浙江省青毛豆全程機械化研究及發(fā)展建議

青毛豆又叫鮮食大豆、菜用大豆等，原主產于東北地區(qū)，現已普及全國，主要種植地區(qū)為浙江、江蘇、福建、安徽、上海、廣東、山東和中國臺灣地區(qū)。青毛豆富含不飽和脂肪酸、氨基酸、粗纖維、大豆異黃酮、大豆皂貳、大豆卵磷脂和蛋白抑制劑等物質，具有一定的養(yǎng)生保健生理功效，隨著居民飲食越來越注重營養(yǎng)，青毛豆備受青睞。我國青毛豆主要采摘鮮莢，經加工處理，速凍冷藏后出口日本、歐美等國家。由于青毛豆生長周期短，一年可種植兩季，產值較高，一般單產7.5～9 t/hm²，純利潤可達1.2萬～1.8萬元/hm²，經濟效益非常顯著，已逐漸成為我國出口創(chuàng)匯的主要蔬菜之一。青毛豆作為低海拔山區(qū)特色蔬菜，喜溫怕澇、適宜于夏季高溫的溫帶地區(qū)，十分適合浙江省種植。

1  國外青毛豆采摘機械現狀

日本、美國及一些歐洲國家對菜用大豆的機械化收獲有了一定的研究并已有相關的產品問世。美國的青毛豆收獲機主要采用非切割，利用兩根旋轉軸使單株青毛豆從旋轉軸中間通過從而拍落豆莢的收獲方式，拍落方式主要有螺旋型和旋轉毛刷型兩類。

美國在20世紀50年代就研制成功了一種青毛豆收獲機。該收獲機結構較復雜，1969年出現了一種結構較簡單、可獨立進行田間收獲的螺旋式青毛豆收獲機。

2000年美國內布拉斯加大學生物系統工程學院C.Mesquita等人對青毛豆收獲機的收獲方式、結構、收獲效率、破損率和能耗等進行了比較全面的研究。2009年美國Rogerio Cruz Moreira 等人研制了一種可懸掛的旋轉毛刷型青毛豆收獲機。

日本研制的勇士牌菜用大豆收獲機采用滾筒彈齒式采摘裝置，其工作原理為旋轉采摘滾筒上的彈指將豆莢從莖桿上捋落，實現果實與莖稈的分離，然后豆莢被運送至滾筒后方的傳輸帶，完成菜用大豆采摘過程。日本還有小型試驗用菜用大豆摘莢機，采摘時對植株葉片損傷不大，采收率還不錯，有風力清選機構。青毛豆聯合收獲機如圖1所示。

圖1  青毛豆聯合收獲機

2  國內青毛豆采摘機械現狀

相比較發(fā)達國家而言，國內青毛豆收獲機的發(fā)展起步較晚，目前，國內對青毛豆機械化收獲的研究主要有青毛豆收割機和青毛豆脫莢機兩類，而青毛豆采收的執(zhí)行機構都采用脫粒滾筒式。

2010年山東巨明機械有限公司研制了多功能自走式大豆聯合收獲機，該收獲機也可用于青毛豆的收獲。南通市春風農業(yè)機械制造有限公司研制的青毛豆聯合收割機，該收割機適用于在平原地帶進行大面積的收獲作業(yè)。2015年關珊珊研制出一種青毛豆采摘機，該采摘機由履帶行走裝置、采摘裝置、上升輸送裝置、秸稈雜物自動分離裝置和集料箱裝置組成。2010年武漢市黃陂區(qū)石門群山科研所研制了一種摘毛豆機，該收獲機包括機架、安裝在機架上的轉動部分及其驅動部分。

2012年華中農業(yè)大學研制了一種青大豆脫莢分離機構，該機構采用夾持喂入輥筒組合和豆莢剝離輥筒組合為主要工作部件，工作原理與前述摘毛豆機基本相同。

2016年李麗華等研制了一種青毛豆脫莢機，該機包括機體、夾持帶、壓帶裝置、脫莢滾筒和分選機構，結構緊湊，操作簡單、方便，毛豆脫莢迅速干凈。春風牌青毛豆聯合收割機如圖2所示。

圖2 春風牌青毛豆聯合收割機

3  浙江省青毛豆生產機械化現狀

近年來，浙江省青毛豆種植面積達7.33萬hm2（110萬畝），年產青毛豆夾在220萬t以上。隨著種植面積的不斷擴大，種植戶對青毛豆生產機械化要求也越來越迫切。

目前，青毛豆生產過程中的旋耕、播種、施肥和植保等環(huán)節(jié)機械化技術已經基本成熟，采摘采用半機械化作業(yè)，即先依靠人工將青毛豆全株起收，集中到加工場所，再利用固定式豆莢分離機械將葉、稈、莢分離，勞動力成本較大。

由此可見，浙江省青毛豆生產全程機械化生產的瓶頸主要是采摘環(huán)節(jié)，研制青毛豆收獲機代替人工摘豆莢已成為青毛豆產業(yè)當務之急。青毛豆人工采摘和脫莢機如圖3所示。

a 人工采摘

b. 脫莢機

圖3 青毛豆人工采摘和脫莢機

2  工作原理

2.1  青毛豆聯合收獲機工作原理

采收作業(yè)時，聯合收獲機前端帶有斜度的深松刀將青毛豆植株的根系鏟松，收獲機開始行進后，被鏟松的青毛豆植株被鏈條夾持拔起并隨鏈條運動向上輸送，輸送過程中振動脫泥裝置將大豆植株根上的泥土除去，然后青毛豆植株根部被夾持鏈條輸送至脫莢裝置，脫下的青毛豆豆莢和莖稈、葉瓣等雜物一起進入清選系統，經過風力篩選，青毛豆豆莢進入豆莢倉，葉瓣莖稈等雜質被風機通過出料口吹到收獲機外還田，青毛豆豆莢則通過螺旋輸送機裝袋，摘除豆莢后的青毛豆秸稈從另一邊出口輸出，經秸稈粉碎機粉碎后拋撒還田。

2.2  青毛豆剝殼機工作原理

青毛豆剝殼機主要有軋輥式和割刀式兩種。割刀式青毛豆剝殼機來源于20世紀80年代日本引進機型，存在機械結構復雜、不易維修和價格昂貴等缺點。目前市場主流產品為軋輥式毛豆剝殼機。

軋輥式毛豆剝殼機主要由進料斗、機架、傳動機構、導料板、軋輥和引導板組成，將毛豆莢放入儲料斗中，電機帶動偏心軸轉動，偏心軸在轉動過程中產生劇烈震動，使豆莢均勻地分散在橡膠傳輸帶上，橡膠傳輸帶把豆莢送到導料板，然后滑落到兩根軋輥之間。

兩根軋輥保持一定的間隙且反向旋轉，使豆莢被軋輥夾持并擠壓，使豆粒從豆殼中脫出，同時豆殼被軋輥卷入，使豆粒和豆殼分離。豆粒經過波浪形分離引導板導入豆倉中，豆殼篩分后進入豆殼收集倉中。

軋輥式毛豆剝殼機關鍵技術在于通過軋輥對豆粒擠壓，使豆粒從豆殼中脫出。其中，反向旋轉的一對軋輥為剝殼機的核心裝置，其設計采用人工剝毛豆時的擠壓動作仿生原理，毛豆豆莢為扁長條狀，中間厚，兩頭扁平，籽粒在殼內縱向排列，籽粒間有一定間隙，受外力擠壓時會移動；豆莢外殼比較柔韌，兩片豆殼結合處破壞應力較小，當被施加外力時，籽?？梢詮膬啥箽そY合處輕松脫出。當長條狀毛豆莢經送料裝置縱向輸送到雙軋輥時，豆莢扁平的一端首先被反向轉動的軋輥夾持，軋輥轉動，豆莢通過軋輥向前移動。

由于兩軋輥設定合適的間隙，豆莢中間厚鼓部分難以通過，莢中籽粒受到軋輥的擠壓，與莢殼產生相對運動，向后移動的籽粒將莢殼撐開，脫離豆殼，實現剝殼脫粒。

3  青毛豆生產機械化存在的問題

目前國內普遍采用的“人工采收+青毛豆脫莢機脫莢”半機械化模式需要先將青毛豆收割再進行脫莢，收獲步驟繁瑣，收獲效率低，在搬運過程中易造成豆莢損失，降低人工成本效果不顯著。

近年來，浙江省慈溪、上虞等地先后花費巨資從法國、日本引進了大型青毛豆收獲機，為浙江省青毛豆的生產全程機械化試驗與示范進行了有益的探索。

然而，此類收獲機機械結構復雜、體積龐大、消耗功率大，只能在大面積農場中使用，不適合浙江省大部分中小面積農田和拱棚內作業(yè)，而且購置價格和使用費用都很高，不符合我國的農機消費國情。

我國青毛豆機械化收獲技術還處于初步研究階段，國內一些事業(yè)單位和企業(yè)針對我國青毛豆收獲機械市場空缺的現狀，研發(fā)了一些青毛豆收獲機，有臺式和自走式兩種機型。

但相對而言，存在效率低、采摘不干凈、破損率高、含雜率高和智能程度較低等問題，而且研究都不夠深入，缺乏理論分析，大多停留在樣機的水平上，市場上也沒有成熟的機型。

針對市場青毛豆收獲機普遍存在豆莢采摘不干凈、損失量大、雜質過多、種子次級豆莢太多、豆莢機械性損傷嚴重等問題，南方丘陵山地青毛豆專業(yè)種植戶急需一種機型較小且適合當地特點的青毛豆聯合收獲機。

4  對策及建議

4.1  設立小型青毛豆聯合收獲機重大專項

建議設立小型青毛豆聯合收獲機重大專項，組織攻關團隊研制并推廣適合南方丘陵山地使用的小型青毛豆聯合收獲機，從青毛豆秸稈、豆莢和豆葉的物理機械特性入手，重點突破履帶底盤、采摘機構、清選機構、遠程遙控等關鍵技術，提高收獲效率和摘凈率、降低破損率和含雜率、提高機械化水平。

4.2  實行農機農藝的有機結合

實現青毛豆采摘的全機械化作業(yè)，還必須實行農機、農藝的有機結合。包括平整土地，便于農機入田作業(yè);選擇合適的品種，控制青毛豆的株型、成熟期;確定合適的行距，實行機械播種、起壟，以適應采摘機械的作業(yè)要求等等。

4.3  建立青毛豆初深加工基地，延長產業(yè)鏈

依托新型農業(yè)經營主體，擴大青毛豆經營規(guī)模青毛豆種植規(guī)模擴大后，如不能解決產品儲存、加工、銷售問題，則有可能陷入“豆踐傷農”的困局，使種植者蒙受損失。要大力扶持青毛豆初、深加工企業(yè)，為大批量收購、儲存、加工青毛豆建立穩(wěn)固的基地。

4.4  培育優(yōu)質品牌

政府要引導從事青毛豆生產的農業(yè)龍頭企業(yè)、農業(yè)合作社，要加大商標培育力度，爭創(chuàng)知名、馳名商標，打響產品品牌。政府要積極申請國家地理標志，挖掘青毛豆所隱含的種源特色和人文歷史，提高市場美譽度。

5  經濟和社會效益

盡快突破浙江省青毛豆生產全程機械化生產的瓶頸，研制并推廣適合南方丘陵山地豆農使用的小型青毛豆聯合收獲機，填補農副產品加工機械在這一領域的空白，實現了青毛豆生產全程機械化，具有以下幾點顯著的經濟和社會效益。

5.1  緩解了季節(jié)性用工矛盾

在青毛豆的最佳采摘期采摘，往往花錢都雇不到人，青毛豆生產全程機械化的實施，大大減輕了人工勞動強度，調動了農民種植青毛豆的積極性，還能培育一批掌握先進農業(yè)機械操作技術的新型農民。

5.2帶動了青毛豆機械化生產水平的提升

政府大力促進農業(yè)領域“機器換人”，青毛豆產業(yè)正處于新舊生產方式轉換的“風口浪尖”，農業(yè)科技工作者必須責無旁貸，解決這一技術難題，為高效農業(yè)的發(fā)展做出貢獻。

5.3 節(jié)約成本增加效益

據統計，人工采摘青毛豆要112.5工/hm²，采用機械化收獲最多只需7.5工/hm²，節(jié)約人工約105工/hm²，勞動生產率可提升14倍，綜合人工采摘與機械化收獲作業(yè)、青毛豆產量及銷售價格比較，在解放勞動力、提高勞動生產率的同時，節(jié)本增效約2700元/hm²左右。

5.4 促進農業(yè)可持續(xù)發(fā)展

機械化收獲后將青毛豆秸稈可以做到直接粉碎還田，既避免了秸稈焚燒帶來的環(huán)境污染，又改善了土壤結構，增肥地力，符合農產品廢棄物資源化利用的方向。