浙江省青毛豆全程机械化研究及发展建议

青毛豆又叫鲜食大豆、菜用大豆等，原主产于东北地区，现已普及全国，主要种植地区为浙江、江苏、福建、安徽、上海、广东、山东和中国台湾地区。青毛豆富含不饱和脂肪酸、氨基酸、粗纤维、大豆异黄酮、大豆皂贰、大豆卵磷脂和蛋白抑制剂等物质，具有一定的养生保健生理功效，随着居民饮食越来越注重营养，青毛豆备受青睐。我国青毛豆主要采摘鲜荚，经加工处理，速冻冷藏后出口日本、欧美等国家。由于青毛豆生长周期短，一年可种植两季，产值较高，一般单产7.5～9 t/hm²，纯利润可达1.2万～1.8万元/hm²，经济效益非常显著，已逐渐成为我国出口创汇的主要蔬菜之一。青毛豆作为低海拔山区特色蔬菜，喜温怕涝、适宜于夏季高温的温带地区，十分适合浙江省种植。

1  国外青毛豆采摘机械现状

日本、美国及一些欧洲国家对菜用大豆的机械化收获有了一定的研究并已有相关的产品问世。美国的青毛豆收获机主要采用非切割，利用两根旋转轴使单株青毛豆从旋转轴中间通过从而拍落豆荚的收获方式，拍落方式主要有螺旋型和旋转毛刷型两类。

美国在20世纪50年代就研制成功了一种青毛豆收获机。该收获机结构较复杂，1969年出现了一种结构较简单、可独立进行田间收获的螺旋式青毛豆收获机。

2000年美国内布拉斯加大学生物系统工程学院C.Mesquita等人对青毛豆收获机的收获方式、结构、收获效率、破损率和能耗等进行了比较全面的研究。2009年美国Rogerio Cruz Moreira 等人研制了一种可悬挂的旋转毛刷型青毛豆收获机。

日本研制的勇士牌菜用大豆收获机采用滚筒弹齿式采摘装置，其工作原理为旋转采摘滚筒上的弹指将豆荚从茎杆上捋落，实现果实与茎秆的分离，然后豆荚被运送至滚筒后方的传输带，完成菜用大豆采摘过程。日本还有小型试验用菜用大豆摘荚机，采摘时对植株叶片损伤不大，采收率还不错，有风力清选机构。青毛豆联合收获机如图1所示。

图1  青毛豆联合收获机

2  国内青毛豆采摘机械现状

相比较发达国家而言，国内青毛豆收获机的发展起步较晚，目前，国内对青毛豆机械化收获的研究主要有青毛豆收割机和青毛豆脱荚机两类，而青毛豆采收的执行机构都采用脱粒滚筒式。

2010年山东巨明机械有限公司研制了多功能自走式大豆联合收获机，该收获机也可用于青毛豆的收获。南通市春风农业机械制造有限公司研制的青毛豆联合收割机，该收割机适用于在平原地带进行大面积的收获作业。2015年关珊珊研制出一种青毛豆采摘机，该采摘机由履带行走装置、采摘装置、上升输送装置、秸秆杂物自动分离装置和集料箱装置组成。2010年武汉市黄陂区石门群山科研所研制了一种摘毛豆机，该收获机包括机架、安装在机架上的转动部分及其驱动部分。

2012年华中农业大学研制了一种青大豆脱荚分离机构，该机构采用夹持喂入辊筒组合和豆荚剥离辊筒组合为主要工作部件，工作原理与前述摘毛豆机基本相同。

2016年李丽华等研制了一种青毛豆脱荚机，该机包括机体、夹持带、压带装置、脱荚滚筒和分选机构，结构紧凑，操作简单、方便，毛豆脱荚迅速干净。春风牌青毛豆联合收割机如图2所示。

图2 春风牌青毛豆联合收割机

3  浙江省青毛豆生产机械化现状

近年来，浙江省青毛豆种植面积达7.33万hm2（110万亩），年产青毛豆夹在220万t以上。随着种植面积的不断扩大，种植户对青毛豆生产机械化要求也越来越迫切。

目前，青毛豆生产过程中的旋耕、播种、施肥和植保等环节机械化技术已经基本成熟，采摘采用半机械化作业，即先依靠人工将青毛豆全株起收，集中到加工场所，再利用固定式豆荚分离机械将叶、秆、荚分离，劳动力成本较大。

由此可见，浙江省青毛豆生产全程机械化生产的瓶颈主要是采摘环节，研制青毛豆收获机代替人工摘豆荚已成为青毛豆产业当务之急。青毛豆人工采摘和脱荚机如图3所示。

a 人工采摘

b. 脱荚机

图3 青毛豆人工采摘和脱荚机

2  工作原理

2.1  青毛豆联合收获机工作原理

采收作业时，联合收获机前端带有斜度的深松刀将青毛豆植株的根系铲松，收获机开始行进后，被铲松的青毛豆植株被链条夹持拔起并随链条运动向上输送，输送过程中振动脱泥装置将大豆植株根上的泥土除去，然后青毛豆植株根部被夹持链条输送至脱荚装置，脱下的青毛豆豆荚和茎秆、叶瓣等杂物一起进入清选系统，经过风力筛选，青毛豆豆荚进入豆荚仓，叶瓣茎秆等杂质被风机通过出料口吹到收获机外还田，青毛豆豆荚则通过螺旋输送机装袋，摘除豆荚后的青毛豆秸秆从另一边出口输出，经秸秆粉碎机粉碎后抛撒还田。

2.2  青毛豆剥壳机工作原理

青毛豆剥壳机主要有轧辊式和割刀式两种。割刀式青毛豆剥壳机来源于20世纪80年代日本引进机型，存在机械结构复杂、不易维修和价格昂贵等缺点。目前市场主流产品为轧辊式毛豆剥壳机。

轧辊式毛豆剥壳机主要由进料斗、机架、传动机构、导料板、轧辊和引导板组成，将毛豆荚放入储料斗中，电机带动偏心轴转动，偏心轴在转动过程中产生剧烈震动，使豆荚均匀地分散在橡胶传输带上，橡胶传输带把豆荚送到导料板，然后滑落到两根轧辊之间。

两根轧辊保持一定的间隙且反向旋转，使豆荚被轧辊夹持并挤压，使豆粒从豆壳中脱出，同时豆壳被轧辊卷入，使豆粒和豆壳分离。豆粒经过波浪形分离引导板导入豆仓中，豆壳筛分后进入豆壳收集仓中。

轧辊式毛豆剥壳机关键技术在于通过轧辊对豆粒挤压，使豆粒从豆壳中脱出。其中，反向旋转的一对轧辊为剥壳机的核心装置，其设计采用人工剥毛豆时的挤压动作仿生原理，毛豆豆荚为扁长条状，中间厚，两头扁平，籽粒在壳内纵向排列，籽粒间有一定间隙，受外力挤压时会移动；豆荚外壳比较柔韧，两片豆壳结合处破坏应力较小，当被施加外力时，籽粒可以从两豆壳结合处轻松脱出。当长条状毛豆荚经送料装置纵向输送到双轧辊时，豆荚扁平的一端首先被反向转动的轧辊夹持，轧辊转动，豆荚通过轧辊向前移动。

由于两轧辊设定合适的间隙，豆荚中间厚鼓部分难以通过，荚中籽粒受到轧辊的挤压，与荚壳产生相对运动，向后移动的籽粒将荚壳撑开，脱离豆壳，实现剥壳脱粒。

3  青毛豆生产机械化存在的问题

目前国内普遍采用的“人工采收+青毛豆脱荚机脱荚”半机械化模式需要先将青毛豆收割再进行脱荚，收获步骤繁琐，收获效率低，在搬运过程中易造成豆荚损失，降低人工成本效果不显著。

近年来，浙江省慈溪、上虞等地先后花费巨资从法国、日本引进了大型青毛豆收获机，为浙江省青毛豆的生产全程机械化试验与示范进行了有益的探索。

然而，此类收获机机械结构复杂、体积庞大、消耗功率大，只能在大面积农场中使用，不适合浙江省大部分中小面积农田和拱棚内作业，而且购置价格和使用费用都很高，不符合我国的农机消费国情。

我国青毛豆机械化收获技术还处于初步研究阶段，国内一些事业单位和企业针对我国青毛豆收获机械市场空缺的现状，研发了一些青毛豆收获机，有台式和自走式两种机型。

但相对而言，存在效率低、采摘不干净、破损率高、含杂率高和智能程度较低等问题，而且研究都不够深入，缺乏理论分析，大多停留在样机的水平上，市场上也没有成熟的机型。

针对市场青毛豆收获机普遍存在豆荚采摘不干净、损失量大、杂质过多、种子次级豆荚太多、豆荚机械性损伤严重等问题，南方丘陵山地青毛豆专业种植户急需一种机型较小且适合当地特点的青毛豆联合收获机。

4  对策及建议

4.1  设立小型青毛豆联合收获机重大专项

建议设立小型青毛豆联合收获机重大专项，组织攻关团队研制并推广适合南方丘陵山地使用的小型青毛豆联合收获机，从青毛豆秸秆、豆荚和豆叶的物理机械特性入手，重点突破履带底盘、采摘机构、清选机构、远程遥控等关键技术，提高收获效率和摘净率、降低破损率和含杂率、提高机械化水平。

4.2  实行农机农艺的有机结合

实现青毛豆采摘的全机械化作业，还必须实行农机、农艺的有机结合。包括平整土地，便于农机入田作业;选择合适的品种，控制青毛豆的株型、成熟期;确定合适的行距，实行机械播种、起垄，以适应采摘机械的作业要求等等。

4.3  建立青毛豆初深加工基地，延长产业链

依托新型农业经营主体，扩大青毛豆经营规模青毛豆种植规模扩大后，如不能解决产品储存、加工、销售问题，则有可能陷入“豆践伤农”的困局，使种植者蒙受损失。要大力扶持青毛豆初、深加工企业，为大批量收购、储存、加工青毛豆建立稳固的基地。

4.4  培育优质品牌

政府要引导从事青毛豆生产的农业龙头企业、农业合作社，要加大商标培育力度，争创知名、驰名商标，打响产品品牌。政府要积极申请国家地理标志，挖掘青毛豆所隐含的种源特色和人文历史，提高市场美誉度。

5  经济和社会效益

尽快突破浙江省青毛豆生产全程机械化生产的瓶颈，研制并推广适合南方丘陵山地豆农使用的小型青毛豆联合收获机，填补农副产品加工机械在这一领域的空白，实现了青毛豆生产全程机械化，具有以下几点显著的经济和社会效益。

5.1  缓解了季节性用工矛盾

在青毛豆的最佳采摘期采摘，往往花钱都雇不到人，青毛豆生产全程机械化的实施，大大减轻了人工劳动强度，调动了农民种植青毛豆的积极性，还能培育一批掌握先进农业机械操作技术的新型农民。

5.2带动了青毛豆机械化生产水平的提升

政府大力促进农业领域“机器换人”，青毛豆产业正处于新旧生产方式转换的“风口浪尖”，农业科技工作者必须责无旁贷，解决这一技术难题，为高效农业的发展做出贡献。

5.3 节约成本增加效益

据统计，人工采摘青毛豆要112.5工/hm²，采用机械化收获最多只需7.5工/hm²，节约人工约105工/hm²，劳动生产率可提升14倍，综合人工采摘与机械化收获作业、青毛豆产量及销售价格比较，在解放劳动力、提高劳动生产率的同时，节本增效约2700元/hm²左右。

5.4 促进农业可持续发展

机械化收获后将青毛豆秸秆可以做到直接粉碎还田，既避免了秸秆焚烧带来的环境污染，又改善了土壤结构，增肥地力，符合农产品废弃物资源化利用的方向。