摘要：目前，我国在蔬菜机械化收获的领域几乎空白，特别是对大白菜机械化收获方面的研究更是少之又少。目前，我国主要依靠人工进行大白莱的生产和收获，尤其是大白菜的收获作业，种植者要用短刀等利器将大白菜根部切断，然后再人工拣拾、摆放、装车运输等，不仅劳动强度大，浪费大量人力、物力、财力，且工作效率十分低下，难以满足大规模生产需要。对我国大白菜的机械化收获技术进行现状分析，研究大白菜收获机，从而降低大白菜在收获时的劳动强度，弥补大白菜机械化生产技术领域的空白。

    0 引言
    大白菜是我国种植面积最大的蔬菜，也是北方冬贮数量最大的蔬菜，在均衡市场供应、稳定蔬菜价格等方面具有举足轻重的作用。川大白菜与结球甘蓝、结球葛首等同属于结球叶菜类蔬菜。在这类蔬菜的收获过程中，40％的作业量都会用在蔬菜的收获作业上。收获作业质量的好坏直接影响大白菜的储存、加工和销售，从而影响大白菜的市场价格和经济效益。大白菜在收获过程中劳动强度大，而我国目前大白菜收获的机械化程度还很低，主要依靠人工完成，收获时要连续不断地弯腰切根、捡拾、搬运等，劳动强度非常大。随着种植规模化、集约化，传统的人工收获方式已经无法满足大白菜大面积的生产需要。因此，发展大白菜机械化收获技术，研发适应我国大白菜生产的收获机械具有重要意义。
    1 技术现状
    目前，我国对于蔬菜收获机械的研究较少，仅有台湾大学农机系在20世纪80年代末研制成功了一种履带式甘蓝收获机，该机器配套功率10 kW，一次进地可完成拔取、切根、切除外叶、装箱等工作，一次采收一行，适用于行距为65 cm、株距为40 cm或者45 cm的栽培方式。收获后产品95％直接上市销售，工作效率为0. 04 hm2/h。其工作效率比人工收获提高2. 5～2.8倍。
    国外的有关大白菜收获机械的研究也并不是很多。日本的Kanamitsu等人研制的自走式大白菜收获机，该机器应用了液压系统，能更好地控制前进方向和机身水平高度，采用圆盘切刀将大白菜在升运过程中将其根部切断，然后进行整齐铺放，完成大白菜收获作业。田间试验表明：对大白菜根茎部的切断速度为6 m/s，作业速度为0. 17～0.28 m/s。日本农业生物系特定产业技术研究机构研制成功一种适合大白菜大规模种植使用的大白菜收获机。该机器采用拖拉机侧悬挂的方式进行配套使用，配套功率为15kW的轮式拖拉机，一次进地可以完成收获、分选、集装、运输等工作。收获过程中首先对大白菜进行引拔，在引拔的同时圆盘切刀将白菜根部切断，断根后的白菜经过传输机构进行运输、装箱，最后完成收获作业。该机器收获方式为单行收获，应用了液压机构、螺旋升运机构等，实现了大白菜的高效、高质量的收获作业。国外的其它的这类收获机械都是以甘蓝为主，很少有关于白菜收获机械的研究，无论国内、国外关于大白菜收获机械的研究是十分稀少的，可见研究大白菜收获机械是市场急需的、必要的。

    2 大白菜的种植农艺分析
    2.1大白菜的特点
    （1）叶球易损伤。球茎是由多个叶片结球而成，叶子鲜嫩，容易损伤。
    （2）形状差异大。结球叶菜有很多品种，每一种品种结球的形状都不相同，有平头型、卵圆型和直筒型等。
    （3）球高差异大。由于品种和地区的差异，结球高度的范围差距大（20～80 cm）
    （4）种植密度（株距和行距）差异大。种植习惯、品种和地区等因素对种植密度有很大的影响，变化范围为30～80 cm
    （5）栽培模式整齐。结球叶菜都是条播，作物生长在同一条基线上。
    2.2大白菜的储存
    大白菜在我国普遍以窖藏储存方式为主，然而大白菜收获时机的掌握对大白菜的储存、产量都会造成很大的影响。收获时间过早会造成大白菜生长期不够从而影响产量，而且给大白菜的存储也增加了很大的难度，生长期不够的大白菜人菜窖储存十分容易出现烂帮、脱帮现象。收获过晚的大白菜若遇气温突然骤降，会受低气温的影响使白菜遭受冻害，造成损失。
    大白菜对低气温的适应能力很强，在零摄氏度以下还能继续生长、抱心、增重，如果可以，使大白菜的生长期得到适当的延长，对大白菜的产量和质量的提高都具有十分重要的意义。据研究，当最低气温降至－3℃时，大白菜仍照常生长；降到－5℃时，回暖后仍可恢复生长；降至－7℃时，若持续时间不超过24 h，气温回升后仍能恢复生长；当最低气温低于－7℃时，大白菜会发生冻害。气温越低，冻害越严重，大白菜收获以后，一般都要晾晒一个阶段才入窖，其收获期以最低气温降到－5℃时为宜。若收后不晾晒而直接人窖的，其收获期可推迟到最低气温降到－7℃时。但要注意收听当地的气象预报，一旦有寒潮警报和降温消息，必须及时抢收，避免造成损失。

    3 大白菜收获机的结构与工作原理
    3.1大白菜收获机的基本构成
    大白菜收获机主要由扶正夹持机构2、对称切削刀3、锁紧提升机构4、输送机构5等构成，配套拖拉机侧悬挂，基本结构如图所示。

    3.2大白菜收获机的基本工作原理
    大白菜收获机的工作过程如图所示，对称放置的夹持扶正皮带轮在主动轮的带动下转动，将偏移的大白菜扶正并夹持住，高速旋转的切削刀与扶正机构完美配合，在扶正夹持的同时将大白菜根部切断，然后经过升运机构与输送机构将大白菜运输到人工捡拾的工作带上，经过人工分选处理后装箱，完成大白菜的收获工作。

    4 大白菜收获机关键技术
    4.1自动仿形夹持扶正机构
    由于我国的大白菜种植环境恶劣，导致大白菜在收获时不是十分整齐分布，容易出现左右偏斜现象。另一方面，由于土地、环境、种植技术等农艺情况不同也导致大白菜的大小不均匀。以上问题会给大白菜收获机的收获工作带来非常大的困难，本项研究创新设计了自动仿形夹持扶正机构，不仅可以将偏移的大白菜扶正，还可以自动适应不同大小的大白菜，实现高质量夹持，且不损伤大白菜，为切削大白菜根部提供良好的工作环境。
    4.2升运机构
    大白菜平均株重多在4 kg以上，对于人工收获来说工作量十分巨大，且效率极其低下，人工收获时需要反复不断的弯腰工作，不仅辛苦还会造成身体疾病。本项研究设计的升运机构彻底解决了这个大问题。工作时，升运机构将切根后的大白菜提升到输运工作台上，分选者无需弯腰只需站立在分选台上就可以对大白菜进行分选、剔除无用的表叶和装箱等工作。升运机构独特设计的锁紧机构可以将大白菜固定在升运带上不掉落，从而完成升运工作，升运后大白菜在输运工作台上平铺放置，为分选工作减轻了工作强度，同时提高了工作效率。
    5 试验与结果
    大白菜收获机试制结束后，为了验证它的工作效果，首先对机器进行了空载试验，解决了夹持带轮、切削刀运转过程中出现的问题，优化了相关参数，然后将大白菜收获机与拖拉机进行侧悬挂配套，对收获机进行田间试验作业，作业面积500亩。经过试验证明该收获机使用方便、性能可靠、收获质量高。试验人员对大白菜收获机破碎率、漏收率、收获效率进行了检测和计算，结果显示各项性能指标均达到国家标准。
    6 结束语
    大白菜实现机械化收获是大白菜机械化种植的最重要环节，本文在总结国内外大白菜收获机发展情况和存在问题的基础上，针对我国大白菜种植实际情况，设计了一款新型高效的大白菜收获机，并且进行了试验研究验证，结果表明：该收获机作业效果良好、适应性广、工作效率高，一次进地可完成大白菜收获过程中切根、拾取、升运和分选装箱等。该大白菜收获机的应用，将会更好地适应我国大白菜种植模式，同时降低了成本，更容易被广大种植户所接受。不仅可以提高收获效率，减轻劳动强度，而且避免了大白菜突遇冻害而带来的损失，同时对于延长大白菜的生长期、提高大白菜的品质和产量等都具有重要意义。综合各方面因素，该收获机具有较大的推广价值，可促进大白菜全程机械化发展和种植户的增产增收、提高种植户的积极性，对加快土地流转、大白菜规模化种植的形成和发展具有重要意义。