大葱移栽机的设计与试验研究

第 18 卷 第 2 期 黑 龙 江 八 一 农 垦 大 学 学 报 18（ 2） ： 42 45 2006 年 4 月 J.of Heilongjiang August First Land Reclamation University Apr. 2006 文章编 号： 1002-2090(2005)02-0042-04 大葱移栽机的设计与试验研究 胡军 1 ，封俊 2 ，曾爱军 2 （ 1.黑龙江八一农垦大学工程学院，大庆 163319； 2.中国农业大学） 摘 要： 由于大葱移栽的农艺要求特殊，国产的各种移栽机都不适合大葱这类小株距作物的移栽。为了实现 大 葱 机械化移 栽 ， 作者分析了 国 内各种移栽 机 的结构特 点 ， 确定了以挠 盘 式栽植器为 研 究对象 ， 在 分 析挠 盘 式 栽 植 器运动轨迹 和 特征参数的 基 础上 ， 设计 了 一台挠盘式 大 葱移栽机 ， 田 间 试验结果 不 仅证明了挠 盘 式移栽机 可以满足大葱栽植的农艺要求， 实现小株距移栽，而且验证了挠盘式移栽机设计方法的可靠性。 关键词： 大葱；挠盘式；移栽机；试验 中图分类号： S223.94 文献标识码： 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 大葱原产于亚洲西部高寒地区，在我国栽培历史悠久，遍 布全国各地，是一种重要的蔬菜和调 味品。随着我国农业种植结构调整和大葱出口量逐年增加，许多地区都把大葱种植作为一项产业来 发展，种植面积迅速扩大，成为区域规模种植的经济作物之一。由于传统手工移栽作业的劳动强度 高且 生 产 率 低 ， 农民 对 大葱 移 栽 的 机械 化 要 求 越来 越 迫 切 ， 因 此设 计 和研 究 大 葱 移栽 机 是 非 常 必 要的 。 大葱栽植期一般在 5 7 月 份 ， 传统 人 工移栽分 为 插葱法和 排 葱法 。 人 工 栽植的缺 点 是生产效率 低，劳动强度高。与其他移栽作物相比，大葱栽植的主要特点是：第一，小株距。一般作物的栽植 株距是 20 50 cm， 而大 葱的株距仅有 5 10cm。第二，深度较深。一般作物的栽植深度为 3 5cm， 而大葱的栽植深度为 6 10cm。第三，不能窝根，由于葱白的质量决定了大葱的产品质量，因此要 求栽植时不能窝根。 由于大葱移栽农艺要求的特殊性，现有的移栽机均难以实现大葱这类小株距作物的移栽。为了 实 现 大葱机械 化 移栽 ， 在 分 析国内各 种 移栽机结 构 型式和特 点 的基础上 ， 研 制 了一 种 挠盘式移 栽 机。 收稿日期： 2006-03-03 作者简介：胡军（ 1972-） ，男，讲师，吉林大学在读博士研究生。 通讯作者：封俊，男，副教授，硕士研究生导师。 Email：。 y 第 2 期 胡军等：大葱移栽机的设计与试验研究 43 1 大葱移栽机的结构与工作原理 1.1 移栽机的结构 为 满 足大葱的 栽 植要求 ， 本文设计的 挠 盘式大葱 移 栽机为半 自 动悬挂 式 ， 采用单组 仿 形结 构 （如 图 1 所 示 ） 。 每 个 单组的工 作 部件包括 供 苗输送带 、 垂 直 输送带 、 挠 盘式 栽 植器 、 开 沟 器 、 覆土 镇 压 轮、仿行传动地轮、传动机构、仿形机构、悬挂机构及机架等。 1.悬挂机构； 2.仿行传动地轮； 3.机架； 4.输送带； 5.开沟器； 6.挠盘栽植器； 7.覆土镇压轮 图 1 大葱移栽机结构简图 供苗输送带由帆布带和橡胶块制成，由三个传动辊张紧成三角形。橡胶块在帆布带上按一定的 间隔固定，两相邻橡胶块之间形成宽度为 2 cm的秧槽。垂直输送带为平面橡胶环带。供苗输送带的 水平段是移栽机的喂苗区，其垂直段与垂直输送带同步向下运动，输送葱苗，形成大葱的运输区。 挠盘式栽植器由两个互成一定夹角的金属圆盘 构成，内侧有环形橡胶，两圆盘之间形成具有一定宽 度的夹苗狭缝，构成夹持平面以夹持葱苗。金属圆盘上开有许多的传动齿槽，在特制链轮的驱动下 转动。开沟器为滑刀式，安装在垂直输送带的下面，起开沟作用。覆土镇压轮安装在圆盘栽植器的 后面，起覆土镇压作用。仿形传动地轮安装在开沟器的前面，起仿形和传动的作用。 1.2 移栽机的工作原理 大葱移栽机的工作原理如图 2 所示。作业时，由拖拉机牵引移栽机前进，操作人员将葱苗依次 放入供苗输送带上的秧槽内。在供苗输送带的带动下，葱苗由水平运动转为垂直运动，当供苗输送 带与垂直 输送带夹持葱苗输送到挠盘式栽植器时，葱苗被转动的挠盘栽植器夹住，同时脱离输送带 的夹持，葱苗的运动由水平运动变为绕圆盘中心的旋转运动，并进入开沟器开出的栽植沟内，当葱 苗转到适当位置时，栽植器将葱苗释放，葱苗在重力作用下落到栽植沟内，开沟器尾部回土流将根 部覆盖，覆土镇压轮及时由后向前将根部土壤压实，完成栽植全过程。 2 挠性圆盘式栽植器的运动轨迹 如图 3 所示，挠盘在绕自身轴匀速转动的同时，随拖拉机沿水平方向匀速运动。工作时，挠盘 的运动是拖拉机前进运动和挠盘圆周运动的合成。因此，挠盘的运动轨迹方程为： x Vm (t cos(t) (1) H R sin(t) 式中： Vm 拖拉机前进速度 挠盘转动的角速度 t 时间 H 挠盘圆心距沟底的高度 44 黑 龙 江 八 一 农 垦 大 学 学 报 第 18 卷 R 挠盘转动半径 特征参数 RVm (2) 挠盘运动轨迹的形状取决于值的大小。由图 3 可知，当 1 时不能形成余摆线环扣，轨迹 曲线上各切点的方向就是挠盘绝对速度的方向，在轨迹曲线上不存在与拖拉机前进方向相反的水平 速度分量，要实现零速投苗是不可能的。对于移栽秧苗来说，无论挠性圆 盘在哪一点释放秧苗，秧 苗 都 存在与机 器 前进方向 相 同的水平 分 速度 ； 换 言 之 ， 从理 论 上就可以 说 明栽植的 秧 苗会产生 前 倾， 不能保证栽植秧苗的直立度要求。只有当 1 时，余摆线环扣的下半部分具有与拖拉机前进方向 相反的水平速度分量，才有可能实现零速投苗。因此 1 是挠盘式栽植器正常工作的必要条件。 1.垂直输送带； 2.供苗输送带； 3.葱苗 4.覆土镇压轮； 5.挠盘栽植器； 6.开沟器 图 2 大葱移栽机工作原理示意 图 图 3 不同特征参数下挠盘的运动轨迹曲线 3 试验实施 通 过 对挠盘和 葱 苗的运动 轨 迹分析 ， 可 知特征参 数 1 是挠盘式栽植器正常工作的必要条件。 为了验证理论分析的正确性 ，作者设计了一台挠盘式大葱移栽机，并进行了田间试验。 3.1 试验装置及试验条件 3.1.1 试验装置 为了试验方便，本文设计的挠盘式移栽机在主要结构上设计成可调的。挠盘式栽植器两圆盘夹 角可调，调节范围在 9 11；开沟器与挠盘中心的位置可调，调节位置分为 60、 40、 20、 0 mm四 个；通过更换链轮实现不同的传动比组合。 3.1.2 试验条件 (1)采用高度 L=400 mm，直径 D 10 mm的大葱作为试验葱苗，重量在 30 40 g之间。 (2) 试 验土壤 为 耕翻平整 良 好的壤 土 （ 中 国农业 大 学 （西区 ） 农 业工程 教 研室试验 田 ） 。 土壤含 水率为 5.6% 8.1%。每次试验移栽 20 株葱苗，每组试验重复 3 次，根据文献 1的检测方法进行测 量计算。 3.1.3 检测指标 根据文献 1的检测方法，葱苗的直立度用苗体与地面的夹角，即栽植倾角来划分： 优良： 70；合格： 45；倒伏： 45。 第 2 期 胡军等：大葱移栽机的设计与试验研究 45 相应地，用直立度合格率、直立度优良率来评价葱苗的直立度。 3.2 试验结果与分析 3.2.1 试验结果 为了验证值对栽植质量的影响，在给定圆盘半径 R=200 mm，葱苗直径 D=10 mm，理论株距为 70 mm时，通过调整试验装置，改变传动比使特征参数值改变。选取四组不同的特征参数值，分别取 0.8、 1.15、 1.56、 2.61 四种情况下进行验证试验。试验结果如表 1。 表 1 特征参数对栽植性能的影响 株距变异 系数（ %） 栽植倾角 平均值（ ） 直立度 合格率（ %） 直立度 优良率（ %） 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 结果分析 试验结果如 表 1 所示，由表中数据可得到以下结论： （ 1）当特征参数值 1 时，样机栽植性能良好；当 1 时，样机不能完成大葱的栽植要求。 （ 2）在特征参数值 1.15 时，样机栽植性能良好，葱苗栽植倾角的平均值达到 84.85，直 立度合格率和优良率均达 到 90%以上。 （ 3） 在不同 特 征参数值 下 （ 1.56、 2.61） ， 样机栽植 性 能良好 ， 葱苗 栽 植倾 角 的平均值 分 别 达到 78.53和 83.80 ， 说 明 值 大 小对栽植 直 立度和优 良 率的影响 并 不是很明显 ， 也说明 了 对挠 盘运动轨迹的分析是正确的。 4 结论与讨论 通过对大葱移栽机的设计与试验研究表明： 4.1 在对挠盘式移栽机的运动过程和运动轨迹分析的基础上，得出特征参数 1 是挠性圆盘式移 栽机正常工作的必要条件，试验结果也证明了该结果的正确性。 4.2 田间试验结果证明，挠盘式移栽机能够实现小株距移栽，可满足大葱栽植的农艺要求，而且也 验证了挠盘式移栽机设计方法的可靠性。 4.3 试验结果中，苗体栽植倾角均小于 90，有略微前倾的趋 势，可能与土壤本身、回土流及覆土 轮位置的影响有关，这些问题还有待进一步研究。 参考文献： 1 封俊，顾世康，曾爱军，等 . 导苗管式栽植机的试验研究 ( )栽植机的性能评价指标与检测方法 J.农业工程 学报， 1998， 14（ 2） ： 73 77. 2 高正路 .2ZY-2 型油菜移栽机的设计 J.山东农机， 2001， （ 3） ： 10 12. 3 封俊，秦贵，宋卫堂，等 .移栽机的吊杯运动分析与设计准则 J.农业机械学报， 2002， 33（ 5） ： 48 500 4 何启伟，苏德恕，赵德婉 .山东 名产蔬菜 M.济南：山东科学技术出版社， 1990. 5 胡军，封俊，曾爱军，等 .大葱移栽机的现状与发展前景 J.农机化研究， 2002， （ 1） ： 39 41. 6 韩占