1、1水生蔬菜生产机械研究概况水生蔬菜是指在淡水中生长、其产品可作蔬菜食用的维管束植物，包括莲藕、子莲、茭白、芋、荸荠、菱、慈姑、水芹、蕹菜、芡实、莼菜、蒲菜、豆瓣菜、蒌蒿等1。我国水生蔬菜资源丰富、历史悠久、特色鲜明，绝大多数水生蔬菜原产于我国，国外较少栽培。自 20 世纪 90年代，我国水生蔬菜种植面积不断扩展，规模化、产业化生产发展迅猛，目前人工种植面积达 73.37 万 hm2 以上，年总产值超 550 亿元，在农业增效、农民增收、农村环境改良等方面作用显著。由于水生蔬菜大部分生长在水中，相比陆生蔬菜存在作业环境更为恶劣、手工操作占有比例高、劳动强度大等问题，这些问题已经成为制约水生蔬菜产
2、业发展的主要因素。近 10 年，通过各科研院校、农机企业、技术推广部门和种植农户的共同努力，在水生蔬菜生产专用机械的研制与开发方面取得了较好的成绩，对于提升水生蔬菜生产效率、降低劳动强度、改善作业环境等方面发挥了重要作用。 1 水生蔬菜种植机械 1.1 芋头播种机 在众多水生蔬菜中，芋头生产机械化程度相对较高，在日本已基本达到了全程机械化作业水平2。通过种芋播种机一台机具可同时进行起垄、播种、地膜覆盖 3 种作业，播种精度高，作业效率 3.7 h/1 000 m2;地膜回收机可对普通地膜进行顺利回收，作业效率 0.4 h/1 000 m2。山2东理工大学发明了一种转筒式芋头穴播机，转筒底面呈碗
3、状，在种薯箱的清种区机架上安装摆动块，提高充种和清种质量，一次作业可实现起垄、整平、开沟、播种、覆土等多种功能，降低人工成本3。潍坊职业学院设计了一种多功能播种机，能完成芋头、生姜、马铃薯等根茎类作物的播种4。播种机由直流电机提供动力，通过链传动带动转种匙转动，种子由摆正种子漏斗落到输种皮带上，经皮带转动运送到沟槽内完成播种。转种匙结构类似于螺旋状斜齿轮，能够无损地将种子转到漏斗中。播种机采用了四轮驱动，对地形的适应能力强，可一次完成刨沟、撒种、盖土、施肥等工序。 1.2 水芹耕种机 曹国荣联合扬州大学开发了水芹自动化农业耕种机。该机由一台桁车与一个操作平台组成，桁车以地块之间的水泥路为轨道带
4、动长 56 m、高近 3 m 的操作平台进行前后移动，作业者站在平台上脚不沾地即可进行开沟、播种、施肥和收割等一系列生产工作5。桁车上的踏板可根据水芹种植、施肥或收割时的不同需求来调节相应高度，便于作业，相比于传统种植方式节约近八成的人力成本。 1.3 藜蒿（蒌蒿）扦插机 为提高藜蒿（蒌蒿）栽植效率，华中农业大学研制出藜蒿扦插机6，7。扦插机包括分苗取苗装置和扦插装置两大部分，工作时由传动系统将动力传递给滚动筒和曲柄轴，曲柄摇杆机构中摇杆做回转运动，携带取苗机构的气嘴接头做往复式回转运动，进入苗箱内通过负压吸取苗秆，导苗装置从气嘴接头取下苗秆并将其送入接苗装置且使其呈直立3状态，由扦插装置的栽
5、植臂做回转运动将接苗装置中的苗秆插入土壤中，如此连续作业，可实现分苗、取苗、扦插等多项作业。扦插机机组行进速度 108 mm/s，行距 90 mm，扦插 10 行，株距 80100 mm，扦插深度5060 mm，扦插直立度10%。 2 水生蔬菜收获机械 2.1 挖藕机 挖藕机作为水生蔬菜收获机械中的难点和焦点，得到了相关部门与从业者的广泛关注和积极探索。目前，挖藕机的主要设计思路是利用高压水冲挖采收莲藕，即通过高压水切割、破碎、冲刷莲藕产品周围土壤，让莲藕自行浮出水面或借助人工取出，主要包括浮栽装置、动力装置、高压水泵、分水器和高压喷嘴、操作装置、行走装置等8。挖藕机按结构形式大体可分为 4
6、类。 船式挖藕机 作业时自行移动，无外延长水管，操作人员无需下水即可作业。湖北宜城市农业机械化管理办公室开发的船式自动挖藕机，工作时排水、挖藕、洗净等环节连续作业，一次完成9，该机挖藕深度可达 0.7 m，作业幅宽 3.6 m，采藕无损伤。山东微山县微山湖挖藕机械制造厂生产的 4CW-2.6 型船式挖藕机，工作时船体悬浮或半悬浮于水中，在船内完成吸水、加压喷射、挖深控制、行走等全部工序10，11。该机工作幅宽 2.6 m，适应水深 0.31.3 m，工作效率 200.1333.5 m2/h，已在山东、江苏、安徽、湖北等地推广使用。湖北省襄樊市航鹰航空科技有限责任公司成功研制的液压操纵水力挖藕机
7、，配备高低两排喷头，高喷头冲刷表层泥土，低喷头冲刷莲藕，液压系统可控制喷管组4件上下移动和左右摆动12，13。该机工作幅宽 3.2 m，挖泥深度0.50.8 m，工作效率 167416 m2/h。华中农业大学研发的 4CWO-3.2型船式挖藕机，集采挖、清洗等功能于一体，工作幅宽 3.2 m，适宜水深0.21.8 m，最大挖藕深度 0.8 m，作业行驶速度 0.51.97 m/min，采挖效率 100400 m2/h 14，15。 浮筒式挖藕机 作业时自行移动，无外延长水管，操作人员需下水作业。武汉兴盛农机技术开发有限公司生产的 W-FPZ-1200C 型浮筒鸭嘴式挖藕机，工作幅宽 1.2 m
8、，挖藕效率 166.8250.1 m2/h，但作业前要求清除田间藕秆和藕叶，作业适宜的藕田泥面平整度高低差不大于 3 cm、水深 2030 cm、莲藕入泥深度不超过 45 cm16。山东华盛中天机械集团股份有限公司研制的 4W-100 型自走式挖藕机，启动方式为电启动，工作幅宽 1 m，挖掘深度小于 60 cm17。山东省水稻研究所设计了一种浅水藕采收机，利用电动力污水泵替代传统挖藕机动力装置，使自重减轻，且在泥塘中适应能力更强，但作业范围受到极大限制18。山东临沂梅工机械制造有限公司开发的 DCE-1001D 浮筒式挖藕机，工作幅宽 1.9 m，适水深度 0.21.5 m，挖掘深度 0.31
9、.1 m，挖藕效率 200 m2/h19。3.8 茭白加工机械 安徽安庆市岳西县益诚蔬菜保鲜有限责任公司研制了一种茭白加工切丝刀，其结构简单，在刀柄上增加一排或数排刀片，并且上下排之间刀片交错排列，在较低的转速下加工出来的茭白切丝粗细均匀，同时机械磨损低、寿命长、耗电少，降低了茭白生产加工成本75。 3.9 菱角加工机械 5李会扬76设计了一种半自动的菱角脱壳装置，其工作原理是在机架上平行设置两根转轴，从任一转轴输入动力，通过链条带动送料模具移动，菱角可由人工逐一放置在送料模具上的凹槽中，模具移动使凹槽上方的弹性压条压住菱角两侧，当菱角随送料模具移动到切脐刀下方时，切脐刀动作，在菱角的脐部切一
10、刀，使其脐部破开;随着送料模具的继续移动，破壳刀接触到菱角的上部，并在菱角的上部切一刀，使菱角的上部破开一个口子，经上述两个动作后，菱角坚韧封闭外壳的包裹结构被破坏;再通过人工剥壳，可快速取出果仁，降低了脱壳难度，提高了生产效率，但是至今市场上还未见菱角脱壳机的成熟产品。 3.10 芡实加工机械 芡实的机械化生产主要集中在种子脱壳环节，芡实脱壳机按结构形式分为盘式、转子叶片式等，按脱壳方式分为对辊或单辊挤压式、斜槽面挤压式、剪切式等77。苏州水利农业科学研究所开发了一种芡实种子脱壳机，芡实种子由料斗喂入，经双刀辊的切割和揉搓，剥掉芡实种子壳，再经筛网进行壳、仁分离，初步实现了脱壳机械化，但芡实
11、需冷冻处理后解冻，影响芡实品质，未做大范围推广78，79。江苏省苏州市农机技术推广站研制出 6B-30 型芡实脱壳机科研样机，确定“螺旋刀辊加螺旋凹板”结构形式为最佳剥壳组合刀具80。江苏省苏州创德兴芡实有限公司设计了一种干芡实种子脱壳机，其利用高速旋转的圆柱形主刀辊上具有一定导程螺旋线排列的切削刃，对位于支承辊“V”形槽内的干芡实种子进行切削、撞击、挤压和揉搓，完成干芡实种子脱壳取仁作业81。锦州世琪机械有限公司发明了盘式芡实脱壳机，其在动盘上6表面边缘处设置开壳刀刃，在定盘的下表面设置与动盘开壳刀刃相配合的锥形斜面，锥形斜面及开壳刀刃构成芡实加工的工作面，芡实的内种皮在动盘开壳刀刃和定盘锥
12、形斜面的共同作用下破裂，实现芡实脱壳的目的82，加工整仁率可达 70%，内种皮一次开壳率达到 56%。张福明83研发了一种新鲜芡实脱壳机，能实现进料、壳米分离、出壳、排渣同步进行，效率可达 2540 kg/h，脱壳后经过漂洗、人工挑选后，成品率可达 95%98%，每台机器每天可节省 1520 个劳动力。周红卫84设计的转子叶片式湿芡实脱壳分离机通过转子高速旋转对芡实的撞击、揉搓作用，进行芡实的脱壳处理，并借由芡实壳仁密度的不同，实现壳仁自动分离，加工效率达 200300 kg/h，脱净率 95%以上，整仁率95%98%。锦州俏牌机械有限公司生产出 TFQS400 型干芡实脱壳分选机，由上料斗、
13、提升机、脱壳机组、皮仁分选机组及电控柜组成，集清理分级脱壳、仁壳分离、芡实分选等功能于一体，未脱壳籽粒可自动返回进行二次脱壳，自动化程度较高。该设备适用于 613 mm 籽粒，效率达200300 kg/h，整仁率 65%80%，半仁率 10%15%，已在江苏高邮、安徽亳州等地推广应用。另外，江苏、安徽等地许多个人和企业也开展了芡实脱壳机的设计或研制工作。 4 存在问题及建议 近些年，水生蔬菜产业呈加速增长态势，但由于水生蔬菜的研究起步较晚，生产的组织化、规模化程度低，对机械化作业需求不够强烈，政府与种植户不够重视，研发人员和经费投入不足，缺少持续的研发计划与资金扶持，导致水生蔬菜机械装备的研究
14、发展缓慢，而且许多成果7还停留在设计方案和试验样机阶段，实用性较差。为此建议：一是加大对水生蔬菜生产机械研究的投入，重点开展省力、高效、优质的水生蔬菜机械装备研制，并将生产急需的一些实用机械纳入农机补贴;二是发展水生蔬菜生产机械应以作业高效化、收益最大化为目的，以轻简化、自动化、通用化、信息化、智能化为特征，应有助于推动传统水生蔬菜产业向现代化农业发展;三是加强政府引导，科学规划产区，农机与农艺联合创新，改变现有的水生蔬菜生产方式，发展规模化种植和利于机械化作业的种植模式，建立水生蔬菜机械化生产体系标准;四是在建立农机服务体系、扶持规模化水生蔬菜生产基地、建设和完善水生蔬菜产业链的成套设施装备
15、等方面加大政策倾斜力度。 参考文献 1 柯卫东，刘义满，黄新芳.水生蔬菜安全生产技术指南.2 版M.北京：中国农业出版社，2014. 2 赵长英，彭巧慧，林英杰.日本芋头生产的全程机械化体系J.河北农机，2014（12）：63-64. 3 郭志东.一种转筒式芋头穴播机：201410087236.3P.2014-06-04. 4 康立业，姜韶华，吴宇，等.小型根茎类作物播种机的设计J.安徽农业科学，2014，40（20）：10 717-10 718. 5 史春杨，蒋梦蝶.农民脚不着地，开着“行车”种水芹N.无锡日报，2014-12-02（2）. 6 王磊，黄海东，汲文峰，等.藜蒿扦插机扦插装置的
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18、B/OL.2015-09-069http：/ 59 高增法.芋头去皮机的研制J.机电技术，2013（3）：6-8. 60 何顺昌，何顺强.一种切芋头机：CN201210057864.8P.2013-09-18. 61 何顺昌，何顺强.一种芋头切块机：CN201220083779.4P.2012-11-07. 62 袁祖六.荸荠去皮机：CN201210582658.9P.2014-07-02. 63 天太?郭元?j.荸荠削皮机：CN201310463238.3P.2015-04-15. 64 曹英明.马蹄削皮机：CN200820052083P.2008-10-29. 65 王炳权，张逢权，胡学毅
19、，等.荸荠削皮机： CN201120457399.8P.2012-07-11. 66 左志平，左树桦.荸荠去皮机：CN201410732182.1P.2015-04-01. 67 毛桂林，王锡麟，毛庭耀，等.马蹄自动进料切片机：CN901005 57.6P.1991-08-14. 68 罗金传.马蹄自动进料削皮切片机：CN92102463.0P.1993-02-03. 69 王浩泉，朱宝法，戴云林.马蹄切片机的送料（切）片机构：CN89222001.5P.1990-07-04. 70 潘建胜，陈阿春，王立昆.马蹄切片机：CN91208600.9P.1992-01-29. 1071 焦忠，王成军
20、.一种荸荠清洗机：CN201220397226.6P.2013-03-13. 72 李精华，谭双雄.荸荠自动清洗、分级设备：CN201220484608.2P.2013-03-20. 73 张俐勤.一种荸荠清洗机：CN201320110119.5P.2013-09-04. 74 左志平，左树桦.荸荠清洗机：CN201410732184.0P.2015-03-25. 75 李奕成.一种茭白加工机切丝刀：CN201020636905.5P.2011-07-27. 76 李会扬，李舒.一种菱角脱壳装置J.中国科技财富，2012（7）：122. 77 宋率展.特色农产品芡实脱壳工艺及装备研究D.合肥：合肥工业大学，2006. 78 成永芳，顾旭东，陈松玲.芡实种子剥壳机：CN02207847.9P.2003-04-23. 79 张琴，丁为民，邓丽君，等.芡实机械脱壳中的摩擦特性试验研究J.农业工程学报，2013，29（1）：56-60. 80 王利民，顾欢庆，顾旭东，等.试论芡实机械加工及配套机具研究J.中国农机化，2004（4）：24-26. 81 姚茂洪，华涛，成永芳，等.一种干芡实种子剥壳机： CN200820181861.4P.2010-02-10. 82 李继锋，梁栋.盘式芡实脱壳机：CN200920014067.5P.2010-
