一種根莖類作物栽植設(shè)備

姜彩宇　劉文亮　劉楓　肖戟　胡浩　王新陽　張亮

摘 要：近些年，我國根莖類作物（根莖類果品蔬菜、根莖類中藥材）產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，果品蔬菜是人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢扇钡母笔称?，伴隨著社會(huì)的持續(xù)發(fā)展，人們的生活水平也在穩(wěn)步提高，對(duì)飲食有了更高質(zhì)、綠色的要求。中國是世界上根莖類中藥材——人參生產(chǎn)大國，產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量的70%，中國人參產(chǎn)業(yè)勢能巨大。移栽是根莖類作物種植過程中的重要環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)季節(jié)性強(qiáng)，作業(yè)周期短。傳統(tǒng)人工移栽作業(yè)效率低，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，用工成本高，且人工移栽很難保證作業(yè)質(zhì)量，影響出苗率，出現(xiàn)出苗質(zhì)量不一致的問題，因此機(jī)械化移栽是必然趨勢。由于根莖類作物移栽的特殊農(nóng)藝要求，國產(chǎn)的各種移栽機(jī)都不適合該類作物的移栽。為了實(shí)現(xiàn)根莖類作物種植機(jī)械化的移栽，分析了國內(nèi)外各種移栽機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種根莖類作物畦床自動(dòng)行走移栽設(shè)備，并且以根莖類中藥材人參進(jìn)行了移栽機(jī)試驗(yàn)測試，了解了機(jī)器的性能與技術(shù)特點(diǎn)，為根莖類作物移栽設(shè)備的理論研究與優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了參考依據(jù)，也為該類移栽機(jī)大面積推廣應(yīng)用提供了良好的宣傳素材。

關(guān)鍵詞：根莖類作物；移栽設(shè)備；性能；測試

中圖分類號(hào)：S225 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.08.001

作者簡介：姜彩宇（1987-），男，吉林長春人，助理研究員，主要從事中藥材、果蔬類種植設(shè)備的研究，E-mail：jcy225@163.com。

0 引言

隨著我國工業(yè)化和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程的加快，農(nóng)業(yè)機(jī)械化進(jìn)入一個(gè)快速成長期。然而，目前作為我國經(jīng)濟(jì)作物和外匯收入重要來源的甘蔗、莧菜、馬鈴薯、大蒜、蘿卜、油菜、山藥、蘆筍、洋蔥、人參、三七等根莖類作物的生產(chǎn)機(jī)械化作業(yè)發(fā)展整體水平嚴(yán)重滯后，現(xiàn)有機(jī)械化生產(chǎn)技術(shù)尚不成熟、生產(chǎn)效率低、可靠性差，成為產(chǎn)業(yè)成長的主要瓶頸。人工移栽勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，根莖類作物移栽后的株距不能得到有效保證，易造成局部過密或者稀疏，對(duì)后期根莖類作物的成長及質(zhì)量產(chǎn)生影響，因此不適合規(guī)模種植。采用畦床移栽設(shè)備進(jìn)行根莖類作物移栽，一次能夠完成一系列的移栽工序，移栽株距及深度都有機(jī)械進(jìn)行嚴(yán)格控制，既提高了種植效率，又降低了成本，移栽后的作物產(chǎn)量能夠提高20%～30%。本文既闡述了根莖類作物畦床移栽機(jī)的機(jī)構(gòu)及工作原理，又進(jìn)行了畦床移栽設(shè)備的試驗(yàn)測試，根據(jù)得出的試驗(yàn)結(jié)果總結(jié)分析根莖類作物畦床移栽設(shè)備技術(shù)特點(diǎn)，通過性能試驗(yàn)測試為產(chǎn)品改進(jìn)、定型、鑒定、技術(shù)特點(diǎn)分析提供了科學(xué)依據(jù)。

1 根莖類作物畦床移栽機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 根莖類作物畦床移栽機(jī)的結(jié)構(gòu)

半自動(dòng)移栽機(jī)雖需要人工輔助放苗操作，但其移栽適應(yīng)性好、結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)維修方便、價(jià)格較低，對(duì)操作人員的技術(shù)水平無特殊要求，半自動(dòng)根莖類作物移栽機(jī)是我國移栽機(jī)械的發(fā)展趨勢。為了滿足根莖類作物的栽植農(nóng)藝要求，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化挖坑兼培土，并與人工擺苗相結(jié)合，進(jìn)行根莖類作物移栽，克服現(xiàn)有的根莖類作物移栽存在的勞動(dòng)強(qiáng)度大、移栽效率低，根莖類作物秧苗之間栽深、株距、傾斜角度不一致的不足。設(shè)計(jì)了如下結(jié)構(gòu)的畦床移栽設(shè)備。

該畦床移栽設(shè)備主要包括移栽機(jī)機(jī)架、前后行走機(jī)構(gòu)、挖坑機(jī)構(gòu)、汽油機(jī)及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、工作程序控制機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示，實(shí)物圖如圖2所示。

挖坑機(jī)構(gòu)包括閉合環(huán)的條形角度挖掘鏟、挖掘鏟動(dòng)力鏈條、鏈輪、鏈輪軸、內(nèi)支架。挖坑機(jī)構(gòu)后端為鉸接端，前端為鏟土端。兩端對(duì)齊、平行排列成閉合環(huán)的條形挖土鏟（板），位于挖土鏟兩端、裝配在各個(gè)角度挖掘鏟的兩根平行設(shè)置并各自閉合的挖土鏟動(dòng)力鏈條上，分別支撐兩根挖土動(dòng)力鏈條的兩組鏈輪，在閉合環(huán)角度挖掘鏟內(nèi)部安裝了具有加強(qiáng)角度挖掘鏟強(qiáng)度功能的內(nèi)支架，手扶挖坑操縱桿安裝在內(nèi)支架上，挖坑機(jī)構(gòu)的前端作為下沉?xí)r的鏟土端，兼作鉸軸的鏈輪軸為挖坑器的主動(dòng)鏈輪軸，在機(jī)架上固定挖坑操縱桿按壓挖坑深度的限定構(gòu)件，在機(jī)架或固定在機(jī)架上的支撐部件與挖坑操縱桿或挖坑器其他部件之間連接挖掘機(jī)構(gòu)前端上揚(yáng)復(fù)位彈簧。

動(dòng)力及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括：安裝在機(jī)架上的汽油機(jī)、汽油機(jī)經(jīng)皮帶驅(qū)動(dòng)的大皮帶輪、安裝在工作程序控制機(jī)構(gòu)機(jī)架上的大皮帶輪軸、安裝在機(jī)架上通過行走傳動(dòng)電磁離合器、減速器與大皮帶輪軸相銜接的行走傳動(dòng)軸。減速器軸與大皮帶輪軸通過聯(lián)軸器連接，挖坑傳動(dòng)電磁離合器軸與大皮帶輪軸通過聯(lián)軸器連接，安裝在機(jī)架上、通過挖坑傳動(dòng)電磁離合器與挖坑傳動(dòng)電磁離合器軸相銜接的挖坑傳動(dòng)軸，減速器與前行走輪之間的鏈條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，挖坑傳動(dòng)軸與挖坑機(jī)構(gòu)鏈輪軸之間的鏈條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，前行走機(jī)構(gòu)行走輪與后行走機(jī)構(gòu)行走輪之間的鏈條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。

工作程序控制機(jī)構(gòu)包括：行走傳動(dòng)電磁離合器、挖坑傳動(dòng)電磁離合器，安裝在機(jī)架的微動(dòng)開關(guān)，安裝在減速器輸出軸上的凸輪，安裝在工作程序控制機(jī)構(gòu)機(jī)架上受凸輪觸及控制的行程開關(guān)，安裝在機(jī)架上的發(fā)動(dòng)機(jī)，連接發(fā)動(dòng)機(jī)與電磁離合器、微動(dòng)開關(guān)及行程開關(guān)電源線，微動(dòng)開關(guān)與挖坑傳動(dòng)電磁離合器及行走傳動(dòng)電磁離合器之間的信號(hào)導(dǎo)線，行程開關(guān)與行走電磁離合器之間的信號(hào)導(dǎo)線。

1.2 畦床移栽機(jī)的工作原理

首先啟動(dòng)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，汽油發(fā)動(dòng)機(jī)即驅(qū)動(dòng)工作程序控制機(jī)構(gòu)支架上的大皮帶輪軸，汽油發(fā)動(dòng)機(jī)自帶發(fā)電功能開始工作，電控構(gòu)件電源導(dǎo)通，進(jìn)入工作準(zhǔn)備，此時(shí)行走傳動(dòng)電磁離合器和挖坑傳動(dòng)電磁離合器均在脫開狀態(tài)。畦床移栽機(jī)既不運(yùn)轉(zhuǎn)，也不挖坑。然后通過人力按壓挖坑機(jī)構(gòu)手動(dòng)操縱桿，此時(shí)觸發(fā)手動(dòng)操縱桿上的微動(dòng)開關(guān)，控制挖坑傳動(dòng)電磁離合器吸合，挖坑器啟動(dòng)，朝向土壤一側(cè)挖土動(dòng)力鏈條向后抽動(dòng)，帶動(dòng)挖掘鏟連續(xù)挖土并輸向挖坑器的后端，手動(dòng)操縱桿推壓到止點(diǎn)，挖掘鏟停止進(jìn)深，完成一個(gè)帶角度的長條形移栽坑（如圖3）。

再次抬起手動(dòng)操縱桿，手動(dòng)操縱桿在復(fù)位彈簧的作用下復(fù)位，此時(shí)手動(dòng)操縱桿再次觸發(fā)微動(dòng)開關(guān)信號(hào)，并且控制挖坑傳動(dòng)電磁離合器的吸合信號(hào)斷開，挖掘鏟停止運(yùn)轉(zhuǎn)?？刂菩凶邆鲃?dòng)電磁離合器吸合，根莖類作物移栽設(shè)備開始行走，減速器輸出軸上的行程控制凸輪旋轉(zhuǎn)，凸輪旋轉(zhuǎn)半周，當(dāng)凸輪上的凸輪柱與行程開關(guān)接觸，此時(shí)控制行走傳動(dòng)電磁離合器斷開，挖坑機(jī)行走設(shè)定的一個(gè)株距（可調(diào)），移栽機(jī)停止行走，挖出的苗坑從挖坑器后端全部露出，人工將根莖類作物苗筐中的苗移入苗坑中（一般橫向排列農(nóng)藝要求的株數(shù)）。最后按壓手動(dòng)操縱桿，啟動(dòng)挖掘鏟再次挖土。挖苗坑鏟出的土剛好培入到先移入根莖類作物苗的相鄰苗坑，覆蓋已移入苗坑的苗，完成一次栽苗、培土過程。在挖坑機(jī)再次行走時(shí)，履帶式后行走輪撫平苗坑中的培土。重復(fù)上述步驟，持續(xù)進(jìn)行根莖類作物苗移栽耕作。

2 試驗(yàn)實(shí)施

2.1 根莖類作物畦床移栽機(jī)的概況及相關(guān)參數(shù)指標(biāo)

新產(chǎn)品研制過程中必須進(jìn)行相關(guān)作業(yè)性能試驗(yàn)，通過試驗(yàn)結(jié)果檢測相關(guān)性能指標(biāo)數(shù)據(jù)是否符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，是否實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能，是否合格。如移栽機(jī)的作業(yè)效率、移栽傾角、移栽成活率、根莖類作物苗傷苗率等指標(biāo)，本次試驗(yàn)以根莖類作物中藥材人參進(jìn)行試驗(yàn)（見表1）。

2.2 試驗(yàn)測試

試驗(yàn)是否成功及指標(biāo)實(shí)現(xiàn)情況，不僅與機(jī)器本身相關(guān)，而且與測試的方案有關(guān)。試驗(yàn)條件與試驗(yàn)方法是否符合有關(guān)要求也會(huì)給試驗(yàn)帶來一些偏差。

2.2.1 試驗(yàn)測試過程

（1）首先選好試驗(yàn)地塊，修整試驗(yàn)畦床（如圖4）。試驗(yàn)地塊的土質(zhì)應(yīng)選擇有機(jī)質(zhì)含量超過3%的腐殖性土。試驗(yàn)用地應(yīng)選擇水源充足、運(yùn)輸方便、方便管理的地塊。試驗(yàn)畦床高30 cm，床寬1.5 m（如圖5）。

（2）試驗(yàn)用參苗應(yīng)選擇生長2年左右的參苗為最宜，試驗(yàn)前應(yīng)檢查參苗是否完好無破損，并準(zhǔn)確記錄試驗(yàn)參苗總數(shù)。

（3）試驗(yàn)時(shí)間，應(yīng)選擇在秋天至上凍前進(jìn)行。而且應(yīng)該根據(jù)各地區(qū)不同的氣候條件，靈活掌握，因?yàn)闅鉁剡^高，種栽容易萌動(dòng)，易患病，如突遇大幅降溫，容易造成凍傷，影響試驗(yàn)結(jié)果。

（4）試驗(yàn)樣機(jī)調(diào)試，達(dá)到最佳工作狀態(tài)。

（5）試驗(yàn)樣機(jī)根據(jù)管理員指令，駛?cè)霚y區(qū)，試驗(yàn)人員計(jì)量，駛離測區(qū)，試驗(yàn)人員停止工作。

（6）試驗(yàn)人員應(yīng)在試驗(yàn)樣機(jī)工作中仔細(xì)觀察各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及相關(guān)工作部件是否運(yùn)行合理及順暢，移栽過程中試驗(yàn)人員使用是否方便等（如圖6）。

（7）移栽效率：用單位時(shí)間內(nèi)的移栽面積來計(jì)算根莖類畦床移栽機(jī)的工作效率。

（8）合格的株距定義為

2.2.3 總結(jié)

（1）通過根莖類作物人參進(jìn)行的移栽機(jī)試驗(yàn)測試，發(fā)現(xiàn)移栽樣機(jī)重量較重，運(yùn)輸較難，需要繼續(xù)改進(jìn)。

（2）從根莖類作物移栽機(jī)的試驗(yàn)測試，試驗(yàn)結(jié)果分析得出了移栽機(jī)的技術(shù)性能特點(diǎn)：

①技術(shù)先進(jìn)，移栽規(guī)范，由于采用人工持苗、擺苗相結(jié)合的半機(jī)械化移栽方式，漏苗率及傷苗率低，移栽成活率高。全新結(jié)構(gòu)的角度挖掘機(jī)構(gòu)，不僅能快速鏟出土壤防止雜物纏繞、保持移栽坑深度和寬度的一致，而且還能自動(dòng)覆土，可以彌補(bǔ)人工移栽過程中的深淺不一、生產(chǎn)效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大等缺點(diǎn)。移栽機(jī)采用了行程凸輪和行程開關(guān)控制移栽機(jī)的等距離株距，控制精準(zhǔn)，保證了株距的準(zhǔn)確，確保根莖類作物苗移栽后的苗全、苗壯。該產(chǎn)品不僅提高了移栽后的質(zhì)量而且提高了產(chǎn)量。

②適用性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)新穎。履帶行走傳動(dòng)裝置、行程凸輪和行程開關(guān)控制栽苗株距，全新結(jié)構(gòu)的角度挖掘機(jī)構(gòu)保持移栽坑深度和寬度保持一致，而且還能自動(dòng)覆土，精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)挖土—行走（固定株距）—擺放根莖類作物苗—覆土一系列動(dòng)作的連續(xù)性、準(zhǔn)確性，具有整機(jī)結(jié)構(gòu)新穎、工作性能可靠、各機(jī)構(gòu)配合合理、適用性強(qiáng)等特點(diǎn)，適合多種類型的根莖類作物移栽。

③工作穩(wěn)定可靠，堅(jiān)固耐用，使用壽命長，所用部件全部嚴(yán)格按國際高強(qiáng)度原材料生產(chǎn)制造而成，性能穩(wěn)定。雙開口行程凸輪、雙聯(lián)動(dòng)軸、雙行程開關(guān)、雙保險(xiǎn)等機(jī)構(gòu)，保證了工作可靠性及穩(wěn)定性。

3 結(jié)論

近年來，隨著人民生活水平的逐步提高，消費(fèi)熱點(diǎn)持續(xù)變化，作為具有營養(yǎng)保健作用的食用與藥用根莖類蔬菜

正在成為市場消費(fèi)的熱點(diǎn)，已經(jīng)逐漸形成產(chǎn)業(yè)。根莖類作物苗移栽是種植過程的一個(gè)關(guān)鍵工序，根莖類作物秧苗移栽土壤挖掘、覆土的過程，此前仍全部依賴人工，是移栽過程的主要工作量，如果采用機(jī)械方式挖坑及培土與人工持苗、擺苗相結(jié)合的半機(jī)械化的移栽方式，則可以在根莖類作物苗避開機(jī)械設(shè)備損傷的情況下，大幅度提高移栽的工作效率，并使秧苗的株距、栽深、傾斜角度整齊化一，從而提高移栽質(zhì)量與產(chǎn)量。根莖類作物畦床移栽機(jī)的試驗(yàn)測試為根莖類作物移栽機(jī)械的科研設(shè)計(jì)、產(chǎn)品生產(chǎn)及性能的提高改進(jìn)提供了可靠依據(jù)并可供其它農(nóng)業(yè)機(jī)械的科研、生產(chǎn)、試驗(yàn)、借鑒參考，為根莖類作物畦床移栽機(jī)的大面積推廣使用奠定了基礎(chǔ)。

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