大蒜播種機(jī)專利技術(shù)綜述

劉黎黎

摘 要： 由于大蒜的幾何形狀具有不規(guī)則性，在播種過程中，需要考慮鱗芽朝上根部朝下的農(nóng)藝需求，這就對大蒜播種機(jī)械的結(jié)構(gòu)提出了特殊的要求。本綜述分析了大蒜播種機(jī)的技術(shù)發(fā)展歷程、專利申請情況、技術(shù)熱點及發(fā)展趨勢，為相關(guān)人員了解本領(lǐng)域提供參考。

關(guān)鍵詞： 大蒜播種機(jī)；技術(shù)發(fā)展；專利申請；技術(shù)熱點

一、大蒜播種特點及分類

大蒜蒜瓣包括了鱗芽尖、弓形膨大體和根部，具有明顯的方向性，在插播的過程中，一般要求蒜瓣的鱗芽尖直立朝上。

雖然鱗芽尖朝下、朝上和平躺時，大蒜均能順利出苗，但是，對于朝下和平躺播種的情況，出苗時間明顯遲于正立的蒜瓣，因此，蒜瓣的朝向是大蒜種植的一個重要指標(biāo)，直接影響大蒜的生長質(zhì)量和產(chǎn)量。目前，大蒜機(jī)械種植技術(shù)主要有三種：

（1）大蒜點播技術(shù)，先用壓穴錐壓穴，然后用機(jī)械送種到種穴，大蒜在送種過程中，鱗芽朝向處于自由狀態(tài)，蒜種投送到種穴內(nèi)時， 鱗芽方向完全由落種瞬間朝向及落種位置隨機(jī)確定。

（2）半自動大蒜栽種技術(shù)，該技術(shù)基本上滿足了大蒜栽植鱗芽向上的種植要求，但前提是必須事先將蒜瓣按芽上根下的方式逐瓣用人工裝入蒜種盒，工作效率與人工栽植差不多。

（3）全自動大蒜栽種技術(shù)，該技術(shù)采用特定機(jī)構(gòu)扶正蒜瓣，解決了蒜種輸送過程中要求鱗芽根部向下的技術(shù)問題，但方向控制可靠性差。

二、大蒜播種機(jī)技術(shù)發(fā)展歷程

1972年，自羅馬尼亞研制出世界上第一臺大蒜播種機(jī)以來，大蒜播種技術(shù)經(jīng)過了40多年的發(fā)展，最初僅僅只是關(guān)注如何實現(xiàn)大蒜播種功能，現(xiàn)今的重點則轉(zhuǎn)到如何提高大蒜播種的質(zhì)量，技術(shù)上是從簡單到復(fù)雜，從整體到局部來逐步完善大蒜播種機(jī)的性能。

2.1 國外發(fā)展歷程

發(fā)達(dá)國家如美國、法國、德國等，大蒜種植面積較小，主要是專業(yè)化、規(guī)?；N植，其栽植機(jī)械不適于在我國在大蒜生產(chǎn)中使用，國外現(xiàn)有大蒜栽植機(jī)械主要以韓國、日本為代表。其中，日本對大蒜播種機(jī)的研究始于1995年，第一臺大蒜播種機(jī)（JP特開平9-107726A）考慮了播種深度及播種間隔的問題，通過使用播種帶預(yù)先將蒜種固定排列在帶體上，這樣，蒜種的位置不容易改變，從而保證大蒜播種的間隔和深度。2008年，日本研制了一臺帶有大蒜夾持裝置的大蒜播種機(jī)（JPU3142590），當(dāng)蒜種落下時，夾持裝置中的彈性環(huán)將蒜種夾住，起到一個緩沖作用，保證播種過程平穩(wěn)進(jìn)行。2012年，日本研制了一臺鱗芽朝上直立入土的大蒜播種機(jī)（JP特開2013-233124A），如圖1所示，該播種機(jī)中也帶有一夾持裝置，通過安裝在導(dǎo)管內(nèi)的播種桿將蒜種壓入土壤?？偟膩碚f，日本大蒜播種機(jī)的研制以整機(jī)為主，結(jié)構(gòu)復(fù)雜且龐大，出于對入土直立度要求的考慮，播種方式以壓穴式居多。

而韓國對大蒜播種機(jī)的研究則始于1996年，同日本一樣，韓國大蒜播種機(jī)的研制也主要以整機(jī)為主，播種方式也是以壓穴式居多。2001年，韓國研制了一種對蒜瓣方向進(jìn)行調(diào)整的裝置（KR2002-0097300A），如圖2所示，當(dāng)鱗芽朝上時，調(diào)整板對其運(yùn)動不產(chǎn)生影響，保持原方向進(jìn)入下落管；當(dāng)鱗芽朝下時，調(diào)整板改變蒜種的方向，調(diào)向后的蒜種進(jìn)入下落管。同時，韓國生產(chǎn)了代表國際先進(jìn)水平的YD1500型大蒜栽植機(jī)，該機(jī)械通過取蒜頭機(jī)構(gòu)、排蒜頭機(jī)構(gòu)、方向控制機(jī)構(gòu)和防擠壓機(jī)構(gòu)保證蒜頭的自動喂入、鱗芽向上直立入土，有效解決了排種時發(fā)生的堵塞和損傷蒜頭等常見問題，并通過控制回土的流向及落點的方向，保證蒜頭直立固定，滿足了大蒜栽植的農(nóng)藝性要求。

2.2國內(nèi)發(fā)展歷程

1993年，褚洪柱研制出我國第一臺大蒜播種機(jī)（CN2152381Y），該大蒜播種機(jī)已經(jīng)考慮了需對鱗芽朝下的蒜瓣的方向進(jìn)行調(diào)整及防堵輸送的問題。直到1999年，王連增研制出我國首臺通過蒜種盒來實現(xiàn)蒜種調(diào)頭的半自動大蒜播種機(jī)（CN2405408Y），事先將蒜種按芽上根下的方式逐瓣裝入蒜種盒中，蒜種盒是由一列列直徑與蒜種瓣當(dāng)量直徑相應(yīng)、只允許蒜種瓣相互頭尾稍有重疊、但不能橫過來的種管組成，當(dāng)將蒜種盒傾斜倒置在機(jī)架上時，蒜種呈芽上根下狀在自重和機(jī)械振動下滑入上滑道中。

1993-2009年間，大蒜播種機(jī)的研制以整機(jī)為主，但由于大蒜種植的特殊性要求，給大蒜播種的機(jī)械化進(jìn)程帶來困難，現(xiàn)有的大蒜播種機(jī)都沒有很好地解決蒜種播種后鱗芽向上根部向下的問題，導(dǎo)致已研制出的大蒜播種機(jī)不能得到廣泛的推廣和應(yīng)用。2010年以后，人們開始關(guān)注影響大蒜播種質(zhì)量的關(guān)鍵零部件的研究，其中，如何調(diào)整種植過程中的蒜尖方向、保證出芽率是所有科研人員共同面臨的一個難題，為此，許多技術(shù)人員從不同的角度做出了嘗試。2010年，高遲研制了一種大蒜蒜瓣鱗芽方向識別播種裝置（CN101828449A），輸蒜種管的中部設(shè)有測出在限定時間內(nèi)是否有單個蒜瓣通過的對射式光電傳感器，在輸蒜種管的下口上對接上可翻轉(zhuǎn)的漏斗形口，在可翻轉(zhuǎn)的漏斗形口的底口部設(shè)有判定蒜鱗芽的對射式光電傳感器。同年，高遲還研制了一種可識別和控制大蒜蒜瓣鱗芽方向的大蒜播種機(jī)（CN102027822A），如圖3所示，也是采用機(jī)械與光電傳感檢測技術(shù)相結(jié)合的方式來解決蒜尖方向的識別與控制。2011年，山東五征集團(tuán)有限公司研制了一種蒜瓣定向控制裝置（CN202050676U），由于蒜瓣形狀上尖下粗，重心位于蒜瓣下半部最厚處，利用氣體一定的流量及流速使蒜瓣處于半懸浮狀態(tài)，蒜瓣在氣體的作用下緩慢下降，依靠蒜瓣重心偏下結(jié)構(gòu)特點及氣體作用使蒜瓣在下落過程中實現(xiàn)蒜尖朝上。

與此同時，如何保證取蒜時不傷種、不重種、不漏種，則是科研人員面臨的又一個難題。2008年，遼寧省農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所對大蒜的排種器進(jìn)行了研究（CN201345816Y）。2014年，山東五征集團(tuán)有限公司和青島農(nóng)業(yè)大學(xué)共同研制出了一種大蒜種植機(jī)取種器開合裝置（CN103477764A），放置在種箱內(nèi)的蒜瓣經(jīng)過出種口落到扇形門上，取種勺自扇形門的下方向上旋轉(zhuǎn)并將扇形門打開，扇形門上方的蒜瓣進(jìn)入取種勺，取種勺離開時，扇形門在開合復(fù)位裝置的作用下復(fù)位關(guān)閉，蒜瓣存放在扇形門的弧形面上，不會對蒜瓣造成損害。

三、大蒜播種機(jī)專利及技術(shù)熱點分析

圖4是全球歷年來大蒜播種機(jī)專利申請量，其中，國外申請量的波動比較平緩，而國內(nèi)申請量的變化則非常明顯，這與我國的國情密切相關(guān)。從圖中可以看出，國內(nèi)的申請情況總體可分為三個階段：起步階段（1993-1996年），第一臺大蒜播種機(jī)誕生于1991年，年均專利申請量不足1件；穩(wěn)步發(fā)展階段（1997-2006年），較第一階段稍有增加，但年均專利申請量僅有1.2件，之所以會出現(xiàn)這種情況，這是因為在這兩階段農(nóng)村勞動人口多，勞動強(qiáng)度在可承受的范圍內(nèi)，農(nóng)業(yè)主要以人工為主，市場對農(nóng)業(yè)機(jī)械的需求量并不大，導(dǎo)致這兩階段的大蒜播種機(jī)的專利申請量都不大；高速發(fā)展階段（2007-2014年），自2007年起大蒜播種技術(shù)專利申請量呈急劇增長趨勢，至2013年高達(dá)38件，在該階段，政府提倡農(nóng)業(yè)機(jī)械化，并出臺多項優(yōu)惠政策，加之農(nóng)村勞動人口減少，人均勞動強(qiáng)度增大，市場對農(nóng)業(yè)機(jī)械的需求量增大，促進(jìn)了社會對大蒜播種技術(shù)的研究。

圖5顯示了大蒜播種機(jī)在美國、歐洲（包括法國、意大利、西班牙等）、日本、韓國以及中國的總體分布情況，從圖中可以看出，大蒜播種機(jī)的專利申請的88%集中在中國、日本和韓國，這種分布反映出上述國家和地區(qū)是專利申請的主要目標(biāo)國或地區(qū)。雖然世界上第一臺大蒜播種機(jī)出現(xiàn)在歐洲，但是，自1993年來，國內(nèi)科研人員逐步進(jìn)入該領(lǐng)域，加強(qiáng)在該領(lǐng)域的研究工作，使我國成為了最大的專利申請國家，占到55%。從研究內(nèi)容上來看，中國、日本和韓國大蒜播種機(jī)的專利申請主要集中在整機(jī)的研發(fā)上，雖說整機(jī)都會涉及調(diào)向和取種等關(guān)鍵技術(shù)，但中國將這兩項技術(shù)從整機(jī)中分離開來，單獨進(jìn)行了專利申請，這是一種進(jìn)步的體現(xiàn)。當(dāng)投入大量資源進(jìn)行整機(jī)研發(fā)而不能取得很好的播種效果時，將關(guān)鍵技術(shù)分解開來，逐個進(jìn)行解決，也可達(dá)到提高播種效果的目的。

在我國大蒜播種機(jī)的專利申請中，主要申請人是個人，占總申請的56%，其次是學(xué)校/研究所，占總申請的25%，公司申請僅占19%。鑒于個人和學(xué)校/研究所的生產(chǎn)及制造能力不及公司，申請人的這種分布情況不利于大蒜播種技術(shù)的推廣與發(fā)展，這也是我國大蒜播種技術(shù)呈現(xiàn)多樣化而不能有效地利用已有成果的原因所在。為了提高大蒜播種技術(shù)的播種質(zhì)量，必須加強(qiáng)公司對該技術(shù)的重視程度及研發(fā)力度。

圖6是我國大蒜播種機(jī)專利申請主要區(qū)域，其中，山東省、江蘇省和安徽省是大蒜播種技術(shù)專利申請最多的省份，這三個省份是我國大蒜種植規(guī)模比較大的地區(qū)，圖中的數(shù)據(jù)也從另一個方面反映了市場對大蒜播種技術(shù)的需求，正是因為有了這種需求，才使得種植面積比較大的山東省、江蘇省和安徽省在該技術(shù)上的研究更為活躍。其中，位居國內(nèi)前11位專利申請人的山東五征、山東農(nóng)機(jī)科研院、梁開星、李剛、高遲、山東農(nóng)大及青島農(nóng)大均來自山東省，其專利申請量占前11位專利申請人申請總量的76%，這也進(jìn)一步印證了山東省在大蒜播種技術(shù)領(lǐng)域的活躍度。

四、大蒜播種機(jī)發(fā)展方向

1、智能化

由于大蒜種粒不規(guī)則，智能化大蒜播種機(jī)的設(shè)計十分復(fù)雜，需要考慮很多問題，其中，比較重要的問題是保證機(jī)器能夠識別大蒜種粒的鱗芽和根部，這包括規(guī)則的種粒和不規(guī)則的種粒，最好能夠識別出大蒜種粒的大小，這樣可以篩選出優(yōu)質(zhì)的大蒜種粒。在此基礎(chǔ)上，還要考慮取種質(zhì)量，保證每一次只抓取一個大蒜種粒，并且也要做到無損傷地直立種入土中。

2、效率化

完成大蒜機(jī)械栽植需要一定的時間，使大蒜栽植機(jī)械的工作效率受到了一定的限制，因此，在提高大蒜栽植機(jī)械的作業(yè)可靠性、地區(qū)適應(yīng)性，保證取種、調(diào)頭、輸送、定向穴播栽植的工藝流程通暢的基礎(chǔ)上，還要合理設(shè)置每個流程環(huán)節(jié)的工作時間，提高大蒜播種機(jī)的栽植效率?！?