溫室煙草育苗剪根機設計

馬偉 王秀 陳天恩

背景

溫室煙草育苗是指在特定設計的育苗溫室中，按照優質煙草標準化生產的規程，采用集約化方式，大規模開展煙葉幼苗的高效、低耗和定制培育，實現煙草高質量商業化育苗。傳統露天育苗的方式，不但煙草幼苗的可用性差，而且煙草幼苗的生長溫度不便于控制，不利于開展大規模的育苗。隨著中國煙草規范化生產的水平進一步完善，集約化生產、規模化經營、機械化生產的呼聲日益高漲，散戶育苗的方式已不適應煙葉生產的發展。因此，工廠化、集約化育苗管理方式被提出。溫室大規模育苗方式的出現，有力地推動了煙葉生產的快速發展，在發展過程中，逐漸總結出一些提高煙葉質量的栽培方法。

切根對煙草根系生長及其化學成分合成有重要影響，煙葉根系具有較強的補償生長功能，當一部分根系生長受到限制、物理損壞或出現不利的生長環境時，根部的剩余健康部分會長出新的根系加以補償。斷根促使煙葉呼吸速率增加，代謝機能增強，不僅有利于次生根的生長，而且煙葉的產量和含鉀量也得到了提高。但是切斷煙草的根系也需要精準控制，過長或過短的切根都無法達到預期的效果。通過精準控制、適當斷根可以提高根系的吸收活力，增加吸收位點，延緩根系衰老，提高根系的養分吸收量，促使根部營養向煙葉的地上部運輸。煙草育苗切割機針對煙草育苗環節，通過精準控制，切斷煙草的根系，從而提高煙葉的產量和品質。

原理

近年來，煙草育苗逐步朝著規模化、集中化和節約化的方向發展，采用各種先進的栽培技術提高煙葉育苗的質量，實現煙葉外觀和成分兩方面質量同時提高。有利于提高煙葉育苗質量的栽培方式有漂浮育苗和基質育苗。

漂浮育苗

技術條件

國家煙草專賣局從培育高素質煙苗的角度出發，將煙草育苗作為最重要環節之一，通過煙草漂浮育苗技術有力地確保了高莖壯苗的高效培育。圖1是煙草漂浮育苗實物。漂浮育苗溫室內溫度要精確控制，煙草種子萌發生長的最適溫度是20～26℃，當溫室溫度低于18℃時要關閉通風口保溫。煙草播種后50天左右，提取育苗盤，將伸出盤底的根系剪去，促進側根生長，增加根量。

漂浮育苗剪根機設計

采用提升的方式將漂浮苗盤提升到透明罩中，當苗盤到達指定位置后，通過傳感器信號自動感知，修剪刀鋸齒開始往復嚙合剪斷根系，剪根時修剪刀在滑軌上往前推進，推掃剪根完畢后自動復位，開始對下一個苗盤進行作業，實現連續流水的剪根作業。修剪時根的保留長度通過固定在滑軌上的超聲傳感器直接測量苗盤的底部距離獲取，發送給控制器，根據信號控制器可獲得實時的剪根長度，并動態記錄下剪根的數據（圖2）。

受力分析

電機轉動作用力轉化為修剪刀往復運動的作用力，其中在夾持住煙草苗根系的瞬間，電機的轉動能量會轉化為剪根的有效作用力，對一個根系而言，剪根的有效作用力為F0，煙草剪根的受力分析如圖3。受育苗營養液中懸浮的雜質的影響，剪根的時候夾持頭運動會受到相應的摩擦力f，摩擦力f是變化的，并且和營養液循環過濾的潔凈程度有關。受力之間的關系為：

F0=Fq+f ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

基質育苗

技術條件

煙草的基質育苗（圖4）占據了很大比例，基質育苗的技術門檻相對較低，配套技術設備的投入也要比漂浮育苗少，因此深受廣大煙農喜歡。但煙葉采用基質育苗時，根系在基質中生長，剪根時根系附著的基質會干擾剪根作業。

基質育苗剪根機設計

基質育苗剪根前需先對秧苗進行整理，夾持機構伸出透明罩將煙草苗夾住，人工取下苗盤，露出帶有基質的根系，再通過腳踩開關發出信號，夾持機構穩定地縮回透明罩內并到達剪根的位置。震動機構將最佳頻率的高頻震動加載在附著基質的煙草根系上，加速根系上基質的脫落。脫落基質后的煙草苗可以通過修剪刀精準地修剪根系長度（圖5）。

應用

修剪長度

煙草育苗剪根機的修剪根系參數設定為長度留出5 cm較為合適，田間試驗數據表明：3 cm和7 cm長的根系長勢和煙葉干物質重量都低于5 cm長的根系。苗盤的厚度差異在1～2 cm，在設定控制器信號時，每一批不同規格的煙草苗的修剪長度要校準3次。第1盤苗測出基準長度，并校核確認剪根機功能正常;第2盤苗在第1盤苗基礎上，將經過尺子測量后的補償量輸入修剪機，剪出符合要求的煙草苗;第3盤苗用來確認修剪結果是否精準達到要求;3盤苗之后，開始流水線作業。

便攜折疊結構

煙草育苗剪根機每年的利用率只有3～5周，不適合存放在溫室中。在作業完成后，機械結構可以折疊為一個小型的手提箱，外形尺寸約為0.4 m×0.55 m×0.65 m。

便攜折疊電源

煙草育苗剪根機采用雙電源，即220 V交流電和12 V直流電都可以連接供電，方便實際生產作業。便攜折疊電源主體為鋰電池，采用手提箱式結構，內置兩套電池，使用時打開方便接線，用完后折疊方便搬運，折疊結構有助于電池通風散熱，滿足長時間剪根作業的要求。

結論

文章針對煙草漂浮板及基質育苗設計了2種煙草剪根機結構，采用電動剪根的方式完成煙草幼苗根部的快速剪根作業，利用超聲傳感器動態測量和記錄剪根長度的信息，針對基質育苗的煙草幼苗，利用震動機構清除基質對剪根的影響。該溫室煙草育苗剪根機的設計對于煙草剪根裝備的研究具有指導作用。

*項目支持：貴州省煙草科技專項（2019530000241035）。

[引用信息]馬偉，王秀，陳天恩，等.溫室煙草育苗剪根機設計[J].農業工程技術，2020，40（13）：64-66.