大田機械化移栽技術與裝備研究進展

汪志遠

（池州學院，安徽 池州 247000）

育苗移栽是我國農業領域的常用技術，能夠有效提升作物生長率和成活率，實現氣候補償。在實際應用中，需要根據作物生長特點選擇合適的機械化技術與裝置進行移栽，現階段我國對裝備的研發已經突破原有的部分技術限制，可根據不同田地類型完成秧苗取出、輸送、移栽等工序，極大地緩解了人工移栽勞動強度，提高了生產效率，降低了生產成本。

1 水田機械化移栽技術與裝備

1.1 技術裝備研究

目前在我國范圍內使用較廣的大缽體毯狀移栽技術，主要應用機拋秧、機擺栽、機插秧等方式，但機拋秧技術具有無序性特點，現階段應用比較常見的是后兩者。在技術應用方面注重農機與農藝的融合，將毯苗插秧與缽體移栽技術相結合，設計了新型的機插缽體毯狀育秧盤，其結構的組成包括缽體、邊壁、加強筋、橫向縱向連通溝槽等。根據現有的機械形態和運作情況展開分析，秧盤中缽體結構按照橫縱交替的方向排列，缽穴上部粘連，下部則呈獨立狀態[1]。縱向與橫向缽數分別為30個和14個，每盤缽數為420個，邊壁縱向內外部尺寸分別為575 mm和585 mm，橫向分別為285 mm和294 mm。在進行裝備制作時，會應用PVC熱塑一次成型，缽穴深度和容積的設計滿足移栽標準，分別為16 mm和3.3 mL。

1.2 研究進展分析

針對水田移栽技術和裝置研究進展的討論，目前對水稻毯苗移栽技術的研究逐漸成熟，能夠根據取苗方式的差異進行夾取式或頂出式移栽，其中頂出式的工作原理為秧苗箱由上往下反復運動將苗頂出并輸送至傳送帶卡槽中，逐個落入取苗口，過程相對煩瑣。夾取式則能夠連續完成夾苗、拔苗、持苗以及推苗的動作。本研究詳細總結以往裝備類型、機型，并分析其主要特點，匯總優勢和劣勢，主要提供以下幾類機型：

1）洋馬AP6（2ZQS-6）型扶手式秧苗機，為曲柄搖桿式分插機構，屬于毯苗機械，株距有4段可調，深度6段可調，移栽速度為0.26 hm2/h～0.37 hm2/h。從其特點來看，并不適用于大田作業，搖桿高速運轉振動較大，容易導致田間出現淤泥現象。

2）久保田2ZGQ-6D1（SPV-6CMD）型號乘坐式插秧機，為旋轉式分插機構，屬于毯苗機械，株距和栽植深度均為7段可調，移栽速度為0.2 hm2/h～0.42 hm2/h。從其特點來看，適用于大田高速作業，但容易由于振動過大而導致構件松脫，或發生阻塞[2]。

3）井關PZP-80型水稻全自動缽苗移栽機，為頂出式的移栽方式，株距在124 mm～282 mm之間，移栽深度10 mm～40 mm，移栽速度為0.26 hm2/h～0.37 hm2/h，整個運作流程依靠4套裝置，整體結構復雜，成本較高，且不能用于雜交稻移栽。

4）常州亞美柯日神2ZB-6A（RXA-60T）型缽苗乘坐式擺栽機，為頂出式移栽方式，行距300 mm，株距、移栽深度以及速度與井關PZP-80型一致，其核心技術從日本引進，缺陷為配套裝置成本過高。

5）吉林鑫華裕2ZB-630型獨輪乘坐式水稻缽苗移栽機，為雙曲柄五桿式移栽機構，移栽行距為300 mm，株距為120 mm～190 mm，深度為10 mm～30 mm，移栽速度為0.18 hm2/h，在高速運轉過程中造成很大振動，且獨輪大板式的底盤田埂通過性較差。

6）中聯重科2ZPY-13A型水稻拋秧機，沿著拋秧帶進行自由落體式拋秧，其中行距為210 mm～320 mm，株距為120 mm～240 mm，有8段可調，每次拋擲行數為13行，速度為6 hm2/h，其缺點在于被栽植的秧苗直立性不佳[3]。

針對現階段大面積水田機械化移栽技術與裝備應用情況的研究，不同類型機械均存在一定問題，無法滿足高效作業需求，經過研究及設備創新后，研發一種能夠一次性完成秧盤傳送、播種、移栽等工序的機械裝置，其傳動部件為不等速行星輪系，整體結構符合設備運作的安全規范，而且移栽效率能夠達到200株/（min·行）。針對這一技術的研究進展如下：

這一機械化移栽技術與裝備工作原理的研究主要參考日本頂出式水稻缽苗中秧箱的運作模式，形成行星輪系擺栽機，在進行設計時發現其傳遞過程相對煩瑣，整體構造成本較高，因此在后續研究中側重點放在夾出式取苗方向，又根據夾取的部位分為夾苗和夾缽兩種方式。本研究所涉及的機械設備主要應用機械手完成夾取行為，利用單片機編程設計參數，并配套滑道實現秧苗滑動，完成移栽工序[4]。而后，部分學者又對裝置進行創新，設置可變行距的裝置，提出應用兩套非圓齒輪的行星輪系結構，但其中的桿結構振動會影響移栽質量，鑒于桿部問題，又設計出非圓齒輪的旋轉式缽苗移栽裝置，針對嚙合位置的剛性振動問題設置了緩沖齒，能夠減少振動情況，同時提高工作性能。研究顯示，本文所講述的新型機插缽型毯狀育秧盤裝置能夠突破成缽成毯技術難點，降低裝置制作成本，兼顧作物成毯性需求的同時配套現有的運行裝置技術，有效提高作業效率。

針對該技術的優勢分析，在移栽過程中能夠避免田間出現秧苗分布不均、空穴、漏插等現象，采用相關技術實現精準的孔穴種植，保證每個缽孔內均有秧苗，利用單片機編程帶動鏈傳動，完成一系列精密的作業，有效提高農作物機械化生產效率和質量。該機型在應用時采用勺式孔輪，并配合柔性皮帶護種裝置，能夠有效降低對移栽植株和種子的損害。從排土滾筒的設計來看，應用大直徑波紋滾筒，排出量均勻，出土效果相對較好。針對該型號機械的生產參數設計，其配套動力為250 W的單向減速電機。播種量每盤達到60 g～100 g，可根據田地范圍和種植目標進行調整。合格率方面能夠達到90%以上，空穴率僅在2%以下，生產率達到400盤/h～500盤/h。

1.3 技術和裝置的改進

在技術和裝置改造方面，相較于以往的部分機械化移栽設備，2ZBL-400機型裝置對橫向和縱向送秧部分進行改良設計，對比目前久保田、井關、洋馬等設備的橫向送秧結構，將原本固定的送秧次數進行改進，在不改變傳動箱尺寸的同時改變其內部齒輪組合形態，即將I軸從動齒輪1和III軸主動齒輪12更換為14次橫向送秧次數所要求的齒輪，重新設計送秧次數，將原本的16、18、20、26改為14、18、20、26，從而實現對不同毯狀苗的應用，擴大適用范圍，提升機械設備通用性[5]。

除了橫向送秧外，縱向送秧部分也進行了改進優化，其目的在于降低縱向送秧所造成的誤差累積與過沖現象，設計專用的送秧臺、棘輪驅動定位、輸送帶等。其中棘輪驅動在設備運轉中發揮鎖緊、阻沖的效果，阻沖齒與棘輪齒嚙合，避免影響縱向送秧精準度。完成送秧作業后，設備棘輪位置會鎖死，同時避免由于輸送帶振動而導致秧臺移動，極大限度保證送秧精準性。

2 旱田機械化移栽技術與裝備

2.1 技術裝備研究

相較于水田機械化移栽，旱地移栽則面臨著不同的土壤結構、作物類型、地形等條件，因此針對旱田機械化移栽技術與裝備的設計需要更加精細化。本研究主要從半自動移栽機械角度入手，目前該項技術已經逐漸成熟，根據其類型可分為鏈夾式、導苗管式、撓性圓盤式以及吊杯式[6]，主要提供以下幾種機型進行對比：

1）富來威2ZL型半自動旱田缽苗移栽機，屬于鏈夾式類別，工作時將苗夾張開完成栽植，結構簡單成本低，秧苗直立性相對較高，但效率也相對較低，基本為30株/（min·行）～45株/（min·行），且容易出現漏苗缺苗問題。

2）MULTIPLA型半自動旱田缽苗移栽機，屬于導苗管式類別，相較于上一種效率較高，為60株/（min·行），但難以調整株距和直立度，不容易傷害秧苗。

3）2ZYX-2型半自動移栽機，屬于撓性圓盤式類型，通過可變形的撓性圓盤完成持苗作業，不受數量限制，能夠調整株距，但其結構中部分裝置的制作材料為橡膠，壽命相對較短，且栽植深度不穩定。

4）久保田2ZSY-4（IKP-4）型移栽機，屬于吊杯式類別，在工作時通過轉杯完成開穴、種植、回轉作業，具有一定扶苗作用，但不適用于小株距移栽作業。

2.2 研究進展分析

針對現階段旱田機械化移栽技術與裝置的應用情況研究，可將其類別分為多連桿式驅動和行星輪系式驅動，相關學者提出應用曲柄搖桿復合平行四邊形栽植裝置，并根據運動學模型參數設計。而后又有學者對雙曲柄五桿栽植裝置的運行進行分析，并采用人機交互的形式提高移栽效率[7]。多連桿式結構雖然能夠根據特定栽植軌跡運作，但在實際作業時存在慣性大、機器振動效果大的問題，而后又提出采用行星輪系的方式對裝置進行改造升級，其結構涉及行星輪結構、吊杯式結構、凸輪結構，移栽裝置前進過程中會在行星輪的作用下通過凸輪進行開合運動，實現對地面的打穴與栽植。

針對行星輪系的栽植裝置，有學者提出采用橢圓齒輪結構，相較于原來的多桿式結構，運行速度具有一定程度的提高，即便是高速運作模式下，所呈現的振動和沖擊效果也相對較小，但軌跡環扣相對較大，直立度也在90%以下[8]。為了進一步強化農機與農藝的結合，有學者針對缽苗運動微積分方程進行分析，并根據橢圓齒輪行星輪系運行方式對機械進行試驗分析，提出兩級非圓齒輪行星輪系傳動結構，有效提升了移栽立苗率。

總體來看，在旱地大田中機械化移栽機的研究目前主要從多桿式和行星輪系兩種類型方面進行創新，但對比二者的結構、運轉情況能夠發現，多桿式栽植裝置相對復雜，且難以在高速運轉環境下實現慣性力平衡，容易對秧苗造成影響。

3 展望

我國對于大田機械化移栽技術與裝備的應用能夠有效提升農業生產效率，提高作業速度和質量，近年來，圍繞農業機械化生產的研究數不勝數，均以提高作物移栽質量和效率為目的，強調根據田地實際情況采用多樣化技術，實現持續性創新。目前來看，大部分裝置結構處于研究試驗階段，本文從國內外各類型機械化移栽技術和裝置應用的角度展開論述，總結當前所用機械存在的問題，并提出近年來相關學者針對機械化移栽需求所進行的技術革新[9]。其中，水田部分可逐步將運作質量更高的2ZBL-400引入農業生產中，旱田部分可逐漸應用行星輪系裝置代替多桿式栽植裝置?？傮w來看，還需要從以下幾個角度實現突破：

一是關鍵技術應用方面。針對機械化栽植技術與裝備的創新，需要不斷擺脫原有的技術限制，總結技術問題，在此基礎上優化相關裝置，適當引入智能化技術，面向移栽的特定要求進行創新，如高速運轉下的振動、秧苗動作等，引入結構拓撲、功能函數等約束[10]。

二是多功能自動化方面。由于我國地理環境的影響，地域差異相對較大，為實現技術、裝置的最大化利用，需要根據不同作物特點、用戶需求等要素進行研發，如適用于山地丘陵、溫室大棚、平原區域等的移栽裝備，同時開發覆膜、施肥、覆土、澆水等其他輔助功能，實現綜合性發展。

4 結束語

綜合來看，本文針對大田機械化移栽技術與裝備的研究主要從水田、旱田兩個角度分析現有技術與裝備存在的問題，以此提高自動化產品制造質量，保證機械運行性能的穩定。在滿足農藝的條件下提升自動化程度，兼顧成本、質量、效率等，在總結問題的同時給出新思路，為后續大田機械化移栽技術與裝備的研發提供參考。