基于一種紅薯苗栽種一體機(jī)的研究

貴州師范大學(xué) 何亞運(yùn) 陳功 莫育挺 劉海祥 石凱 張清 鄧靜

引言

我國是世界上最大的紅薯生產(chǎn)國，我國每年的紅薯產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的六成左右。紅薯也可叫作甘薯，是一種營養(yǎng)價值非常高的經(jīng)濟(jì)作物[1]。紅薯也是一種重要的工業(yè)原料，能夠用來生產(chǎn)淀粉、酒、糖等物質(zhì)[2]。另外，紅薯還是我國重要的能源作物之一。因此，我國對紅薯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展一直予以高度的重視。隨著我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的不斷發(fā)展，農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用越來越廣泛。紅薯機(jī)械化生產(chǎn)工作在當(dāng)今能否全面開展并且有效落實(shí)，對于我國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的推動和發(fā)展具有極為重要的積極意義[3]。目前，如果想要促進(jìn)我國甘薯產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，就要不斷提升甘薯種植的機(jī)械化水平。本項(xiàng)目研究的紅薯栽種一體機(jī)能促進(jìn)紅薯栽種的效率，從而提高紅薯栽種產(chǎn)業(yè)的機(jī)械化，減少所投入的人力成本，大大減少相關(guān)企業(yè)的成本投入，促進(jìn)沿線產(chǎn)業(yè)的快速升級，并提高產(chǎn)量，從而達(dá)到扶貧助農(nóng)的目的。本項(xiàng)目研究的紅薯苗栽種一體機(jī)最終將達(dá)到栽種過程的自動化，使用者按動啟動鍵后只需控制機(jī)器的走向，機(jī)器即可自動完成起壟、施肥、插苗、澆水、夯土這一系列紅薯苗栽種的步驟。且本機(jī)器小巧，適宜在山地使用，一人就可完全控制。紅薯作為全球種植的主要作物之一，具有高產(chǎn)穩(wěn)定、抗逆性強(qiáng)、適應(yīng)性廣的特點(diǎn)，在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有巨大優(yōu)勢。

1 背景技術(shù)

紅薯是一種高產(chǎn)而適應(yīng)性強(qiáng)的糧食作物，與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活關(guān)系密切。塊根除作主糧外，也是食品加工、淀粉和酒精制造工業(yè)的重要原料，根、莖、葉又是優(yōu)良的飼料。

紅薯作為重要的經(jīng)濟(jì)作物，種植過程較為繁瑣，尤其是在山區(qū)種植，大型栽種機(jī)無法進(jìn)入耕地，需要人工進(jìn)行種植，而人工種植勞動強(qiáng)度大且效率低。特別是以貴州為代表的山區(qū)，由于山區(qū)自然條件的制約，貴州農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)難度大、成本是平原地區(qū)的4～5 倍，農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)嚴(yán)重滯后，機(jī)耕道不足，田間便道缺乏，耕地小而分散，平整性差，這些問題極大地限制了農(nóng)機(jī)具的作業(yè)范圍、面積和效率[4]。

2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展動態(tài)

紅薯作為全球種植的主要作物之一，具有高產(chǎn)穩(wěn)定、抗逆性強(qiáng)、適應(yīng)性廣的特點(diǎn)，在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有巨大優(yōu)勢。

2.1 研究現(xiàn)狀

市面上普遍是用平原地區(qū)的插苗機(jī)器來進(jìn)行紅薯產(chǎn)業(yè)化種植，還沒有適用于山地地區(qū)的相關(guān)種植機(jī)器。但相關(guān)的專利申請還是較多，如一種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)紅薯種植用松土裝置（專利號：CN11069229A）、一種基于二次精確定型異型壟的紅薯苗栽種機(jī)（專利號：CN110366918A）、一種用于紅薯種植的地膜覆蓋與施肥一體化裝置（專利號：CN210298785U）、一種可自由調(diào)節(jié)的翻耕、施肥、起壟一體機(jī)（專利號：CN210291458U）等，但這類型的實(shí)用新型發(fā)明專利只是針對紅薯栽種步驟其中之一或是其中幾個做了研究，且部分機(jī)型過大，不好移動，需多人合作才能完成紅薯栽種的過程。目前市面上關(guān)于紅薯苗種植的機(jī)器很多，其特點(diǎn)是快速、高效，但其中大部分都是適用于平原地區(qū)，或者需多人操作，人力成本較高。而本項(xiàng)目研究的紅薯苗栽種一體機(jī)極大地簡化了人力成本，縮小了機(jī)器體型，使其能適用在以貴州為代表的崎嶇山區(qū)，它的施肥用量、澆水量更加科學(xué)，從而為紅薯的種植產(chǎn)業(yè)添一道力。且本項(xiàng)目研究的紅薯苗一體機(jī)不僅可以栽種紅薯苗，還可以栽種同類型的其他作物，例如辣椒苗、白菜等。

2.2 發(fā)展動態(tài)

農(nóng)業(yè)是我國立國之本，一直以來都受到國家和政府的重視，隨著中國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展需要，中國對農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展的投入逐漸加大，對農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展提出了更高的要求[5]。紅薯種植機(jī)械化是未來的趨勢，其能大大降低農(nóng)民投入的人力成本，節(jié)省種植播種流程、時間，從而提高產(chǎn)量。目前國家對于相關(guān)產(chǎn)業(yè)的扶持力度正在加大，指引著我國農(nóng)用機(jī)械的發(fā)展方向。近年來此方面農(nóng)機(jī)的裝備水平和農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平大幅度提升。推進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化、智能化是我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的必然道路。本研究也是極大順應(yīng)了我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的趨勢。

3 裝置結(jié)構(gòu)

圖1

2、分苗組件；21、承載盤；211、漏孔；22、分度盤；23、儲苗圍欄；

3、插苗組件；31、固定架；32、插桶；33、尖端擴(kuò)張器；34、連接件；351、插苗動力座；352、插苗軸；353、第一連桿；354、第二連桿；355、撥動軸；356、撥動桿；

4、動力組件；41、動力件；42、第一傳動組件；43、分度轉(zhuǎn)軸；44、第二傳動組件；441、皮帶；442、從動軸；45、第三傳動組件；46、棘輪；47、棘爪；48、蓄電池；

5、秧苗籃；

6、夯土組件；61、夯土輪；62、夯土固定桿；

結(jié)構(gòu)原理：

運(yùn)輸車1，用于裝置行走，以及支撐整個裝置。

分苗組件2，包括承載盤、分度盤和儲苗圍欄，所述承載盤固定于所述運(yùn)輸車，所述承載盤設(shè)有漏孔；所述分度盤設(shè)于所述承載盤，且與所述承載盤同心，所述分度盤繞所述分度盤的中心設(shè)有若干通孔，所述分度盤能相對所述承載盤轉(zhuǎn)動；若干所述儲苗圍欄與若干所述通孔一一對應(yīng)設(shè)置，所述儲苗圍欄設(shè)于所述分度盤遠(yuǎn)離所述承載盤的一側(cè)，且圍設(shè)于所述通孔的外周；當(dāng)所述通孔和所述漏孔同心時，所述儲苗圍欄內(nèi)的秧苗漏入所述漏孔；分苗組件動力通過動力組件41 提供動力，通過第一傳動組件傳遞動力，帶動插苗組件工作。

插苗組件3，設(shè)于所述運(yùn)輸車，通過動力組件將動力傳輸?shù)讲迕邕B桿機(jī)構(gòu)，插苗裝置在連桿機(jī)構(gòu)的帶動下將所述漏孔中的所述秧苗栽種于土里。

動力組件4，所述動力組件用于驅(qū)動所述分度盤和所述插苗組件。

4 運(yùn)行方式

紅薯苗栽種一體機(jī)的目的在于提供一種秧苗栽種設(shè)備，以降低勞動強(qiáng)度、提高種植效率。它的具體操作方式描述如下：

啟動機(jī)器，操作員將紅薯苗放入分度盤上的儲苗桶中，電機(jī)通過動力傳輸裝置完成動力分配，帶動分度盤上的儲苗桶旋轉(zhuǎn)。當(dāng)儲苗桶運(yùn)動到栽種機(jī)構(gòu)正上方的對位孔時，紅薯苗從對位孔掉落到下方栽種器內(nèi)，同時連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)作帶動栽種器插入土壤中，栽種器插入土壤一定深度后尖端擴(kuò)張器打開，完成對紅薯苗的入土操作。之后栽種器向上運(yùn)動拔出，土壤將紅薯苗根部覆蓋，再由夯土器壓緊土壤實(shí)現(xiàn)紅薯苗的栽種。高壟密植的主要目的是提高紅薯產(chǎn)量[6]。通過運(yùn)輸車在地里行走，通過設(shè)置于承載盤的分度盤將秧苗間歇性地漏入漏孔，插苗組件漏孔接到秧苗后，將秧苗栽種于土里。該紅薯苗栽種機(jī)降低了栽種秧苗的勞動強(qiáng)度，以及避免對秧苗的損害，提高了勞動效率和產(chǎn)量。

5 現(xiàn)有技術(shù)缺陷

相對于現(xiàn)存的紅薯苗自動栽種機(jī)其自動化不足；栽種時夾持機(jī)構(gòu)對紅薯苗造成損傷，造成產(chǎn)量下降；現(xiàn)存栽種機(jī)多數(shù)為大型裝置，不利于山區(qū)作業(yè)。

6 本發(fā)明要解決的問題

（1）盡量減小裝置體積，讓其適合于山區(qū)小面積作業(yè)。

（2）減少人力投入。

（3）減少紅薯苗損傷，提高存活率和產(chǎn)量。

7 結(jié)語

本裝置已獲得國家實(shí)用新型專利。本裝置服務(wù)以貴州喀斯特地貌為代表的山區(qū)種植為主，實(shí)現(xiàn)了對紅薯苗、辣椒苗等苗類作物的種植。本裝置自動化程度較高，操作方便，體型較小，便于山區(qū)作業(yè)，大大縮短了栽種時間。本裝置通過運(yùn)輸裝置、栽種裝置，有效將紅薯苗進(jìn)行栽種并可以通過調(diào)節(jié)運(yùn)輸裝置轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)苗株之間的間距，大大提高了工作效率，降低了勞動強(qiáng)度。整套設(shè)備市場前景較高，適合進(jìn)一步的市場開發(fā)。