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蔬菜机械设备

打埂作畦联合播种机等机动蔬菜机械。菜田的耕作、灌溉、植保、播种、运输等项作业不同程度地使用机械操作。70年代以来,在栽植、收获和保护地栽培机械等方面的研制工作,已取得一些成效,并逐步推广使用。机械设备的主要种类 按蔬菜机械性能分述如下:耕整地机械菜田耕地及耕地后的碎土、开沟、筑畦、起垄等作业所用机械,有旋耕机、铧式犁、开沟机、起垄机等。

蔬菜栽培、收获、产品处理等过程中使用的机械。主要有耕整地机械、播种机械、栽植机械、中耕机械、灌溉机械、施肥机械、植保机械、收获机械、保护地栽培机械、无土栽培机械、采后处理机械等。

发展概况

蔬菜机械的发展经历了由使用手工工具(如铁锹、四齿、平耙、小手锄、播种耧等)到引用大田机械(如耕作机械、中耕机械、施肥机械、灌溉机械、植保机械、运输机械等),然后发展到蔬菜专用机械的过程。

1931年,苏联研制了甘蓝收获机,1933年又研制成功块根拔取式收获机。1945年,美国研制了黄瓜收获机。50年代以后蔬菜机械发展迅速。欧洲一些国家相继研制成各种类型的蔬菜成套系列机具,使蔬菜生产机械化水平大大提高。除需要多次收获及鲜售果菜类的收获作业外,其他作业项目都可实现机械化。

20世纪50年代初,中国研制使用了畜力垄上播种机,畜力中耕除草机,秧苗营养钵制钵器等人畜力蔬菜机械。50年代末,研制了大白菜起垄播种机,绿叶菜打埂作畦联合播种机等机动蔬菜机械。菜田的耕作、灌溉、植保、播种、运输等项作业不同程度地使用机械操作。70年代以来,在栽植、收获和保护地栽培机械等方面的研制工作,已取得一些成效,并逐步推广使用。

机械设备的主要种类 按蔬菜机械性能分述如下:

耕整地机械

菜田耕地及耕地后的碎土、开沟、筑畦、起垄等作业所用机械,有旋耕机、铧式犁、开沟机、起垄机等。

旋耕机一次能完成耕地、碎土、平整地表等工序,是菜田耕地机械中应用最广泛的机具(图1)。

图1 旋耕机

旋耕机一般耕作深度为12~17厘米。为扩大旋耕机的使用范围,以普通旋耕机为基础,又研制了一些新型旋耕机和旋耕联合作业机。如半轴旋耕机是在手扶拖拉机驱动半轴上安装刀筒,旋耕刀片在刀筒上按螺旋线排列,刀筒代替机组行走轮,由半轴直接驱动进行旋耕作业。机组结构紧凑,转弯灵活,适合小块菜地耕作;旋松机是在旋耕机后面加上松土犁,使旋耕刀和松土犁组合工作,一方面加深耕层,达18~25厘米,一方面可节省动力消耗25%左右;深耕旋耕机是加长旋耕刀提高旋耕深度,耕深可大于30厘米;耕耙犁是将犁和旋耕机组合在一起,犁耕后旋耕,形成一个表土细碎,底土粗的耕作层;耕耘筑畦机是由旋耕机,开沟犁头、整形板等组成。根据不同需要配置多种整形板,可以作成不同尺寸畦面的平畦、高畦。普通旋耕机耕深较浅,常年耕作形成硬底层,影响蔬菜生长。使用菜田深松犁可疏松土壤底层,松土深度达30厘米左右。

铧式犁具有良好的翻土和覆盖性能,在菜田秋冬耕时常用于犁耕。为减少犁耕时墒沟,研制了自动翻转的双向犁。此外,动力圆盘耙、动力曲柄锄、混层犁、震动耙也用于菜田耕作。

开沟机有圆盘开沟机、链式开沟机、暗沟开沟机等。圆盘开沟机工作部件是两个向外倾斜成一夹角的铣刀盘,在动力传动下回转铣切,抛掷土壤成沟(图2)。

图2 圆盘开沟机

链式开沟机是在循环运动的链条上固定刀片,工作时链条上的刀片不断切削,抛掷土壤成沟。暗沟开沟器(鼠道犁)为一炮弹型犁头,在地面下前进,挤压土壤成地下暗沟。配上埋管装置,可在开沟同时将塑料波纹管导入暗沟。

起垄机有盘式、犁头式等。前者是由具有一定夹角的两圆盘组成,工作时盘不断切土、起土,并将土向中间收聚成垄;后者是由相对的两犁头组成,两犁头将土壤向中间翻移、挤压成垄。

播种机械

有些谷物和中耕作物播种机可用以播种某些蔬菜种子。但随着蔬菜机械的发展,不断被各种蔬菜专用播种机所代替。如蔬菜起垄播种机是用于大白菜、萝卜的垄上播种。先由犁头作出高12~25厘米,宽35厘米的垄,然后将种子播在垄上开出的沟中。小菜通用播种机的排种器由大、小窝眼轮和棘齿轮组合而成,能播种大小不一、形状不规则的多种蔬菜,平畦、打埂、开沟、播种、覆土、镇压六道工序一次完成。菜田垄上播种机可在垄上播种大白菜、萝卜、芸豆等蔬菜种子。播种机上的曲柄连杆机构使小镐上下运动,在垄上刨出等距离的种穴,种子播入穴中。畦田联合作业播种机一次可完成旋耕、平畦、筑埂、开沟、播种、覆土和镇压等项作业。如在播种机上加上施肥装置可同时施化肥。马铃薯种植机用于薯块和整薯的种植。可垄作或平作。蔬菜播种正趋向精密播种发展,即把单粒种子按一定株距准确地播在行内。此类播种机,有播种丸粒化种子的气力式播种机、传送带式播种机等。此外,还有种子片和种子带播种机,即把种子用包衣材料做成种子片,或把种子按一定距离密封在水溶性的纸或塑料带里,然后用播种机播放在种沟内。英国等国家正在研究液体播种机,即将已催芽的种子悬浮于液体介质再播种,消除了发芽的种种障碍。

栽植机械

栽植作业用工多,劳动强度大,农时紧,常使用栽植机。有简易栽植机、半自动栽植机和自动栽植机。栽植机所用的菜苗分不带土和带土(钵苗)两种。简易栽植机是由人工直接把菜苗放入开沟器开出的沟中,每分钟栽40~50株。半自动栽植机是人工把菜苗送入栽植器,由栽植器将菜苗放入沟中。栽植器有钳夹式、双圆盘式等。后又研制了由输送机构将菜苗送入栽植器。如中国的2ZSB-2型钵苗栽植机、日本的纸钵栽植机,生产率100~200株/分。自动栽植机将预先装好苗的苗带或苗箱放到栽植机上,自动栽植。钵苗栽植机所用土钵,可由制钵机制作,每小时制钵数千个,有的高达数万个。

中耕机械

用于中耕除草、培土、间苗等。工作部件有松土铲、圆盘、培土器等。小型旋耕机配上中耕刀齿,可成为搅土效果很好的旋耕中耕机。间苗用机械式间苗机的缺点是不能选择留苗和控制苗量。有的国家研制了电子传感间苗机,机器行进时传感器探测出应保留的幼苗,将信号传给电控系统,指令除苗装置工作,除去不合格的苗。随着精密播种的发展,间苗工作将逐渐减少。

灌溉机械

主要分为地面灌溉、喷灌、滴灌。地面灌溉机具主要由动力机、水泵组成。水泵抽出的水经地面的渠、沟、管道引入田中。也可用水槽或暗式固定管道进行田间的输配水。有的国家用虹吸管、移动式灌水机和移动灌水管道灌水。喷灌是将具有一定压力的水,通过专用机具设备,由喷头喷射到空中,形成细小的水滴,均匀洒落田中。这种方法不受地形和土质的限制,能经济有效地利用水。喷灌机具主要由动力机、水泵、管道、喷头等组成。可分为固定式、半固定式、移动式三种。固定式喷灌机,在菜田中配有一定数量的主管、支管,支管上安装喷头(一般使用旋转式喷头)。每个喷头的喷灌面积有一定的重叠,以消除死角。半固定式是水泵,主管道固定,支管道和喷头可移动。全部设备装在拖拉机上或由拖拉机牵引移动为移动式(图3)。有的喷灌机装在行走底盘上,行走底盘的行走轮行走在两条铺设在水渠两边的钢轨上面。喷灌机在行进中吸水、喷灌。有的喷灌机还能结合施肥。滴灌多用于温室栽培,由水泵、过滤器、流量和压力调节器、管道(干管、支管、毛管)、滴头等组成。在每行蔬菜或两行蔬菜间放一条毛管,毛管上隔一定距离有一个滴头。具有一定压力的水经过管道从滴头以水滴或是细小水流缓慢地施于蔬菜根部。

图3 移动式喷灌机

施肥机械

施用有机肥、固态或液态化肥的机具。施液态有机肥的机具由拖拉机、水泵、吸肥管、输肥管拖车和喷头组成(图4)。施肥机从水肥池中吸取肥料水,储入拖车上的肥箱中,通过输肥管、喷头施入菜田。有机肥撒布机由肥料箱、肥料输送链、撒肥部件等组成。肥料箱中的厩肥由输送链以较低的速度向后输送到撒肥部件撒出。液氨施肥机由液氨贮罐、计量装置、开沟施肥装置等组成。贮罐中的液氨由主输肥管流出,经计量器、分配器、支输肥管流到开沟施肥器所开沟中。施于表土以下12~15厘米处。固体化肥的施用,可用专用施肥机,也可用联合作业机在播种的同时施入化肥。

图4 施肥机

植保机械

由于农药状态不同,喷施的方法和机具亦不同。按施药方法可分为喷雾机、喷粉机等。按动力可分为手动、机动。人力喷雾器通过手压杆动作,用泵对药液加压喷雾。手摇喷粉器有胸挂式和背负式两种,背负式动力喷雾、喷粉机采用气流输粉、气压输液,发动机带动鼓风机产生高速气流,由气流把药液输送到喷头,或把药粉输入喷管再由高速气流吹出。担架式动力喷雾机是将泵和发动机安装在机架上,可人工搬运移动。行走式动力喷雾机有自走式、拖拉机悬挂式或拖拉机牵引式。有喷雾泵、药液箱、喷雾软管、喷头等主要装置,安装在支架或拖车上,可以移动喷洒。为使蔬菜叶背部也能喷到农药,研制了静电喷雾机,应用高压静电使雾滴充电。在静电场作用下,带电的雾滴吸附在叶片上。70年代初美苏等国家研制了间隙式喷雾机。用气、电、光电或超声波等装置测定植株的位置,对作物进行喷洒,当行进到无作物区便自动停止喷药。

收获机械

分根菜收获机、果菜收获机和叶菜收获机。

根菜收获机主要收获萝卜、胡萝卜等,有挖掘式和拔取式两种。挖掘式收获机是先切去茎叶之后,再将根菜挖出,并分离土壤和茎叶。拔取收获机是先挟持茎叶,把根菜从土壤中拔出,再分离茎叶和土壤。现在收获机已向大型联合方向发展,能完成挖掘、切除茎叶、清选、集运等作业。果菜收获机有番茄、黄瓜、甜椒、菜豆收获机等,用以收获加工用果菜,进行一次性收获。番茄、黄瓜收获机的工作过程是用割刀割断茎杆,输送器向机内输送,通过振动或拉挤使果茎分离,然后将果实送入料斗。甜椒、菜豆收获机则是用梳齿直接梳刷生长的植株,使果实从茎杆上脱落。叶菜收获机有结球甘蓝收获机、菠菜收获机等。目前用得较多的主要是结球甘蓝收获机,可完成拔起、输送、切根、分离外叶、装卸等工序。为了实现有选择地收获,已研制了带有X射线装置,可以判断成熟度和尺寸大小的蔬菜收获机。

保护地栽培机械

主要用于温室及地膜覆盖栽培。温室有塑料温室和玻璃温室,形式多种多样。很多国家建成适合机械化作业的多栋连结式大型温室,加温、通风、光照、施肥、灌溉等已基本实现自动化,耕整地、种植等作业已实现了机械化。

温室内使用的动力机要求体积小、轻巧、操纵方便、转弯半径小。一般用小型和手扶拖拉机作动力,可配带旋耕机、打埂机、开沟机、栽植机等在室内作业。为减少温室中的空气污染,可利用电动拖拉机。温室中空气土壤湿度一般较高,易导致病、虫害发生,常使用小型的喷雾,喷粉植保机械,也可采用脉冲式喷雾防治、熏烟法防治、蒸散器防治等。随着温室规模的扩大和固定化,土壤污染,易引起病、虫害发生,应进行土壤消毒。有蒸汽土壤消毒装置、热风土壤消毒装置、微波土壤消毒装置、火焰烧土机、动力土壤消毒机等。收获作业的运输机具有手推车、蓄电池式运输车、中小型卡车等,也有的在温室内架设地上或空中运输轨道。地面覆盖机有手动铺膜机,可在畦上一次完成铺膜、覆土作业;还有一次完成铺膜、整畦、覆土的畜力铺膜机;在已耕地上一次完成作畦、铺膜、覆土及在未耕地上一次完成旋耕、作畦、铺膜、覆土的机力铺膜机;能完成作畦、喷洒农药、铺膜、播种或栽植的联合作业铺膜机。

无土栽培装置

是用营养液栽培蔬菜的设备。由栽培床、营养液储液槽、输送管道、电动机、水泵等构成。蔬菜植株用沙石、炉渣、泡沫塑料等填充物料固定在栽培床中。基本形式是营养液由水泵从储液槽中吸出,通过输液管道送入栽培床,通过植株根部使蔬菜获得生长所需的养分。多余的营养液从回水管再回流到储液槽(图5)。

图5 无土栽培装置

蔬菜工厂是在无土栽培的基础上建立起来的。使用立体移动式栽培床(容器),在密闭厂房中由人工控制环境。厂内设有许多链式传递带,带上间隔一定距离设置一个栽培蔬菜的容器,驱动链式传动带,使容器不断上下循环移动。当移动到底部时,通过储液槽吸取营养液。这样不断循环,不断获得营养液而维持蔬菜生长。

蔬菜采后处理机械

包括清洗、分级、包装、加工机械以及预冷、贮藏等设施。①清洗机械。有洋葱、大蒜剥皮机,芋头除毛机,大蒜除根机和胡萝卜侧根去除机等。有的蔬菜,如马铃薯收获后混有石子、土块等,可用X射线装置判别,进行清除。洗涤蔬菜的机械有旋转刷式、喷射式。前者是一定数量的刷子在水中旋转完成洗刷过程;后者是用喷嘴将高压水呈雾状喷出进行洗涤。还有用压缩空气、超声波进行清洗的装置。②分级装置,可分为四大类型。用传送带传送,在传送的过程中靠人工挑选、分级;按称量分级,机上有多个称量装置,根据重量分成等级;按形状分级。以缝隙或孔穴的大小将产品分级;按颜色分级,果实从电子装置的发生点前面通过时,反射光被测定波长的光电管所接受,再由电子系统分析,并确定取舍,分成等级。③包装机械。有采用纸箱和硬质塑料筐的大包装和各种塑料袋的小包装。包装机可由电子计算机控制,自动称出重量,并将价格打在标签上。④加工机械。有多功能切菜机、豆芽机、种子加工机械、酱菜加工机械、罐装蔬菜加工机械等。种子加工机械有从果实中采种的番茄、甜椒、西瓜、胡萝卜采种机,采种后的种子处理机械有清选机、分级机、丸粒化机等。酱菜加工机械、罐装蔬菜加工机械等已具有生产加工的成套设备,进行机械化流水作业或自动化生产。

预冷及贮藏设施

保鲜技术分为流通保鲜和贮藏保鲜。流通保鲜主要是预冷,即将蔬菜从外界自然温度急速地下降到规定的低温。预冷设施有空气冷却预冷设施、压差预冷设施、真空冷却预冷设施、水冷却设施等。蔬菜贮藏保鲜主要是使用通风贮藏库、机械冷藏库。通风贮藏库不用制冷设备,只是对库内温度和换气进行控制,维持保鲜所需的环境。机械冷藏库则采用制冷设备,使在低温下贮藏保鲜。很多国家还研究了气调贮藏、化学药剂处理贮藏、放射线照射贮藏、薄膜包装贮藏及减压贮藏等,并有相应的设施。

在蔬菜机械的发展过程中,主要是着重解决栽植和收获的专用机械,以实现大面积露地蔬菜生产的机械化;另一方面是应用无土栽培方式,使蔬菜生产向工厂化发展,并通过环境的自动监测和控制,在占地面积很少的情况下创造出蔬菜生长所需的最佳条件,从而获得最大的经济效益。