PJZ-1型酿酒葡萄剪枝机设计与试验

PJZ-1型酿酒葡萄剪枝机设计与试验

董祥;张铁;严荷荣;李永强;张健飞

【摘要】我国酿酒葡萄栽培面积逐年增加,因气候条件酿酒葡萄进入冬季前需要进行剪枝作业,目前冬季剪枝作业主要以人工修剪为主,存在劳动强度大、效率低和成本高等问题.设计了一种适于酿酒葡萄冬季埋藤前的机械化修剪机具,该机主要由机架、自动避障装置和液压驱动的旋转式剪枝装置等组成.试验选取3年株龄的赤霞珠品种作为试验对象,以割刀转速和作业速度为试验因素进行酿酒葡萄田间剪枝试验.试验结果表明:当机具作业速度3.0 km/h,割刀转速2 000 r/min时,剪断率为98.3％;当机具作业速度3.0 km/h,割刀转速＞2 500 r/min时,剪断率为100％;当机具作业速度1.0 ～ 2.0 km/h,割刀转速2 000 r/min时,剪断率为100％;当作业速度4.0 km/h时,机具对酿酒葡萄剪枝作业的时间利用率86.4％时,机具的平均作业效率为0.05 hm2/h.该机具的各项性能指标均达到了设计要求,可有效地调节酿酒葡萄修剪的高度和宽度,并且具有自动避障功能,割刀转速2 000～3 000 r/min,作业速度1.0 ～5.0km/h时,可以获得较高的枝条剪断率.

【期刊名称】《农业工程》

【年(卷),期】2018(008)005

【总页数】6页(P95-100)

【关键词】酿酒葡萄;冬季剪枝;剪枝机;试验

【作者】董祥;张铁;严荷荣;李永强;张健飞

【作者单位】中国农业机械化科学研究院,北京100083;现代农装科技股份有限公司,北京100083;中国农业机械化科学研究院,北京100083;现代农装科技股份有限

公司,北京100083;中国农业机械化科学研究院,北京100083;沈阳农业大学工程学院,沈阳110161

【正文语种】中文

【中图分类】S224.9

0 引言

自我国加入世界贸易组织以来，葡萄酒产品进口量迅速增长，给国内葡萄酒产业造成巨大的压力，葡萄酒生产以及作为主要原料的酿酒葡萄也随之备受重视[1-3]。

根据国际葡萄与葡萄酒组织(O.I.V.)2016年公布的数据，中国酿酒葡萄种植面积占全世界总种植面积的10.6%，已跃居世界第2位，超过法国，仅次于西班牙。

葡萄属藤蔓型植物，可随意塑造形状，通过对葡萄枝条的整形和修剪，使葡萄连蔓空间合理分布，植株得到充分而均匀的光照，从而保证了葡萄果实的良好生长状态，达到葡萄丰产和稳产的目的[4]。而根据修剪的时间不同，可分为冬季修剪(冬剪)和夏季修剪(夏剪)，适度冬剪有利于调节树体的生长和结果，并且可以保证一定数量的芽眼，促使树冠内枝条配置合理，防止结果部位外移，从而保证每年生长出良好的新生枝蔓，为葡萄的丰产和稳产打下基础，良好的冬剪是夏剪的前提和基础[5-6]。

长期以来，我国酿酒葡萄整形修剪一直处于依靠人工，机械化装备的研究和使用处于相对空白的落后局面，发达国家于20世纪60年代就开始对葡萄机械化剪枝进

行研究，已经基本实现了机械化剪枝作业，其生产效率比人工提高5～10倍[7-9]。然而，到目前为止，我国葡萄种植业中，修剪技术相对落后，仍以人工修剪的传统作业方式为主，面临作业质量不稳定、劳动强度大、生产效率低和人工成本高等问题[10-11]。因此，我国酿酒葡萄机械化修剪问题亟待解决。

国外开展酿酒葡萄修剪技术的研究应用较多，已实现了葡萄机械化修剪作业[12-14]。机械化修剪技术大多采用整株几何修剪，其优点是作业速度快，并且修剪后

的葡萄果树有利于后续作业实现机械化[15]。根据切割器的类型不同，大体分为往复割刀式修剪机、转刀式修剪机和圆盘锯式修剪机[6，16]。具有代表性的机械有

匈牙利GSVL型修剪机，西班牙Jumar Agricola SL公司生产的D600D1200修

剪机和法国Hydro800S型修剪机[15]。国内对葡萄修剪机械的研制起步较晚、产量低和种类单一，大多以手动式修剪机具和可移动升降架联合作业为主，主要对单枝进行修剪[17]。

根据国内酿酒葡萄栽培模式和冬剪农艺要求，参考国外酿酒葡萄剪枝机先进机型，以提高剪枝机的修剪质量和作业效率为前提，设计了一种适于酿酒葡萄冬季埋藤前的机械化剪枝机具。该机具可以根据葡萄藤高度，调节酿酒葡萄剪枝的高度和宽度，并实现自动避障功能，大幅减轻人工修剪的劳动强度、降低作业成本和提高酿酒葡萄作业质量与效率。

1 机械修剪装置设计

1.1 总体结构

酿酒葡萄修剪机用于在果实收获后，进入冬季埋藤作业前，剪除葡萄主藤上当年长出的枝条。设计的PJZ-1型酿酒葡萄修剪机安装在PT-115型多功能自走式底盘

上使用，整机结构(图1)主要由机架、避障系统和剪枝系统组成。其中机架承载避

障系统和剪枝系统，连接至多功能通用底盘；避障系统实现机具前进作业时自动避让葡萄藤支架立柱，绕过主藤支柱后自动恢复作业位置；剪枝系统可以通过液压驱动调节葡萄枝修剪的高度和宽度。

1.PT-115型多功能自走式底盘

2.机架

3.避障系统

4.剪枝系统图1 PJZ-1型酿酒葡萄修剪机Fig.1 PJZ-1type wine grape vine pruning machine

1.2 剪枝部件设计

PJZ-1型酿酒葡萄剪枝机采用旋转式割刀修剪方式，作业时刀片在液压马达的驱动下高速旋转，完成切割作业。剪枝系统(图2)主要由刀片与液压马达组件、角度调

节部件、水平调节组件和竖直调节组件等组成。剪枝高度、角度和水平位移都可以通过液压油缸调节，3根油缸分别连接左右侧料斗升降油缸以及收获部件间隙调节油缸快速接口。

1.刀片与液压马达组件

2.角度调节部件

3.水平调节组件

4.竖直调节组件图2 剪枝

系统Fig.2 Pruning device

1.3 避障系统设计

避障系统(图3)主要由避障机构、二位四通换向阀和液压油缸等组成。避障机构主

要由避障杆、扭簧和旋转轴等零件组成。避障机构安装位置位于切割刀旋转轨迹圆前方300 mm处，避障杆位于葡萄藤行架第1条钢丝下方，可避免葡萄藤粗壮枝

条对避障系统干扰。作业时，避障杆碰到立柱等障碍物时发生转动，与避障杆固定连接的拨动杆拨动二位四通阀开关，换向阀换向，油缸驱动避障系统缩回，避免回旋刀与立柱等障碍物发生碰撞。当避障杆通过立柱后在扭簧的作用下恢复到原位，换向阀换向，油缸外伸，剪枝系统恢复作业。

1.液压油缸

2.二位四通换向阀

3.扭簧

4.旋转轴

5.避障杆图3 避障系统Fig.3 Automatic obstacle avoidance device

避障功能由与出土部件连接的液压油缸的伸缩来实现。液压系统(图4)由避障杆、

换向阀、复位弹簧、油缸和限位机构等组成。当作业部件前进到直柱附近时，作业部件前部的避障触杆先接触立柱，随着机具前进，触杆由于受到立柱挤压发生转动，将这一转动量传递给液压换向阀，控制油缸收缩，作业部件回旋避开立柱。随着机具前进至超过立柱，触杆转动量慢慢达到最大，当触杆末端越过立柱，由立柱产生的挤压力消失，触杆在拉簧的作用下瞬时复位，进而运动传递给液压换向阀，油缸伸出，剪枝部件迅速回复至原位置，至此完成一次避障工作过程。