摘 要：隨著大麻產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和合法化，對(duì)于高效、可持續(xù)的大麻生產(chǎn)技術(shù)的需求日益增長(zhǎng)。該文綜述了近年來(lái)小型工業(yè)大麻收獲機(jī)的研究進(jìn)展，基于大麻收獲機(jī)的意義和發(fā)展背景，著重分析了傳統(tǒng)大麻手工收獲存在的問(wèn)題，如勞動(dòng)密集、效率低下等，概述了小型工業(yè)大麻收獲機(jī)的設(shè)計(jì)原理和技術(shù)特點(diǎn)，隨后對(duì)目前小型工業(yè)大麻收獲機(jī)應(yīng)用特點(diǎn)即存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，包括其優(yōu)缺點(diǎn)和適用場(chǎng)景。最后展望小型工業(yè)大麻收獲機(jī)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，提出了需要進(jìn)一步解決的技術(shù)難題和發(fā)展方向，以期為大麻生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步提供參考和借鑒。
關(guān)鍵詞：小型工業(yè)大麻收獲機(jī)；大麻生產(chǎn)技術(shù)；自動(dòng)化；效率；機(jī)械結(jié)構(gòu)；技術(shù)創(chuàng)新
工業(yè)大麻作為一種多用途植物，可以用于紡織品、建筑材料、生物燃料、醫(yī)藥品等領(lǐng)域[1]，不僅為各行業(yè)提供了可替代的材料和產(chǎn)品，還具有環(huán)保和可再生的特點(diǎn)，工業(yè)大麻種植和利用有助于促進(jìn)農(nóng)業(yè)多樣化、減少對(duì)傳統(tǒng)資源的依賴，同時(shí)推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和創(chuàng)新，為可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)做出貢獻(xiàn)。
在大麻種植環(huán)節(jié)中，收獲是至關(guān)重要的一步，然而傳統(tǒng)的手工收割方式存在著諸多問(wèn)題，如勞動(dòng)密集、時(shí)間長(zhǎng)、效率低等[2]，迫切需要新的技術(shù)手段來(lái)提升收割效率、降低成本。因此，小型工業(yè)大麻收獲機(jī)作為一種新型收割設(shè)備備受關(guān)注。
本文綜述近年來(lái)小型工業(yè)大麻收獲機(jī)的研究進(jìn)展，包括設(shè)計(jì)原理、技術(shù)特點(diǎn)以及現(xiàn)有機(jī)型的優(yōu)缺點(diǎn)分析。通過(guò)對(duì)小型工業(yè)大麻收獲機(jī)的研究和比較，旨在為大麻生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步和行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供參考和借鑒。
不同類型的收割機(jī)具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍，選擇合適的收割機(jī)需要考慮到工業(yè)大麻品種、種植方式、收割效率和成本等因素。根據(jù)不同收割方式和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，工業(yè)大麻微型收獲機(jī)械類型及應(yīng)用特點(diǎn)如表1所示[3]。
2 國(guó)內(nèi)外工業(yè)大麻微型收獲機(jī)械發(fā)展現(xiàn)狀
2.1 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀
目前，國(guó)外的工業(yè)大麻微型收獲機(jī)械已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用和發(fā)展。在北美和歐洲等地，大麻產(chǎn)業(yè)已經(jīng)得到了合法化，為工業(yè)大麻微型收獲機(jī)械的發(fā)展提供了良好的市場(chǎng)空間。歐洲地區(qū)在工業(yè)大麻微型收獲機(jī)械領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，如荷蘭、德國(guó)和法國(guó)，已經(jīng)投入大量資金和人力資源進(jìn)行工業(yè)大麻收割機(jī)械的研發(fā)和生產(chǎn)，開(kāi)發(fā)了一系列先進(jìn)的收割機(jī)型號(hào)，包括割草機(jī)式、搖臂式和拖拉機(jī)式等多種類型[4]，通過(guò)提高收割效率和減少人工成本，有效地促進(jìn)了工業(yè)大麻產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
表1工業(yè)大麻微型收獲機(jī)械類型及應(yīng)用特點(diǎn)
北美地區(qū)也是工業(yè)大麻微型收獲機(jī)械技術(shù)發(fā)展的重要地區(qū)之一。美國(guó)和加拿大等國(guó)家的一些農(nóng)業(yè)機(jī)械公司和科技企業(yè)積極投入到工業(yè)大麻收割機(jī)械的研究和生產(chǎn)中，致力于改進(jìn)現(xiàn)有收割機(jī)型號(hào)的性能和功能，通過(guò)引入先進(jìn)的自動(dòng)化系統(tǒng)和人工智能技術(shù)，這些公司研發(fā)出具備自主導(dǎo)航和智能控制功能的全自動(dòng)收割機(jī)型號(hào)，能夠根據(jù)預(yù)設(shè)的路線和植株識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)自主行駛和自動(dòng)化收割[5]。此外，還注重改進(jìn)收割機(jī)的割取方式和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以提高割取效率和減少對(duì)植株的機(jī)械損傷。
總體來(lái)說(shuō)，國(guó)外的工業(yè)大麻微型收獲機(jī)械已經(jīng)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，具備了較高的技術(shù)含量和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。隨著全球工業(yè)大麻市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，相信這些機(jī)械的發(fā)展前景會(huì)更加廣闊。
2.2 國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展
目前，國(guó)內(nèi)工業(yè)大麻微型收獲機(jī)械隨著工業(yè)大麻產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，該領(lǐng)域的技術(shù)和設(shè)備也在不斷創(chuàng)新和完善。
2.2.1 預(yù)熱處理對(duì)油體乳液pH穩(wěn)定性的影響
目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上已經(jīng)涌現(xiàn)出割草機(jī)式、搖臂式、手持式、拖拉機(jī)式等多種類型的收割機(jī)械。這些不同類型的機(jī)械在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、割取方式和適用場(chǎng)景等方面存在差異，以滿足不同規(guī)模和種植方式的工業(yè)大麻收割需求，用戶可以根據(jù)具體需求選擇適合自己的設(shè)備。
2.2.2 技術(shù)創(chuàng)新提升
國(guó)內(nèi)一些企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)致力于改進(jìn)現(xiàn)有機(jī)械的性能和功能，通過(guò)優(yōu)化割取方式、提升自動(dòng)化程度、增強(qiáng)耐用性等方面的技術(shù)改進(jìn)，提升了收割機(jī)械的整體性能，為國(guó)內(nèi)工業(yè)大麻生產(chǎn)提供了更好的技術(shù)支持。
2.2.3 產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大
隨著工業(yè)大麻產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)越來(lái)越多的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)企業(yè)和種植戶意識(shí)到高效收割對(duì)于提高產(chǎn)量和降低成本的重要性，因此對(duì)收割機(jī)械的需求持續(xù)增長(zhǎng)。同時(shí)，政府對(duì)于工業(yè)大麻產(chǎn)業(yè)的政策支持和監(jiān)管力度加大[6]，為收割機(jī)械的研發(fā)、生產(chǎn)和推廣提供了良好的政策環(huán)境。這些因素共同推動(dòng)了國(guó)內(nèi)工業(yè)大麻微型收獲機(jī)械市場(chǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，為相關(guān)企業(yè)和機(jī)構(gòu)帶來(lái)了更廣闊的發(fā)展空間。
3 工業(yè)大麻微型收獲機(jī)存在的問(wèn)題
3.1 機(jī)械性能不足
目前，市場(chǎng)上一些收割機(jī)械在處理工業(yè)大麻時(shí)面臨著割取效率低、割取質(zhì)量不穩(wěn)定、機(jī)械損傷過(guò)大等問(wèn)題。部分收割機(jī)械的設(shè)計(jì)和制造水平尚不成熟，導(dǎo)致其在實(shí)際應(yīng)用中性能表現(xiàn)不佳，無(wú)法滿足種植戶對(duì)于高效、精準(zhǔn)收割的需求。此外，一些機(jī)械存在著耐用性不足、易損件頻繁更換等問(wèn)題[7]，影響了機(jī)械的穩(wěn)定運(yùn)行和使用壽命。
3.2 防塵設(shè)計(jì)不合理
在收割過(guò)程中，大麻植株會(huì)產(chǎn)生大量塵土和細(xì)小植物碎屑，雜質(zhì)進(jìn)入機(jī)械內(nèi)部，導(dǎo)致機(jī)械部件的磨損和故障。然而，目前一些收割機(jī)械的防塵設(shè)計(jì)不夠完善，無(wú)法有效阻止塵土和碎屑的進(jìn)入，導(dǎo)致機(jī)械的清潔和維護(hù)工作增加，同時(shí)也增加了機(jī)械的故障率和維修成本。
3.3 適應(yīng)性差，效率低
由于工業(yè)大麻種植場(chǎng)景的多樣性，包括植株高度、密度、生長(zhǎng)狀態(tài)等方面的差異，一些收割機(jī)械可能無(wú)法適應(yīng)不同種植環(huán)境，導(dǎo)致效率低下。例如在高密度種植的大麻田地中，一些機(jī)械可能由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理或割刀配置不當(dāng)[8]，無(wú)法有效穿過(guò)密集的植株進(jìn)行割取，導(dǎo)致收割效率低下;而在植株生長(zhǎng)不均勻或高低不平的場(chǎng)地中，機(jī)械可能難以保持穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，影響了割取的精準(zhǔn)度和效率。
3.4 安全性低
在操作過(guò)程中，工業(yè)大麻收割機(jī)械可能會(huì)涉及到割刀、機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)部件、動(dòng)力系統(tǒng)等危險(xiǎn)因素，隨著工業(yè)大麻收割機(jī)械的自動(dòng)化程度不斷提高，在工作過(guò)程中會(huì)存在自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)失靈、傳感器故障等技術(shù)性安全隱患。如果沒(méi)有及時(shí)的技術(shù)維護(hù)和安全監(jiān)控措施，可能會(huì)導(dǎo)致機(jī)械操作失控或不當(dāng)操作，增加了事故發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。
4 工業(yè)大麻微型收獲機(jī)發(fā)展趨勢(shì)
4.1 技術(shù)智能化
隨著人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)和自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，未來(lái)的收割機(jī)將趨向于智能化，具備自主導(dǎo)航、智能控制和自動(dòng)化作業(yè)等功能。借助全球定位系統(tǒng)(GPS)和激光雷達(dá)等傳感器，實(shí)現(xiàn)收割機(jī)在田間的自主導(dǎo)航和路徑規(guī)劃，確保機(jī)器沿著預(yù)設(shè)的收割路徑高效行駛。使用圖像識(shí)別和深度學(xué)習(xí)算法，對(duì)工業(yè)大麻植株進(jìn)行識(shí)別和分類，以便針對(duì)不同類型的植株采取相應(yīng)的割取方式和參數(shù)調(diào)整，提高收割精準(zhǔn)度。結(jié)合傳感器和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)反饋，實(shí)現(xiàn)收割機(jī)械的智能控制，自動(dòng)調(diào)整割刀速度、高度和力度，可以適應(yīng)不同生長(zhǎng)狀態(tài)的工業(yè)大麻，提高割取效率和質(zhì)量。將收割機(jī)械與數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和云端平臺(tái)連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和自動(dòng)化作業(yè)調(diào)度，提高生產(chǎn)計(jì)劃的靈活性和響應(yīng)速度，減少人力和時(shí)間成本。集成故障診斷傳感器和數(shù)據(jù)分析算法，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)收割機(jī)械的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決潛在故障，提高設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。
4.2 多功能一體化
未來(lái)的收割機(jī)將不僅僅局限于單一的收割功能，而是向多功能一體化方向發(fā)展，結(jié)合其他作業(yè)任務(wù)，整合多種功能，如收割、剔除雜草、除草、施肥等，實(shí)現(xiàn)多任務(wù)協(xié)同作業(yè)，提高機(jī)械利用率和生產(chǎn)效率。同時(shí)可以用模塊化設(shè)計(jì)，允許快速更換和調(diào)整不同的收割、剔除、分類等功能模塊，以滿足不同種植階段和需求的變化。
4.3 環(huán)保節(jié)能
隨著社會(huì)對(duì)環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的重視，未來(lái)的收割機(jī)將更加注重環(huán)保節(jié)能方面的技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用。未來(lái)的收割機(jī)將更多地采用綠色能源驅(qū)動(dòng)，如太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源，減少對(duì)傳統(tǒng)燃油的依賴，降低碳排放和環(huán)境污染。設(shè)備將采用高效節(jié)能的設(shè)計(jì)方案，優(yōu)化動(dòng)力系統(tǒng)、減少能源消耗的材料選擇、降低機(jī)械阻力和能量損耗等，提高整機(jī)的能源利用效率。收割機(jī)的生產(chǎn)工藝將采用低排放的制造工藝和材料，減少對(duì)環(huán)境的污染，降低生產(chǎn)過(guò)程的碳足跡和能源消耗。
5 結(jié)論
隨著全球?qū)I(yè)大麻的認(rèn)識(shí)不斷提升，工業(yè)大麻的生產(chǎn)和加工越來(lái)越成熟，而工業(yè)大麻微型收獲機(jī)械作為工業(yè)大麻生產(chǎn)和加工過(guò)程中不可或缺的關(guān)鍵設(shè)備，在近年來(lái)也得到了越來(lái)越多的關(guān)注和研究。
未來(lái)的技術(shù)創(chuàng)新將成為推動(dòng)工業(yè)大麻微型收獲機(jī)械向智能化、多功能化和環(huán)保節(jié)能方向發(fā)展的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力。隨著人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)和自動(dòng)化技術(shù)的不斷進(jìn)步，收割機(jī)將越來(lái)越智能化，具備自主導(dǎo)航、智能控制和自動(dòng)化作業(yè)等功能。同時(shí)向多功能一體化方向發(fā)展，結(jié)合其他農(nóng)業(yè)任務(wù)，采用綠色能源驅(qū)動(dòng)、高效節(jié)能設(shè)計(jì)和智能化節(jié)能控制等技術(shù)，減少對(duì)環(huán)境的污染和資源的浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)更加可持續(xù)的發(fā)展。
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文章摘自：王紅元，謝洪昌，王晨平，石素海，王海礁．小型工業(yè)大麻收獲機(jī)研究進(jìn)展 [J]. 農(nóng)機(jī)使用與維修. 2024, 334(06):89-91.
