì)草坪割草機(jī)的操作和防護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，最終得到了操作把手的長(zhǎng)、寬、高和安裝角度的適宜取值范圍，以及刀片護(hù)罩和排草口的結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)滿(mǎn)足的條件[10]。安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)李兵等人設(shè)計(jì)了一種小型自走式茶園除草機(jī)，該機(jī)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、行走機(jī)構(gòu)、除草部件、限深裝置、操縱系統(tǒng)及機(jī)架等組成，如圖4所示。
其中，除草部件是針對(duì)南方丘陵小田塊茶園作業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì)的，刀片以螺旋線的形式均勻安裝在除草輪圓柱上，相鄰的除草刀片順序入土，左右兩側(cè)除草輪對(duì)稱(chēng)安裝。通過(guò)4因素3水平的正交試驗(yàn)，得出除草輪轉(zhuǎn)速為350r/min、機(jī)具前進(jìn)速度0.8m/s、除草深度30mm、除草刀個(gè)數(shù)為6時(shí)機(jī)具除草和控草效果最優(yōu)，此時(shí)的除草率為80.7%。
雖然近年來(lái)國(guó)內(nèi)的割草機(jī)械有所發(fā)展，但總體機(jī)械化水平還是很低。國(guó)外的割草機(jī)械裝備雖已發(fā)展成熟，但大多是針對(duì)大型的草場(chǎng)、牧區(qū)設(shè)計(jì)的，割幅大、機(jī)器體積大、功能單一，不能在國(guó)內(nèi)的山地、梯田和小田塊種植的草地、果蔬茶園中靈活行走，且割草機(jī)具價(jià)格昂貴不適應(yīng)國(guó)內(nèi)的消費(fèi)水平[11]。因此，急需研制可靠性高、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，適合在大小草場(chǎng)、果蔬茶園和園林等特殊種植環(huán)境中作業(yè)的割草機(jī)械產(chǎn)品。
2我國(guó)園藝除草機(jī)械化技術(shù)存在的問(wèn)題
目前，我國(guó)園藝除草裝備水平還比較低，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍存在較大的差距。分析其原因主要體現(xiàn)在4個(gè)方面。
1)園藝除草裝備技術(shù)研究缺乏深入性和系統(tǒng)性。目前，國(guó)內(nèi)的園藝除草或草坪修剪工作大多是用大型草場(chǎng)、牧區(qū)的割草機(jī)械來(lái)完成的，對(duì)園藝除草技術(shù)與裝備研究或是通過(guò)單純改變動(dòng)力驅(qū)動(dòng)方式、縮小機(jī)具尺寸，或是簡(jiǎn)單地將大型作業(yè)機(jī)械轉(zhuǎn)移到園藝內(nèi)作業(yè)，缺少對(duì)園藝除草技術(shù)裝備系統(tǒng)、深入地研究，導(dǎo)致機(jī)具適應(yīng)性差、可靠性和作業(yè)質(zhì)量差，割草機(jī)械難以形成產(chǎn)品被推廣使用。
2)機(jī)具作業(yè)功能單一、通用性差�，F(xiàn)有的園藝割草機(jī)具大多只能完成將雜草、草坪等植物進(jìn)行割倒鋪放和粉碎鋪灑，無(wú)法在同一個(gè)機(jī)具上實(shí)現(xiàn)對(duì)各種雜草、草坪等植物進(jìn)行快速、高質(zhì)量的修剪、割倒、粉碎、鋪灑和收集功能。機(jī)具的通用性較差，如草坪修剪機(jī)具無(wú)法在果園中進(jìn)行除草作業(yè)等，導(dǎo)致機(jī)具利用率低、生產(chǎn)成本高。目前，國(guó)內(nèi)缺少能滿(mǎn)足園藝草坪維護(hù)管理要求、園藝果蔬茶園栽培管理要求等的通用機(jī)械裝備。
3)機(jī)具可靠性、靈活性和操作穩(wěn)定性差。國(guó)內(nèi)的園藝割草機(jī)雖然種類(lèi)繁多，但由于機(jī)具設(shè)計(jì)不合理，缺少疲勞測(cè)試和可靠性試驗(yàn)，農(nóng)民在使用過(guò)程中仍發(fā)現(xiàn)存在諸多問(wèn)題，如往復(fù)式割草機(jī)工作振動(dòng)大、適應(yīng)性差;固定盤(pán)式割草機(jī)功耗大、使用不方便等。此外，因機(jī)具體積龐大導(dǎo)致田間轉(zhuǎn)彎困難，地頭過(guò)寬造成浪費(fèi)，經(jīng)濟(jì)效益低下。
4)作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度大�，F(xiàn)有的園藝割草機(jī)具在作業(yè)時(shí)，因體積龐大、靈活性差，在空間狹小、坡度大、障礙多和邊角地帶，仍以人工除草割草為主，且機(jī)具沉重，作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度大、易疲勞、生產(chǎn)效率低。
3我國(guó)園藝除草機(jī)械化技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
針對(duì)國(guó)內(nèi)園藝除草裝備存在的問(wèn)題，結(jié)合果蔬茶園的園藝割草除草、草坪修剪等技術(shù)裝備需求，在汲取國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，未來(lái)要有重點(diǎn)、有步驟地研制開(kāi)發(fā)出適用于園藝草業(yè)、果蔬茶園和園林作業(yè)的輕簡(jiǎn)型多功能園藝除草作業(yè)機(jī)具，主要從3個(gè)方面開(kāi)展研究工作。
1)園藝除草裝備應(yīng)向靈活輕便的方向發(fā)展。我國(guó)受土地規(guī)模的限制和園藝作物傳統(tǒng)種植模式的影響，市面上主要針對(duì)大型的草場(chǎng)和牧區(qū)設(shè)計(jì)的割草裝備，因割幅寬、體積大，在果蔬茶園和小地塊草坪中不能靈活行走，機(jī)具通用性差、利用率低。為了促進(jìn)園藝割草機(jī)在我國(guó)的推廣和發(fā)展，急需研發(fā)出一種適宜作業(yè)空間狹小的密植果蔬茶園和分散田塊的輕簡(jiǎn)型園藝割草機(jī)。
2)園藝除草裝置應(yīng)向技術(shù)多元化與裝備的多功能方向發(fā)展。近年來(lái)，園藝除草裝備的設(shè)計(jì)研發(fā)由傳統(tǒng)機(jī)械式逐漸向集成機(jī)、電、液、氣、控技術(shù)于一體的綜合度較高的復(fù)雜裝備發(fā)展，使裝備的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、控制靈活，適應(yīng)性和智能化水平大大提升。此外，機(jī)具的功能也由單一的割倒鋪放或粉碎鋪灑，增加了修剪、鋪放、揀拾、粉碎、鋪灑和收集等功能，具有省時(shí)、高效、節(jié)省成本、一機(jī)多用等特點(diǎn)，備受農(nóng)民的青睞。提高裝備的作業(yè)功能和作業(yè)穩(wěn)定性是我國(guó)園藝除草機(jī)械的發(fā)展趨勢(shì)。
3)園藝割草裝備需提高適應(yīng)性和通用性。園藝作物的栽培密度、土壤性質(zhì)和地形地勢(shì)不同，在一定程度上會(huì)限制割草裝備的結(jié)構(gòu)尺寸。目前出現(xiàn)除草機(jī)因尺寸較大難以入園、爬坡性能差、難以在坡地作業(yè)等諸多問(wèn)題。結(jié)合草的生長(zhǎng)密度和高度、倒伏程度、莖稈力學(xué)特性等，分析除草的共性關(guān)鍵技術(shù)，研制開(kāi)發(fā)結(jié)構(gòu)緊湊、操作靈活、更換方便的除草機(jī)，適應(yīng)多種園藝作物的管理作業(yè)需要，一機(jī)多用、一機(jī)多能，可大大增加裝備的使用率，降低作業(yè)成本，提高農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)效益，并對(duì)促進(jìn)果蔬茶園、綠化草業(yè)和園林等發(fā)展具有重要意義。
4結(jié)束語(yǔ)
近年來(lái)，農(nóng)民因嚴(yán)重缺乏合適的除草機(jī)械裝備，造成果蔬茶園產(chǎn)量低、草坪修剪成本增加、種植草業(yè)豐產(chǎn)不豐收問(wèn)題。目前，我國(guó)現(xiàn)有園藝除草機(jī)大部分是國(guó)外進(jìn)口，機(jī)具體積龐大、價(jià)格昂貴，不適應(yīng)國(guó)內(nèi)的消費(fèi)水平和作業(yè)需求。
國(guó)內(nèi)自主研發(fā)的園藝除草機(jī)具作業(yè)功能單一、適應(yīng)性差、碎草質(zhì)量差、缺少碎草收集功能，以及動(dòng)力平臺(tái)尺寸重量大、操作沉重、平臺(tái)利用率低、單位面積平均動(dòng)力保有量大等缺點(diǎn)，難以得到推廣和應(yīng)用。今后，需要圍繞園藝果蔬茶園的栽培管理要求、園藝草坪的維護(hù)管理要求，研發(fā)和推廣輕簡(jiǎn)型多功能園藝除草裝備，突破核心關(guān)鍵技術(shù)，提升裝備的可靠性、適應(yīng)性、通用性和智能化水平。
參考文獻(xiàn)
[1]馬靜，趙潤(rùn)良.果園機(jī)械除草裝備與技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2016，36(10)：45-46.
[2]馬曉春.割草機(jī)的設(shè)計(jì)與動(dòng)態(tài)特性研究[D].哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)，2005.MaXiaochun.Designanddynamicresearchofmower[D].Harbin：NortheastForestryUniversity，2005.
[3]趙春花.手扶式山地牧草收割機(jī)研制[D].蘭州：甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)，2004.ZhaoChunhua.Thestudyandexperimentofasmallwalk-ingreaperofmountainousregion[D].Lanzhou：GansuAgriculturalUniversity，2004.
[4]傅美貞.GN121型手扶拖拉機(jī)配套旋轉(zhuǎn)式割草機(jī)的研究[D].南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2010.
[5]趙滿(mǎn)全，張寧，楊鐵軍，等.雙圓盤(pán)割草機(jī)切割器虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2014，45(8)：101-105.ZhaoManquan，ZhangNing，YangTiejun，etal.Designandexperimentofvirtualprototypeofdoublediscmowercutter[J].TransactionsoftheChineseSocietyforAgricul-turalMachinery，2014，45(8)：101-105.
[6]張寧.雙圓盤(pán)割草機(jī)關(guān)鍵部件的虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)及動(dòng)力學(xué)分析[D].呼和浩特：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，2014.ZhangNing.Kineticanalysisandvirtualprototypedesignofthedualdiscmowercrucialcomponents[D].hohhot：InnerMongoliaAgriculturalUniversity，2014.
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