王銳 陳鴻 盧澤明 廖劍

水生蔬菜生產(chǎn)機(jī)械研究概況

王銳 陳鴻 盧澤明 廖劍

柯衛(wèi)東男，武漢市蔬菜科學(xué)研究所副所長兼水生蔬菜研究室主任，推廣研究員，享受國務(wù)院政府特殊津貼，水生蔬菜行業(yè)計劃及“十二五”國家科技支撐計劃首席專家，主持國家及省、市重大科研項目多項，《植物遺傳資源學(xué)報》、《長江蔬菜》編委。長期從事水生蔬菜種質(zhì)資源及育種研究，在水生蔬菜種質(zhì)資源保護(hù)及創(chuàng)新、新品種選育、微型種苗繁殖技術(shù)研究與應(yīng)用等方面有創(chuàng)造性貢獻(xiàn)，有力推動了我國水生蔬菜學(xué)科建設(shè)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展。發(fā)表論文、論著100余篇（部），制定農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)9部，取得國家發(fā)明專利3項，獲國家科技進(jìn)步獎二等獎、第四屆全國杰出專業(yè)技術(shù)人才獎等。

水生蔬菜是指在淡水中生長、其產(chǎn)品可作蔬菜食用的維管束植物，包括蓮藕、子蓮、茭白、芋、荸薺、菱、慈姑、水芹、蕹菜、芡實、莼菜、蒲菜、豆瓣菜、蔞蒿等[1]。我國水生蔬菜資源豐富、歷史悠久、特色鮮明，絕大多數(shù)水生蔬菜原產(chǎn)于我國，國外較少栽培。自20世紀(jì)90年代，我國水生蔬菜種植面積不斷擴(kuò)展，規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)發(fā)展迅猛，目前人工種植面積達(dá)73.37萬hm2以上，年總產(chǎn)值超550億元，在農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)民增收、農(nóng)村環(huán)境改良等方面作用顯著。由于水生蔬菜大部分生長在水中，相比陸生蔬菜存在作業(yè)環(huán)境更為惡劣、手工操作占有比例高、勞動強(qiáng)度大等問題，這些問題已經(jīng)成為制約水生蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要因素。近10年，通過各科研院校、農(nóng)機(jī)企業(yè)、技術(shù)推廣部門和種植農(nóng)戶的共同努力，在水生蔬菜生產(chǎn)專用機(jī)械的研制與開發(fā)方面取得了較好的成績，對于提升水生蔬菜生產(chǎn)效率、降低勞動強(qiáng)度、改善作業(yè)環(huán)境等方面發(fā)揮了重要作用。

王銳，武漢市農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究所，430345，

E-mail：13659888872@139.com

陳鴻，盧澤明，廖劍，武漢市農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究所

1 水生蔬菜種植機(jī)械

1.1 芋頭播種機(jī)

在眾多水生蔬菜中，芋頭生產(chǎn)機(jī)械化程度相對較高，在日本已基本達(dá)到了全程機(jī)械化作業(yè)水平[2]。通過種芋播種機(jī)一臺機(jī)具可同時進(jìn)行起壟、播種、地膜覆蓋3種作業(yè)，播種精度高，作業(yè)效率3.7 h/1 000m2；地膜回收機(jī)可對普通地膜進(jìn)行順利回收，作業(yè)效率0.4 h/1 000m2。山東理工大學(xué)發(fā)明了一種轉(zhuǎn)筒式芋頭穴播機(jī)，轉(zhuǎn)筒底面呈碗狀，在種薯箱的清種區(qū)機(jī)架上安裝擺動塊，提高充種和清種質(zhì)量，一次作業(yè)可實現(xiàn)起壟、整平、開溝、播種、覆土等多種功能，降低人工成本[3]。濰坊職業(yè)學(xué)院設(shè)計了一種多功能播種機(jī)，能完成芋頭、生姜、馬鈴薯等根莖類作物的播種[4]。播種機(jī)由直流電機(jī)提供動力，通過鏈傳動帶動轉(zhuǎn)種匙轉(zhuǎn)動，種子由擺正種子漏斗落到輸種皮帶上，經(jīng)皮帶轉(zhuǎn)動運送到溝槽內(nèi)完成播種。轉(zhuǎn)種匙結(jié)構(gòu)類似于螺旋狀斜齒輪，能夠無損地將種子轉(zhuǎn)到漏斗中。播種機(jī)采用了四輪驅(qū)動，對地形的適應(yīng)能力強(qiáng)，可一次完成刨溝、撒種、蓋土、施肥等工序。

1.2 水芹耕種機(jī)

曹國榮聯(lián)合揚州大學(xué)開發(fā)了水芹自動化農(nóng)業(yè)耕種機(jī)。該機(jī)由一臺桁車與一個操作平臺組成，桁車以地塊之間的水泥路為軌道帶動長5～6m、高近3m的操作平臺進(jìn)行前后移動，作業(yè)者站在平臺上腳不沾地即可進(jìn)行開溝、播種、施肥和收割等一系列生產(chǎn)工作[5]。桁車上的踏板可根據(jù)水芹種植、施肥或收割時的不同需求來調(diào)節(jié)相應(yīng)高度，便于作業(yè)，相比于傳統(tǒng)種植方式節(jié)約近八成的人力成本。

1.3 藜蒿（蔞蒿）扦插機(jī)

為提高藜蒿（蔞蒿）栽植效率，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)研制出藜蒿扦插機(jī)[6，7]。扦插機(jī)包括分苗取苗裝置和扦插裝置兩大部分，工作時由傳動系統(tǒng)將動力傳遞給滾動筒和曲柄軸，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中搖桿做回轉(zhuǎn)運動，攜帶取苗機(jī)構(gòu)的氣嘴接頭做往復(fù)式回轉(zhuǎn)運動，進(jìn)入苗箱內(nèi)通過負(fù)壓吸取苗稈，導(dǎo)苗裝置從氣嘴接頭取下苗稈并將其送入接苗裝置且使其呈直立狀態(tài)，由扦插裝置的栽植臂做回轉(zhuǎn)運動將接苗裝置中的苗稈插入土壤中，如此連續(xù)作業(yè)，可實現(xiàn)分苗、取苗、扦插等多項作業(yè)。扦插機(jī)機(jī)組行進(jìn)速度108mm/s，行距90 mm，扦插10行，株距80～100 mm，扦插深度50～60mm，扦插直立度≤10%。

2 水生蔬菜收獲機(jī)械

2.1 挖藕機(jī)

挖藕機(jī)作為水生蔬菜收獲機(jī)械中的難點和焦點，得到了相關(guān)部門與從業(yè)者的廣泛關(guān)注和積極探索。目前，挖藕機(jī)的主要設(shè)計思路是利用高壓水沖挖采收蓮藕，即通過高壓水切割、破碎、沖刷蓮藕產(chǎn)品周圍土壤，讓蓮藕自行浮出水面或借助人工取出，主要包括浮栽裝置、動力裝置、高壓水泵、分水器和高壓噴嘴、操作裝置、行走裝置等[8]。挖藕機(jī)按結(jié)構(gòu)形式大體可分為4類。

①船式挖藕機(jī)作業(yè)時自行移動，無外延長水管，操作人員無需下水即可作業(yè)。湖北宜城市農(nóng)業(yè)機(jī)械化管理辦公室開發(fā)的船式自動挖藕機(jī)，工作時排水、挖藕、洗凈等環(huán)節(jié)連續(xù)作業(yè)，一次完成[9]，該機(jī)挖藕深度可達(dá)0.7m，作業(yè)幅寬3.6m，采藕無損傷。山東微山縣微山湖挖藕機(jī)械制造廠生產(chǎn)的4CW-2.6型船式挖藕機(jī)，工作時船體懸浮或半懸浮于水中，在船內(nèi)完成吸水、加壓噴射、挖深控制、行走等全部工序[10，11]。該機(jī)工作幅寬2.6m，適應(yīng)水深0.3～1.3m，工作效率200.1～333.5m2/h，已在山東、江蘇、安徽、湖北等地推廣使用。湖北省襄樊市航鷹航空科技有限責(zé)任公司成功研制的液壓操縱水力挖藕機(jī)，配備高低兩排噴頭，高噴頭沖刷表層泥土，低噴頭沖刷蓮藕，液壓系統(tǒng)可控制噴管組件上下移動和左右擺動[12，13]。該機(jī)工作幅寬3.2m，挖泥深度0.5～0.8m，工作效率167～416m2/h。華中農(nóng)業(yè)大學(xué)研發(fā)的4CWO-3.2型船式挖藕機(jī)，集采挖、清洗等功能于一體，工作幅寬3.2m，適宜水深0.2～1.8m，最大挖藕深度0.8m，作業(yè)行駛速度0.5～1.97m/min，采挖效率100～400m2/h[14，15]。

②浮筒式挖藕機(jī)作業(yè)時自行移動，無外延長水管，操作人員需下水作業(yè)。武漢興盛農(nóng)機(jī)技術(shù)開發(fā)有限公司生產(chǎn)的W-FPZ-1200C型浮筒鴨嘴式挖藕機(jī)，工作幅寬1.2m，挖藕效率166.8～250.1m2/h，但作業(yè)前要求清除田間藕稈和藕葉，作業(yè)適宜的藕田泥面平整度高低差不大于3 cm、水深20～30 cm、蓮藕入泥深度不超過45 cm[16]。山東華盛中天機(jī)械集團(tuán)股份有限公司研制的4W-100型自走式挖藕機(jī)，啟動方式為電啟動，工作幅寬1m，挖掘深度小于60 cm[17]。山東省水稻研究所設(shè)計了一種淺水藕采收機(jī)，利用電動力污水泵替代傳統(tǒng)挖藕機(jī)動力裝置，使自重減輕，且在泥塘中適應(yīng)能力更強(qiáng)，但作業(yè)范圍受到極大限制[18]。山東臨沂梅工機(jī)械制造有限公司開發(fā)的DCE-1001D浮筒式挖藕機(jī)，工作幅寬1.9m，適水深度0.2～1.5m，挖掘深度0.3～1.1m，挖藕效率200m2/h[19]。

③水泵機(jī)組漂浮式挖藕機(jī)可在藕田內(nèi)漂浮移動，作業(yè)過程中按需固定，有外延長水管，操作人員需下水手持噴頭沖挖采收作業(yè)。安徽四平食品開發(fā)有限責(zé)任公司設(shè)計了一種高壓水沖式挖藕機(jī)，采挖人員只需手持噴頭沖挖采挖蓮藕，對藕田適應(yīng)能力強(qiáng)，但勞動強(qiáng)度仍然很大[20]。

④水泵機(jī)組岸基式挖藕機(jī)在藕田岸邊陸地固定，作業(yè)過程中按需移動，有外延長水管，操作人員需下水手持噴頭沖挖采收作業(yè)。武漢市農(nóng)機(jī)服務(wù)總站、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)和南通市江華機(jī)械有限公司聯(lián)合研制的4OZ-3型自走式水壓蓮藕掘起機(jī)，由田間自走式作業(yè)機(jī)和岸邊水泵機(jī)組兩部分組成，工作幅寬3m，采挖效率667m2/d[21]。

2.2 薯類收獲機(jī)

以山東曲阜為主的多家農(nóng)機(jī)企業(yè)生產(chǎn)的薯類收獲機(jī)可以實現(xiàn)芋頭的機(jī)械化采收，其主要結(jié)構(gòu)包括大架、主軸組合、前后傳動軸組合、離合器、分離排鏈、挖掘鏟、振動篩等部件，田間作業(yè)時懸掛于拖拉機(jī)后方，經(jīng)主傳動軸上偏心塊、連桿帶動挖掘鏟做前后往復(fù)運動，并由主傳動軸兩端偏心塊帶動振動篩上下抖動，挖掘出來的芋頭鋪放在分離排鏈上，在分離排鏈的轉(zhuǎn)動下土落在分離排鏈下方，芋頭和未落下的土塊在分離排鏈上面落在振動篩上，再次精選分離后集中鋪放在機(jī)后地面上[22～24]。薯類收獲機(jī)的最大作業(yè)效率可達(dá)4 002～6 670 m2/h，省力省時且抖土凈、落果率低。廣西大學(xué)發(fā)明了一種帶莖稈分離裝置的芋頭收獲機(jī)，通過在拖拉機(jī)前部增加的“V”字狀莖稈分離板和圓形切割刀，能夠集切割莖稈、挖掘芋頭、分離泥土等功能于一體，機(jī)械化程度較高[25]。山東理工大學(xué)設(shè)計的芋頭采摘收獲機(jī)，則是利用由曲柄滑塊機(jī)構(gòu)組成的拍土機(jī)構(gòu)往復(fù)運動拍打振落粘附在芋頭根部上的土塊，并用采摘梳將植株根部上的芋頭與植株脫離[26]。

2.3 荸薺采收機(jī)

湖北荊門市蔬菜辦等單位開發(fā)改進(jìn)出荸薺采收專用齒鍬，鍬面由3把梯形刀片(齒)構(gòu)成，寬度250～300 mm，經(jīng)多點對比試驗，荸薺專用齒鍬比平板鐵鍬采挖破損率減少48.18%，平均667m2凈增產(chǎn)115.9 kg[27]。銅陵市力通機(jī)械制造有限公司發(fā)明了一種荸薺挖掘機(jī)，包括機(jī)動車、荸薺挖掘裝置、挖掘支架、排泥裝置、輸送裝置等，采收荸薺時機(jī)動車開進(jìn)水田，伸出活塞桿使荸薺挖掘裝置低于螺旋輸送機(jī)，表層泥土被螺旋軸從側(cè)面排出，荸薺連同附著的泥土一起在滾動橡膠棒的拉動下，進(jìn)入帶式輸送機(jī)被送出收集，從而實現(xiàn)機(jī)械化采收荸薺[28]。陜西科技大學(xué)設(shè)計的荸薺采收船挖掘機(jī)采用水刀切碎、分塊振動液化的收獲方法與機(jī)耕船水田行走技術(shù)相結(jié)合，在泥水中將荸薺撈起，勞動強(qiáng)度小、荸薺損傷小、挖凈率高[29]。另外，蓋國安等[30]、吳紅順[31]、陳曉明等[32]也對荸薺采收機(jī)械提出了一些設(shè)計思路和方案。

2.4 莼菜采摘機(jī)

蘇州農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院開發(fā)了莼菜手動控制采摘器，采摘器分為采摘裝置和收集裝置，采摘裝置由握把、手柄、鋼絲、鋁合金管、彈簧、刀片支架和刀片組成，主刀片上設(shè)置刀片盒，完成剪切后莼菜落入刀片盒中，松開手柄，將莼菜轉(zhuǎn)至固定在船頭網(wǎng)兜中收集。該采摘器在一定程度上降低了勞動強(qiáng)度，但工作效率并未提升[33，34]。

2.5 藜蒿收割機(jī)

武漢市農(nóng)機(jī)化所研制出一種小型自走式藜蒿收割機(jī)，配備680W小型汽油機(jī)動力，在廂溝內(nèi)行走，機(jī)具行進(jìn)速度2.2 km/h，采用往復(fù)式切割器，工作幅寬0.75m，作業(yè)效率1 334～1 667.5m2/h。曾在武漢市蔡甸區(qū)“楚天藜蒿第一村”進(jìn)行了試用，整機(jī)操作方便，收割效率較高，但因工作幅寬不能調(diào)整、對田地平整度要求較高、切割后還需人工收攏，故未能大范圍推廣應(yīng)用[35，36]。

3 水生蔬菜加工機(jī)械

3.1 蓮籽脫粒機(jī)

傳統(tǒng)的蓮籽加工工藝分為脫粒、剝殼、脫膜、通心、烘烤等五道工序。在蓮籽脫粒機(jī)方面，黃小從[37]最早設(shè)計了一種蓮蓬脫粒機(jī)，利用多個駁殼彎鉤的鋒利尖端鉤住蓮蓬外殼，在不停地旋轉(zhuǎn)、撕扯過程中，蓮蓬的外殼被撕碎。該設(shè)備能夠快速地獲取蓮籽，但需要搖動手柄，機(jī)械化程度不高，且完好率相對較低。在此基礎(chǔ)上，黃小從[38，39]改良出電動式蓮蓬脫粒機(jī)，優(yōu)化了驅(qū)動方式和結(jié)構(gòu)，既能快速脫粒又能保證蓮籽的完好率，大幅提高工作效率。

3.2 蓮籽剝殼機(jī)

常見的蓮籽剝殼機(jī)有沖擊式、剪切（切割）式、擠壓式和搓輥式等。

①沖擊式剝殼機(jī)蓮籽在高速運動時突然遇阻而受到?jīng)_擊力，使外殼破碎實現(xiàn)脫殼，比較有代表性的是臺灣嘉義大學(xué)與中興大學(xué)研發(fā)的蓮籽剝殼脫膜機(jī)，主要由供料機(jī)構(gòu)、同向差速滾筒、撥桿及四只水刀噴嘴組成[40]。蓮籽在同向且具差速的滾筒間滾動，并在噴嘴高壓噴頭產(chǎn)生的水刀作用下破膜。

②剪切（切割）式剝殼機(jī)蓮籽受到剪切（切割）力的作用，外殼被切裂并打開，實現(xiàn)外殼與蓮籽分離的裝置。浙江大學(xué)設(shè)計了一種實用的高效蓮籽脫殼機(jī)，利用高速刀具對蓮籽外殼進(jìn)行切割和擠壓使其脫殼，將蓮籽按大小進(jìn)行分類脫殼，使蓮籽脫殼實現(xiàn)機(jī)械化，并且設(shè)備的操作維護(hù)簡單，脫殼率可達(dá)90%，整仁率也達(dá)80%以上[41]。

③擠壓式脫殼機(jī)蓮籽通過小于其尺寸的間隙時受擠壓而破殼分離。福建農(nóng)林大學(xué)對蓮籽擠壓式機(jī)械脫殼機(jī)理進(jìn)行了研究，表明在蓮籽根部切割出適當(dāng)?shù)母詈酆筮M(jìn)行擠壓就可以實現(xiàn)蓮籽的機(jī)械脫殼，脫殼效果好、果仁完好率高[42]。

④搓輥式剝殼機(jī)采用搓輥的方式使蓮籽殼與蓮籽仁產(chǎn)生相對位移，實現(xiàn)蓮殼與蓮仁分離。劉洪綱設(shè)計了一種搓輥式自動蓮籽剝殼機(jī)，將蓮籽壓在搓輥之間，各搓輥的轉(zhuǎn)速不同，對蓮籽在差速搓輥間形成揉搓作用，使蓮籽殼與蓮籽仁分離。該設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、成本低、產(chǎn)量高，不損傷蓮肉[43]。趙小廣設(shè)計的干殼蓮籽剝殼機(jī)、福建文鑫蓮業(yè)食品有限公司研制的板刀式蓮籽剝殼機(jī)、武漢工業(yè)學(xué)院開發(fā)的BK25型蓮籽剝殼機(jī)都屬于搓輥式剝殼機(jī)[44～46]。

3.3 蓮籽脫膜機(jī)

在蓮籽脫膜機(jī)方面，建寧縣閩昌機(jī)械開發(fā)有限公司設(shè)計了一種蓮籽剝殼去膜機(jī)的去膜結(jié)構(gòu)，該去膜結(jié)構(gòu)是在動力傳動箱頂板上安裝一套高壓水泵和噴嘴，正對蓮籽出口端，當(dāng)蓮籽由出口端引出從傳送帶下落前噴嘴噴流掃射在蓮粒上，將蓮膜環(huán)周吹掃剝離[47]。

3.4 蓮籽通心機(jī)

蓮籽通心機(jī)又稱為蓮籽穿心機(jī)、蓮籽除心機(jī)、蓮籽去心機(jī)等。劉立耘[48]發(fā)明的彈性滾筒式蓮籽除心機(jī)，通過滾筒的轉(zhuǎn)動把蓮籽擺正，等轉(zhuǎn)到與另一滾筒相互配合時就把蓮籽的長軸方向固定住，隨著滾筒的轉(zhuǎn)動與其配合的通心機(jī)構(gòu)也隨之工作從而達(dá)到去心的目的。該機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、成本較低。湖北農(nóng)學(xué)院設(shè)計開發(fā)了6CB-5.4型蓮籽穿心脫殼機(jī)，應(yīng)用電、液、機(jī)相結(jié)合的控制方式，采用動態(tài)夾緊定心、電液控制切殼力和各部件運動關(guān)系的辦法，實現(xiàn)先穿心后脫殼，穿心效率可達(dá)5.0~5.4 kg/h，破碎率小于5%，不僅提高了蓮籽加工的生產(chǎn)效率，而且提升了蓮籽加工后的品質(zhì)[49]。由譚云虎發(fā)明的全自動蓮籽通心機(jī)、武漢工業(yè)學(xué)院研制的具有自動對心功能的蓮籽穿心機(jī)、湘潭大學(xué)設(shè)計的蓮籽機(jī)械自動去心樣機(jī)，都較好地實現(xiàn)了蓮籽自動通心、除心的要求[50～52]。

長沙昌合機(jī)械有限公司開發(fā)生產(chǎn)了全系列蓮籽加工機(jī)械，其中蓮籽脫蓬機(jī)利用旋轉(zhuǎn)孔徑結(jié)合蓮蓬大小旋轉(zhuǎn)力學(xué)干脫原理，快速對蓮籽脫蓬，剝凈率95%以上[53]；蓮籽大小篩選機(jī)利用機(jī)械曲軸聯(lián)動配合機(jī)器拉動不同孔徑篩選蓮籽，快速準(zhǔn)確地歸類不同大小的蓮籽，效率可達(dá)400 kg/h；蓮籽剝殼機(jī)利用旋轉(zhuǎn)孔徑結(jié)合蓮籽大小旋轉(zhuǎn)力學(xué)干剝原理，快速對蓮籽剝殼，剝凈率98%以上，效率可達(dá)15 kg/h。蓮籽磨皮機(jī)利用高速旋轉(zhuǎn)力學(xué)對不同大小的蓮籽實現(xiàn)脫皮，效率可達(dá)70 kg/h；蓮籽半自動去心機(jī)采用電機(jī)鉆頭粉碎蓮心（蓮心是碎的），效率達(dá)5～8 kg/h；蓮籽全自動去心機(jī)采用旋轉(zhuǎn)孔徑結(jié)合蓮籽大小、電機(jī)鉆孔仿形鉆心原理，快速對蓮籽鉆心，鉆穿率99%以上，正鉆率95%以上，效率可達(dá)5～8 kg/h。

3.5 蓮藕去皮機(jī)、切片機(jī)

湖北長江大學(xué)對蓮藕機(jī)械去皮展開研究并試制了去皮機(jī)樣機(jī)。該機(jī)主要由傳送帶、導(dǎo)藕斗、喂入輥、仿形支撐彈簧、動靜刷輪和機(jī)架組成，通過刷輪旋轉(zhuǎn)搓刷掉蓮藕表皮，生產(chǎn)效率720 kg/h、去皮率95%以上、損傷率2%以下，并在荊州、荊門等地進(jìn)行試驗，可大幅節(jié)省工時和費用，降低勞動強(qiáng)度[54，55]。蓮藕切片機(jī)械主要以盤式切片機(jī)為主，切割方式有滑切和砍切[56]。長江大學(xué)開發(fā)了一種盤式砍切型蓮藕切片機(jī)，把蓮藕放在豎直的導(dǎo)向管內(nèi)，底部由擋板頂住，在導(dǎo)向筒和擋板之間裝有旋轉(zhuǎn)托盤，托盤上沿徑向安裝若干把切片刀，切片刀隨托盤旋轉(zhuǎn)橫向切割蓮藕，切出的藕片被刀片底面后部的藕片刷推到落料槽內(nèi)，該機(jī)切割速度快、生產(chǎn)效率高，但破碎率較高，粘刀藕片難清理且細(xì)藕切片厚薄不均。機(jī)械工業(yè)食品裝備設(shè)計研究所研制了一種滑切型蓮藕切片機(jī)，有效降低了破碎率，但由于刀盤的高速旋轉(zhuǎn)，與藕片急劇摩擦，使藕片淀粉大量滲出，降低了產(chǎn)品質(zhì)量，且加工出來的為斜藕片，有一定的局限性。江蘇大學(xué)設(shè)計了一種離心平臺式荷藕切片機(jī)，能調(diào)節(jié)切削藕片厚度，實現(xiàn)連續(xù)切削[57]。山東諸城市利特食品機(jī)械有限公司開發(fā)的蓮藕加工設(shè)備包括蓮藕清洗機(jī)、去皮機(jī)、切片機(jī)、漂燙機(jī)、冷卻機(jī)、包裝機(jī)、殺菌冷卻等整條生產(chǎn)線，實現(xiàn)了蓮藕深加工的流水化作業(yè)[58]。

3.6 芋頭加工機(jī)械

日本農(nóng)民采用去側(cè)芽機(jī)、分選機(jī)流水線對挖掘到的芋頭進(jìn)行初加工，作業(yè)精度高，芋頭無損傷，作業(yè)效率13.5 h/1 000m2，是手工作業(yè)的3倍左右[2]。福州大學(xué)針對芋頭皮厚且多皺褶、不易去除的特點研制出滾筒式臥式離心去皮機(jī)，通過滾筒帶動芋頭和磨塊繞著滾筒軸心轉(zhuǎn)動，在離心力、重力和摩擦力的共同作用下，讓芋頭表皮與磨塊及滾筒的粗糙內(nèi)表面、滾筒軸的粗糙外表面摩擦，使芋頭表皮磨損脫落以達(dá)到去皮的目的，總?cè)テぢ蔬_(dá)90%以上[59]。福建省新潤食品有限公司發(fā)明的芋頭切片機(jī)和切塊機(jī)，是利用氣缸推動壓塊，壓迫芋頭通過一個包含多個刀片的刀具組，實現(xiàn)芋頭切片、切塊的機(jī)械化加工，效率高且無需人工用刀，提高了作業(yè)安全性[60，61]。

3.7 荸薺加工機(jī)械

荸薺加工機(jī)械主要包括荸薺去皮機(jī)、切片機(jī)和清洗機(jī)等。

①傳統(tǒng)的荸薺手工去皮勞動強(qiáng)度大、效率低且容易傷手。袁祖六設(shè)計了一種荸薺去皮機(jī)，利用上夾指、下夾指將荸薺夾住，代替人的手指，擺動時用去皮刀去皮[62]。郭元焜[63]發(fā)明了一種荸薺削皮機(jī)，固定荸薺后，利用彈刀片沿荸薺圓周削皮。這兩種手工荸薺去皮機(jī)結(jié)構(gòu)簡單實用，適合家庭使用。曹英明設(shè)計的新型荸薺削皮機(jī)械，采用電動機(jī)驅(qū)動，通過傳動、自動異步定位、削蒂、去屑、自動離合器等步驟，削皮后荸薺外表光滑，適用于各種不同大小規(guī)格荸薺削皮[64]。武漢市江夏區(qū)夕陽紅工藝裝備廠研發(fā)的荸薺削皮機(jī)，采取多組電機(jī)，通過公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)結(jié)合的方式完成荸薺自動削皮[65]。左志平[66]設(shè)計了一種荸薺去皮機(jī)，采用注水?dāng)嚢杓佣鄠€去皮球的方式，使荸薺和去皮球之間相互擠壓摩擦，去皮球上的金屬凸起將荸薺皮刮掉。

②在荸薺切片機(jī)方面，安徽省屯溪罐頭食品廠開發(fā)了荸薺自動進(jìn)料切片機(jī)，能使荸薺豎立自動進(jìn)料，分?jǐn)嗝媲衅统尚颓衅?，破碎率小，工作效率高，但易產(chǎn)生歪切橫切現(xiàn)象，且只能切手工削好皮煮熟后的荸薺[67]。羅金傳發(fā)明的荸薺自動進(jìn)料削皮切片機(jī)，解決了上述問題[68]。另外，黃巖市特種泵廠、黃巖八一通用機(jī)械廠等單位都設(shè)計和研制了相應(yīng)的荸薺切片機(jī)[69，70]。

③在荸薺清洗機(jī)方面，安徽理工大學(xué)設(shè)計了一種荸薺清洗機(jī)，主要利用了旋轉(zhuǎn)式清洗原理，具有結(jié)構(gòu)簡單、使用控制方便、制造成本低等優(yōu)點[71]。湖南精華農(nóng)產(chǎn)品股份有限公司則研發(fā)了一套荸薺自動清洗、分級設(shè)備，荸薺通過浸泡池、毛刷清洗機(jī)、多個噴淋嘴噴淋，滾落到達(dá)兩級吹干機(jī)的傳送帶，吹干后的荸薺沿光滑斜面滾落到分揀機(jī)中，實現(xiàn)全自動清洗、分級，工作效率高且保證品級[72]。嘉興職業(yè)技術(shù)學(xué)院[73]、左志平等[74]都設(shè)計、開發(fā)了類似的荸薺清洗機(jī)。

3.8 茭白加工機(jī)械

安徽安慶市岳西縣益誠蔬菜保鮮有限責(zé)任公司研制了一種茭白加工切絲刀，其結(jié)構(gòu)簡單，在刀柄上增加一排或數(shù)排刀片，并且上下排之間刀片交錯排列，在較低的轉(zhuǎn)速下加工出來的茭白切絲粗細(xì)均勻，同時機(jī)械磨損低、壽命長、耗電少，降低了茭白生產(chǎn)加工成本[75]。

3.9 菱角加工機(jī)械

李會揚[76]設(shè)計了一種半自動的菱角脫殼裝置，其工作原理是在機(jī)架上平行設(shè)置兩根轉(zhuǎn)軸，從任一轉(zhuǎn)軸輸入動力，通過鏈條帶動送料模具移動，菱角可由人工逐一放置在送料模具上的凹槽中，模具移動使凹槽上方的彈性壓條壓住菱角兩側(cè)，當(dāng)菱角隨送料模具移動到切臍刀下方時，切臍刀動作，在菱角的臍部切一刀，使其臍部破開；隨著送料模具的繼續(xù)移動，破殼刀接觸到菱角的上部，并在菱角的上部切一刀，使菱角的上部破開一個口子，經(jīng)上述兩個動作后，菱角堅韌封閉外殼的包裹結(jié)構(gòu)被破壞；再通過人工剝殼，可快速取出果仁，降低了脫殼難度，提高了生產(chǎn)效率，但是至今市場上還未見菱角脫殼機(jī)的成熟產(chǎn)品。

3.10 芡實加工機(jī)械

芡實的機(jī)械化生產(chǎn)主要集中在種子脫殼環(huán)節(jié)，芡實脫殼機(jī)按結(jié)構(gòu)形式分為盤式、轉(zhuǎn)子葉片式等，按脫殼方式分為對輥或單輥擠壓式、斜槽面擠壓式、剪切式等[77]。蘇州水利農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所開發(fā)了一種芡實種子脫殼機(jī)，芡實種子由料斗喂入，經(jīng)雙刀輥的切割和揉搓，剝掉芡實種子殼，再經(jīng)篩網(wǎng)進(jìn)行殼、仁分離，初步實現(xiàn)了脫殼機(jī)械化，但芡實需冷凍處理后解凍，影響芡實品質(zhì)，未做大范圍推廣[78，79]。江蘇省蘇州市農(nóng)機(jī)技術(shù)推廣站研制出6B-30型芡實脫殼機(jī)科研樣機(jī)，確定“螺旋刀輥加螺旋凹板”結(jié)構(gòu)形式為最佳剝殼組合刀具[80]。江蘇省蘇州創(chuàng)德興芡實有限公司設(shè)計了一種干芡實種子脫殼機(jī)，其利用高速旋轉(zhuǎn)的圓柱形主刀輥上具有一定導(dǎo)程螺旋線排列的切削刃，對位于支承輥“V”形槽內(nèi)的干芡實種子進(jìn)行切削、撞擊、擠壓和揉搓，完成干芡實種子脫殼取仁作業(yè)[81]。錦州世琪機(jī)械有限公司發(fā)明了盤式芡實脫殼機(jī)，其在動盤上表面邊緣處設(shè)置開殼刀刃，在定盤的下表面設(shè)置與動盤開殼刀刃相配合的錐形斜面，錐形斜面及開殼刀刃構(gòu)成芡實加工的工作面，芡實的內(nèi)種皮在動盤開殼刀刃和定盤錐形斜面的共同作用下破裂，實現(xiàn)芡實脫殼的目的[82]，加工整仁率可達(dá)70%，內(nèi)種皮一次開殼率達(dá)到56%。張福明[83]研發(fā)了一種新鮮芡實脫殼機(jī)，能實現(xiàn)進(jìn)料、殼米分離、出殼、排渣同步進(jìn)行，效率可達(dá)25～40 kg/h，脫殼后經(jīng)過漂洗、人工挑選后，成品率可達(dá)95%～98%，每臺機(jī)器每天可節(jié)省15～20個勞動力。周紅衛(wèi)[84]設(shè)計的轉(zhuǎn)子葉片式濕芡實脫殼分離機(jī)通過轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)對芡實的撞擊、揉搓作用，進(jìn)行芡實的脫殼處理，并借由芡實殼仁密度的不同，實現(xiàn)殼仁自動分離，加工效率達(dá)200～300 kg/h，脫凈率95%以上，整仁率95%～98%。錦州俏牌機(jī)械有限公司生產(chǎn)出TFQS400型干芡實脫殼分選機(jī)，由上料斗、提升機(jī)、脫殼機(jī)組、皮仁分選機(jī)組及電控柜組成，集清理分級脫殼、仁殼分離、芡實分選等功能于一體，未脫殼籽?？勺詣臃祷剡M(jìn)行二次脫殼，自動化程度較高。該設(shè)備適用于6～13mm籽粒，效率達(dá)200～300 kg/h，整仁率65%～80%，半仁率10%～15%，已在江蘇高郵、安徽亳州等地推廣應(yīng)用。另外，江蘇、安徽等地許多個人和企業(yè)也開展了芡實脫殼機(jī)的設(shè)計或研制工作。

4 存在問題及建議

近些年，水生蔬菜產(chǎn)業(yè)呈加速增長態(tài)勢，但由于水生蔬菜的研究起步較晚，生產(chǎn)的組織化、規(guī)模化程度低，對機(jī)械化作業(yè)需求不夠強(qiáng)烈，政府與種植戶不夠重視，研發(fā)人員和經(jīng)費投入不足，缺少持續(xù)的研發(fā)計劃與資金扶持，導(dǎo)致水生蔬菜機(jī)械裝備的研究發(fā)展緩慢，而且許多成果還停留在設(shè)計方案和試驗樣機(jī)階段，實用性較差。為此建議：一是加大對水生蔬菜生產(chǎn)機(jī)械研究的投入，重點開展省力、高效、優(yōu)質(zhì)的水生蔬菜機(jī)械裝備研制，并將生產(chǎn)急需的一些實用機(jī)械納入農(nóng)機(jī)補貼；二是發(fā)展水生蔬菜生產(chǎn)機(jī)械應(yīng)以作業(yè)高效化、收益最大化為目的，以輕簡化、自動化、通用化、信息化、智能化為特征，應(yīng)有助于推動傳統(tǒng)水生蔬菜產(chǎn)業(yè)向現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展；三是加強(qiáng)政府引導(dǎo)，科學(xué)規(guī)劃產(chǎn)區(qū)，農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝聯(lián)合創(chuàng)新，改變現(xiàn)有的水生蔬菜生產(chǎn)方式，發(fā)展規(guī)模化種植和利于機(jī)械化作業(yè)的種植模式，建立水生蔬菜機(jī)械化生產(chǎn)體系標(biāo)準(zhǔn)；四是在建立農(nóng)機(jī)服務(wù)體系、扶持規(guī)模化水生蔬菜生產(chǎn)基地、建設(shè)和完善水生蔬菜產(chǎn)業(yè)鏈的成套設(shè)施裝備等方面加大政策傾斜力度。

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10.3865/j.issn.1001-3547.2015.20.014

2015-08-20