自動取苗移栽機構研究現狀及展望

趙春龍 楊傳華 姜慶昌 周海波 薛貝貝

自動取苗移栽機構研究現狀及展望

趙春龍 楊傳華 姜慶昌 周海波 薛貝貝

文章具體介紹了旱田自動取苗移栽機的發展現狀及目前在生產實踐中常用的自動取苗機構，深入討論其優缺點，同時闡明在農業機械自動化研究中常用軟件及優缺點，并且闡述未來移栽機自動取苗機構的前景。

育苗移栽技術對氣候補償作用與提早作物生長發育具有綜合作用，同時可以提高作物單位產量。國內現如今在移栽方面基本以手工移栽和半自動移栽為主，手工移栽勞動強度大、效率低、大面積移栽作業無法做到保質保量完成。半自動移栽雖然減少了一部分勞動者的強度，但是沒有從根本上徹底提高移栽準確率和效率。因此在國內外移栽機發展方向一直都是全自動移栽，這樣就要求移栽機從取苗到缽苗的輸送到自動載苗再到缽盤自動整理，這一系列動作都要有機的結合起來、流水線式的完成，這樣對自動取苗提出了很高的要求。國外已經有一定數量的機型投入使用，國內還處于研發階段。

移栽機自動取苗典型機構介紹

國外移栽機起步發展較早，在20世紀初就已經出現了半自動化移栽機，雖然還是人工投苗但是在降低勞動強度、效率提高方面起到了很大的作用。經過五十年代、八十年代的發展，國外移栽及已經發展的很成熟，全自動移栽機已經面世。典型的穴盤移栽機如：1993—1995日本聯合三家公司研制開發的全自動蔬菜移栽機（如圖一所示）。此機型每次栽植一行，移栽手自動取苗后投給栽植器進行栽植，主要移栽白菜、卷心菜、萵苣等蔬菜，缺點是：栽植率受曲柄帶動機械手動慣性影響，栽植率不高，工作效率不能太高，栽植面積偏小不適合大面積作業。美國公司Renaldo在2003年開發的基于空氣整根苗盤的全自動蔬菜移栽機。（如圖二所示）其缽盤需要采用硬質材料制作，取苗采用氣流推動力將苗從上面吹出，再由輸送缽苗的管道將其投送到栽植器進行載苗。但缺點是：缽盤造價高、結構較為復雜，從而提高了一定的制造成本，而且在取苗過程中容易導致缽體破碎，只適用于幼苗期移栽。在國外農業機械迅速發的同時國內也一直不懈的努力著，同時也取得不錯的成果。2010年新疆石河子大學研制的穴盤倒置式自動取苗分苗機構（如圖三所示），這種裝置結構簡單便于操作，對多種作物具有很強的適應性，且可以保證秧苗不受損，同時可以實現連續高效自動化作業。2013年南京農業大學研發的曲柄搖桿菜苗移栽機構（如圖四所示），此結構簡單只需要一個吊杯，整體結構尺寸小、重量輕，機構只需要一個原動件驅動，作業軌跡路徑較短、效率高，操作維護方便，整體機構結構零件都比較簡單，大大降低了加工成本，適合棚內及膜上作業。隨著科技的發展、農藝要求越來越高、氣候不斷的變化、地質結構的不同，對移栽機的發展提出越來越高的要求。致力于移栽機研發的科技人員一直不斷的探索研究，為找到更高效、適應性更大、能夠廣泛推廣的移栽機而不懈的努力著。

自動取苗機構仿真軟件綜合應用簡介

機械結構設計以及性能分析中眾多軟件被應用，其中包括Pro/Engineer、CAD、SolidWorks、Creo、UG、Adams、ANSYS、PFC3D等。在農業機械中常用的軟件主要是：Pro/Engineer/ SolidWorks、Adams、ANSYS、PFC3D，由于農機工作環境的特殊性和設計結構的需要以及軟件的普及率特別高，所以使這幾款軟件發揮了他們強大的優勢，其原是機械結構看起來簡單，但由于作業環境惡劣，需要對其力學分析極為復雜，單個零件分析同樣不容易，首先由proe進行三維造型，然后進行動力學分析。在仿真中很多模型即有剛體又有柔體。這時我們就要利用Adams與proe的接口文件導入，在其中做剛體與柔體的耦合分析，ANSYS既可以做剛體力學分析、扭矩分析、抗拉抗壓強度分析、也可以做場強分析以及流體模擬分析，它也是一款功能強大適應范圍廣泛的機械設計必不可少的設計輔助軟件。研究設計要求我們更全面化的分析時我們還需要模擬農機具在其土壤中的各種性能時我們就要利用PFC3D建模分析各種所需數據。這個軟件的輔助作用是將復雜的田間試驗轉換為電腦模擬，使大量的人工測量轉換為數字化的過程，為我們設計提供準去的參考和起到指引作用。以上這幾款軟件是在農機設計當中最為常見的幾種軟件，除此之外還需要一些輔助軟件如數據處理、圖像分析、最優化問題等等。科技的發展使設計更為嚴謹、更為科學、設計過程更接近實際工作環境。

圖1　全自動蔬菜移栽機

圖2　全自動蔬菜移栽機

圖3　穴盤倒置式自動取苗分苗機構

圖4　曲柄搖桿菜苗移栽機構

未來移栽機自動取苗機構的展望

隨著科技的發展自動化程度的提高，移栽技術已經從半自動化向全自動化轉變，根據事物發展的規律以及triz理論在機械設計方面的應用。理論革新將會是一次更大的變革。加之正在興起的仿生學理論在機械設計中的應用，更是給機械設計增添了無限生機和更為廣闊的天地。今后移栽將會從自動化轉向智能化、人性化、全方位的自動信息智能化，并且將會進發展到一個全新農機領域階段。同時也將會有更大的跨學科領域發展的趨勢，從而使農業機械生產成本更低、操作更簡單、應用范圍更為廣泛。面對國內移栽機起步晚于發達國家，仍處在落后階段，雖然在這方面也取得了些許驕人的成果，但是是否能趕超發達國家還需要進一步完善和實際驗證。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.24.045