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畢業(yè)設計(論文)
外文翻譯
大蒜的機械化收獲之回顧
宋建軍,碩士
中國,北京市,中國農(nóng)業(yè)大學,郵編:100083,郵箱:songjn@cau.edu.cn
劉建軍
中國,北京市,中國農(nóng)業(yè)大學,郵編:100083,郵箱:ljj9751@126.com
為2004年北京國際農(nóng)業(yè)工程委員會(CIGR)國際會議撰稿,該會議由國際農(nóng)業(yè)工程委員會、加拿大航空醫(yī)學會(CSAM)和加拿大農(nóng)業(yè)工程學會(CSAE)聯(lián)合贊助。
中國北京
2004年10月11日至14日
摘要
大蒜是中國的主要經(jīng)濟作物之一。最近幾年大蒜產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛。國內(nèi)生產(chǎn)的大蒜在國際上占有一席之地。本文介紹的是海內(nèi)外大蒜的基本情況,并分析了國內(nèi)大蒜產(chǎn)業(yè)的問題。本文通過分析一些機械收獲設備的功能,與一些花生和塊莖類作物的生物特性及機械化收獲方法,提出了可行的大蒜機械化收獲工藝。
關鍵詞:大蒜;機械化收獲;討論;分析
簡介
大蒜的種植可追溯到中國2000年前的歷史,其蒜頭和蒜苗都是有益健康的蔬菜,所以廣受消費者青睞。中國的可持續(xù)發(fā)展也離不開大蒜。隨著黨的一號文件的執(zhí)行,“農(nóng)村,農(nóng)業(yè),農(nóng)民”三農(nóng)問題亟待解決,并被推上了戰(zhàn)略的高度。約一千萬的農(nóng)民在大蒜種植及附屬產(chǎn)業(yè)中工作,進一步推動了國家復興,維護了社會穩(wěn)定,繁榮了主要大蒜生產(chǎn)區(qū)的經(jīng)濟,增加了農(nóng)民收入。
1. 國內(nèi)及國際大蒜種植的基本情況
據(jù)聯(lián)合國糧食與農(nóng)業(yè)組織(FAO)調(diào)查,世界范圍的大蒜種植面積達1135000平方公頃,產(chǎn)量達12234000噸。在中國,種植面積為630000平方公頃,占全球的56%,產(chǎn)量為8694000,占全球的71%。另外還有一些主要的大蒜種植國家,例如:印度,種植面積為120000平方公頃,產(chǎn)量為500000噸;朝鮮種植面積為37000平方公頃,產(chǎn)量為406000噸;其次是美國,種植面積為18000平方公頃,產(chǎn)量為336800噸。在美國,大蒜的種植面積是20年前的4倍,并且增長趨勢日益明顯。
中國的最早種植區(qū)在山東、江蘇、陜西、山西、以及河南省。目前國內(nèi)70%的種植區(qū)在這些地方。位于山東省西南方的金鄉(xiāng)縣,地處平原,是中國最大的大蒜種植縣。其種植面積大約為40000平方公頃,農(nóng)民70%的收入來源于大蒜產(chǎn)業(yè)。成武縣、巨野縣、定陶縣、單縣、嘉祥縣、魚臺縣和微山縣,環(huán)繞著金鄉(xiāng)縣,形成了中國最大的大蒜種植區(qū),面積達70000平方公頃。另外,還有中等水平的種植區(qū)位于蒼山縣、萊蕪市、商河縣、廣饒縣、平度市、聊城市、曲阜市等。山東的總種植面積達6700平方公頃。河南省豫東平原杞縣擁有30000平方公頃的種植區(qū),僅次于金鄉(xiāng)縣。中牟縣的種植面積為20000平方公頃。宜陽縣、通許縣、臨潁縣等地的農(nóng)民也種植大蒜。河南省是中國第二大大蒜種植區(qū)。[1]
江蘇省的種植面積為25000平方公頃,其中射陽縣超過12000平方公頃,大豐縣為8000平方公頃。另外泰昌市、寶應縣也有種植區(qū)。以下的城市也有部分種植區(qū):河北永年縣,安徽亳州、懷遠縣、來安縣,陜西武功縣、興平市、耀縣、洋縣,廣西桂林全州,云南大理,四川溫江,湖北枝江、當陽,上海嘉定區(qū),甘肅天水、民樂縣,哈爾濱阿城區(qū)。
大蒜是傳統(tǒng)的出口農(nóng)產(chǎn)品,每年的出口量超過2億美元,居所有出口蔬果產(chǎn)品第一,覆蓋60%的國際市場份額。2001年,超過100個人國家和地區(qū)從中國進口大蒜。其中,印尼是最大的進口國。其進口量從1999年開始激增,從2001年163600噸到現(xiàn)在已經(jīng)是376000噸。荷蘭是第二大進口國,曾在2001年進口51600噸。其中一部分在國內(nèi)銷售,大多數(shù)轉運到其他歐洲國家。其他的進口國包括:馬來西亞,進口150700噸;日本35100噸;朝鮮30000噸;阿拉伯聯(lián)合酋長國21000噸;菲律賓17500噸。美國在2001年前很少向中國進口大蒜,當年進口了5000噸,從2003年看出進口量上升趨勢迅猛。
1.1目前中國存在的主要問題
1.機械化操作程度低。在大蒜的種植、田間管理、收獲和加工過程中,幾乎沒有機械運作,基本全由手工完成,因此勞動力緊張,產(chǎn)量低下。這些因素都制約著大蒜產(chǎn)量的提升。
2.長期以來,由于無序的競爭和走私,企業(yè)依靠降價來贏得消費者,結果就是價格一年不如一年。比如2001年,中國大蒜在國際市場上是0.38美元/千克,而平均國際市場價格是0.58美元/千克。這樣的低價使得美國、加拿大、朝鮮、墨西哥、巴西等國抵制中國的大蒜并征收高額的稅款,歐洲的國家實行定額限制。
3.科學研究的投入資金不足,因此缺乏高附加值的產(chǎn)品。目前,大蒜的加工讓停留在簡單的工作上,如腌制、切片和曬干,附加值極其低。進一步加工的產(chǎn)品比例較低。大蒜油的生產(chǎn)還不成規(guī)模??茖W研究的投入不夠,新產(chǎn)品的研發(fā)也無力。[2]
4.產(chǎn)品商標意識低,使產(chǎn)品在國際市場上的競爭力不足。大蒜基本要通過二次出口才能進入國外市場,即外國客戶用小包裝再次打包并出口。[3]
2. 國外大蒜種植的最新進展
國外的種植面積遠遠不及國內(nèi)。研究主要針對以下方面。
1. 對新品種的大蒜進行選種育種。目前,世界范圍內(nèi)有種類繁多的大蒜育種研究主要針對高質量、特殊口味、防攀緣植物、防蟲這幾個方面。新的育種方式在傳統(tǒng)的育種方式上引進了高新科技。據(jù)報道,并未產(chǎn)生難聞氣味的大蒜種類。[4]
2. 大蒜的標準化育種生產(chǎn)。大蒜產(chǎn)品開始專門化、標準化和精細化。發(fā)達國家開始實行大蒜的專業(yè)化生產(chǎn)。標準流程是這樣的:用莖培育出基本種子,在寒冷的區(qū)域加速它的繁殖,在產(chǎn)品的病毒檢測中形成嚴格的規(guī)程,建立優(yōu)質大蒜品種系統(tǒng)。收獲的大蒜會經(jīng)過清洗、分類、打包和存儲。[5]
3. 大蒜的防毒技術。大蒜的病蟲害是減產(chǎn)的主要原因,因此造成的損失從30%上升到50%。我們把防止和治愈病毒的有效技術應用于組織培育、病毒檢查、無毒生產(chǎn)。[6]
4. 大蒜的培育管理機械化。每個地區(qū)有各自的播種、收獲、儲存曬干方法。大多數(shù)國家開始研究大面積的覆膜技術、可行的種植技術、均勻的施肥技術以及灌溉管理技術等。許多國家正在研究播種時令、播種密度、品種數(shù)量、肥料種類、肥料數(shù)量、噴霧灌溉、滴灌技術,提出了管理條例、施肥量、灌溉指標。
3. 國內(nèi)國外大蒜收獲地位的發(fā)展
收獲是種植的最重要一環(huán),也是目標實現(xiàn)機械化的地方。這一工作直接影響商業(yè)價值和農(nóng)民收入。傳統(tǒng)的方法是用特制的挖掘鏟將大蒜從土里挖出,按田的走向鋪放,后收獲的大蒜葉覆蓋之前收獲的大蒜頭,避免陽光灼射。在田間工作5天后,農(nóng)民將蒜頭的泥土抖落,打捆,鋪在架子上,用草覆蓋避免陽光直射。另外,人們常用塑料棚來防雨。機械化程度非常低,人力投入極其大,允許的作業(yè)時間非常短。由于收獲季時間段,最好的收獲時間大約2天。緊張的收獲時間給農(nóng)民帶來了很大的不便;人們時常錯過了好時機,因此不得不延遲收獲。這與大規(guī)模種植的矛盾日益尖銳。
3.1國外大蒜收獲的發(fā)展
萊玻里(Lepori)曾用風扇來吹洋蔥,剪除洋蔥葉。相比于大蒜,蒜頭比莖稈大得多。如果采用這種方法,風扇可能把大蒜從田里整個卷起。,所以不適于大蒜收獲。[7]伯克哈特(Burkhardt)曾研究帶藤蔓的甘薯的收獲,用一個振動機構將塊莖從藤蔓上分離出來。用到大蒜上來卻不能去除莖稈。[8]達岡(Dagan)的研究是將甘薯地犁松,夾緊運送至上方的振動鏈條,塊莖就掉落到下方的鏈條上。莖稈就運送至切碎機構。由于這種方法采用了夾緊裝置,如果夾緊大蒜,其莖稈就會彎折,切碎就會很不方便且不均勻。[9]卡納福吉斯卡將甜菜地犁松,用鏈平衡裝置調(diào)整夾緊位置,用旋轉刀具切碎葉片。我們可以參考運輸速度和行進速度來設計大蒜收獲機。無疑,它將在切碎裝置上耗費大量能源。
總之,現(xiàn)存的收獲機不能直接用于收獲大蒜。大蒜收獲機必須重新設計。
3.2國內(nèi)大蒜收獲的發(fā)展
在國內(nèi),大蒜收獲機大約有10項發(fā)明和專利。以其中的主要幾個為例,列如下:
1.4DS-2型收獲機由山東農(nóng)業(yè)大學發(fā)明,由12馬力的輪式拖拉機驅動。[11]工作過程中,大鏈輪通過張緊輪驅動小鏈輪旋轉,以此來傳遞動力。同時,小鏈輪通過錐齒輪使拋擲輪轉動。啟動后,挖掘鏟一預先設置好的深度將蒜頭從土里挖出,旋轉拋擲輪將大蒜從土里分離出來,把蒜頭拋向機器右方。限深輪的作用是調(diào)整挖掘深度。
2.4DS-75A型由山東省農(nóng)業(yè)機械局制造,由11kw的拖拉機驅動。[12]該機器不僅能用于大蒜的收獲,還能用于花生、土豆的收獲。全車由四部分組成。挖掘部分裝在前部,由限深輪、挖掘鏟、網(wǎng)格輸送裝置組成。水平運輸部分用網(wǎng)格將土里的大蒜篩選出來。垂直運輸帶在運輸過程中使大蒜與地面脫離,并把大蒜運到拖拉機后面。升降部分采用液壓系統(tǒng),負責整個機器的起落。
3.山東農(nóng)業(yè)工程學院正在研究收獲和培育機器。它與12馬力的拖拉機配套使用。它的前部就像個小型協(xié)同工作的機器它安裝在拖拉機的緩沖器上,依靠液壓控制升降。收獲的大蒜在前方整齊排列,以避免與拖拉機碰擦產(chǎn)生磨損。
4.張昭君發(fā)明了一種收獲大蒜的機器,需12馬力的輪式拖拉機配合使用。[13]安裝在前方的挖掘裝置將大蒜從土里挖出。挖掘裝置是由冷軋鋼表面鍍鉻制成。隨著拖拉機緩慢運轉,鏟子不斷從指定深度將大蒜掘起?;旌衔镞M入運輸帶。運輸部分由4個鏈輪以及鏈條構成。它的線速度遠大于行進速度。相互嚙合的齒輪帶著鏈條深入泥土里大蒜的兩側,抖掉塵土。然后振動篩開始振動分離。之后我們就得到了干凈的大蒜。
5.鐘奮JH-3型大蒜收獲機由河南省農(nóng)業(yè)機械局研制,其配備有小功率的拖拉機。[14]大蒜由犁刨出,用帶狀裝置夾緊,抖土,切莖,留下完整的大蒜頭。
3.3塊莖類作物與塊根類作物特性的對比
人們常用塊根類和塊莖類作物的收獲機來收獲大蒜,比如收獲土豆、甘薯、胡蘿卜等的機器。但從生物特性來看,它們是不同的。
土豆是一年生草本植物,隸屬于茄科,生長在中國的大部分地區(qū),是一種重要的食品、工業(yè)材料、飼料,莖稈直立,約有80cm高。它的葉子是綠色的,且復葉較大。它的塊根分布集中,有圓形,橢圓形、縱向等幾種。[15]收獲土豆大多采用挖掘鏟直接從土里把土豆挖出來,這樣,利用清理部分的振動篩,得到干凈的土豆。從生物特性可以看出,土豆生長得并沒有大蒜集中。如果我們將大蒜和泥土一起收上來,能源大部分消耗在抖土上,無用功很多。同時,土豆莖的抗拉能力不及大蒜莖,土豆的種植方法也與大蒜不同,所以我們不能直接用這種方法收獲大蒜。
1.甘薯是多年生蔓生草本塊根類植物,屬旋花科,遍布大江南北。它莖稈細長,在土里蔓延,有綠色的頂葉。它的果實有紡錘形、長橢圓形、掌型、片型等等。[16]對收獲甘薯的研究目前已經(jīng)少多了,大多采用虛擬的手段。收獲過程從田邊開始,農(nóng)民按照塊根的長度挖出溝,直至塊根暴露出來,然后手握上部,用鏟子切斷下面的根,小心取出,避免損傷。從生物特性來看,甘薯的塊根比大蒜大,種植深度比大蒜深,所以收獲甘薯需要更大的動力,同時甘薯表皮的抗破壞能力更好。
2.蘿卜是兩年生草本蔬菜,屬十字花科,由根頭、根莖和真根組成。它的主根能達到地下一米左右的深度,大多數(shù)旁根散布在地下20-40cm之間。前者有狹長、圓形、圓錐形等形狀。主花莖能達到1.5m高,莖節(jié)比較硬,葉片有直立、半直立以及平坦這幾種狀態(tài)。[17]因蘿卜的種植并沒有形成規(guī)模,故很少有機械化收獲蘿卜的研究。從生物特性來看,蘿卜根是最大的,較重也更深。如果直接挖掘,消耗能量巨大,故我們采用松土和握持機構。
3.胡蘿卜是兩年生草本植物,屬于傘形科。它的根蔓延非常廣,能達地下兩米,主根分布在地下20-90cm之間。莖葉有1.5米高;莖節(jié)巨大而有強度。它有綠色的葉子,但很小,表面長有細軟的絨毛。果實呈長橄欖型。[18]很少人研究機械化收獲胡蘿卜,因為其經(jīng)濟價值不高。從生物特性來看,胡蘿卜的果實比大蒜更深,較適合用握持的方法收獲。
4.洋蔥是多年生植物,屬百合科,有單套結根系。它的主根分布在30cm的土壤下,水平半徑約30cm,葉子筆直,長圓形,中空。收獲洋蔥大多采用人力,手犁,曬干,初步打捆。從生物特性來看,機械化收獲洋蔥還是比較簡單的,因為大多數(shù)果實在地表之上,適合握持,但是必須測試握持力,以免夾傷洋蔥。
5.大蒜是多年生植物,屬百合科,有單套結根系,喜暖怕寒,有馥郁氣味,必備的應季食品。它的根主要分布在土下20-25cm,水平半徑約30cm,根須較少,吸收能力弱。上部的莖呈綠色,下部呈白色或紫色,長20cm。葉子呈針狀,表面平滑,長約30cm。從生物特性可以看出,蒜頭分布集中,較淺,抗拉能力強。但是值得注意的是,收獲的時候傷蒜率大,直接影響了大蒜的價格、質量以及品級等。
4. 機械化收獲大蒜的解決工藝
以大蒜的生物學特性為基礎,結合機械化分析,我們試圖找出可行的方案。
1. 我們采用松土工藝來減少夾緊力。同時,這種方法也有助于減少大蒜頂部的傷害。分析了松土部件后,我們發(fā)現(xiàn)了松土工藝的重要性。另外,在優(yōu)化設計中,我們可以減少動力損耗,減輕蒜頭與泥土之間的力,然后就可以放下可行的松土工藝。
2. 我們找出了大蒜的重心,計算出植株的慣性參數(shù),把它作為夾持部位、夾持高度以及牽引部位的依據(jù)。通過對方差的分析,我們確定,頂部要盡量少破壞。同時,我們考慮采用可調(diào)整的方式來適用于不同種類的大蒜。
3. 通過力學分析,我們測試了大蒜的夾持力,以及握持角度,牽引角度,牽引高度。同時,必須考慮夾持設計的穩(wěn)定性以及傷蒜問題。
4. 精準定位以及排列好之后,我們必須清理蒜頭周圍的粘土。
5. 我們能切去大蒜的莖稈,并把干凈的蒜頭輸送回地面來為收集做準備。綜合所有的工藝順序,我們得出結論:一個可行的收獲工藝,包括松土、夾持、清土、按長度排列,切除莖稈等。
來源:
Jiannong Song,Jianjun Liu. Mechanized Harvest of Garlic: A Review.[A]. Collection of Extent Abstracts of 2004 CIGR International Conference Volume.2[C].2004