福建省农业机械学科报告

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【摘 要】本文着重阐述了驱动圆盘犁、梳穗碎藁联合收割机、农用柴油机、水产养殖饲料加工设备、农产品干燥设备、茶叶加工设备技术上的独创性,实用性,以及为福建大农业服务的地方特色,展望了今后一、二十年间福建农业机械化学科快速发展的广阔前景.

【关 键 词】大农业农业机械化科技成果

一前言

福建农业机械学科发展,遵循着为福建大农业服务,为福建山区、沿海特色农业服务；遵循着注重基础理论研究,更注重实际运用价值.改革开放以来,农村经济体制发生了根本性变化,农业机械化,步入了稳步发展的健康轨道,学科成绩斐然,在全国引人瞩目.

水轮泵,是福建省农业机械化研究所（以下简称福建农机所）一独创性产品：水轮机与水泵同轴直联,利用水位差的能量,提水灌溉.该所研究了水轮泵叶轮水力模型；开发出了高产牌系列水轮泵,在福建、云南、广西、贵州、湖南等十几个省建立了一万二千多个水轮泵站,装机三万多台,其中青海、甘肃大型水轮泵站可灌溉上万亩农地；联合国教科文组织在福州召开水轮泵培训班,而后在泰国、斯里兰卡等国建立水轮泵示范站；曾多次获部、省科技进步二等奖、三等奖；

水田犁系列设计课题,是机械部二次委托福建农机所作为组长单位,组织福建农大、江苏理工大等三十几个大专院校、科研单位、工厂企业进行联合研究设计,其间针对犁体曲面、机架六分力等做了大量基础理论分析、计算与测试,制定了系列型谱与标准,为水田犁系列化标准化通用化做出突出贡献,曾获机械部科技进步二等奖、三等奖.

联合收割机,福建农机所自上世纪70年代起,先后开发出龙江120型（15马力）和闽江150型（24马力）半喂入联合收割机,获全国和福建省科学大会奖.其中龙江120型在漳州收割机厂生产推广了500台.上世纪80年代,又开发出结构简单、造价低廉的组合式微型联合收割机,配挂在手扶拖拉机上,由福建拖拉机厂生产销售了近五千台,获机电部科技进步一等奖；其收获工作流程的“直立输送禾秆的联合收割机”获中国发明专利（专利号为：85102442.4）,并获国家发明三等奖；其《组合式微型联合收割机的研究与试验》获福建省科协优秀论文一等奖.

农业运输车,是福建农机所与福建平和、龙岩、漳州、莆田等诸多企业,针对农村急需解决运送农用物资、运送农产品,而汽车工业又一时不能满足农民需求这特定的历史时期,开发出适时对路的农机产品.福建龙马、龙江、龙溪牌农用车,曾连续五年销售量（约19万台,产值近60亿元）占全国农用车的三分之一,取得极其显著经济效益,多次获福建省科委科技进步三等奖和省经贸委新产品三等奖.

福建省农业机械学会,自1981年成立以来,坚持年年召开学术年会,从事农机教学、科研、生产、管理、经营科技人员得以及时进行学术交流,协同攻关；还出版《福建农机》季刊.海峡两岸农机学术交往日益频繁.台湾大学农业工程学院院长兼中华农业机械学会理事长卢福明教授及其后任的张森富教授,以及台湾农机同业公会总干事长庄石鉴先生,先后应邀莅临我学会进行学术交流,互换期刊、书籍、文献.我学会亦先后派出五批赴台农机考察团,成效显著.

二发展现状与展望

(一)驱动园盘犁

驱动圆盘犁是由拖拉机动力输出轴驱动固定在刀轴上的若干个球面耕作圆盘犁体回转的一种耕作机具.作业时,在适宜的转速和车速配合下,与机组前进方向成一偏角的圆盘,靠滑动切削和撕裂的共同作用进行耕作,被耕起的土垡一面沿着圆盘的凹面翻转,一面朝侧向抛土,完成耕作.它具有油耗低、生产率高,作业时不易被杂草和秸秆堵塞,通过性能及越障能力好等优点,已在我国南、北方推广（图1）.

福建省在国内率先进行驱动圆盘犁的研究,并一直处于领先地位.1985年福建农学院农业工程系（现为福建农林大学机电工程学院）和福建省农业机械化研究所在国内率先进行驱动圆盘犁的初期开发工作,1987年12月通过机械部科研鉴定.1988年获机电部科技进步三等奖.1986年起,又在机电部机械工业技术发展基金资助下,由福建农学院农业工程系张性雄、方文熙等牵头,联合江西机引农具厂、北方机械制造厂,进行驱动圆盘犁驱圆犁的基础研究、产品开发和型谱制定的研究,于1989年12月完成并通过机电部鉴定[2].1991年获江西省优秀新产品一等奖和机电部科技进步二等奖.

经三年的大量试验及理论分析,采集分析了圆盘组驱动扭矩的载荷特征及在代表性土壤中功耗典型值；进行了驱动式圆盘田间六分力测定分析；探明了驱动扭矩及机组功率分配与速度参数的关系.这些试验与分析为圆盘转速和车速的实用范围的确定、悬挂参数设计、机组平衡设计、配套盘数的选定、传动形式及传动参数的确定及尾轮参数选择等提供了设计依据.由于设计合理,研究开发的系列产品与国外（主要是日本）产品相比,可适应的耕作速度由国外的5.0kmh-1增至6.0kmh-1左右,生产率明显提高.与铧式犁相比,节省油耗15%以上,生产率提高30%以上,能满足水田和农艺要求,也适合部分旱地使用.项目制定的型谱特点是用3个功率级别及调幅装置组成全系列基本型和变型产品.已研制开发出十多种机型,产品投放国内20多个省市区,出口美、俄等十多个国家[3][4][5].

1991年,福建农业大学机电工程系方文熙等又着手开发与手扶拖拉机配套使用的驱圆犁,在单轴两轮拖拉机上实现了乘坐驱动犁耕功能,解决了手扶拖拉机犁耕作业时功率无法充分发挥和不能配置较大工作幅宽及不能下水田犁耕的难题,并可适应稻草返田作业,提高了劳动生产率[6][7]（图2）.

进入21世纪,国内对驱动式圆盘犁的研究有了进一步发展,如运用优化设计、动态仿真等较先进的方法对驱动式圆盘犁进行研究等.2002年福建农林大学朱亨银等经对左、右翻驱动圆盘犁的受力进行理论分析和试验比较,得出了左翻驱动圆盘犁的受力状况比右翻驱动圆盘犁有明显改善的结论,经样机试验得以证实[8]；2002年取得左翻驱动圆盘犁专利[9],现正在进一步深入研究.

(二)联合收割机

现有联合收割机有传统的全喂入式和日本的半喂入式,其收获机理都是先收割后脱粒.上个世纪九十年代初,英国锡索尔研究所成功地开发出梳穗式的收获台（SHELBOURNEHEADER）.该梳穗技术展现出收获机理一种崭新的发展方向.福建农机所收割机课题组,敏锐地盯住这一世界前沿技术,着手研究开发.

基于SHELBOURNEHEADER收获台仅仅解决了梳穗脱粒工序,没有涉足禾秆处理问题,梳穗脱粒后,地里留下一大片没有割下来的禾秆,这对于我国广大农村很难于接受的.对此我国不少大专院校、科研单位相继研发了梳穗式联合收割机,攻关重点在于禾秆处理方案.南京农机所、广东农机所、中国农机院等单位不约而同地采用立式割晒机处理禾秆的方案.梳穗脱粒后的禾秆,被割晒机切割并输送到一侧,整齐成条状地铺放于地面；其作业性能存在着适应性差故障多的问题：当禾秆倾斜凌乱,收割铺放质量差,机组容易堵塞,直接影响到整机作业性能与作业可靠性.

福建农机所收割机课题组设计了三、四种处理禾秆装置方案,经过反复试验,摸索出一种类似旋耕刀式的碎藁装置,把禾秆直接粉碎成小段秸秆,撒落于地面.由此创造性地开发出“一种先梳脱籽粒后碎藁回田的收获方法及其联合收获机”,获得中国发明专利权,专利号为ZL00112471.4.以发明专利为核心技术研制出4LS-145型梳穗碎藁式联合收割机（参见图3）.它具有效率高、可靠性高、性能价格比高等显著优点.该新产品经省内外专家鉴定结论为“国内外首创；产品综合评价居国际水平”.

国家农机具质量监督检验中心于2004年11月10日至11月19日,在福建省福州市亭江镇笏山村（含附近的东街村等）对4LS145梳穗联合收割机进行了收获晚稻作业性能检测和耐久考核,结果见下表.

该机匹配动力为485柴油机(35Ps),其最高作业速度达1.7m/s,籽粒流量1.532kg/s,总损失率仅1.195%,这是十分优异的收获作业性能数据.该新产品已获2003年度中国机械工业联合会与中国机械工程学会联合评选为三等奖.

现正在继续开发研究的课题是：

（1）努力把4LS-145型梳穗碎藁式联合收割机科研成果转换为生产力,投入小批量生产与推广使用.

（2）继续开发4LS-228型梳穗式联合收割机.它将以国内保有量最大的新疆2号联合收割机的轮式自走底盘为基础（参见图4）.配套动力4105柴油机(53.4kW),收获幅宽230cm,作业速度0～3m/s（常用1～2m/s）,平均生产率0.4～0.8ha/h.

（3）继续进行梳穗碎藁收获工作原理的理论研究与部件试验.努力提高梳穗脱粒滚筒对倒伏作物的适应性,降低梳穗滚筒前端对禾穗作用所引起的飞溅损失.

(三)农用柴油机

上世纪八十年代,福建省共有大小柴油机厂八家,分别是：福建力佳公司、福建机器厂、福州动力机厂、龙海动力机厂、南安柴油机厂、柴油机厂、永泰柴油机厂、福州柴油机厂.目前,除了福建力佳股份有限公司及福柴分立出去的民营厂外,其余厂家均被市场淘汰.福建力佳股份有限公司不断地开展技术创新,从当初仅能生产单一品种的单缸柴油机,发展到现在包括S系列单缸柴油机和SL多缸柴油机等共100多种柴油机产品,功率复盖范围8.8kW-100kW,配套用途为低速货车、拖拉机、工程机械、发电机组等.

在上世纪八十年代初,该公司与上海内燃机研究所合作,开展195型柴油机节能创优工作,开发成功了S195G节能柴油机,获机械部优质产品称号；在此基础上,开发成功了S1100、S1102单缸柴油机,在整机重量基本保持与S195G相同的情况下,功率提高了37.5%,既节能又节材；同时超前意识地与上海交大合作,开发SL100系列二、三、四缸柴油机,其中,SL2100、SL3100柴油机荣获国家优秀新产品奖；上世纪九十年代是该企业产品发展的黄金时期,企业一方面与江苏理工大学合作,开发更大功率的S1110、S1115单缸柴油机,发展形成了S系列单缸柴油机,另一方面与机械部洛阳拖拉机研究所合作,加上企业自主创新,对企业已有的两大系列产品――S系列单缸柴油机和SL系列多缸柴油机进行全面的直喷化改进设计,使该公司产品的技术水平又上了一个新台阶,其SL2100B、SL2105B获2000年度省优秀新产品三等奖；SL2105B柴油机获2001年福建省科技进步三等奖；SL2105AB柴油机获2002年度福建省优秀新产品三等奖,力佳牌柴油机荣获福建省名牌产品.进入本世纪,企业继续依靠产学研合作,不断完善两大系列产品的品种及技术规格,使企业的技术及生产经营活动走上可持续发展的道路.

随着福建力佳股份有限公司柴油机新产品源源不断地投入市场以及产品质量的提高,力佳柴油机品牌知名度越来越高,先后与国内知名品牌的拖拉机厂：北汽福田潍坊农业装备公司、中国第一拖拉机公司、宁波奔野拖拉机公司、江苏盐城拖拉机公司、湖北拖拉机厂、常州威格特拖拉机公司配套,年配套量占中等功率拖拉机全国总量的近30%；在2005年举行的中国拖拉机工业50周年及力佳杯农民最喜爱的拖拉机评选活动中,配套力佳柴油机的拖拉机特别受到农民的喜爱,被评为农民最喜爱的拖拉机；与福建、广东、广西、浙江、四川、湖南、海南、贵州等地农用车厂批量配套,年配套总量近3万台,使得福建省的柴油机在全国内燃机行业中仍占有一席之地,而且品牌知名度、生产批量正在逐年提高.SL3105ABT、SL4105ABT柴油机于2005年度获得美国联邦环保部署(EPA)排放认证证书,开始批量配套拖拉机出口美国.

国内外市场对所的配套柴油机需求趋势,将逐步向中大功率转移.现该公司正在与江苏大学及德国ELSBETT公司合作,开发更大功率、技术水平更高的SL4108ZL增压中冷车用系列柴油机,以及力佳新系列柴油机.

(四)水产养殖饲料加工设备

微粉粹机是粉体加工的主要设备,它对物料的粉粹粒度比普通的粉粹机更细,通常可达到100目到300目,很适合作为水产养殖饲料加工设备的核心机械.

卧式微粉碎机,是福建省农机化所自上世纪80年代初进行研制,1987年“AH系列超微粉碎机组的开发”获农业部科技进步三等奖；1988年“CWF-550超微粉碎机组”获省优秀新产品奖；1989年“池养鳗鱼饲料加工机械”（核心技术超微粉碎机）获机械部三等奖.1994年“9FWS-40型无筛粉碎机”获省科技进步三等奖.

立式微粉碎机,自1999年开始研制,至今已形成WFL型立式微粉碎机系列产品,是一种立轴式、无筛网、机内气流分级的新型微粉碎设备.它借助锤头对物料的高速冲击将其粉碎,同时伴有摩擦、剪切、气流振颤等多种粉碎作用.衬板和锤头间的物料被反弹到粉碎室内与后续的高速颗粒相撞,使粉碎过程反复进行；同时,衬板和锤头之间形成强有力的高速湍流场,产生强大的压力变化使物料受到交变应力作用而粉碎.与卧式微粉碎机及其它型式机械冲击式粉碎机相比,其所粉碎的物料呈圆周薄层分布,利于细粉的分离排出

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2003年实施“WFL系列立式微粉碎机中试示范”农业科技跨越计划,对粉碎部件、分级部件、吸风系统与气体流道进行优化设计,并对相关配套技术如智能喂料负荷控制系统、脉冲袋式除尘集粉系统、阻性消声器部件进行开发研究.应用效果表明,整机技术性能稳定,在节能效果方面,立式微粉碎机比卧式微粉碎机节省能耗30%以上,成套生产线（水产用粉料）平均吨料电耗比美国依伯森微粉碎机生产线节电达29%,在低温粉碎、低噪声等方面也达到国际90年代先进先进水平.2004年该成果获得省科学技术三等奖.

现代农产品加工、饲料加工以及工程设备将需要越来越多的高纯超细粉体,获得超细粉体的主要手段仍然是机械粉碎方式.我省在超细粉体加工设备研制方面品种较单一,今后还应加强下列几方面的努力：

1.进一步提高效率,降低能耗,提高设备可靠性；

2、继续粉碎基础理论的研究及高强度耐磨新材料的研究；

3、开发精细分级配套设备及其它配套设备,以能适应超细粉碎加工需要；

4、朝着纳米级方向发展超细粉碎；围绕超细新材料的应用研究,进一步开发超细磨、气流超细粉碎机等高新技术产品.

(五)农产品干燥设备（1076/1100）

干制加工是农产品产后处理极其重要的手段.以福建食用菌为例,其干制品占商品总量70%以上；努力提高农产品干制技术和设备水平对于发展农村经济具有重要意义.改革开放以来福建对干燥机械设备研究围绕着节能和提高干制品质量两个核心问题进行,取得很大进展.

热风对流干燥设备由于结构简单、投资省,较适宜广大农村应用,在我省农产品干燥加工领域占主导地位.早在上世纪八十年代,福建省农机所就进行食用菌等产品的热风对流干燥设备研究,通过状态参数优选达到节省能耗的效果.

上世纪九十年代中期以来,福建农林大学开展农产品热泵干燥技术研究.基于热力学第一定律,热泵加热器放出的热量(Q1)等于蒸发器吸收的热量(Q2)+压缩机做功转化的热量(Q3).针对农产品干燥设备特点,在热泵干燥系统中,可最大限度利用系统中低温热源（蒸发室回流气体降温放热和回流气体中湿气冷凝过程中排出的潜热）,增大Q2值,增大Q1和Q3的差值,达到节能效果.根据热力学第二定律,研究在干燥系统中热泵低温热源能量向高温介质传送的技术条件,确定在干燥不同阶段,实现系统内除湿、传热、传质的技术指标.

通过对水果、蔬菜模拟干燥试验和理论分析,选定排湿点；并通过排湿点前后冷热气体热量交换对回流热气渐次降温,有效解决大批量高湿气体除湿问题；成功研制以定量气体为载体热体和载湿体的新型果蔬干燥设备,达到显著节省能耗的效果.《果蔬脱水系统内定量空气循环除湿技术和新型脱水设备》课题2001年获福建省科技进步二等奖.

在实现农产品干燥系统内,定量气体循环、传热、传质除湿基础上,针对农产品干燥过程氧化变质问题,又开展了气调干燥技术与设备研究.对定量气体介质进行成份调节,降低氧气成份,以物理方法取代化学方法抑制农产品加工过程氧化和褐变,提高干制品质量.根据模拟试验结果,实现干燥机结构的最优化选择,成功研制热泵气调干燥设备,并用于板鸭等肉制品的干制加工,降低干制品酸价和过氧化值,在延长保质期的同时,有效避免化学抗氧化剂的负面影响.《板鸭气调干燥设备和气调脱水保鲜技术》2002年获福建省科技进步二等奖.

研究开发了以速溶饮品为代表的液态物料冻干技术和设备.与大闽食品(漳州)有限公司合作,采用膜分离过滤、反渗透装置与真空冷冻干燥配套,形成产业化加工生产线.该生产线使农产品提取后的料液在浓缩和干燥过程避免了高温加热,抑制有效成份散失和氧化现象,较好地保持了产品的色、香、味.在我国率先实现液态物料真空冷冻干燥技术的工厂化加工生产,开发出速溶乌龙茶、绿茶、田七、银杏叶、甜茶粉等十多种产品,远销世界各地,创立了优质品牌.《速溶饮品真空冷冻干燥技术研究》获2003年福建省科技进步三等奖.

(六)茶叶加工设备

福建是全国重要的产茶省之一,茶叶总产量居全国第一,毛茶产值居全国第二,茶园面积居全国第三.其中乌龙茶产量居全国第一位,占全国产量的80%.

上世纪八十年代,在我省茶业界大师张天福的主持下,率先开展乌龙茶加工机械研究.随后二十多年来,我省乌龙茶机械行业不断吸收台湾乌龙茶加工技术设备,结合福建乌龙茶加工工艺特点进行创新性研究,研制出乌龙茶加工机械系列产品,使我省的乌龙茶加工机械走在全国的前列.

萎凋技术设施

乌龙茶空调做青新技术在闽南茶区广泛推广,这一新工艺技术概括为“轻晒青、轻摇青、薄摊晾、长晾青、轻发酵、老杀青、冷包揉、低温干燥”,新工艺生产的清香型乌龙茶受到国内广大消费者的青睐,以安溪铁观音为代表的福建乌龙茶价格不断攀升,经济效益大大提高,推动了我省茶机界研发乌龙茶新设备的热潮.

目前乌龙茶萎凋技术的发展方向,一是向自动化水平高发展,如福州市闽候文武雪峰农场引进台湾提升层架式萎凋机械[1]（见图7）,乌龙茶萎凋车间环境可控,萎凋机生产规模较大,批生产量达3000kg茶青/批；二是采用投资省,实用型强的全开候设施萎凋技术,其由晒青场、PC板、遮阳网、晒青布等组成（见图8）.

包揉机械

包揉,是形成乌龙茶外形“圆结重实”的特殊工序,过去全靠手工.上世纪九十年代以来,我省从台湾引进包揉机械,从而大幅度降低了劳动强度和生产成本,提高了工效.机械包揉比手工包揉减少劳力2/3,提高工效2～3倍.

乌龙茶连续精加工流水线

安溪县先锋机械厂精心研发的乌龙茶精加工清洁化、连续化流水生产线,具有筛分、风选、机拣、手拣、电拣、金属探测、烘干、拼配、装箱等乌龙茶精加工全套工序,生产的产品符合茶叶出口标准,该技术属国内领先,省内20多家乌龙茶出口企业以及浙江等多家绿茶出口企业都引用该生产线.

2004年,正当空调做青风靡安溪县之时,安溪县长盛茶机厂推出“智能茶叶空调”,其具有制冷除湿、恒温除湿、升温除湿等功能,适合各茶季生产.该产品获得了“国家重点新产品“称号.同年,福建农林大学与安溪县韵和茶机厂合作研制出“乌龙茶做青气候控制系统“,该设备应用微机控制技术,达到控温、控湿、控空气新鲜度,废热循环利用,节约能量等功能,使乌龙茶做青工艺更加精细化、规范化、智能化.目前这两个产品均已获得国家实用新型专利.

3．乌龙茶做青创新技术辈出

2004年-2006年,福建农林大学承担省科技厅重大专项“振动式乌龙茶做青技术及设备”的研究内容,采用机械振动方式做青,实现乌龙茶做青工艺的连续化、自动化、可控化,目前已取得初步成果,正在申报成果鉴定和申请国家发明专利.此外,我省还先后研制出PTC加热滚筒式做青机（“PTC技术在乌龙茶做青应用”获得实用新型专利）、变频调速式摇青机、微机集中控制做青系统、计算机集中控制做青系统、乌龙茶智能控制系统等,为实现乌龙茶做青自动化、数字化、智能化打下了良好基础.

新能源新技术在茶机上得到广泛应用

乌龙茶杀青、烘干设备采用的液化汽、电热等清洁能源替代柴、煤、炭传统能源,避免了加工过程的二次污染,控温控时操作方便,茶叶品质提高.

自动化气动技术近年在茶机上得到了广泛应用,如杀青机滚筒气动翻转装置、揉捻机、速包机、包揉机的气动加压装置等,用户操作更加方便快捷.

安溪县韵和茶机厂研制了带式、箱式、滚筒式等微波烘干机系列产品,其“微波均匀加热场”等项技术获得实用新型专利.

茉莉花加工设施

2005年,福鼎银龙茶叶有限公司研制出茉莉花茶离地清洁化技术,改变了窨制花茶的落后局面.该生产线由养花、茶花拼合、窨花、起花、筛花、烘干等工序组成,其中“茶花拼合技术”获得实用新型专利.

我省茶机行业将继续充分发挥乌龙茶初、精加工设备的优势,积极建立标准化茶叶加工生产线；关注当前国际上白茶消费热点,加速对白茶初、精、深加工技术与设备的研究；进一步加强海峡两岸茶机界的学术交流和技术协作,从台湾引进小型实用的茶园管理机具,走茶叶集约化生产、节本增效之路；促进名优绿茶机械化加工技术的推广,提高绿茶经济效益；规范茶机生产秩序,提高茶机质量.

三后语

2004年6月25日第十届人大常委会第十次会议通过了《中华人民共和国农业机械化促进法》,这为我国农业机械化发展提供了法律保障；十一五发展规划,国家加大扶持农业力度,工业返哺农业,农业机械化有了更加优惠的政策保障；随着广大乡镇经济快速发展,又为农业机械化发展营造了更加充分而又良好条件.可以预计,在今后一、二十年期间,福建农业机械化将步入快速发展之中,福建农业机械学科的发展也势必更加活跃、更加富有成果.

附注：

农业机械化是农业现代化不可缺少的重要组成部分；农业机械化学科是农业学科与机械工程学科相交叉的边沿学科.

从学科分类看,农业机械化属于农业类的学科、分学科有：210农业,210.70农业工程；220林业,220.55林业工程；240水产学,240.40水产品储藏与加工.农业机械属于机械类的学科、分学科有：460机械工程,460.55专用机械工程；550食品科学技术,550.30食品包装与储藏.

从国际专利分类看,农业机械既属于A部―人类生活需要,A01农业、林业；又属于F部―机械工程.