楊濤　張梅　李曉曉　李佳航　凌寧　馬偉

摘要：針對(duì)川芎扦插人工成本較高、效率低等問(wèn)題，設(shè)計(jì)一種鴨嘴式川芎扦插裝備。該裝備主要由扦插機(jī)構(gòu)、覆土機(jī)構(gòu)等構(gòu)成，能夠一次性完成4行苓種扦插、覆土等作業(yè)。建立鴨嘴式栽植器仿真模型，分析其運(yùn)動(dòng)軌跡，探討滿(mǎn)足農(nóng)藝要求的適合投苗點(diǎn)，依據(jù)破土面積較小、直立度較好等原則，結(jié)合“零速投苗原理”確立鴨嘴端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡與相關(guān)的技術(shù)參數(shù)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證倒插率、漏插率、重插率、倒伏率、傷苗率、未填埋率等關(guān)鍵性能指標(biāo)均小于5%，能夠較好地滿(mǎn)足川芎扦插農(nóng)藝要求。

關(guān)鍵詞：川芎；扦插；移栽；吊籃；鴨嘴式栽植器；運(yùn)動(dòng)分析

中圖分類(lèi)號(hào)：S223.9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：20955553 （2023） 11003206

Kinematics analysis and test of the key mechanism of Chuanxiong cutting equipment

Yang Tao Zhang Mei Li Xiaoxiao Li Jiahang Ling Ning Ma Wei

（1. School of Mechanical and Electrical Information， Chengdu Agricultural College， Chengdu， 611130， China；

2. School of Mechanical Engineering， Chengdu University， Chengdu， 610106， China；

3. Institute of Urban Agriculture， Chinese Academy of Agricultural Sciences， Chengdu， 610213， China）

Abstract：Aiming at the problems of high labor cost and low efficiency of Chuanxiong cuttings， a duck-billed Chuanxiong cutting equipment was designed. The equipment is mainly composed of cutting mechanism， soil covering mechanism， etc.， which can complete cutting and soil covering of 4 rows at one time. A simulation model of the duckbill planter was established， its movement track was analyzed， and the suitable seedling point was explored to meet the agronomic requirements. The duckbill was established based on the principles of smaller broken soil area and better erection， combined with the principle of zero-speed seedling throwing. The movement trajectory and related technical parameters of the machine were verified by field tests， so as to verify that the key performance indicators such as inverted insertion rate， missed insertion rate， reinsertion rate， lodging rate， damaged seedling rate， and unfilled rate were all less than 5%， which could well meet the agronomic requirements for Chuanxiong cuttings.

Keywords：Chuanxiong; cutting; transplanting; hanging basket; duckbill type transplanter; motion analysis

0引言

川芎是主要“川產(chǎn)道地”藥材之一，主產(chǎn)于彭州、什邡、都江堰、眉山、邛崍等地?！端拇ㄊ≈兴幉漠a(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2018—2025年）》（川中醫(yī)藥強(qiáng)省辦發(fā)〔2019〕6號(hào)）文件顯示，2020年四川盆地川芎常年種植面積超過(guò)10khm²，到2025年種植面積達(dá)13.4khm²［1］。隨著規(guī)?；某掷m(xù)推進(jìn)與人力成本的逐年上升，用戶(hù)對(duì)機(jī)械化的需求尤為迫切。當(dāng)前，四川省乃至全國(guó)根莖類(lèi)中藥材生產(chǎn)綜合機(jī)械化水平滯后主要糧食作物（小麥、水稻等）機(jī)械化水平約20年，僅施肥、施藥環(huán)節(jié)有少量通用型植保無(wú)人機(jī)參與，尤其是中藥材移栽與收獲環(huán)節(jié)相關(guān)作業(yè)機(jī)械尤為短缺甚至處于空白［1］。

中藥材生產(chǎn)全程機(jī)械化發(fā)展還處于起步階段，秧苗類(lèi)、種子類(lèi)中藥材移栽已經(jīng)有不少科研院所、高校展開(kāi)了技術(shù)攻關(guān)［23］。李樹(shù)森等［4］設(shè)計(jì)了一種具有急回特性的新型六桿移栽機(jī)構(gòu)，并驗(yàn)證了栽植深度、株距、直立度的要求；尹大慶等［5］設(shè)計(jì)了一種高速變姿態(tài)接苗鴨嘴式移栽機(jī)構(gòu)，在羊角椒移栽試驗(yàn)中平均移栽合格率達(dá)99.8%；劉洋等［6］為了提高吊籃式移栽機(jī)構(gòu)喂苗準(zhǔn)確率和降低苗缽質(zhì)量損失，利用接觸力學(xué)建立苗缽最大變形量的方程，并用高速攝像機(jī)觀察番茄穴盤(pán)苗與栽植器的碰撞運(yùn)動(dòng)，得出影響喂苗準(zhǔn)確率和苗缽質(zhì)量損失的主要因素。顯然，中藥材移栽機(jī)械的研究集中在秧苗類(lèi)、種子類(lèi)藥材移栽方面，對(duì)于根莖類(lèi)藥材移栽、扦插的研究甚少。秧苗類(lèi)蔬菜移栽機(jī)械的研究為中藥材移栽機(jī)的研究與應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)［7］。本文結(jié)合川芎扦插農(nóng)藝要求，參考蔬菜移栽機(jī)械基本原理，研制國(guó)內(nèi)首款川芎扦插樣機(jī)，并對(duì)其核心部件鴨嘴式栽植器進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，進(jìn)而確立樣機(jī)相關(guān)技術(shù)參數(shù)，解決人工扦插成本高、效率低的問(wèn)題，有效推動(dòng)川芎生產(chǎn)全程機(jī)械化發(fā)展進(jìn)程。

1設(shè)計(jì)要求與整機(jī)結(jié)構(gòu)

1.1設(shè)計(jì)要求與主要性能指標(biāo)

川芎為無(wú)性繁殖，母子（留種的川芎）被稱(chēng)為苓種，呈圓柱狀，長(zhǎng)約2～6cm、粗約1～2cm，節(jié)盤(pán)直徑在1.3～2.5cm，苓種種植密度要求株距20～25cm、行距25～35cm［8］。扦插效果要求：（1）苓種節(jié)盤(pán)必須與土壤接觸，即要求苓種填埋于土壤不能裸露于地表，以便于苓種生根發(fā)芽；（2）苓種芽口必須朝上，切記倒插以提高苓種發(fā)芽率和成活率；（3）不能出現(xiàn)重播、漏播，以免造成苓種浪費(fèi)和缺窩減產(chǎn)現(xiàn)象，尤其是空穴數(shù)量不宜過(guò)多；（4）扦插后苓種應(yīng)盡量直立，不能東倒西歪呈倒伏狀。那么，根據(jù)川芎扦插農(nóng)藝要求進(jìn)一步明確扦插機(jī)主要性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

1.2整機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理

川芎扦插機(jī)整體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1，工作原理見(jiàn)圖2。扦插機(jī)構(gòu)安裝于旋耕機(jī)后，扦插機(jī)在拖拉機(jī)牽引下地輪隨之滾動(dòng)，再通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)扦插機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)，以完成苓種扦插作業(yè)。扦插機(jī)構(gòu)采用偏心圓盤(pán)式吊籃結(jié)構(gòu)，其栽植器呈鴨嘴狀。作業(yè)時(shí)需2～4名操作員端坐于座椅上，將擱置臺(tái)上的苓種逐一按芽口朝上的要求從投喂口喂入栽植器，再由扦插機(jī)構(gòu)將其插入土壤中填埋。并且，安裝于扦插機(jī)構(gòu)后方的覆土機(jī)構(gòu)還能夠在扦插后進(jìn)一步覆土以獲得更好的扦插效果。

2關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

川芎扦插機(jī)由扦插機(jī)構(gòu)、覆土機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)架等組成，其核心在于傳動(dòng)系統(tǒng)與扦插機(jī)構(gòu)兩部分。

2.1傳動(dòng)系統(tǒng)

地輪在拖拉機(jī)牽引力作用下在地面滾動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)扦插機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)?？紤]到扦插機(jī)空間結(jié)構(gòu)、作業(yè)效率、扦插頻率、川芎種植株距的要求，采用二級(jí)鏈傳動(dòng)系統(tǒng)，如圖3所示。

為保證扦插機(jī)作業(yè)效率，參考人工扦插作業(yè)效率可知拖拉機(jī)行駛速度v≥0.2m/s；地輪選用半徑為R0=0.3m的人字紋輪胎。為避免漏插，就需要保證無(wú)彈性滑動(dòng)和打滑現(xiàn)象，要求平均傳動(dòng)比較為準(zhǔn)確、工作可靠、效率高。因而，鏈傳動(dòng)是最適宜的選擇。而且，地輪與吊籃空間位置關(guān)系就決定了必須采用二級(jí)傳動(dòng)。

由傳動(dòng)比計(jì)算公式（1），得出地輪轉(zhuǎn)速n₁與吊籃轉(zhuǎn)速n₂的關(guān)系，結(jié)合扦插頻率f=60株/min確定地輪與吊籃傳動(dòng)比i₀=0.75。從圖3可以看出，在拖拉機(jī)拖動(dòng)作用下使得地輪滾動(dòng)并帶動(dòng)了吊籃的作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可用式（2）確定扦插機(jī)構(gòu)所需的功率P_w約為712W，并由此確定計(jì)算功率P_c約為925W，進(jìn)而依據(jù)鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)步驟與方法進(jìn)一步確定鏈輪轉(zhuǎn)速、齒數(shù)、中心距、鏈節(jié)數(shù)、鏈型號(hào)等參數(shù)，以完成鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)。

i₀=i₁i₂=Z_aZ₂/Z₁Z_b（1）

式中：

i₁——第Ⅰ級(jí)傳動(dòng)比；

i₂——第Ⅱ級(jí)傳動(dòng)比；

Z₁——地輪所用的鏈輪齒數(shù)，Z₁=19；

Z_a——中間軸與地輪連接鏈輪齒數(shù)，Z_a=14；

Z_b——中間軸與吊籃連接鏈輪齒數(shù)，Z_b=15；

Z₂——吊籃所用的鏈輪齒數(shù)，Z₂=27。

P_w=2μmgv₀/1 000η_w（2）

式中：

μ——滾動(dòng)摩擦系數(shù)，取μ=0.3；

m——扦插機(jī)構(gòu)的質(zhì)量，滿(mǎn)載時(shí)取m=500kg；

v₀——拖拉機(jī)的行駛速度，m/s；

η_w——為傳動(dòng)效率，取η_w=0.95。

2.2扦插機(jī)構(gòu)

扦插機(jī)構(gòu)采用偏心圓盤(pán)式吊籃結(jié)構(gòu)，如圖4所示。由偏心圓盤(pán)、同心圓盤(pán)、栽植器等構(gòu)成，栽植器下方呈鴨嘴狀，同心圓盤(pán)與偏心圓盤(pán)通過(guò)多個(gè)“Z型”桿連接，鴨嘴式栽植器則均勻地周布于兩圓盤(pán)之間。由此，形成多組平行四桿機(jī)構(gòu)，使得栽植器在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中能夠始終保持鴨嘴豎直向下，從而保證扦插苓種不至于倒伏［9］。工作時(shí)，當(dāng)栽植器上的滾子與吊籃支架上的導(dǎo)軌接觸后會(huì)推動(dòng)滾子向鴨嘴內(nèi)部方向運(yùn)動(dòng)，在杠桿原理的作用下迫使栽植器底部鴨嘴向相反方向運(yùn)動(dòng)，也就張開(kāi)了鴨嘴；當(dāng)?shù)趸@繼續(xù)旋轉(zhuǎn)到滾子脫離導(dǎo)軌后，栽植器在回位彈簧的作用下迅速閉合鴨嘴。即栽植器在插入土壤后迅速?gòu)堥_(kāi)鴨嘴以便苓種落入土壤，同時(shí)在鴨嘴離開(kāi)土壤后四周的土壤能夠迅速回落以填埋苓種。由此，也便完成了苓種扦插作業(yè)。

鴨嘴式栽植器由投苗杯、鴨嘴、復(fù)位彈簧、銷(xiāo)軸等部件構(gòu)成，如圖5所示。其中，投苗杯起著接收苓種和扶正苓種的作用。若投苗杯內(nèi)徑過(guò)小，可能會(huì)出現(xiàn)掛苗現(xiàn)象，進(jìn)而造成漏插；若投苗杯內(nèi)徑過(guò)大，不僅會(huì)迫使整個(gè)吊籃結(jié)構(gòu)增大，還會(huì)影響到苓種扦插的直立度。那么，投苗杯內(nèi)徑在滿(mǎn)足川芎苓種扦插作業(yè)質(zhì)量的前提下要盡可能地減小體積。

根據(jù)苓種的基本形狀和大小特征，確定投苗杯長(zhǎng)寬為90mm×90mm。此外，鴨嘴開(kāi)口直徑d0必須大于苓種節(jié)盤(pán)直徑13～25mm。同時(shí)，空間尺寸又受到吊籃體積的限制。由此，確立鴨嘴式栽植器體積為160mm×110mm×210mm。考慮到扦插機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊與操作方便性，同時(shí)還要滿(mǎn)足扦插株距L=20～25cm、行距D=25～35cm、扦插深度d=0～8mm的要求。初步選定吊籃回轉(zhuǎn)半徑R=0.22m、行距D=30cm，扦插深度d=0～8mm可調(diào)，一次栽植4行，幅寬1.3m。由此，得到扦插機(jī)主要性能參數(shù)，進(jìn)而由仿真試驗(yàn)得到鴨嘴栽植器運(yùn)動(dòng)軌跡；再結(jié)合扦插效果（漏插率、倒插率、重插率、倒伏率、傷苗率、未填埋率等關(guān)鍵指標(biāo)均小于5%，進(jìn)一步從運(yùn)動(dòng)軌跡中分析計(jì)算或驗(yàn)證出拖拉機(jī)行駛速度v、鏈輪齒數(shù)z、移栽頻率f、鴨嘴數(shù)量N等關(guān)鍵指標(biāo)。

3栽植機(jī)構(gòu)仿真分析與關(guān)鍵參數(shù)確定

3.1鴨嘴運(yùn)動(dòng)軌跡仿真分析

3.1.1構(gòu)建鴨嘴運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)學(xué)模型

如何保證扦插苓種的直立度是扦插機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心問(wèn)題之一，鴨嘴是扦插機(jī)構(gòu)的執(zhí)行部件，其運(yùn)動(dòng)軌跡會(huì)直接影響到扦插苓種的直立度。鴨嘴在破土?xí)r若存在水平方向上的速度，會(huì)導(dǎo)致鴨嘴在水平方向上產(chǎn)生滑移，進(jìn)一步造成破土面積大，苓種扦插直立度較差，苓種填埋率較低等問(wèn)題［10］。為進(jìn)一步驗(yàn)證扦插裝置核心部件的運(yùn)動(dòng)軌跡，避免扦插過(guò)程中出現(xiàn)倒伏、帶苗等不良現(xiàn)象，影響扦插效果，還需分析鴨嘴端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡。鴨嘴相對(duì)于吊籃做圓周運(yùn)動(dòng)，同時(shí)在拖拉機(jī)牽引力的作用下沿前進(jìn)方向運(yùn)動(dòng)。由此可知，以吊籃回轉(zhuǎn)中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，建立直角坐標(biāo)系，以拖拉機(jī)前進(jìn)方向?yàn)閄軸，豎直方向?yàn)閅軸。那么，就可以得到鴨嘴端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡是一條擺線并符合式（3）。

x=－［vt+Rcos（ωt）］

y=－Rsin（ωt）（3）

式中：

x——前進(jìn)方向上的位移，m；

y——豎直方向上的位移，m；

ω——吊籃的角速度，rad/s；

t——運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，s。

3.1.2鴨嘴運(yùn)動(dòng)軌跡及分析

對(duì)鴨嘴端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡求導(dǎo)即可得到鴨嘴端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度方程，如式（4）所示。

v_x=－［v－ωRsin（ωt）］

v_y=－ωRcos（ωt）（4）

式中：

v_x——前進(jìn)方向上的速度，m/s；

v_y——豎直方向上的速度，m/s。

由式（4）得到鴨嘴端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡見(jiàn)圖6（a），將其局部放大得到圖6（b）。

前人在對(duì)鴨嘴端點(diǎn)軌跡方程與運(yùn)動(dòng)方程分析的基礎(chǔ)上提出了“零速投苗原理”，即栽植器在栽植秧苗時(shí)水平方向上的速度v_x=0，以保證栽植作物的直立度［11－12］。那么，令λ=ωR/v，并將λ定義為運(yùn)動(dòng)軌跡特征系數(shù)［13］。顯然，當(dāng)λ＞1時(shí)，鴨嘴端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡為Ⅰ，曲線上出現(xiàn)了一個(gè)環(huán)扣。此條件下，鴨嘴端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到A、B兩點(diǎn)時(shí)其水平方向上的速度均為0，在A、B兩點(diǎn)之間均有與拖拉機(jī)行駛方向相反的水平速度。若在A點(diǎn)投苗，苓種存在豎直向下的慣性力，有利于投苗，但投苗點(diǎn)較高；若在B點(diǎn)投苗，苓種存在豎直向上的慣性力，有上拋的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，且投苗點(diǎn)較高；若在AB段投苗，鴨嘴端點(diǎn)有一個(gè)與拖拉機(jī)行駛方向相反的速度，會(huì)造成破土面積大，影響苓種填埋率，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致扦插苓種后傾。但是，在緊隨其后的覆土鎮(zhèn)壓輪的作用下，可進(jìn)一步覆土、扶正，進(jìn)而保證扦插苓種填埋率與直立度。

當(dāng)λ=1時(shí)，鴨嘴端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡為Ⅱ，且軌跡曲線上只有一個(gè)拐點(diǎn)C，說(shuō)明鴨嘴端點(diǎn)在C點(diǎn)時(shí)水平方向上的速度為0，其他位置均存在水平方向上的速度。若在C點(diǎn)位置投苗，最大程度上的減小了破土面積，但鴨嘴端點(diǎn)在投苗后立即沿運(yùn)動(dòng)軌跡向前運(yùn)動(dòng)，存在繼續(xù)帶動(dòng)苓種向前傾的可能性。

當(dāng)λ＜1時(shí)，鴨嘴端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡為Ⅲ，此時(shí)鴨嘴端點(diǎn)水平速度方向與拖拉機(jī)行駛方向相同，鴨嘴端點(diǎn)在入土后仍有一個(gè)相對(duì)向前的速度，無(wú)水平方向速度為0的時(shí)刻。換言之，該條件下無(wú)論何時(shí)扦插苓種均會(huì)導(dǎo)致扦插苓種傾斜，影響直立度要求。

由此，為消除鴨嘴端點(diǎn)入土后水平方向上的速度對(duì)移栽效果的影響，只有在鴨嘴端點(diǎn)到達(dá)最低點(diǎn)時(shí)的線速度等于拖拉機(jī)行駛速度，最大程度上減小了破土面積，才能夠保證扦插苓種的直立度。雖然，從“零速投苗原理”上來(lái)說(shuō)，A、B兩點(diǎn)投苗也符合“零速”要求，但此時(shí)投苗點(diǎn)較高，鴨嘴端點(diǎn)可能還未入土；A、B兩點(diǎn)之間投苗會(huì)有后傾趨勢(shì)，需覆土鎮(zhèn)壓輪“扶正”；C點(diǎn)投苗，破土面積小、填埋率較好，基本符合扦插要求，但存在扦插后繼續(xù)帶苗的可能性。結(jié)合試驗(yàn)效果，選擇在C點(diǎn)投苗符合川芎栽植農(nóng)藝要求。據(jù)此得到拖拉機(jī)行駛速度v、吊籃回轉(zhuǎn)半徑R、吊籃角速度ω等扦插機(jī)構(gòu)關(guān)鍵參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系式（5）。

v=ω₀R₀=ωR（5）

式中：

ω₀——地輪回轉(zhuǎn)角速度，rad/s；

R₀——地輪回轉(zhuǎn)半徑，R₀=0.3m。

3.2關(guān)鍵參數(shù)確定

3.2.1苓種扦插頻率與行駛速度

在確定鴨嘴端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步保證機(jī)構(gòu)尺寸的合理性與扦插效果，需確定傳動(dòng)比、吊籃直徑、株距、鴨嘴數(shù)量等關(guān)鍵參數(shù)。根據(jù)苓種扦插直立度要求又有拖拉機(jī)行駛速度與移栽頻率f、株距L之間符合關(guān)系式（5），由此可計(jì)算出拖拉機(jī)的適宜行駛速度。考慮到人工勞動(dòng)強(qiáng)度與作業(yè)效率，取移栽頻率f=60株/min，則根據(jù)式（6）可得鴨嘴回轉(zhuǎn)半徑R=0.22m。

v=ωR=Lf（6）

3.2.2鴨嘴數(shù)量

扦插機(jī)在扦插作業(yè)過(guò)程中地輪不可避免地會(huì)存在一定的滑移，這使得地輪滾動(dòng)一定圈數(shù)后實(shí)際走過(guò)的距離比理論距離要長(zhǎng)?；坡师?sub>0由式（7）計(jì)算，運(yùn)動(dòng)軌跡特征系數(shù)λ即可改寫(xiě)為式（8）。

ε₀=s－s₀s×100%（7）

式中：

s₀——理論距離，s₀=2πR₀；

s——實(shí)際距離，m。

λ=（1－ε₀）R/R₀i₀（8）

根據(jù)鴨嘴端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡可知，鴨嘴既沿著吊籃回轉(zhuǎn)中心做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，又在拖拉機(jī)牽引下沿前進(jìn)方向移動(dòng)。那么，在1個(gè)周期內(nèi)鴨嘴在前進(jìn)方向上移動(dòng)的距離應(yīng)等于鴨嘴數(shù)量與株距的乘積，即株距與吊籃鴨嘴的數(shù)量N的關(guān)系符合式（9）。

L=2πR₀i₀/N（1－ε₀）（9）

株距與鴨嘴數(shù)量、地輪半徑、傳動(dòng)比、滑移率等直接相關(guān)。試驗(yàn)表明，當(dāng)滑移率較小時(shí)可選擇較大的傳動(dòng)比。

由此，在地輪半徑R₀=0.3m、傳動(dòng)比i₀=0.75、滑移率ε₀=4%的情況下繪制L-N關(guān)系圖，如圖7所示。當(dāng)N=6時(shí)，L約為21cm，符合川芎扦插要求。

4試驗(yàn)分析

試驗(yàn)選取彭州市某企業(yè)川芎種植基地，土壤平均含水率約24.5%、平均溫度約28.5℃，要求旋耕后整地起壟，使用適宜機(jī)械作業(yè)的苓種，長(zhǎng)約6cm。結(jié)合現(xiàn)行GB/T 5667—2008《農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)試驗(yàn)方法》與JB/T 10291—2013《旱地栽植機(jī)械》作業(yè)規(guī)范要求，設(shè)計(jì)了扦插機(jī)扦插效果試驗(yàn)。

試驗(yàn)前準(zhǔn)備好苓種，調(diào)整機(jī)械消除無(wú)關(guān)變量對(duì)試驗(yàn)效果的影響，重點(diǎn)檢驗(yàn)扦插機(jī)倒插率、漏插率、重插率、填埋率、倒伏率、傷苗率、扦插頻率以及在保證作業(yè)效果的前提下的最大扦插效率等指標(biāo)［14］。填埋率是指苓種節(jié)盤(pán)必須接觸土壤，出現(xiàn)懸空或裸露空氣中的苓種視為土壤填埋不合格；倒伏率是指扦插后的苓種直立度較差，影響后續(xù)生長(zhǎng)；傷苗率是指在扦插作業(yè)過(guò)程中機(jī)械裝備對(duì)苓種的損害。倒插率、漏插率、重插率、填埋率、倒伏率、傷苗率等指標(biāo)均可按式（10）計(jì)算，作業(yè)效率η按式（11）計(jì)算。

η_i=n_i／Num×100%i=1，2，…，6 （10）

式中：

Num——扦插的總株數(shù)，株；

n_i——扦插不合格（漏插、倒插、重插、倒伏、傷苗、未填埋等）株數(shù)，株。

η=1.5×1^0－3×（3 600－ct₀）Bv-≥η₀m₀（11）

式中：

c——拖拉機(jī)調(diào)頭次數(shù)；

t0——拖拉機(jī)調(diào)頭需要的時(shí)間，s；

B——作業(yè)寬度，B=1.5m；

v-——拖拉機(jī)作業(yè)平均速度，m/s；

m₀——扦插機(jī)工作需要的總?cè)藬?shù)，m_max=5人；

η₀——

單人人工扦插作業(yè)效率，η₀= 1.1×10^-2hm²/h。

試驗(yàn)中，由拖拉機(jī)牽引移栽機(jī)在基地田間作業(yè)，試驗(yàn)分3組，4人投喂苓種，每組要求拖拉機(jī)行駛30m以上，至少扦插400株，以獲得試驗(yàn)足夠樣本數(shù)據(jù)。

試驗(yàn)分析結(jié)果如表2所示。川芎扦插倒插率、漏插率、重插率、倒伏率、傷苗率、未填埋率等指標(biāo)均小于5%，并且，漏插、重插、倒插主要受到投喂人員的主觀影響，節(jié)盤(pán)未接觸土壤的苓種只出現(xiàn)在兩側(cè)較低矮處，由旋耕機(jī)整地不平導(dǎo)致。扦插效率受到投喂人數(shù)以及投喂人熟練程度的影響，理想情況下按最大作業(yè)速度、4人投喂計(jì)算最大扦插效率大于0.96hm²/h，相較于人工作業(yè)效率提高了1.2倍。由此，無(wú)論是從作業(yè)效果還是作業(yè)效率均能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求與用戶(hù)使用需要，同時(shí)也為進(jìn)一步研制自動(dòng)取苗機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè)奠定基礎(chǔ)。

5結(jié)論

1）? 借鑒蔬菜移栽機(jī)研制經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)吊籃式川芎扦插裝備，構(gòu)建鴨嘴端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)學(xué)模型，分析鴨嘴端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡，結(jié)合川芎扦插農(nóng)藝要求（株距、行距、扦插深度、扦插直立度等）確立具體投苗位置，并詳細(xì)分析計(jì)算出各技術(shù)參數(shù)：傳動(dòng)比i₀=0.75、鴨嘴數(shù)量N=6、扦插頻率f=60株/min、鴨嘴回轉(zhuǎn)半徑R=0.22m等。

2）? 試制川芎扦插樣機(jī)，能夠一次性完成4行苓種扦插、覆土作業(yè)，試驗(yàn)扦插效果，驗(yàn)證倒插率、漏插率、重插率、倒伏率、傷苗率、未填埋率等關(guān)鍵性能指標(biāo)均小于5%，基本滿(mǎn)足農(nóng)藝要求和用戶(hù)使用需求。

參考文獻(xiàn)

［1］楊濤， 凌寧， 李曉曉， 等. 四川根莖類(lèi)中藥材生產(chǎn)全程機(jī)械化現(xiàn)狀與展望［J］. 中國(guó)實(shí)驗(yàn)方劑學(xué)雜志， 2022， 28（9）： 248-257.Yang Tao， Ling Ning， Li Xiaoxiao， et al. Current situation and outlook of mechanization in production of rhizome-type Chinese herbal medicines in Sichuan Province ［J］. Chinese Journal of Experimental Traditional Medical Formulae， 2022， 28（9）： 248-257.

［2］陳大軍， 侯加林， 施國(guó)英， 等. 國(guó)內(nèi)旱地移栽機(jī)技術(shù)現(xiàn)狀分析［J］. 中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)， 2018， 39（7）： 98-102.Chen Dajun， Hou Jialin， Shi Guoying， et al. Analysis on the current situation of technology of domestic dryland transplanter ［J］. Journal of Chinese Agricultural Mechanization， 2018， 39（7）： 98-102.

［3］孫曉曉， 劉洋， 李斌， 等. 穴盤(pán)苗自動(dòng)移栽機(jī)取苗裝置研究現(xiàn)狀及展望［J］. 中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)， 2021， 42（3）： 22-28.Sun Xiaoxiao， Liu Yang， Li Bin， et al. Research status and prospect of the seedling collecting device of the automatic transplanter ［J］. Journal of Chinese Agricultural Mechanization， 2021， 42（3）： 22-28.

［4］李樹(shù)森， 李昱瑩， 丁禹程， 等. 新型六桿移栽機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真分析［J］. 中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)， 2020， 41（2）： 26-31.Li Shusen， Li Yuying， Ding Yucheng， et al. Six-bar linkage design for trans planter and motion simulation analysis ［J］. Journal of Chinese Agricultural Mechanization， 2020， 41（2）： 26-31.

［5］尹大慶， 張諾一， 周脈樂(lè)， 等. 高速變姿態(tài)接苗鴨嘴式栽植機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)與試驗(yàn)［J］. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)， 2020， 51（6）： 65-72.Yin Daqing， Zhang Nuoyi， Zhou Maile， et al. Optimal design and experiment of high-speed duckbill planting mechanism with variable catch-seedling attitude ［J］. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery， 2020， 51（6）： 65-72.

［6］劉洋， 毛罕平， 李亞雄， 等. 吊籃式移栽機(jī)構(gòu)工作參數(shù)優(yōu)化與試驗(yàn)［J］. 江蘇大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2018， 39（3）： 296-302.Liu Yang， Mao Hanping， Li Yaxiong， et al. Optimization of working parameters and experiment for basket transplanter ［J］. Journal of Jiangsu University（Natural Science Edition）， 2018， 39（3）： 296-302.

［7］高慶生， 陳永生， 管春松， 等. 露地蔬菜機(jī)械化移栽作業(yè)現(xiàn)狀及水平分析［J］. 中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)， 2021， 42（11）： 193-197.Gao Qingsheng， Chen Yongsheng， Guan Chunsong， et al. Status and level analysis of mechanized transplanting production of vegetables in open fields ［J］. Journal of Chinese Agricultural Mechanization， 2021， 42（11）： 193-197.

［8］彭芳， 陳媛媛， 陶珊， 等. 四川省川芎栽培現(xiàn)狀調(diào)查與評(píng)價(jià)［J］. 中國(guó)實(shí)驗(yàn)方劑學(xué)雜志， 2020， 26（2）： 181-189.Peng Fang， Chen Yuanyuan， Tao Shan， et al. Investigation and evaluation of cultivation status of ligusticum Chuanxiong in Sichuan ［J］. Chinese Journal of Experimental Traditional Medical Formulae， 2020， 26（2）： 181-189.

［9］崔志超， 管春松， 楊雅婷， 等. 蔬菜機(jī)械化移栽技術(shù)與裝備研究現(xiàn)狀［J］. 中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)， 2020， 41（3）： 85-92.Cui Zhichao， Guan Chunsong， Yang Yating， et al. Research status of vegetable mechanical transplanting technology and equipment ［J］. Journal of Chinese Agricultural Mechanization， 2020， 41（3）： 85-92.

［10］邵園園， 劉藝， 玄冠濤， 等. 多功能鴨嘴式蔬菜移栽機(jī)設(shè)計(jì)與仿真分析［J］. 中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)， 2019， 40（11）：9-12， 34.Shao Yuanyuan， Liu Yi， Xuan Guantao， et al. Design and simulation analysis of multi-function duckbill type vegetable trans planter ［J］. Journal of Chinese Agricultural Mechanization， 2019， 40（11）： 9-12， 34.

［11］杜晟， 王衛(wèi)兵， 王吉奎. 最小破膜條件下吊籃式移栽機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)研究［J］. 中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)， 2016， 37（1）： 5-8， 17.Du Sheng， Wang Weibing， Wang Jikui. Parameters research of dibble-type transplanter for the smallest mulch-film damage ［J］. Journal of Chinese Agricultural Mechanization， 2016， 37（1）： 5-8， 17.

［12］裴曉康， 劉洪杰， 楊欣， 等. 蘋(píng)果苗木移栽機(jī)栽植機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析與試驗(yàn)［J］. 中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)， 2020， 41（6）： 20-25.Pei Xiaokang， Liu Hongjie， Yang Xin， et al. Movement analysis and experiment of planting mechanism of apple seedling transplanting machine ［J］. Journal of Chinese Agricultural Mechanization， 2020， 41（6）： 20-25.

［13］劉洋， 王士國(guó)， 毛罕平， 等. 吊杯式栽植器運(yùn)動(dòng)軌跡優(yōu)化與試驗(yàn)［J］. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究， 2019， 37（3）： 291-298.Liu Yang， Wang Shiguo， Mao Hanping， et al. Trajectory optimization and test of basket-type planting devices ［J］. Agricultural Research in the Arid Areas， 2019， 37（3）： 291-298.

［14］朱興亮， 郭彥克， 韓長(zhǎng)杰， 等. 茄果類(lèi)缽苗自動(dòng)移栽機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)［J］. 中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)， 2021， 42（5）： 19-26.Zhu Xingliang， Guo Yanke， Han Changjie， et al. Design and experiment of automatic transplanter for Solanaceae vegetables pot seedlings ［J］. Journal of Chinese Agricultural Mechanization， 2021， 42（5）： 19-26.