吊籃式移栽機膜上成穴運動特性分析與試驗

劉 洋，毛罕平，李亞雄，王 濤，李 斌（.新疆農墾科學院機械裝備研究所，新疆　石河子　83000；.江蘇大學農業裝備工程學院）

吊籃式移栽機膜上成穴運動特性分析與試驗

劉 洋1，毛罕平2，李亞雄1，王 濤1，李 斌1
（1.新疆農墾科學院機械裝備研究所，新疆石河子832000；2.江蘇大學農業裝備工程學院）

吊籃式移栽機具有成穴和移栽一次完成的優點，滿足了新疆地區作物穴盤苗膜上成穴移栽的要求。但是當吊籃式移栽機栽植器運動軌跡取不同形狀時，會出現栽植器掛膜、撕膜現象，膜面開口較大而影響移栽質量。通過對吊籃式移栽機栽植器成穴運動軌跡進行分析和移栽番茄穴盤苗試驗表明，當吊籃式移栽機栽植器的運動特征系數λ取值為1.22時，在保證穴盤苗膜上移栽直立率的同時，膜面穴口較小。

移栽機；地膜；栽植器；運動特征系數

新疆地區光照充足，非常適合加工番茄和制干辣椒的種植，近些年，新疆加工番茄種植面積始終保持在6.67萬hm2以上，制干辣椒達到4萬hm2，成為新疆種植的主要農作物［1］。育苗移栽技術能有效避開早春低溫、霜凍、雷雨等災害性天氣的影響，有效延長作物生育期，提高作物產量和品質。新疆加工番茄和制干辣椒已經開始大面積使用育苗移栽技術，為了降低勞動力成本，提高移栽效率，機械化移栽在新疆得到推廣和應用。新疆地區由于獨特的氣候條件，決定作物種植普遍采用滴灌加鋪膜的種植模式，這使得作物育苗移栽需采用膜上成穴的方法［2］。在各種形式的移栽機中，吊籃式移栽機具有成穴和移栽一次完成的優點［3］，所以吊籃式移栽機在新疆地區得到了使用。目前吊籃式移栽機移栽理論主要是針對裸地移栽，只注重移栽后保證直立度和移栽深度，沒有考慮膜面穴口尺寸的因素［4，5］，如應用于覆膜移栽，會出現栽植器掛膜、撕膜現象，降低地膜保墑和保溫的作用。因此，有必要對吊籃式移栽機的關鍵部件栽植器的運動軌跡進行研究，通過試驗得到較為合理的栽植器運動軌跡和運動特征系數。

1　栽植器運動分析

吊籃式移栽機工作時，栽植器在繞著轉動軸勻速轉動的同時，隨拖拉機沿水平方向勻速運動，所以栽植器的運動是拖拉機前進運動和栽植器圓周轉動的合成，栽植器的運動軌跡方程為：

式中 Vt—拖拉機行駛速度；ω—栽植器轉動的角

式中 Vd—栽植器轉動速度。

圖1　栽植器運動軌跡

根據參考文獻6的研究結論，栽植器的運動軌跡形狀取決于λ值的大小，圖1是λ取不同值時，栽植器的運動軌跡，軌跡曲線上各切點的方向就是栽植器絕對速度的方向。從圖1中可知，只有當λ＞1時，余擺線環扣的下半部分具有與拖拉機前進方向相反的水平速度分量，才能實現零速投苗，防止穴盤苗傾倒。因此λ＞1是吊籃式移栽機正常工作的必要條件。但是，當λ＞1取較大值時，余擺線環扣會變大，并出現栽植器掛膜現象，嚴重影響移栽質量。因此，λ＞1的取值應該在一定范圍內，在保證移栽穴盤苗直立的情況下，研究地膜開口的大小。圖2為栽植器轉動半徑為22.5 cm時，λ取不同值的運動軌跡形狀。

圖2　不同λ值時栽植器的運動軌跡

吊籃式移栽機工作時，栽植器的轉動速度與傳動輪的直徑、栽植器回轉半徑及鏈輪傳動比有關，因為傳動輪及栽植器回轉半徑在設計時已經確定，不可以調整，只有通過更換傳動鏈輪調整傳動比來實現栽植器轉動速度的改變。

圖4是吊籃式移栽機的鏈傳動示意圖，鏈輪傳動機構通過固定在傳動輪軸上的鏈輪1向固定在移栽機構主軸上的鏈輪4傳動。

圖3　栽植器結構

圖4　鏈傳動示意圖

鏈輪的傳動比為

式中 D—傳動輪直徑；n1—地輪轉速；n4—移栽單體轉速。將公式4代入公式5得：

式中 Q—常數；由公式4可知，λ與傳動比i成反比。

2　田間試驗

2.1試驗準備

為了研究不同運動軌跡情況下，移栽質量和膜面穴口尺寸，我們通過調整鏈輪4的齒數改變傳動比，實現運動軌跡的調整。分別對特征系數λ為1.08、1.22和1.27時進行田間生產性試驗。試驗時通過調整移栽機構后方的鎮壓輪升降螺桿來調整栽植器入土深度［7］，使栽植器入土深度保持在6 cm。

2.2試驗條件

試驗用移栽機為課題組研制的2ZML-2膜上移栽機［8，9］（圖5），試驗分別在新疆石河子145團和新疆農墾科學院試驗場進行，試驗前已整地并鋪設好地膜，土地干燥；試驗用苗為128穴孔塑料軟盤培育的加工番茄穴盤苗，苗株高平均16 cm。

2.3試驗結果

試驗測得特征系數λ為1.08、1.22和1.27時，膜面穴口縱向尺寸12.6 cm、10.3 cm和14.2 cm，橫向尺寸區別不大，都約為6 cm。這表明，調整特征系數λ對膜面穴口縱向尺寸的影響較為明顯，對橫向尺寸的影響不顯著，分析原因橫向尺寸的大小與栽植器入土后最大張開尺寸有關；三種情況下，都無掛膜現象，番茄穴盤苗直立度都達到了要求；在λ為1.22膜面穴口縱向尺寸較小，試驗結果如圖6。

圖5　2ZML-2膜上移栽機

圖6　田間試驗效果

3　討論與分析

（1）吊籃式移栽機栽植器的運動軌跡直接影響到移栽質量，通過在不同運動特征系數λ下膜上移栽番茄穴盤苗證明，當λ為1.22時，可以在保證移栽直立率的情況下，膜面穴口尺寸較小。

（2）通過試驗發現，膜面穴口尺寸與土地表層土壤的緊實度有關，當土壤較為松軟，移栽機在行駛時地輪滑移現象較為明顯，膜面穴口會增大，因此應降低移栽機的滑移；當土地表面耕整平整，地表土壤較為細碎，作物殘茬較少，地膜與地表土壤接觸較為緊密時，膜面穴口較小，而較多的大顆粒土壤和作物殘茬會將地膜頂起，栽植器在破膜成穴時，地膜變形較大，會加大地膜的撕裂程度。因此，提高移栽用地整地和鋪膜質量，可以有效降低地膜撕裂破損。

（3）吊籃式移栽機的運動軌跡為余擺線形狀，這種特點使得吊籃式移栽機膜上成穴移栽時，在保證移栽直立率和膜面穴口較小的同時只有通過調整移栽機構上栽植器的數量來改變株距，受移栽機結構尺寸的限制，移栽機上栽植器數量的調整是有限的［6］，一般為4～6個，移栽株距很難小于26 cm，而一些地區的加工番茄和制干辣椒種植因為種植方式和土地條件的原因，移栽株距要求小于20 cm，為了解決這個問題，新疆中糧屯河番茄種植基地曾引進新型的意大利Ferrari移栽機，該機具將兩組吊籃式移栽機構縱向并排串聯，兩組移栽機構之間用鏈條鏈接，使它們之間的運動始終保持同步，在前一組移栽機構膜上成穴移栽后，后一組移栽機構在前一組成穴移栽的兩株苗之間再進行膜上成穴移栽，這樣就實現了減小株距的目的，移栽株距可以達到15 cm。但是這種移栽機因為是兩組移栽機構前后并排連接，機具整體重心較為靠后，對牽引拖拉機的配套動力要求較高，功耗大，使用成本較高。

［1］新疆維吾爾自治區統計局.新疆統計年鑒2015［M］.北京：中國統計出版社，2015.

［2］劉洋，李斌，李亞雄，王濤，盧勇濤.新疆作物移栽與移栽機應用現狀分析［J］.新疆農機化，2013（1）：20～23.

［3］于曉旭，趙勻，陳寶成，周脈樂，張昊，張智超.移栽機發展現狀與展望［J］.農業機械學報，2014，45（8）：44～53

［4］崔巍，趙亮，宋建農，林金天.吊杯式移栽機栽植器運動學分析與試驗［J］.農業機械學報，2012，43（S1）：35～39.

［5］李旭英，王玉偉，魯國成，張波，張海軍.吊杯式栽植器的優化設計及試驗［J］.農業工程學報，2015，31（14）：58～64.

［6］封俊，秦貴，宋衛堂等.移栽機的吊杯運動分析與設計準則［J］.農業機械學報，2002，33（5）：48～50.

［7］劉洋，李亞雄，李斌，盧勇濤，王濤.吊籃式膜上移栽機的設計［J］.塔里木大學學報，2012，24（3）：79～86.

［8］李斌，李亞雄，王濤等.2ZML2型膜上移栽機的研制［J］.新疆農機化，2009（6）：16～17.

［9］李亞雄，劉洋，李斌等.膜上移栽機：中國，ZL 20112015917 8.2［P］.2012-01-04.

The Analysis and Test on the Characteristics of the Cavitation Motion on the Film of the Basket-type Transplanter

Liu Yang1，Mao Hanping2，Li Yaxiong1，Wang Tao1，Li Bin1
（1.Machinery and Equipment Research Institute，Xinjiang Academy of Agriculture and Reclamation Sciences，Shihezi Xinjiang 832000；2.School of Agricultural Equipment Engineering，Jiangsu University）

The basket-type transplanter has the advantage of completing by cavitating and transplanting once，It just meets the needs of plug seedlings transplanting on the film in Xinjiang.But when the trajectories of the transplanter are different，it will present the phenomenon of tearing and hanging the film，it will influence the transplanting quality because of the big holes.By the analysisand test on the characteristicsof the cavitation motion on the film of the machine，it prensentsif λ=1.22，it can not only improve the vertical rate ofthe plug seedlings，but also make small holeson the film.

transplanter；film；cavitation motion

1007-7782（2016）03-0019-03

10.13620/j.cnki.issn1007-7782.2016.03.007

S223.9

A

2016-05-17

中組部“西部之光”訪問學者資助項目；新疆兵團“兵團英才”人才培養工程速度；t—時間；h—栽植器轉動軸距栽植器成穴底部的高度；R—栽植器轉動半徑；λ—運動特征系數