一種根莖類作物栽植設備

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）產業發展迅速，果品蔬菜是人們日常生活中必不可缺的副食品，伴隨著社會的持續發展，人們的生活水平也在穩步提高，對飲食有了更高質、綠色的要求。中國是世界上根莖類中藥材——人參生產大國，產量約占世界總產量的70%，中國人參產業勢能巨大。移栽是根莖類作物種植過程中的重要環節，該環節季節性強，作業周期短。傳統人工移栽作業效率低，費工費時，勞動強度大，用工成本高，且人工移栽很難保證作業質量，影響出苗率，出現出苗質量不一致的問題，因此機械化移栽是必然趨勢。由于根莖類作物移栽的特殊農藝要求，國產的各種移栽機都不適合該類作物的移栽。為了實現根莖類作物種植機械化的移栽，分析了國內外各種移栽機的結構特點，設計了一種根莖類作物畦床自動行走移栽設備，并且以根莖類中藥材人參進行了移栽機試驗測試，了解了機器的性能與技術特點，為根莖類作物移栽設備的理論研究與優化設計提供了參考依據，也為該類移栽機大面積推廣應用提供了良好的宣傳素材。

關鍵詞：根莖類作物；移栽設備；性能；測試

中圖分類號：S225 文獻標識碼：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、果蔬類種植設備的研究，E-mail：jcy225@163.com。

0 引言

隨著我國工業化和農業現代化建設進程的加快，農業機械化進入一個快速成長期。然而，目前作為我國經濟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機械化作業發展整體水平嚴重滯后，現有機械化生產技術尚不成熟、生產效率低、可靠性差，成為產業成長的主要瓶頸。人工移栽勞動強度大，生產效率低，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，對后期根莖類作物的成長及質量產生影響，因此不適合規模種植。采用畦床移栽設備進行根莖類作物移栽，一次能夠完成一系列的移栽工序，移栽株距及深度都有機械進行嚴格控制，既提高了種植效率，又降低了成本，移栽后的作物產量能夠提高20%～30%。本文既闡述了根莖類作物畦床移栽機的機構及工作原理，又進行了畦床移栽設備的試驗測試，根據得出的試驗結果總結分析根莖類作物畦床移栽設備技術特點，通過性能試驗測試為產品改進、定型、鑒定、技術特點分析提供了科學依據。

1 根莖類作物畦床移栽機的結構及工作原理

1.1 根莖類作物畦床移栽機的結構

半自動移栽機雖需要人工輔助放苗操作，但其移栽適應性好、結構簡單、維護維修方便、價格較低，對操作人員的技術水平無特殊要求，半自動根莖類作物移栽機是我國移栽機械的發展趨勢。為了滿足根莖類作物的栽植農藝要求，實現機械化挖坑兼培土，并與人工擺苗相結合，進行根莖類作物移栽，克服現有的根莖類作物移栽存在的勞動強度大、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。設計了如下結構的畦床移栽設備。

該畦床移栽設備主要包括移栽機機架、前后行走機構、挖坑機構、汽油機及傳動機構、工作程序控制機構，結構簡圖如圖1所示，實物圖如圖2所示。

挖坑機構包括閉合環的條形角度挖掘鏟、挖掘鏟動力鏈條、鏈輪、鏈輪軸、內支架。挖坑機構后端為鉸接端，前端為鏟土端。兩端對齊、平行排列成閉合環的條形挖土鏟（板），位于挖土鏟兩端、裝配在各個角度挖掘鏟的兩根平行設置并各自閉合的挖土鏟動力鏈條上，分別支撐兩根挖土動力鏈條的兩組鏈輪，在閉合環角度挖掘鏟內部安裝了具有加強角度挖掘鏟強度功能的內支架，手扶挖坑操縱桿安裝在內支架上，挖坑機構的前端作為下沉時的鏟土端，兼作鉸軸的鏈輪軸為挖坑器的主動鏈輪軸，在機架上固定挖坑操縱桿按壓挖坑深度的限定構件，在機架或固定在機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構前端上揚復位彈簧。

動力及傳動機構包括：安裝在機架上的汽油機、汽油機經皮帶驅動的大皮帶輪、安裝在工作程序控制機構機架上的大皮帶輪軸、安裝在機架上通過行走傳動電磁離合器、減速器與大皮帶輪軸相銜接的行走傳動軸。減速器軸與大皮帶輪軸通過聯軸器連接，挖坑傳動電磁離合器軸與大皮帶輪軸通過聯軸器連接，安裝在機架上、通過挖坑傳動電磁離合器與挖坑傳動電磁離合器軸相銜接的挖坑傳動軸，減速器與前行走輪之間的鏈條傳動機構，挖坑傳動軸與挖坑機構鏈輪軸之間的鏈條傳動機構，前行走機構行走輪與后行走機構行走輪之間的鏈條傳動機構。

工作程序控制機構包括：行走傳動電磁離合器、挖坑傳動電磁離合器，安裝在機架的微動開關，安裝在減速器輸出軸上的凸輪，安裝在工作程序控制機構機架上受凸輪觸及控制的行程開關，安裝在機架上的發動機，連接發動機與電磁離合器、微動開關及行程開關電源線，微動開關與挖坑傳動電磁離合器及行走傳動電磁離合器之間的信號導線，行程開關與行走電磁離合器之間的信號導線。

1.2 畦床移栽機的工作原理

首先啟動汽油發動機，汽油發動機即驅動工作程序控制機構支架上的大皮帶輪軸，汽油發動機自帶發電功能開始工作，電控構件電源導通，進入工作準備，此時行走傳動電磁離合器和挖坑傳動電磁離合器均在脫開狀態。畦床移栽機既不運轉，也不挖坑。然后通過人力按壓挖坑機構手動操縱桿，此時觸發手動操縱桿上的微動開關，控制挖坑傳動電磁離合器吸合，挖坑器啟動，朝向土壤一側挖土動力鏈條向后抽動，帶動挖掘鏟連續挖土并輸向挖坑器的后端，手動操縱桿推壓到止點，挖掘鏟停止進深，完成一個帶角度的長條形移栽坑（如圖3）。

再次抬起手動操縱桿，手動操縱桿在復位彈簧的作用下復位，此時手動操縱桿再次觸發微動開關信號，并且控制挖坑傳動電磁離合器的吸合信號斷開，挖掘鏟停止運轉。控制行走傳動電磁離合器吸合，根莖類作物移栽設備開始行走，減速器輸出軸上的行程控制凸輪旋轉，凸輪旋轉半周，當凸輪上的凸輪柱與行程開關接觸，此時控制行走傳動電磁離合器斷開，挖坑機行走設定的一個株距（可調），移栽機停止行走，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（一般橫向排列農藝要求的株數）。最后按壓手動操縱桿，啟動挖掘鏟再次挖土。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。在挖坑機再次行走時，履帶式后行走輪撫平苗坑中的培土。重復上述步驟，持續進行根莖類作物苗移栽耕作。

2 試驗實施

2.1 根莖類作物畦床移栽機的概況及相關參數指標

新產品研制過程中必須進行相關作業性能試驗，通過試驗結果檢測相關性能指標數據是否符合相關標準，是否實現設計功能，是否合格。如移栽機的作業效率、移栽傾角、移栽成活率、根莖類作物苗傷苗率等指標，本次試驗以根莖類作物中藥材人參進行試驗（見表1）。

2.2 試驗測試

試驗是否成功及指標實現情況，不僅與機器本身相關，而且與測試的方案有關。試驗條件與試驗方法是否符合有關要求也會給試驗帶來一些偏差。

2.2.1 試驗測試過程

（1）首先選好試驗地塊，修整試驗畦床（如圖4）。試驗地塊的土質應選擇有機質含量超過3%的腐殖性土。試驗用地應選擇水源充足、運輸方便、方便管理的地塊。試驗畦床高30 cm，床寬1.5 m（如圖5）。

（2）試驗用參苗應選擇生長2年左右的參苗為最宜，試驗前應檢查參苗是否完好無破損，并準確記錄試驗參苗總數。

（3）試驗時間，應選擇在秋天至上凍前進行。而且應該根據各地區不同的氣候條件，靈活掌握，因為氣溫過高，種栽容易萌動，易患病，如突遇大幅降溫，容易造成凍傷，影響試驗結果。

（4）試驗樣機調試，達到最佳工作狀態。

（5）試驗樣機根據管理員指令，駛入測區，試驗人員計量，駛離測區，試驗人員停止工作。

（6）試驗人員應在試驗樣機工作中仔細觀察各傳動機構及相關工作部件是否運行合理及順暢，移栽過程中試驗人員使用是否方便等（如圖6）。

（7）移栽效率：用單位時間內的移栽面積來計算根莖類畦床移栽機的工作效率。

（8）合格的株距定義為

2.2.3 總結

（1）通過根莖類作物人參進行的移栽機試驗測試，發現移栽樣機重量較重，運輸較難，需要繼續改進。

（2）從根莖類作物移栽機的試驗測試，試驗結果分析得出了移栽機的技術性能特點：

①技術先進，移栽規范，由于采用人工持苗、擺苗相結合的半機械化移栽方式，漏苗率及傷苗率低，移栽成活率高。全新結構的角度挖掘機構，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，而且還能自動覆土，可以彌補人工移栽過程中的深淺不一、生產效率低、勞動強度大等缺點。移栽機采用了行程凸輪和行程開關控制移栽機的等距離株距，控制精準，保證了株距的準確，確保根莖類作物苗移栽后的苗全、苗壯。該產品不僅提高了移栽后的質量而且提高了產量。

②適用性強，結構新穎。履帶行走傳動裝置、行程凸輪和行程開關控制栽苗株距，全新結構的角度挖掘機構保持移栽坑深度和寬度保持一致，而且還能自動覆土，精準實現挖土—行走（固定株距）—擺放根莖類作物苗—覆土一系列動作的連續性、準確性，具有整機結構新穎、工作性能可靠、各機構配合合理、適用性強等特點，適合多種類型的根莖類作物移栽。

③工作穩定可靠，堅固耐用，使用壽命長，所用部件全部嚴格按國際高強度原材料生產制造而成，性能穩定。雙開口行程凸輪、雙聯動軸、雙行程開關、雙保險等機構，保證了工作可靠性及穩定性。

3 結論

近年來，隨著人民生活水平的逐步提高，消費熱點持續變化，作為具有營養保健作用的食用與藥用根莖類蔬菜

正在成為市場消費的熱點，已經逐漸形成產業。根莖類作物苗移栽是種植過程的一個關鍵工序，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，如果采用機械方式挖坑及培土與人工持苗、擺苗相結合的半機械化的移栽方式，則可以在根莖類作物苗避開機械設備損傷的情況下，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，從而提高移栽質量與產量。根莖類作物畦床移栽機的試驗測試為根莖類作物移栽機械的科研設計、產品生產及性能的提高改進提供了可靠依據并可供其它農業機械的科研、生產、試驗、借鑒參考，為根莖類作物畦床移栽機的大面積推廣使用奠定了基礎。

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