新疆红枣收获机械的研究现状与发展建议

董云成，李 斌，刘 洋，王 涛，王士国，刘向新

（新疆农垦科学院机械装备研究所，新疆石河子 832000）

近年，新疆地区大力发展林果产业，红枣的产量持续增长，种植面积在增长后缓慢回落[1-2]，价格在暴涨暴跌后进入稳定状态，人工成本不断上升，种植收益呈持续下降趋势[3]，部分地区出现枣农弃种现象[4]，在红枣产业化和规模化发展的同时，人工采收已逐渐无法满足红枣采收的要求。近十年，为了降低收获成本，提升收获效率，降低劳动强度，很多科研人员对红枣收获机械进行了探索，研制了多种不同采收方式的样机，但目前还没有特别适合新疆红枣种植模式的红枣收获机。

本文主要从采摘和捡拾两种不同收获方式的角度对新疆红枣收获机械研究现状进行介绍，探究红枣机械化收获中存在的问题，以期为红枣机械化收获提供相应思路。

新疆红枣主要以灰枣和骏枣为主，目前大部分枣园采用矮化密植的种植方式[5]，树形主要有Y型、纺锤型和小冠疏层型等。红枣树的株行距随枣树树龄变化而变化，两年以上树龄枣园基本采用行距株距4 m×1.5 m的种植方式，枣树定期修剪，确保株高不超过2.5 m，部分早期的老枣园株高5 m，株距3 m左右。

新疆地区红枣收获分为鲜枣收获与干枣收获，根据收获对象的不同具有两种不同的收获农艺，拥有两种不同类型的收获机械。鲜枣收获的农艺为机械采摘→收集→清选→装箱，该农艺下的收获机械可称为采收机械，采用振动原理实现红枣脱落，下方布有伞形装置或收集网收集采摘的红枣，清选后装箱运输，该机型适宜树龄较大的枣园，无法收获提前落地的红枣。干枣收获农艺为自然风干晾晒→打枣→集条→捡拾→除杂→装箱，该农艺让枣果在树上自然成熟增加糖分的同时晾晒风干，成熟晾干后的枣果在重力和风力的作用下大部分会脱落至地表，与地表落叶形成枣叶混合物，收获时人工用长竿将枣树上未脱落的枣果击落至地表，人工或机械集条后，用机械或气吸的方式捡拾地面的枣叶混合物，除杂后收集装箱。干枣收获也是目前的主流收获农艺。

新疆红枣的成熟期集中，鲜枣在9月底10月初收获，干枣在10月末采收，收获期与棉花等叠加，收获时用工量巨大、劳动强度大、雇工难、成本高、效率低，急需适宜的收获机械来降低劳动强度和成本。

2.1 红枣采收机

红枣采收机收获目标为鲜枣，主要利用振动原理实现红枣脱落，一般通过给予枣树树干或枣树树枝固定频率的振动来强迫枣树振动，使红枣果实受到的惯性力大于果实果枝的结合力从而实现红枣脱落[6]。脱落后的鲜枣由下方伞形装置或收集网收集，该机型1~2人即可操作，作业效率高，可极大降低人工劳动强度。

红枣采收机按振动方式和位置的不同可分为抱摇式、骑跨式、激振式、拍振式四种。抱摇式用夹持装置夹持枣树树干，固定后用偏心装置以固定频率振动枣树树干致红枣脱落；
骑跨式机具骑跨于枣树上方，通过工作杆拍打或滚筒旋转等方式振动枣枝击落红枣；
激振式利用曲柄连杆装置撞击树干，树干受撞击后产生自激振动使红枣脱落；
拍振式在树冠顶部插入拍打杆，利用曲柄滑块和曲柄连杆机构对树冠进行振动拍打致红枣脱落，四种方式均能使枣树产生受迫振动从而实现采收目的。

2.1.1 抱摇式采收机

2009年新疆农垦科学院汤智辉[7-8]等研制了4YS-24型红枣收获机，该机第一次验证了高频小幅度振动在红枣收获方面的可行性。该机主要由果树振摇装置和液压控制系统等组成，作业时机械手夹持枣树树干，由偏心装置产生振动传递至枣树实现红枣脱落，脱落后枣果由下方伞形装置收集，驾驶员一人即可完成所有操作。该机由拖拉机提供动力，作业效率高、机动性好、结构简易、维修方便、适宜在行距4 m以上，树干直径8~20 cm的枣园收获作业，但采收树龄较小的枣园时易损伤枣树。

2.1.2 骑跨式采收机

2012年石河子大学付威等[9-10]研制了4ZZ-4型自走式红枣收获机，该机由采摘装置、输送系统、自走底盘等组成，作业时骑跨于枣树上方，拨杆插入树冠，立轴采摘滚筒旋转振动枣枝使红枣脱落，拨杆高度和密度可调，可在行距2.5 m以上，树高2.2 m以下的筒状果园进行收获作业，该机采净率高，不受株距限制，驾驶员1人可操作，该机适宜树龄较小且经过修剪的枣园，无法采收树龄较大的老枣园。

2017年现代农装科技股份有限公司尹素珍等[11]研制了可变地隙自走式红枣收获机，该机主要由采摘装置、振动装置、输送除杂装置和导流装置等组成，作业时骑跨于枣树上方，前部聚拢枝条，采摘柄摆动击落红枣，输送红枣的同时进行风选除杂，完成清选作业后装箱，可在行距2 m及以上，树高2 m以下的枣园作业，该机操作简易，驾驶员1人可操作，行走转向的同时底盘可升降，能采摘较低位置的红枣，损失率小，适合树龄较小且经过修剪的枣园，同样无法采收树龄较大的老枣园。

2.1.3 激振式采收机

2012年塔里木大学[12]研制了一种牵引棒杆式红枣采收机，主要由传动系统、击打装置和高度调整装置等组成。该机工作时将动力由拖拉机输出轴传递至击打装置，由击打装置水平旋转敲击树干或树枝产生自激振动实现红枣收获，该机具有击打高度可调、成本低、结构简单、无修剪要求、适宜各树龄枣园采摘作业等优点，但该机无收集装置，后期需人工或机械捡拾装箱，部分被击落的红枣会受到车轮碾压。

2.1.4 拍振式采收机

2018年南京农业机械化研究所梅松[13-14]等研制了拍振复合小型红枣采收机，该机由拍振关键部件、伞形接果装置和控制装置组成，由小型挖掘机提供动力。作业时从树冠顶部插入拍打杆对树枝进行振动拍打，脱落的鲜枣由下方伞形接果装置接收。该机可在行距株距不小于2.5 m×0.8 m，树高小于1.6 m的枣园作业，该机作业效率高，作业高度和作业速度可调，适应性强、成本低，适宜树龄较小的枣园，对枣园是否经过修剪无特殊要求，但该机难以采集位置较低的红枣，树冠插入的拍打杆和枣枝为硬接触，对枣枝有一定损伤。

2.2 红枣捡拾机

红枣捡拾机的收获目标是干枣，主要通过机械或气力（气吸、气吹）的方式捡拾地面的枣叶混合物，可分为机械式红枣捡拾机和气力式红枣捡拾机两种。机械式通过刷子或梳齿等直接接触手段强迫枣叶混合物位移完成捡拾作业，在捡拾完毕向后输送的同时进行清选，清选完毕后装箱。气力（气吸、气吹）式是通过大功率风机产生压力差将地表的枣叶混合物吸起（或气吹至输送装置）清选后装箱。部分地区会在捡拾前对枣叶混合物进行处理，一般为人工用耙子聚拢成堆或借助消防风机等将枣叶分离后聚集成1m宽的带状，处理后可极大提升捡拾机工作效率。

2.2.1 机械式红枣捡拾机

机械式红枣捡拾机按捡拾方式不同可分为梳齿式、清扫式和偏心式三种，梳齿式捡拾机作业时将梳齿斜插入地面，随着机器前行，红枣被梳齿筛出堆积后进入输送装置；
清扫式为柔性接触，采用V型滚刷将红枣集条后扫入收集输送装置；
偏心式则是用偏心机构铲起红枣向后抛送至输送机构完成捡拾作业。

2.2.1.1 梳齿式红枣捡拾机

石河子大学王成霄等[15]设计了一款梳齿式落地红枣捡拾装置，主要由集条装置、捡拾装置、输送装置、清选装置、行走控制装置等组成，动力源为柴油机。作业时梳齿入土且深度固定，捡拾机前进筛出红枣，红枣在梳齿部位堆积一定程度后可进入输送装置，经输送机构输送清选后装箱。该机操作简便，可在正常作业的同时捡拾低洼地面红枣，行进速度快、捡拾率高，适宜沙土地，但是该机无法处理土地中较大的石块及土块，杂草和枣枝过多时作业一段时间需清理梳齿。

2.2.1.2 清扫式红枣捡拾机

2018年塔里木大学鲁兵等[16]设计了一种清扫捡拾装置，主要由清扫装置、仿形收集装置、输送装置和集枣箱等组成，由柴油机提供动力。作业时V型滚刷清扫集条，横向滚刷配合收集装置收集，输送去杂后装箱。该机1人即可操作，作业宽度大、效率高，可捡拾低洼地面红枣，滚刷直径大且高度可调，具有一定防缠绕功能，但该机功耗较高，不易转向。

2.2.1.3 偏心式红枣捡拾机

2016年石河子大学张亚欧等[17]设计了一种偏心式红枣捡拾机，主要由捡拾机构、输送机构和行走机构组成。作业时拨杆在偏心轮作用下将红枣从地面铲起并抛送至链式输送机构，链式输送装置在输送的同时完成清选作业。该机操作简便，作业效率高，可捡拾低洼地面红枣，但会将较大石块及土块一并捡拾，且需定期清理缠绕在捡拾机构上的杂草和枣枝以避免堵塞。

2.2.2 气力式红枣捡拾机

气力式红枣捡拾机按捡拾方式的不同可分为气吸式和气吹式两种，气吸式作业时由负压口吸入枣叶混合物，通过吸枣管后进入输送机构或清选机构完成捡拾作业；
气吹式作业时由高压风嘴将干枣吹起并落至输送机构完成捡拾作业。

2.2.2.1 气吸式红枣收获机

2013年北京意美德通科技发展有限公司[18]设计制造了YE3600A型手推式红枣收获机专门捡拾地面红枣，该机利用高压风机产生压强差，在进枣口产生负压，将掉落在地面的枣叶混合物收入收集箱内。该机需2人操作，可方便地收获落地红枣，但该机进枣管较细，容易堵塞，且未设置清选机构，后期需再次清选。

2014年塔里木大学孙鸣仪等[19]设计了一种气吸式自走红枣捡拾机，该机主要由动力装置、行走装置、风机、除杂装置和分离装置等组成，可在行距株距2 m×0.7 m，株高1.7 m的枣园内作业。小型单缸柴油机提供动力并分配送至风机和行走装置，作业时由1～2人进行辅助，吸枣管吸入枣叶混合物后由栅条筛选除杂，该机配有杂物箱，可对枝叶等杂物进行临时存储，筛净率85.4%，筛选完毕的干枣落入筐中存储。该机稳定性好、操控便利，可显著提高生产效率，但该机功耗高，且无法解决风机负压口作业距离小的问题。

2014年塔里木大学史高昆等[20]研制出YE3600型气吸式红枣收获机，该机主要由吸枣装置、集枣筐、清选装置和集尘袋等组成，由汽油机提供动力。作业时枣叶混合物由吸枣管进入，抵达分选管道后进行风选装箱，该机风选管道独特，通过管道截面积的大小控制风速的大小，清选效果好，扬尘少、结构简单、体积小、成本低、可在较小株行距枣园内作业，但该机需人工推拉前行，负压口作业距离较小。

2017年塔里木大学鲁兵等[21]设计了一种气吸和清扫相结合的新型落地红枣收获机，主要由清扫装置、铲枣装置、动力系统和风机等组成，由柴油机提供动力，可在行距株距2.5 m×1.5 m，株高2.5 m的枣园内作业。作业前用消防风机将红枣聚拢成宽1 m的带状，作业时清扫装置V形滚刷将红枣聚拢成垄状，垄状质量效果与滚刷转速相关，转速快则质量效果好，机器前行时，铲枣装置仿形铲将红枣铲起后通过气吸捡拾，仿形铲可避免捡拾红枣中较小的土块和石子等杂质，清扫装置高低可调，可解决地表红枣散乱和风机负压口作业距离小的难题，显著提高生产效率。

2017年陕西农业机械研究所党凯锋等[22]研制了一种气吸式红枣捡拾收获机，主要由双气流分离装置、风机、捡拾吸管、风选机构和集枣箱等组成，汽油机为风机提供动力。该机作业时需2人合作，分别负责手持吸枣管吸枣和推动机器行进，该机吸枣后利用双气流分离装置分离枣叶混合物，分离效果好，含杂率低，不受行距限制，更适宜面积小的枣园。

2.2.2.2 气吹式红枣收获机

2018年石河子大学潘俊兵等[23-24]研制了一款气吹式落地红枣捡拾机，主要由气吹装置、输送装置和集枣箱等组成，由电动机提供动力。作业时风机产生气流经气流嘴吹出，将地表红枣向后吹至输送装置装箱后完成捡拾作业，该机气流区风压稳定，结构简单，可适应低洼地面，解决了气吸式易堵塞得问题，该机1人即可操作，但功耗高且无自走功能。

新疆地区地势平坦，红枣大面积种植已成规模，适合机械化收获，但目前红枣收获机械还存在一些问题，制约了红枣收获机械的发展与应用。

3.1 结合农艺与农机优化种植模式

除少部分标准化枣园外，大部分枣园为农户自行种植，种植模式未严格统一，种植时未考虑机械化作业问题，管理不够精细，未能与农机、农艺相结合，目前大中型机械无法进入枣园作业，小型机械在一定范围内适用，收获以人工为主，成本高的同时效率不高，枣果运送不方便。

因此，应结合农机与农艺优化枣园种植模式，统一树形和树高，在枣树种植方式和土地规划平整上做到与农机适应，可以建设一批标准示范性枣园，向枣农展示高效低成本的收获方式，同时加大机械化作业种植模式的宣传推广力度，引领枣农更改种植模式，为红枣产业机械化收获奠定一定的基础。

3.2 结合种植特点开展关键装置的研究

红枣品质对外形要求较高，碰伤和挤压都会影响品质和价格，目前的红枣收获机一部分是基于苹果收获机等改装而来，还有一部分是借鉴国外先进技术改装而来，由于红枣与苹果等水果存在差异，导致红枣采收机械始终无法获得农户的认可。

从红枣的两种不同农艺需求的不同收获方式来看，机采收鲜枣可代替人工打枣和集条，工作效率高，但易损伤枣果枣枝，无法收获落地红枣，落地红枣易被车轮碾压，后期需人工再次捡拾，导致总体产量和品质下降；
捡拾机捡拾干净，可有效提升品质，不损伤枣果，但需人工打枣和集条，且机具易堵塞或被杂草缠绕，作业效率不高，增加了收获成本和收获时间。

因此，应在满足红枣机械化收获的标准下借鉴国内外其他收获机，结合新疆红枣种植特点，针对现有机型的优缺点优化结构，攻关关键装置，寻找不同机型的共性，设计合理的机构，模拟人工打枣和集条作业，研发机械打枣装置和集条装置，结合现有的捡拾机械，开发出可一次完成打枣、集条和捡拾作业的红枣收获机。

3.3 提高红枣收获机械智能程度

机械化、智能化是我国枣产业发展的趋势，虽然很多人都对红枣机械化收获进行了研究，但市面上现有的红枣收获机械距离智能化仍有一定差距，采收机和捡拾机两者智能化程度均不高，操控完全依靠驾驶人员自主判断，无法做到在提升工作效率的同时降低损失，这也是目前红枣机械化收获亟待解决的问题之一。

因此，可以参考国内外坚果和水果机型，结合新疆实际情况，提升智能化程度，做到喂入量、作业速度、风机转速、输送速度和清选速度智能调控，以解决部分工作效率问题，如添加实时监测控制模块，实时监测喂入量、根据喂入量调整作业速度；
在吸枣管添加监测装置，根据喂入量调整风机转速，避免堵塞；
添加防堵装置或自动疏通装置，在发生堵塞后自动疏通等。

新疆地区的红枣机械化收获技术目前仍未成熟，采收机采收鲜枣和捡拾机捡拾干枣两种不同收获方式相比较之下，采收机效率高，但对枣枝枣果损伤大，无法采收落地红枣；
捡拾机捡拾干净，但效率低、功耗大，不适宜大规模红枣收获作业，两种机型均不能使农户满意。因此，可以在现有机型的基础上借鉴国内外相关的林果业机型结构原理和成功经验，结合新疆红枣种植特点和目前红枣收获农艺，规范种植模式，研究关键装置，提高机械化收获的智能程度，研制出合适的低损高效智能化机械，推动新疆红枣产业规模化和智能化发展。