汪志遠(yuǎn)

（池州學(xué)院，安徽 池州 247000）

育苗移栽是我國農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的常用技術(shù)，能夠有效提升作物生長率和成活率，實現(xiàn)氣候補償。在實際應(yīng)用中，需要根據(jù)作物生長特點選擇合適的機械化技術(shù)與裝置進(jìn)行移栽，現(xiàn)階段我國對裝備的研發(fā)已經(jīng)突破原有的部分技術(shù)限制，可根據(jù)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(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。

1 水田機械化移栽技術(shù)與裝備

1.1 技術(shù)裝備研究

目前在我國范圍內(nèi)使用較廣的大缽體毯狀移栽技術(shù)，主要應(yīng)用機拋秧、機擺栽、機插秧等方式，但機拋秧技術(shù)具有無序性特點，現(xiàn)階段應(yīng)用比較常見的是后兩者。在技術(shù)應(yīng)用方面注重農(nóng)機與農(nóng)藝的融合，將毯苗插秧與缽體移栽技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計了新型的機插缽體毯狀育秧盤，其結(jié)構(gòu)的組成包括缽體、邊壁、加強筋、橫向縱向連通溝槽等。根據(jù)現(xiàn)有的機械形態(tài)和運作情況展開分析，秧盤中缽體結(jié)構(gòu)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(tài)[1]?？v向與橫向缽數(shù)分別為30個和14個，每盤缽數(shù)為420個，邊壁縱向內(nèi)外部尺寸分別為575 mm和585 mm，橫向分別為285 mm和294 mm。在進(jìn)行裝備制作時，會應(yīng)用PVC熱塑一次成型，缽穴深度和容積的設(shè)計滿足移栽標(biāo)準(zhǔn)，分別為16 mm和3.3 mL。

1.2 研究進(jìn)展分析

針對水田移栽技術(shù)和裝置研究進(jìn)展的討論，目前對水稻毯苗移栽技術(shù)的研究逐漸成熟，能夠根據(jù)取苗方式的差異進(jìn)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(fù)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(xù)完成夾苗、拔苗、持苗以及推苗的動作。本研究詳細(xì)總結(jié)以往裝備類型、機型，并分析其主要特點，匯總優(yōu)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(gòu)，屬于毯苗機械，株距有4段可調(diào)，深度6段可調(diào)，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(yè)，搖桿高速運轉(zhuǎn)振動較大，容易導(dǎo)致田間出現(xiàn)淤泥現(xiàn)象。

2）久保田2ZGQ-6D1（SPV-6CMD）型號乘坐式插秧機，為旋轉(zhuǎn)式分插機構(gòu)，屬于毯苗機械，株距和栽植深度均為7段可調(diào)，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(yè)，但容易由于振動過大而導(dǎo)致構(gòu)件松脫，或發(fā)生阻塞[2]。

3）井關(guān)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(jié)構(gòu)復(fù)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(guān)PZP-80型一致，其核心技術(shù)從日本引進(jìn)，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(gòu)，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(zhuǎn)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(lián)重科2ZPY-13A型水稻拋秧機，沿著拋秧帶進(jìn)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(diào)，每次拋擲行數(shù)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(xiàn)階段大面積水田機械化移栽技術(shù)與裝備應(yīng)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(yè)需求，經(jīng)過研究及設(shè)備創(chuàng)新后，研發(fā)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(jié)構(gòu)符合設(shè)備運作的安全規(guī)范，而且移栽效率能夠達(dá)到200株/（min·行）。針對這一技術(shù)的研究進(jìn)展如下：

這一機械化移栽技術(shù)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(jìn)行設(shè)計時發(fā)現(xiàn)其傳遞過程相對煩瑣，整體構(gòu)造成本較高，因此在后續(xù)研究中側(cè)重點放在夾出式取苗方向，又根據(jù)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(shè)備主要應(yīng)用機械手完成夾取行為，利用單片機編程設(shè)計參數(shù)，并配套滑道實現(xiàn)秧苗滑動，完成移栽工序[4]。而后，部分學(xué)者又對裝置進(jìn)行創(chuàng)新，設(shè)置可變行距的裝置，提出應(yīng)用兩套非圓齒輪的行星輪系結(jié)構(gòu)，但其中的桿結(jié)構(gòu)振動會影響移栽質(zhì)量，鑒于桿部問題，又設(shè)計出非圓齒輪的旋轉(zhuǎn)式缽苗移栽裝置，針對嚙合位置的剛性振動問題設(shè)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(shù)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(xiàn)有的運行裝置技術(shù)，有效提高作業(yè)效率。

針對該技術(shù)的優(yōu)勢分析，在移栽過程中能夠避免田間出現(xiàn)秧苗分布不均、空穴、漏插等現(xiàn)象，采用相關(guān)技術(shù)實現(xiàn)精準(zhǔn)的孔穴種植，保證每個缽孔內(nèi)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(yè)，有效提高農(nóng)作物機械化生產(chǎn)效率和質(zhì)量。該機型在應(yīng)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(shè)計來看，應(yīng)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(chǎn)參數(shù)設(shè)計，其配套動力為250 W的單向減速電機。播種量每盤達(dá)到60 g～100 g，可根據(jù)田地范圍和種植目標(biāo)進(jìn)行調(diào)整。合格率方面能夠達(dá)到90%以上，空穴率僅在2%以下，生產(chǎn)率達(dá)到400盤/h～500盤/h。

1.3 技術(shù)和裝置的改進(jìn)

在技術(shù)和裝置改造方面，相較于以往的部分機械化移栽設(shè)備，2ZBL-400機型裝置對橫向和縱向送秧部分進(jìn)行改良設(shè)計，對比目前久保田、井關(guān)、洋馬等設(shè)備的橫向送秧結(jié)構(gòu)，將原本固定的送秧次數(shù)進(jìn)行改進(jìn)，在不改變傳動箱尺寸的同時改變其內(nèi)部齒輪組合形態(tài)，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(shù)所要求的齒輪，重新設(shè)計送秧次數(shù)，將原本的16、18、20、26改為14、18、20、26，從而實現(xiàn)對不同毯狀苗的應(yīng)用，擴大適用范圍，提升機械設(shè)備通用性[5]。

除了橫向送秧外，縱向送秧部分也進(jìn)行了改進(jìn)優(yōu)化，其目的在于降低縱向送秧所造成的誤差累積與過沖現(xiàn)象，設(shè)計專用的送秧臺、棘輪驅(qū)動定位、輸送帶等。其中棘輪驅(qū)動在設(shè)備運轉(zhuǎn)中發(fā)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(zhǔn)度。完成送秧作業(yè)后，設(shè)備棘輪位置會鎖死，同時避免由于輸送帶振動而導(dǎo)致秧臺移動，極大限度保證送秧精準(zhǔn)性。

2 旱田機械化移栽技術(shù)與裝備

2.1 技術(shù)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(jié)構(gòu)、作物類型、地形等條件，因此針對旱田機械化移栽技術(shù)與裝備的設(shè)計需要更加精細(xì)化。本研究主要從半自動移栽機械角度入手，目前該項技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟，根據(jù)其類型可分為鏈夾式、導(dǎo)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(jìn)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(jié)構(gòu)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(xiàn)漏苗缺苗問題。

2）MULTIPLA型半自動旱田缽苗移栽機，屬于導(dǎo)苗管式類別，相較于上一種效率較高，為60株/（min·行），但難以調(diào)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(yè)，不受數(shù)量限制，能夠調(diào)整株距，但其結(jié)構(gòu)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(wěn)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(zhuǎn)杯完成開穴、種植、回轉(zhuǎn)作業(yè)，具有一定扶苗作用，但不適用于小株距移栽作業(yè)。

2.2 研究進(jìn)展分析

針對現(xiàn)階段旱田機械化移栽技術(shù)與裝置的應(yīng)用情況研究，可將其類別分為多連桿式驅(qū)動和行星輪系式驅(qū)動，相關(guān)學(xué)者提出應(yīng)用曲柄搖桿復(fù)合平行四邊形栽植裝置，并根據(jù)運動學(xué)模型參數(shù)設(shè)計。而后又有學(xué)者對雙曲柄五桿栽植裝置的運行進(jìn)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(jié)構(gòu)雖然能夠根據(jù)特定栽植軌跡運作，但在實際作業(yè)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(jìn)行改造升級，其結(jié)構(gòu)涉及行星輪結(jié)構(gòu)、吊杯式結(jié)構(gòu)、凸輪結(jié)構(gòu)，移栽裝置前進(jìn)過程中會在行星輪的作用下通過凸輪進(jìn)行開合運動，實現(xiàn)對地面的打穴與栽植。

針對行星輪系的栽植裝置，有學(xué)者提出采用橢圓齒輪結(jié)構(gòu)，相較于原來的多桿式結(jié)構(gòu)，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(xiàn)的振動和沖擊效果也相對較小，但軌跡環(huán)扣相對較大，直立度也在90%以下[8]。為了進(jìn)一步強化農(nóng)機與農(nóng)藝的結(jié)合，有學(xué)者針對缽苗運動微積分方程進(jìn)行分析，并根據(jù)橢圓齒輪行星輪系運行方式對機械進(jìn)行試驗分析，提出兩級非圓齒輪行星輪系傳動結(jié)構(gòu)，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(jìn)行創(chuàng)新，但對比二者的結(jié)構(gòu)、運轉(zhuǎn)情況能夠發(fā)現(xiàn)，多桿式栽植裝置相對復(fù)雜，且難以在高速運轉(zhuǎn)環(huán)境下實現(xiàn)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(shù)與裝備的應(yīng)用能夠有效提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，提高作業(yè)速度和質(zhì)量，近年來，圍繞農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)的研究數(shù)不勝數(shù)，均以提高作物移栽質(zhì)量和效率為目的，強調(diào)根據(jù)田地實際情況采用多樣化技術(shù)，實現(xiàn)持續(xù)性創(chuàng)新。目前來看，大部分裝置結(jié)構(gòu)處于研究試驗階段，本文從國內(nèi)外各類型機械化移栽技術(shù)和裝置應(yīng)用的角度展開論述，總結(jié)當(dāng)前所用機械存在的問題，并提出近年來相關(guān)學(xué)者針對機械化移栽需求所進(jìn)行的技術(shù)革新[9]。其中，水田部分可逐步將運作質(zhì)量更高的2ZBL-400引入農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，旱田部分可逐漸應(yīng)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(xiàn)突破：

一是關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用方面。針對機械化栽植技術(shù)與裝備的創(chuàng)新，需要不斷擺脫原有的技術(shù)限制，總結(jié)技術(shù)問題，在此基礎(chǔ)上優(yōu)化相關(guān)裝置，適當(dāng)引入智能化技術(shù)，面向移栽的特定要求進(jìn)行創(chuàng)新，如高速運轉(zhuǎn)下的振動、秧苗動作等，引入結(jié)構(gòu)拓?fù)?、功能函?shù)等約束[10]。

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

4 結(jié)束語

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