大蔥移栽機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究

第 18 卷 第 2 期 黑 龍 江 八 一 農(nóng) 墾 大 學(xué) 學(xué) 報(bào) 18（ 2） ： 42 45 2006 年 4 月 J.of Heilongjiang August First Land Reclamation University Apr. 2006 文章編 號(hào)： 1002-2090(2005)02-0042-04 大蔥移栽機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究 胡軍 1 ，封俊 2 ，曾愛(ài)軍 2 （ 1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)工程學(xué)院，大慶 163319； 2.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)） 摘 要： 由于大蔥移栽的農(nóng)藝要求特殊，國(guó)產(chǎn)的各種移栽機(jī)都不適合大蔥這類(lèi)小株距作物的移栽。為了實(shí)現(xiàn) 大 蔥 機(jī)械化移 栽 ， 作者分析了 國(guó) 內(nèi)各種移栽 機(jī) 的結(jié)構(gòu)特 點(diǎn) ， 確定了以撓 盤(pán) 式栽植器為 研 究對(duì)象 ， 在 分 析撓 盤(pán) 式 栽 植 器運(yùn)動(dòng)軌跡 和 特征參數(shù)的 基 礎(chǔ)上 ， 設(shè)計(jì) 了 一臺(tái)撓盤(pán)式 大 蔥移栽機(jī) ， 田 間 試驗(yàn)結(jié)果 不 僅證明了撓 盤(pán) 式移栽機(jī) 可以滿(mǎn)足大蔥栽植的農(nóng)藝要求， 實(shí)現(xiàn)小株距移栽，而且驗(yàn)證了撓盤(pán)式移栽機(jī)設(shè)計(jì)方法的可靠性。 關(guān)鍵詞： 大蔥；撓盤(pán)式；移栽機(jī)；試驗(yàn) 中圖分類(lèi)號(hào)： S223.94 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A Design and Experimental Research of Scallion Transplanter HU Jun， FENG Jun， ZENG Ai-jun Abstract： All kinds of available domestic transplanters could not be used to transplanting scallion with a small spacing between seedlings because of its special agricultural need. The structure character of diverse domestic transplanter confirming flexible disks transplanters as research object for implementing scallion mechanical transplant was analyzed here. Based on the analysis of kinetic track and characteristic parameters of flexible disks transplanter, a flexible disks scallion transplanter was designed. The field experimental results not only demonstrated that the transplanter could plant scallion with small space and meet the requirements of the scallion practical planting, but also tested the reliability of design method of the transplanter. Key words： scallion； flexible disks； transplanter； experimental 0 前 言 大蔥原產(chǎn)于亞洲西部高寒地區(qū)，在我國(guó)栽培歷史悠久，遍 布全國(guó)各地，是一種重要的蔬菜和調(diào) 味品。隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整和大蔥出口量逐年增加，許多地區(qū)都把大蔥種植作為一項(xiàng)產(chǎn)業(yè)來(lái) 發(fā)展，種植面積迅速擴(kuò)大，成為區(qū)域規(guī)模種植的經(jīng)濟(jì)作物之一。由于傳統(tǒng)手工移栽作業(yè)的勞動(dòng)強(qiáng)度 高且 生 產(chǎn) 率 低 ， 農(nóng)民 對(duì) 大蔥 移 栽 的 機(jī)械 化 要 求 越來(lái) 越 迫 切 ， 因 此設(shè) 計(jì) 和研 究 大 蔥 移栽 機(jī) 是 非 常 必 要的 。 大蔥栽植期一般在 5 7 月 份 ， 傳統(tǒng) 人 工移栽分 為 插蔥法和 排 蔥法 。 人 工 栽植的缺 點(diǎn) 是生產(chǎn)效率 低，勞動(dòng)強(qiáng)度高。與其他移栽作物相比，大蔥栽植的主要特點(diǎn)是：第一，小株距。一般作物的栽植 株距是 20 50 cm， 而大 蔥的株距僅有 5 10cm。第二，深度較深。一般作物的栽植深度為 3 5cm， 而大蔥的栽植深度為 6 10cm。第三，不能窩根，由于蔥白的質(zhì)量決定了大蔥的產(chǎn)品質(zhì)量，因此要 求栽植時(shí)不能窩根。 由于大蔥移栽農(nóng)藝要求的特殊性，現(xiàn)有的移栽機(jī)均難以實(shí)現(xiàn)大蔥這類(lèi)小株距作物的移栽。為了 實(shí) 現(xiàn) 大蔥機(jī)械 化 移栽 ， 在 分 析國(guó)內(nèi)各 種 移栽機(jī)結(jié) 構(gòu) 型式和特 點(diǎn) 的基礎(chǔ)上 ， 研 制 了一 種 撓盤(pán)式移 栽 機(jī)。 收稿日期： 2006-03-03 作者簡(jiǎn)介：胡軍（ 1972-） ，男，講師，吉林大學(xué)在讀博士研究生。 通訊作者：封俊，男，副教授，碩士研究生導(dǎo)師。 Email：。 y 第 2 期 胡軍等：大蔥移栽機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究 43 1 大蔥移栽機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理 1.1 移栽機(jī)的結(jié)構(gòu) 為 滿(mǎn) 足大蔥的 栽 植要求 ， 本文設(shè)計(jì)的 撓 盤(pán)式大蔥 移 栽機(jī)為半 自 動(dòng)懸掛 式 ， 采用單組 仿 形結(jié) 構(gòu) （如 圖 1 所 示 ） 。 每 個(gè) 單組的工 作 部件包括 供 苗輸送帶 、 垂 直 輸送帶 、 撓 盤(pán)式 栽 植器 、 開(kāi) 溝 器 、 覆土 鎮(zhèn) 壓 輪、仿行傳動(dòng)地輪、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、仿形機(jī)構(gòu)、懸掛機(jī)構(gòu)及機(jī)架等。 1.懸掛機(jī)構(gòu)； 2.仿行傳動(dòng)地輪； 3.機(jī)架； 4.輸送帶； 5.開(kāi)溝器； 6.撓盤(pán)栽植器； 7.覆土鎮(zhèn)壓輪 圖 1 大蔥移栽機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 供苗輸送帶由帆布帶和橡膠塊制成，由三個(gè)傳動(dòng)輥張緊成三角形。橡膠塊在帆布帶上按一定的 間隔固定，兩相鄰橡膠塊之間形成寬度為 2 cm的秧槽。垂直輸送帶為平面橡膠環(huán)帶。供苗輸送帶的 水平段是移栽機(jī)的喂苗區(qū)，其垂直段與垂直輸送帶同步向下運(yùn)動(dòng)，輸送蔥苗，形成大蔥的運(yùn)輸區(qū)。 撓盤(pán)式栽植器由兩個(gè)互成一定夾角的金屬圓盤(pán) 構(gòu)成，內(nèi)側(cè)有環(huán)形橡膠，兩圓盤(pán)之間形成具有一定寬 度的夾苗狹縫，構(gòu)成夾持平面以?shī)A持蔥苗。金屬圓盤(pán)上開(kāi)有許多的傳動(dòng)齒槽，在特制鏈輪的驅(qū)動(dòng)下 轉(zhuǎn)動(dòng)。開(kāi)溝器為滑刀式，安裝在垂直輸送帶的下面，起開(kāi)溝作用。覆土鎮(zhèn)壓輪安裝在圓盤(pán)栽植器的 后面，起覆土鎮(zhèn)壓作用。仿形傳動(dòng)地輪安裝在開(kāi)溝器的前面，起仿形和傳動(dòng)的作用。 1.2 移栽機(jī)的工作原理 大蔥移栽機(jī)的工作原理如圖 2 所示。作業(yè)時(shí)，由拖拉機(jī)牽引移栽機(jī)前進(jìn)，操作人員將蔥苗依次 放入供苗輸送帶上的秧槽內(nèi)。在供苗輸送帶的帶動(dòng)下，蔥苗由水平運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)為垂直運(yùn)動(dòng)，當(dāng)供苗輸送 帶與垂直 輸送帶夾持蔥苗輸送到撓盤(pán)式栽植器時(shí)，蔥苗被轉(zhuǎn)動(dòng)的撓盤(pán)栽植器夾住，同時(shí)脫離輸送帶 的夾持，蔥苗的運(yùn)動(dòng)由水平運(yùn)動(dòng)變?yōu)槔@圓盤(pán)中心的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并進(jìn)入開(kāi)溝器開(kāi)出的栽植溝內(nèi)，當(dāng)蔥 苗轉(zhuǎn)到適當(dāng)位置時(shí)，栽植器將蔥苗釋放，蔥苗在重力作用下落到栽植溝內(nèi)，開(kāi)溝器尾部回土流將根 部覆蓋，覆土鎮(zhèn)壓輪及時(shí)由后向前將根部土壤壓實(shí)，完成栽植全過(guò)程。 2 撓性圓盤(pán)式栽植器的運(yùn)動(dòng)軌跡 如圖 3 所示，撓盤(pán)在繞自身軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，隨拖拉機(jī)沿水平方向勻速運(yùn)動(dòng)。工作時(shí)，撓盤(pán) 的運(yùn)動(dòng)是拖拉機(jī)前進(jìn)運(yùn)動(dòng)和撓盤(pán)圓周運(yùn)動(dòng)的合成。因此，撓盤(pán)的運(yùn)動(dòng)軌跡方程為： x Vm (t cos(t) (1) H R sin(t) 式中： Vm 拖拉機(jī)前進(jìn)速度 撓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度 t 時(shí)間 H 撓盤(pán)圓心距溝底的高度 44 黑 龍 江 八 一 農(nóng) 墾 大 學(xué) 學(xué) 報(bào) 第 18 卷 R 撓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)半徑 特征參數(shù) RVm (2) 撓盤(pán)運(yùn)動(dòng)軌跡的形狀取決于值的大小。由圖 3 可知，當(dāng) 1 時(shí)不能形成余擺線環(huán)扣，軌跡 曲線上各切點(diǎn)的方向就是撓盤(pán)絕對(duì)速度的方向，在軌跡曲線上不存在與拖拉機(jī)前進(jìn)方向相反的水平 速度分量，要實(shí)現(xiàn)零速投苗是不可能的。對(duì)于移栽秧苗來(lái)說(shuō)，無(wú)論撓性圓 盤(pán)在哪一點(diǎn)釋放秧苗，秧 苗 都 存在與機(jī) 器 前進(jìn)方向 相 同的水平 分 速度 ； 換 言 之 ， 從理 論 上就可以 說(shuō) 明栽植的 秧 苗會(huì)產(chǎn)生 前 傾， 不能保證栽植秧苗的直立度要求。只有當(dāng) 1 時(shí)，余擺線環(huán)扣的下半部分具有與拖拉機(jī)前進(jìn)方向 相反的水平速度分量，才有可能實(shí)現(xiàn)零速投苗。因此 1 是撓盤(pán)式栽植器正常工作的必要條件。 1.垂直輸送帶； 2.供苗輸送帶； 3.蔥苗 4.覆土鎮(zhèn)壓輪； 5.撓盤(pán)栽植器； 6.開(kāi)溝器 圖 2 大蔥移栽機(jī)工作原理示意 圖 圖 3 不同特征參數(shù)下?lián)媳P(pán)的運(yùn)動(dòng)軌跡曲線 3 試驗(yàn)實(shí)施 通 過(guò) 對(duì)撓盤(pán)和 蔥 苗的運(yùn)動(dòng) 軌 跡分析 ， 可 知特征參 數(shù) 1 是撓盤(pán)式栽植器正常工作的必要條件。 為了驗(yàn)證理論分析的正確性 ，作者設(shè)計(jì)了一臺(tái)撓盤(pán)式大蔥移栽機(jī)，并進(jìn)行了田間試驗(yàn)。 3.1 試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)條件 3.1.1 試驗(yàn)裝置 為了試驗(yàn)方便，本文設(shè)計(jì)的撓盤(pán)式移栽機(jī)在主要結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)成可調(diào)的。撓盤(pán)式栽植器兩圓盤(pán)夾 角可調(diào)，調(diào)節(jié)范圍在 9 11；開(kāi)溝器與撓盤(pán)中心的位置可調(diào)，調(diào)節(jié)位置分為 60、 40、 20、 0 mm四 個(gè)；通過(guò)更換鏈輪實(shí)現(xiàn)不同的傳動(dòng)比組合。 3.1.2 試驗(yàn)條件 (1)采用高度 L=400 mm，直徑 D 10 mm的大蔥作為試驗(yàn)蔥苗，重量在 30 40 g之間。 (2) 試 驗(yàn)土壤 為 耕翻平整 良 好的壤 土 （ 中 國(guó)農(nóng)業(yè) 大 學(xué) （西區(qū) ） 農(nóng) 業(yè)工程 教 研室試驗(yàn) 田 ） 。 土壤含 水率為 5.6% 8.1%。每次試驗(yàn)移栽 20 株蔥苗，每組試驗(yàn)重復(fù) 3 次，根據(jù)文獻(xiàn) 1的檢測(cè)方法進(jìn)行測(cè) 量計(jì)算。 3.1.3 檢測(cè)指標(biāo) 根據(jù)文獻(xiàn) 1的檢測(cè)方法，蔥苗的直立度用苗體與地面的夾角，即栽植傾角來(lái)劃分： 優(yōu)良： 70；合格： 45；倒伏： 45。 第 2 期 胡軍等：大蔥移栽機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究 45 相應(yīng)地，用直立度合格率、直立度優(yōu)良率來(lái)評(píng)價(jià)蔥苗的直立度。 3.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析 3.2.1 試驗(yàn)結(jié)果 為了驗(yàn)證值對(duì)栽植質(zhì)量的影響，在給定圓盤(pán)半徑 R=200 mm，蔥苗直徑 D=10 mm，理論株距為 70 mm時(shí)，通過(guò)調(diào)整試驗(yàn)裝置，改變傳動(dòng)比使特征參數(shù)值改變。選取四組不同的特征參數(shù)值，分別取 0.8、 1.15、 1.56、 2.61 四種情況下進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如表 1。 表 1 特征參數(shù)對(duì)栽植性能的影響 株距變異 系數(shù)（ %） 栽植傾角 平均值（ ） 直立度 合格率（ %） 直立度 優(yōu)良率（ %） 25.25 84.85 96.67 93.33 10.92 78.53 96.67 85.00 28.69 83.80 91.67 88.13 73.35 30.45 20.35 5.00 3.2.2 結(jié)果分析 試驗(yàn)結(jié)果如 表 1 所示，由表中數(shù)據(jù)可得到以下結(jié)論： （ 1）當(dāng)特征參數(shù)值 1 時(shí)，樣機(jī)栽植性能良好；當(dāng) 1 時(shí)，樣機(jī)不能完成大蔥的栽植要求。 （ 2）在特征參數(shù)值 1.15 時(shí)，樣機(jī)栽植性能良好，蔥苗栽植傾角的平均值達(dá)到 84.85，直 立度合格率和優(yōu)良率均達(dá) 到 90%以上。 （ 3） 在不同 特 征參數(shù)值 下 （ 1.56、 2.61） ， 樣機(jī)栽植 性 能良好 ， 蔥苗 栽 植傾 角 的平均值 分 別 達(dá)到 78.53和 83.80 ， 說(shuō) 明 值 大 小對(duì)栽植 直 立度和優(yōu) 良 率的影響 并 不是很明顯 ， 也說(shuō)明 了 對(duì)撓 盤(pán)運(yùn)動(dòng)軌跡的分析是正確的。 4 結(jié)論與討論 通過(guò)對(duì)大蔥移栽機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究表明： 4.1 在對(duì)撓盤(pán)式移栽機(jī)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程和運(yùn)動(dòng)軌跡分析的基礎(chǔ)上，得出特征參數(shù) 1 是撓性圓盤(pán)式移 栽機(jī)正常工作的必要條件，試驗(yàn)結(jié)果也證明了該結(jié)果的正確性。 4.2 田間試驗(yàn)結(jié)果證明，撓盤(pán)式移栽機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)小株距移栽，可滿(mǎn)足大蔥栽植的農(nóng)藝要求，而且也 驗(yàn)證了撓盤(pán)式移栽機(jī)設(shè)計(jì)方法的可靠性。 4.3 試驗(yàn)結(jié)果中，苗體栽植傾角均小于 90，有略微前傾的趨 勢(shì)，可能與土壤本身、回土流及覆土 輪位置的影響有關(guān)，這些問(wèn)題還有待進(jìn)一步研究。 參考文獻(xiàn)： 1 封俊，顧世康，曾愛(ài)軍，等 . 導(dǎo)苗管式栽植機(jī)的試驗(yàn)研究 ( )栽植機(jī)的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)與檢測(cè)方法 J.農(nóng)業(yè)工程 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