全液压智能莲藕采收作业装备

　　日前,山东石油化工学院岳吉祥教授联合中国石油大学(华东)刘衍聪教授、蒋圣群博士生研发出全液压智能莲藕采收作业装备并顺利完成藕塘实验。

　　整套装备行走自如,莲藕采出率高、损伤率低。针对藕塘恶劣泥水环境作业难题,项目负责团队创新设计出以“宽幅橡胶履带+浮力箱体+四点联动升降装置”为核心的底盘结构,该结构可适应不同作业水深;通过比例液压泵和污水泵调速实现动力分配,满足藕塘行走和转场要求;能动态调整与泥面距离,提升低压大流量射流效率,同时实现远程遥控控制。

　　莲藕是我国种植面积和产量最大的水生蔬菜品种,具有良好的经济效益和营养价值。近年来黄河三角洲地区莲藕种植行业不断发展,已经具有相当的规模,其莲藕种植面积一直稳定在1.84万hm2以上,占全国载培面积的6.8%以上,高于全国平均水平。黄河三角洲地区莲藕产品以其味甜而脆的口感和很好的药用价值,莲藕及莲藕产品热销全国20多个大中城市并远销海外。首先,人工铲挖式在莲藕采挖前需要排干池水,莲藕采挖时使用挖藕铲翻泥采挖(挖藕铲是能够翻挖莲藕周围淤泥以及留走少量水的专门的工具)。以莲藕入泥深度30-50cm计,则泥土翻挖量3000-4950m3/hm2,需要人工150-180个/hm2,劳动强度大如果用工成本价格按照每人400-600元/每天,劳动力支出费用将达到莲藕种植总投资的40%以上,严重限制了莲藕种植的规模化发展。

图1 人工铲挖式

　　第二种采藕方式就是人工高压水冲式,需要采藕工人携带高压水枪,利用高压水的冲力将莲藕周围的淤泥破碎,使莲藕与淤泥分离,便于人工采藕。高压水冲代替人工铲挖在一定程度上降低了劳动强度,提高了劳动效率。但是在冬季低温期,人工费用仍可达到莲藕售价的30%以上。此外,使用的高压水枪的压力大多不可控,容易造成莲藕表体的损伤,制约经济效益的提高。

图2人工水冲式

　　人工采收方式具有高成本、低效益的缺点。莲藕人工采收作业环境恶劣,劳动强度大,用工成本高;人工采收方式损伤藕体,影响莲藕品质,且低采出率低导致部分莲藕未能及时挖出而在淤泥中腐烂,造成经济损失,效益低。

　　莲藕原产于印度及亚洲南部,除中国外,日本俄罗斯、印度、斯里兰卡、印度尼西亚、澳大利亚等国均有种植。欧美国家对莲藕的认知度和认可度不高,没有相关的设备资料。对采/挖藕机需求量大的主要集中在亚洲,特别是东南亚地区。截至目前,国外只有日本研究了挖藕船,研制出牵引式Ⅰ型、宽幅Ⅱ型和水泵定置式型,其中Ⅰ型和Ⅱ型的作业效率为0.020~0.027hm2/h,水泵定置式型作业效率为0.017hm2/h,作业效率较低,并且需要较多的人力劳动加以辅助,不适合国内行情。

　　该设备坚持理论创新、技术创新与应用创新于一体,装置连接水泵和液压泵,水泵为吸水和冲水提供动力,液压泵为液压马达和两个液压缸提供动力:液压马达驱动履带底盘行走及转向:摆动液压缸带动喷头组件进行左右循环摆动,有效增加作业幅宽:提升油缸带动喷头组件上升和下降,以进行藕塘转场作业水流经过滤器、吸水管和90°弯管进入水泵,由水泵增压后经主水管分水器分流,通过九根高压软管输送到喷嘴,水射流从喷嘴喷出,冲击破碎莲藕表面的淤泥,直至莲藕完全裸露在水底,由于莲藕密度比水小,莲藕会在自身浮力作用下浮出水面,完成采藕作业。该技术为新型产业,处于国际先进水平,目前国内外产业化还不成熟,申请了多项发明专利,具有自主知识产权。

图3.莲藕采收装备

图4.藕塘测试

　　全液压莲藕采收装备:(1)基于莲藕采收低损伤率和高效率作业要求,将动力系统、水力系统、液压系统、控制系统集于一体,能适应不同水深的藕田进行采藕作业,可以显著降低莲藕采收的劳动强度并提高作业效率。(2)采用的履带式行走系统既可以适应复杂的藕田作业环境,又能进行快速转场作业。设计摆动喷流式冲水,实现高效低损伤采藕。(3)经试验测试,履带自走式高效低损伤水力采藕机藕田作业速度可达3m/min,结合作业幅宽,计算平均工作效率为0.04hm2/h,是手工采藕效率的10倍左右。藕田采藕试验效果优良,采藕机工作性能稳定,未出现熄火和水泵堵塞情况。

图5其他设备的使用效果(上为切断,下为擦伤)

图6本设备的使用效果(上为机器,下为人工)