甘薯種植機械化關(guān)鍵技術(shù)與裝備研究進展.pdf

3 6 中國農(nóng)機化學(xué)報2 0 2 5年 D O I 1 0 1 3 7 3 3 j j c a m i s s n 2 0 9 5 5 5 5 3 2 0 2 5 0 7 0 0 6 朱倩 王公仆 張萬枝 等 甘薯種植機械化關(guān)鍵技術(shù)與裝備研究進展 J 中國農(nóng)機化學(xué)報 2 0 2 5 4 6 7 3 6 4 2 Z h u Q i a n W a n g G o n g p u Z h a n g W a n z h i e t a l R e s e a r c h p r o g r e s s o n k e y t e c h n o l o g i e s a n d e q u i p m e n t s o f s w e e t p o t a t o p l a n t i n g m e c h a n i z a t i o n J J o u r n a l o f C h i n e s e A g r i c u l t u r a l M e c h a n i z a t i o n 2 0 2 5 4 6 7 3 6 4 2 甘薯種植機械化關(guān)鍵技術(shù)與裝備研究進展 朱倩1 2 王公仆3 張萬枝1 3 胡良龍3 張婷婷1 4 穆桂脂1 4 1 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)機械與電子工程學(xué)院 山東泰安 2 7 1 0 1 8 2 農(nóng)業(yè)裝備智能化山東省工程研究中心 山東泰安 2 7 1 0 1 8 3 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機械化研究所 南京市 2 1 0 0 1 4 4 山東省設(shè)施園藝智慧生產(chǎn)技術(shù)裝備重點實驗室 籌 山東泰安 2 7 1 0 1 8 摘要 機械化種植是甘薯高效生產(chǎn)中的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)之一 實現(xiàn)甘薯機械化種植對降低勞動強度 提高種植質(zhì)量和效率具 有重要意義 介紹甘薯主產(chǎn)區(qū)分布特點和甘薯種植農(nóng)藝要求 分析國內(nèi)外甘薯起壟 移栽機械化技術(shù)與裝備的發(fā)展現(xiàn)狀 重點闡述甘薯鏈 帶 夾式 多連桿式 撓性圓盤式等移栽機構(gòu)工作特點 研究重點及應(yīng)用領(lǐng)域 結(jié)合現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)背景和甘 薯產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展要求 指出當(dāng)前甘薯種植機械化關(guān)鍵技術(shù)與裝備面臨移栽機械化水平低 關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新不足 符合甘薯種 植農(nóng)藝要求的成熟適用機型缺乏 自動化和智能化作業(yè)裝備缺乏等問題 提出加強基礎(chǔ)理論研究 突破關(guān)鍵技術(shù) 開展適 于甘薯移栽的多樣化技術(shù)與裝備研究 開展甘薯移栽機械自動化和智能化研究等建議 以期為甘薯種植機械化關(guān)鍵技術(shù) 與裝備創(chuàng)新設(shè)計提供參考 關(guān)鍵詞 甘薯 種植機械化 種植農(nóng)藝 種植裝備 中圖分類號 S 2 2 3 9 3 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 2 0 9 5 5 5 5 3 2 0 2 5 0 7 0 0 3 6 0 7 收稿日期 2 0 2 3年1 1月1 5日 修回日期 2 0 2 3年1 2月1 8日 基金項目 山東省薯類產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系農(nóng)業(yè)機械崗位專家項目 S D A I T 1 6 1 0 國家甘薯產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系 C A R S 1 0 第一作者 朱倩 女 1 9 9 9年生 山東濟寧人 碩士研究生 研究方向為農(nóng)業(yè)機械化工程 E m a i l 1 7 8 6 6 7 0 2 0 2 2 1 6 3 c o m 通訊作者 張萬枝 男 1 9 8 6年生 山東棗莊人 博士 副教授 碩導(dǎo) 研究方向為薯類生產(chǎn)全程機械化技術(shù)與裝備 E m a i l z h a n g w a n z h i 1 6 3 c o m Researchprogressonkeytechnologiesandequipmentsofsweetpotatoplantingmechanization ZhuQian1 2 WangGongpu3 ZhangWanzhi1 3 HuLianglong3 ZhangTingting1 4 MuGuizhi1 4 1 CollegeofMechanicalandElectronicEngineering ShandongAgriculturalUniversity Tai an 2 7 1 0 1 8 China 2 ShandongEngineeringResearchCenterofAgriculturalEquipmentIntelligentization Tai an 2 7 1 0 1 8 China 3 NanjingInstituteofAgriculturalMechanization MinistryofAgricultureandRuralAffairs Nanjing 2 1 0 0 1 4 China 4 ShandongKeyLaboratoryofIntelligentProductionTechnologyandEquipmentfor FacilityHorticulture Tai an 2 7 1 0 1 8 China Abstract M e c h a n i z e d p l a n t i n g i s o n e o f t h e k e y t e c h n i c a l l i n k s i n t h e e f f i c i e n t p r o d u c t i o n o f s w e e t p o t a t o T h e r e a l i z a t i o n o f m e c h a n i z e d p l a n t i n g o f s w e e t p o t a t o i s o f g r e a t s i g n i f i c a n c e t o r e d u c e l a b o r i n t e n s i t y a n d i m p r o v e p l a n t i n g q u a l i t y a n d e f f i c i e n c y T h i s p a p e r a n a l y z e s t h e c u r r e n t d e v e l o p m e n t s t a t u s o f m e c h a n i z e d t e c h n o l o g y a n d e q u i p m e n t f o r s w e e t p o t a t o p l a n t i n g b o t h d o m e s t i c a l l y a n d i n t e r n a t i o n a l l y f o c u s i n g o n t h e r e s e a r c h s t a t u s a n d p r o g r e s s o f k e y t e c h n o l o g i e s a n d e q u i p m e n t o f s w e e t p o t a t o c h a i n b a n d c l i p t y p e m u l t i l i n k r o d t y p e f l e x i b l e d i s k t y p e a n d o t h e r t r a n s p l a n t i n g i n s t i t u t i o n s T h i s p a p e r m a i n l y i n t r o d u c e s t h e d i s t r i b u t i o n c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e m a i n s w e e t p o t a t o p r o d u c t i o n a r e a s a n d t h e a g r o n o m i c r e q u i r e m e n t s f o r s w e e t p o t a t o p l a n t i n g T h i s p a p e r a n a l y z e s t h e d e v e l o p m e n t s t a t u s o f s w e e t p o t a t o p l a n t i n g m e c h a n i z a t i o n t e c h n o l o g i e s a n d e q u i p m e n t a t h o m e a n d a b r o a d T h i s a r t i c l e f o c u s e s o n t h e w o r k i n g c h a r a c t e r i s t i c s r e s e a r c h f o c u s a n d a p p l i c a t i o n f i e l d s o f s w e e t p o t a t o c h a i n b e l t c l i p t y p e m u l t i l i n k t y p e f l e x i b l e d i s c t y p e a n d o t h e r t r a n s p l a n t i n g m e c h a n i s m s T h i s a r t i c l e p o i n t s o u t t h a t t h e e x i s t i n g k e y t e c h n o l o g i e s a n d e q u i p m e n t f o r m e c h a n i z e d s w e e t p o t a t o p l a n t i n g a r e f a c e d w i t h p r o b l e m s s u c h a s l o w l e v e l o f s w e e t p o t a t o t r a n s p l a n t i n g m a c h i n e r y i n s u f f i c i e n t i n n o v a t i o n i n k e y t e c h n o l o g i e s l a c k o f m a t u r e a n d a p p l i c a b l e m o d e l s t h a t m e e t t h e a g r o n o m i c r e q u i r e m e n t s o f s w e e t p o t a t o p l a n t i n g a n d l a c k o f 第4 6卷 第7期 2 0 2 5年7月 中國農(nóng)機化學(xué)報 J o u r n a l o f C h i n e s e A g r i c u l t u r a l M e c h a n i z a t i o n V o l 4 6 N o 7 J u l 2 0 2 5 第7期朱倩等 甘薯種植機械化關(guān)鍵技術(shù)與裝備研究進展3 7 a u t o m a t e d a n d i n t e l l i g e n t o p e r a t i o n e q u i p m e n t T h i s p a p e r p r o p o s e s s u g g e s t i o n s s u c h a s s t r e n g t h e n i n g b a s i c t h e o r e t i c a l r e s e a r c h b r e a k i n g t h r o u g h k e y t e c h n o l o g i e s r e s e a r c h i n g d i v e r s i f i e d t e c h n o l o g i e s a n d e q u i p m e n t f o r s w e e t p o t a t o t r a n s p l a n t i n g a n d c o n d u c t i n g a u t o m a t i o n a n d i n t e l l i g e n t r e s e a r c h s o a s t o p r o v i d e r e f e r e n c e f o r t h e i n n o v a t i v e d e s i g n o f k e y t e c h n o l o g i e s a n d e q u i p m e n t o f s w e e t p o t a t o p l a n t i n g m e c h a n i z a t i o n Keywords s w e e t p o t a t o p l a n t i n g m e c h a n i z a t i o n p l a n t i n g a g r o n o m y p l a n t i n g e q u i p m e n t 0 引言 甘薯是世界上重要的糧食作物 兼具飼料 醫(yī)療 能源等多元用途 1 中國是世界上第一大甘薯生產(chǎn) 國 甘薯生產(chǎn)對保障我國糧食安全 促進鄉(xiāng)村振興具有 重要的戰(zhàn)略意義 甘薯種植模式多 農(nóng)藝過程復(fù)雜 導(dǎo) 致甘薯移栽機械化程度較低 2 高性能機械種植裝備 與技術(shù)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)高效生產(chǎn)的基礎(chǔ) 3 因此實現(xiàn)甘薯 機械化移栽對完善甘薯產(chǎn)業(yè) 提高我國甘薯產(chǎn)業(yè)綜合 經(jīng)濟效益具有重要意義 我國甘薯移栽機械化發(fā)展先后經(jīng)歷引進吸收 通用 農(nóng)業(yè)機械改造 移栽機研制 示范推廣等階段 針對不斷 的移栽需求 機械化移栽技術(shù)已取得一定程度的發(fā) 展 4 甘薯機械化移栽以壟作移栽和覆膜壟作移栽為 主 5 兩者工作方式不同 壟作移栽多以開溝后放入甘 薯苗為主 覆膜壟上移栽多以移栽裝置和送苗裝置配合 實現(xiàn)甘薯膜上栽插 目前我國甘薯種植機械化水平偏 低 農(nóng)藝 農(nóng)機相融合的專用機具較少 對人工存在較大依 賴 與甘薯產(chǎn)業(yè)日益發(fā)展需求不匹配 開發(fā)與甘薯農(nóng)藝相 適應(yīng)的機具是甘薯機械化移栽技術(shù)研究的重點工作 本文對甘薯機械化移栽技術(shù)及裝備進行分析 歸 納 在此基礎(chǔ)上展望我國甘薯移栽機械研究的發(fā)展趨 勢 以期為我國甘薯生產(chǎn)機械化發(fā)展提供參考 1 甘薯產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀 1 1 甘薯種植分布與規(guī)模 據(jù)聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織數(shù)據(jù)統(tǒng)計 近幾年我國 甘薯種植面積超過2 0 0 0 k h m 2 總產(chǎn)量約為6 0 0 0 0 k t 占世界總產(chǎn)量的6 5 3 5 6 我國甘薯種植地區(qū)分布 廣泛 可劃分為北方甘薯產(chǎn)區(qū) 南方甘薯產(chǎn)區(qū)和長江流 域甘薯產(chǎn)區(qū)3個主要區(qū)域 7 北方甘薯產(chǎn)區(qū)主要分布 在河北 山西 山東 河南 陜西以及遼寧 吉林南部 南 方甘薯產(chǎn)區(qū)主要分布在福建 江西 湖南 廣東以及廣西 壯族自治區(qū)北部 長江流域甘薯產(chǎn)區(qū)主要分布在四川 重慶 湖北 江西 安徽以及江蘇 1 2 甘薯種植模式 國內(nèi)甘薯移栽以裸苗移栽為主 先經(jīng)過育苗剪苗 然后進行移栽作業(yè) 根據(jù)甘薯苗生長狀況 土壤墑情 氣候條件等差異 甘薯移栽種植模式分為壟作移栽和覆 膜壟作移栽 8 壟作移栽工序簡單 自然移栽環(huán)境達到 適宜條件時 即可采用壟作移栽 地膜覆蓋移栽具有增 溫保墑 減少蟲害 保持土壤水分等優(yōu)點 9 北方地區(qū)以 及春季種植甘薯常使用覆膜壟作移栽方式 甘薯移栽 起壟規(guī)格有大壟單行 小壟單行 大壟雙行等 常見單行 壟寬為6 0 1 0 0 c m 壟高為3 0 4 0 c m 壟距為8 0 1 2 0 c m 不同品種的甘薯起壟規(guī)范不一 在實際移栽起 壟過程中 可結(jié)合甘薯品種和場地規(guī)格進行調(diào)整 甘薯苗由入土節(jié)結(jié)處生根結(jié)薯 為保證結(jié)薯數(shù)量 要求入土節(jié)結(jié)數(shù)多 同時為保證甘薯苗根部通氣性良 好 要求移栽深度淺 1 0 因此造成甘薯苗移栽農(nóng)藝復(fù)雜 目前常見的移栽方法主要有直栽法 斜栽法 水平栽法 和船底型栽法 1 1 如圖1所示 直栽法將甘薯苗垂直栽 插到壟中 結(jié)薯較大 單株結(jié)薯數(shù)量較少 斜栽法將甘薯 苗以一定的傾斜角度栽插到壟中 抗干旱能力強 易生 根 商品薯較多 水平栽法將甘薯苗水平栽插到壟中 入 土較淺且入土結(jié)節(jié)數(shù)多 單株結(jié)薯數(shù)量較多 對土壤的 肥沃度具有一定要求 船底型栽法將甘薯苗的頭尾翹起 埋入土壤中 抗旱力強 單株結(jié)薯多且結(jié)薯均勻 a 直栽法 b 斜栽法 c 水平栽法 d 船底型栽法 圖1 甘薯苗移栽方法 F i g 1 T r a n s p l a n t i n g m e t h o d o f s w e e t p o t a t o s e e d l i n g s 2 甘薯起壟機械化關(guān)鍵技術(shù)與裝備 起壟是甘薯移栽的準(zhǔn)備環(huán)節(jié) 其目的是為甘薯苗提 供適宜的生長環(huán)境 目前 甘薯起壟機機架多為框架 式 采用起壟犁或壟形成型器筑成設(shè)定的壟作形狀 并采 用彈性鎮(zhèn)壓裝置壓實壟體 保證起壟的穩(wěn)定性和緊實度 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機械化研究所設(shè)計的 1 G Q L 2型甘薯雙行旋耕起壟機 可以完成旋耕 起 壟 鎮(zhèn)壓等工作 工作效率較高 德國的G F 8 0 0旋耕 起壟機 由大功率拖拉機牽引 成型器向下呈一定角度 保證了壟體的緊實程度 成型器后端配帶有施肥箱 滴 灌帶鋪設(shè)裝置 可完成旋耕 起壟 施肥 覆滴灌帶等作 業(yè) 減少了進地次數(shù) 王伯凱等 1 2 設(shè)計了甘薯雙壟旋 耕起壟覆膜機 對起壟犁 鎮(zhèn)壓機構(gòu) 覆膜機構(gòu)進行結(jié) 構(gòu)設(shè)計分析 覆膜機構(gòu)使用覆土圓盤將地膜壓實 完成 3 8 中國農(nóng)機化學(xué)報2 0 2 5年 覆膜作業(yè) 史宇亮等 1 3 針對開溝時土壤回流嚴(yán)重等 問題設(shè)計了甘薯起壟整形機犁鏵式開溝起壟裝置 對 犁鏵式開溝起壟裝置進行曲面參數(shù)設(shè)計 牽引阻力分 析以及動力學(xué)仿真 通過試驗分析 該犁鏵式開溝起壟 裝置比壟形成型器筑壟穩(wěn)定性系數(shù)提高2 4 土壤 緊實度提高1 8 k P a 某公司設(shè)計了2 C M 2 1 H型紅 薯起壟施肥覆膜一體機 該機帶有肥料箱 可完成施肥 作業(yè) 采用犁鏵式刮板壓實地膜 某公司針對犁鏵或 圓盤翻土壓蓋地膜效果差等問題 研制了甘薯旋耕起 壟覆膜機 采用旋耕上土器壓實地膜 典型甘薯旋耕 起壟機的主要特點如表1所示 表1 典型甘薯旋耕起壟機的主要特點 T a b 1 K e y f e a t u r e s o f a t y p i c a l s w e e t p o t a t o r o t a r y t i l l e r 機具型號主要特點 1 G Q L 2型甘薯雙 行旋耕起壟機 采用牽引方式連接于拖拉機后方 配 套功率3 8 k W以上 起壟壟數(shù)為 2壟 壟距為8 0 1 0 0 c m 起壟高度 為2 5 c m以上 作業(yè)效率為0 3 0 4 h m 2 h G F 8 0 0旋耕起壟機 采用牽引方式連接于拖拉機后方 配 套功率2 0 0 k W以上 起壟壟數(shù)為 8行 行寬為7 5 c m 起壟高度可調(diào) 作業(yè)效率為0 3 0 4 h m 2 h 2 C M 2 1 H型紅薯 起壟施肥覆膜一 體機 采用牽引方式連接于拖拉機后方 起壟 壟數(shù)為2行 壟距為8 5 9 0 c m 起壟高 度為2 7 3 0 c m 載肥量為2 5 7 5 k g 甘薯旋耕起壟覆 膜機 采用牽引方式連接于拖拉機后方 起 壟行數(shù)為2行 單壟壟距為8 0 1 0 0 c m 起壟高度為2 5 3 0 c m 3 甘薯移栽機械化關(guān)鍵技術(shù)與裝備 甘薯機械化移栽的作業(yè)效果是影響甘薯產(chǎn)量的關(guān) 鍵因素 甘薯裸苗獨特的幾何特征和移栽農(nóng)藝 決定 甘薯移栽技術(shù)與裝備的特殊性 移栽機構(gòu)的作業(yè)質(zhì)量 以及作業(yè)效率是衡量甘薯移栽機作業(yè)效果的關(guān)鍵指 標(biāo) 目前國內(nèi)外具有代表性的甘薯移栽機構(gòu)有鏈 帶 夾式 多連桿式 撓性圓盤式等 1 4 1 5 3 1 鏈 帶 夾式移栽機構(gòu) 鏈 帶 式移栽機構(gòu)主要由鏈條或輸送帶輸送甘薯 苗 苗夾固定在鏈條或輸送帶上 作業(yè)時 人工將甘薯 苗放置在苗夾上 甘薯苗隨鏈條或輸送帶旋轉(zhuǎn)運動 完 成移栽作業(yè) 此類移栽機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單 工作性能穩(wěn)定 可靠 制造成本低 國外甘薯苗鏈 帶 式移栽機研發(fā)較早 機械相對 較成熟 歐美國家多以大型機械移栽為主 美國半自 動鏈夾式移栽機和意大利生產(chǎn)的F P P E V O系列移栽 機由大功率拖拉機帶動 一次作業(yè)可完成大面積的甘 薯苗移栽 作業(yè)效率高 可實現(xiàn)甘薯苗的直栽 國內(nèi)甘薯苗鏈 帶 式移栽機研發(fā)起步較晚 胡良 龍等 8 設(shè)計了2 Z G F 2型甘薯復(fù)式栽植機 可一次性 完成旋耕 起壟 栽插 修壟等作業(yè) 其中鏈夾喂苗機構(gòu) 采用非零速栽插原理使甘薯苗和地面形成一定角度 開溝器和圓盤鎮(zhèn)壓器的協(xié)調(diào)配合完成甘薯苗的斜插 某公司與國家甘薯產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系對甘薯移栽機進一步 優(yōu)化 聯(lián)合研制了2 C G F 2型甘薯復(fù)式移栽機 增設(shè) 水箱裝置 可以實現(xiàn)旋耕 起壟 移栽 澆水復(fù)式作 業(yè) 1 6 劉京蕊等 1 7 針對較長地塊導(dǎo)致水箱儲水不足 等問題 將2 C G F 2型甘薯復(fù)式移栽機水箱裝置改成 滴灌帶鋪設(shè)裝置 提高移栽機的適用程度 Y a n等 1 8 設(shè)計了甘薯苗臥式移栽機 采用輸送帶水平運輸甘薯 苗 甘薯苗到達輸送帶底部時 在重力的作用下掉落到 壟溝中 并使用螺旋覆土機構(gòu)將壟溝兩側(cè)的土壤推入 苗溝 實現(xiàn)甘薯的水平移栽作業(yè) 作業(yè)過程具有旋耕起 壟 開溝 移栽 覆土等工序 河北省農(nóng)林科學(xué)院糧油 作物研究所采用獨特的開溝方式設(shè)計了一種甘薯橫插 移栽機械 鏟刀與牽引機行走方向呈角度設(shè)置 將壟體 分為左 右兩部分 一側(cè)開設(shè)出溝槽 并將土壤堆積在 壟面另一側(cè) 甘薯苗由輸送帶運送至溝槽 推土板將堆 積的土壤推至溝槽 借此可完成甘薯苗的橫插斜 栽 1 9 張萬枝等 2 0 結(jié)合甘薯密植的要求設(shè)計了一種 全自動型甘薯苗橫向水平移栽機 改變了傳統(tǒng)輸送帶 的運行方向 使整個輸送帶處于壟的正上方 實現(xiàn)輸送 帶沿壟向運輸甘薯苗 采用苗帶向移栽機秧苗夾自動放 入甘薯苗 秧苗夾由固定夾板和帶有滾輪的活動夾板組 成 輸送帶豎直段固定有支撐板 在滾輪和支撐板的阻 擋以及彈簧的作用下 實現(xiàn)秧苗夾的開合 甘薯苗掉落 到壟上后覆土裝置工作 完成移栽作業(yè) 該機可實現(xiàn)旋 耕 起壟 移栽 覆土等復(fù)式作業(yè) 結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所 示 為使其適應(yīng)市場需求 聯(lián)合某公司對該移栽機進一 步優(yōu)化改進 設(shè)計秧苗夾始終處于張開狀態(tài) 豎直段采 用擋條防止甘薯苗脫落 秧苗夾帶動甘薯苗進入到壟中 實現(xiàn)甘薯苗的橫向水平移栽 機具后面帶有覆土和壟型 重塑裝置修整壟型 其結(jié)構(gòu)簡單 增加機具穩(wěn)定性 圖2 全自動型甘薯苗橫向水平移栽機示意圖 F i g 2 S c h e m a t i c d i a g r a m o f f u l l y a u t o m a t i c h o r i z o n t a l t r a n s p l a n t i n g m a c h i n e f o r s w e e t p o t a t o s e e d l i n g s 1 起壟裝置 2 苗帶輪 3 秧苗夾 4 支撐板 5 旋耕裝置 第7期朱倩等 甘薯種植機械化關(guān)鍵技術(shù)與裝備研究進展3 9 3 2 多連桿式移栽機構(gòu) 連桿機構(gòu)可實現(xiàn)多種運動曲線 其和末端栽植器 配合 可以完成船底型 傾斜型 垂直型等甘薯苗移栽 運動軌跡 根據(jù)不同姿態(tài)移栽要求對連桿式移栽機構(gòu) 進行結(jié)構(gòu) 參數(shù)設(shè)計 以及靜態(tài) 動態(tài)運動學(xué)分析 調(diào)整 栽植器入土點和出土點的相對位置 該移栽機構(gòu)可適 用于膜上移栽 目前多連桿式移栽機構(gòu)被廣泛推廣使 用 其中四桿機構(gòu)和五桿機構(gòu)應(yīng)用較多 應(yīng)用多連桿式甘薯移栽運動機構(gòu)技術(shù)的移栽機 國外主要以P V H 1 0 3型自走移栽機為代表 對旋耕起 壟后的田間進行移栽作業(yè) 由送苗輸送帶和夾苗爪機 械聯(lián)動配合實現(xiàn)膜上移栽 機械化程度較高 國內(nèi)學(xué)者也對連桿式移栽機構(gòu)展開了大量研究 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)和某公司 2 1 聯(lián)合研制了多功能甘薯移 栽機 由四桿機構(gòu)帶動固定在從動桿上栽植器運動 栽 植器采用凸輪控制的合手式柔性護苗結(jié)構(gòu) 由固定在 主動桿和從動桿鉸鏈處的凸輪和栽植器上的擺桿配合 運動實現(xiàn)栽植器苗夾的開合 利用V B程序選擇出移 栽裝置四桿機構(gòu)最優(yōu)船底型移栽軌跡的參數(shù)組合 根 據(jù)栽植器運動行程設(shè)計出凸輪邊緣輪廓曲線 實現(xiàn)膜 上甘薯船底型移栽 該移栽機可完成旋耕 施肥 起壟 覆膜 移栽 澆水多項作業(yè) 提高甘薯移栽效率 李慧 等 2 2 基于P V H系列移栽機研制了丘陵山地甘薯膜上 仿形扦插移栽機 除依據(jù)我國甘薯種植農(nóng)藝要求對連桿 機構(gòu)設(shè)計分析外 加入了整機調(diào)平和壟面仿形等功能 可根據(jù)壟面位置 高度對植苗裝置位置進行調(diào)整 適用 于地勢不平 壟體不均勻等丘陵山地 張萬枝等 2 3 設(shè)計 了一種甘薯苗側(cè)插移栽機 由四桿機構(gòu)帶動多個栽植器 運動實現(xiàn)甘薯水平側(cè)向入壟 一次可實現(xiàn)多個甘薯苗移 栽 移栽裝置和送苗裝置固定在一個支撐架上 有效調(diào) 節(jié)移栽深度 行走裝置采用間歇式自走式結(jié)構(gòu) 有效減 少對地膜的破壞 結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示 圖3 甘薯苗側(cè)插移栽機示意圖 F i g 3 S c h e m a t i c d i a g r a m o f a t r a n s p l a n t e r f o r p l a n t i n g s w e e t p o t a t o s e e d l i n g s i n t h e s i d e d i r e c t i o n 1 送苗裝置 2 支撐架 3 移栽裝置 S r i等 2 4 設(shè)計4桿鏈接式半自動蔬菜插秧機 連 桿機構(gòu)帶動鴨嘴式的栽植器運動實現(xiàn)蔬菜直插 金麗 宇等 2 5 針對栽植機構(gòu)直立性差等問題設(shè)計了鴨嘴式 蔬菜移栽機栽植機構(gòu) 基于零速投苗工作原理對連桿 機構(gòu)進行速度位移曲線分析 選取合理的栽植機構(gòu)運 動特征參數(shù) 保證移栽直立性 此類移栽機構(gòu)由栽植器夾持甘薯苗入壟移栽 可以 實現(xiàn)多種移栽方法 并且移栽姿態(tài)得以保證 但移栽過 程中增加了漏苗的風(fēng)險 后續(xù)應(yīng)針對栽植器精準(zhǔn)夾持甘 薯苗的需求 優(yōu)化改進移栽機構(gòu)結(jié)構(gòu)部件 集創(chuàng)新思想 和先進技術(shù) 提出栽植器和甘薯苗新型配合方式 3 3 撓性圓盤式移栽機構(gòu) 撓性圓盤式移栽機構(gòu)主要由導(dǎo)向裝置 撓性和剛 性圓盤組成 當(dāng)撓性圓盤旋轉(zhuǎn)至取苗區(qū)時 觸碰導(dǎo)向裝 置 迫使2個圓盤分離 甘薯苗進入撓性圓盤和剛性圓 盤之間 實現(xiàn)取苗作業(yè) 當(dāng)轉(zhuǎn)出導(dǎo)向裝置區(qū)域后 在彈 簧的作用下 撓性圓盤向剛性圓盤靠近夾住甘薯苗 并 攜帶甘薯苗繼續(xù)旋轉(zhuǎn) 當(dāng)旋轉(zhuǎn)至放苗區(qū)時 再次與導(dǎo)向 裝置接觸 撓性圓盤張開 甘薯苗自其中脫落到壟溝 對莖干較長的秧苗有良好適應(yīng)性 何宇凡等 2 6 利用該原理提出了一種基于撓性圓盤 的甘薯裸苗類水平栽植方法 對撓性圓盤甘薯裸苗類水 平栽植運動進行運動學(xué)分析和動力仿真試驗 并依據(jù)甘 薯苗的水平彎曲姿態(tài)確定撓性圓盤的結(jié)構(gòu)參數(shù)和運行 速度 栽深合格率達到9 5 6 栽植姿態(tài)合格率達到 8 7 8 武廣偉等 2 7 基于撓性圓盤式移栽機構(gòu) 設(shè)計了 預(yù)處理苗帶甘薯裸苗自動移栽機 將甘薯裸苗等間距排 列在兩條苗帶之間 苗帶上帶有粘連層固定甘薯裸苗 將處理好的苗帶卷起形成苗帶卷 苗卷通過自動喂苗裝 置的鏈傳動系統(tǒng)和導(dǎo)向裝置實現(xiàn)兩苗帶的分離和重新 卷合 以此向撓性圓盤移栽裝置自動提供甘薯苗 自動 喂苗裝置和撓性圓盤移栽裝置簡圖如圖4所示 圖4 自動喂苗裝置和撓性圓盤移栽裝置簡圖 F i g 4 S c h e m a t i c d i a g r a m o f a u t o m a t i c s e e d l i n g f e e d i n g d e v i c e a n d f l e x i b l e d i s c t r a n s p l a n t i n g d e v i c e 1 撓性圓盤 2 苗帶 3 導(dǎo)向裝置 4 卷苗帶輪 3 4 其他移栽機構(gòu) 導(dǎo)苗管式移栽機研究較早 普遍用于蔬菜缽苗移 栽 早期對甘薯移栽機研究探索時 甘薯苗機械化種植 多借鑒導(dǎo)苗管式移栽機 但甘薯苗莖葉較繁茂 下落會 出現(xiàn)卡苗等現(xiàn)象 目前該移栽方式?jīng)]有被推廣應(yīng)用 隨 著對甘薯移栽機的深入研究 出現(xiàn)了其他新型移栽機 構(gòu) 例如L i u等 2 8 對移栽機構(gòu)進一步研究 提出一種兩 自由度的甘薯移栽機械手 通過垂直滑動電機和旋轉(zhuǎn)電 機實現(xiàn)苗爪的垂直和旋轉(zhuǎn)運動 基于線性模型預(yù)測算 法 為該移栽機械手設(shè)計一種移栽軌跡控制器 可實現(xiàn) 4 0 中國農(nóng)機化學(xué)報2 0 2 5年 甘薯苗的直栽 船底型栽法和斜插 L i等 2 9 針對現(xiàn)有 甘薯船底型移栽機對地膜破壞程度較大等問題 設(shè)計一 種船底型膜上移栽裝置 主要由弧形夾苗機構(gòu) 換位機 構(gòu)和定位凸輪組成 夾苗機構(gòu)繞定位凸輪旋轉(zhuǎn)進入土 壤 定位凸輪用以實現(xiàn)夾苗機構(gòu)的開合和消除因機構(gòu)前 進速度產(chǎn)生的橫向位移 離開土壤時通過換位機構(gòu)調(diào)整 夾苗機構(gòu)的位置消除進土點和出土點的距離差 減小破 膜面積 典型甘薯移栽機的結(jié)構(gòu)特點如表2所示 表2 典型甘薯移栽機的結(jié)構(gòu)特點 T a b 2 S t r u c t u r a l c h a r a c t e r i s t i c s o f t y p i c a l s w e e t p o t a t o t r a n s p l a n t e r 機具型號移栽機構(gòu)主要特點 2 C G F 2型甘薯復(fù)式移栽機鏈 帶 夾式采用三點懸掛式連接在拖拉機后方 作業(yè)行數(shù)為2行 配套功率 3 7 k W 采用旋耕 起壟 移栽 水箱等組合式設(shè)計 可根據(jù)需求配置 美國半自動鏈夾式薯苗移栽機鏈 帶 夾式懸掛式在拖拉機后方 作業(yè)行數(shù)為8行 大功率拖拉機牽引 可用于大田化區(qū)域種植 F P P E V O 3機械插秧機鏈 帶 夾式懸掛式在拖拉機后方 作業(yè)行數(shù)為3行 配套功率 4 5 k W 移栽深度可調(diào) 配套有可伸縮液壓桿 水箱和肥料箱等裝置 甘薯苗橫向水平移栽機鏈 帶 夾式采用三點懸掛式連接在拖拉機后方 配套功率 5 0 k W 移栽株距為1 5 2 5 c m 移栽深度可調(diào) 具有旋耕 起壟 施肥 移栽 鋪設(shè)滴灌帶多項功能 東風(fēng)井關(guān)P V H型自走式移栽機多連桿式自走式機構(gòu) 配套功率較小 移栽株距可調(diào) 結(jié)構(gòu)簡單緊湊 工作可靠 適用于膜上移栽作業(yè) 可用于小地塊區(qū)域移栽 多功能甘薯移栽機多連桿式采用三點懸掛式連接在拖拉機后方 作業(yè)行數(shù)為2行 配套功率 5 2 k W 移栽株距為2 5 3 5 c m 具有旋耕 施肥 起壟 覆膜 移栽 澆水多項功能 丘陵山地甘薯膜上移栽機多連桿式自走式結(jié)構(gòu) 配套功率較小 行走底盤根據(jù)地形自動調(diào)整 適用于膜上移栽作業(yè) 可用于北方丘陵山地 4 甘薯種植機械化面臨問題 4 1 甘薯移栽機械化水平低 關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新不足 我國甘薯機械化移栽研究起步較晚 前期研制多 借鑒其他通用移栽機械 缺乏基礎(chǔ)系統(tǒng)理論和關(guān)鍵技 術(shù)的研究分析 現(xiàn)有的甘薯移栽機械研發(fā)投入不足 專業(yè)研究人員較少 并且研究人員在自主創(chuàng)新 攻克關(guān) 鍵技術(shù)的過程中對經(jīng)驗依賴較大 由此造成甘薯移栽 機械水平不高 高校和科研院所的創(chuàng)新性想法和先進 成果缺乏適用性和成熟度 未能在市場上得到廣泛推 廣 制約著甘薯移栽機械產(chǎn)業(yè)的發(fā)展 4 2 符合甘薯種植農(nóng)藝要求的成熟適用機型缺乏 國內(nèi)現(xiàn)有的甘薯移栽機械大都由蔬菜 煙草 甜菜 等插秧機械改進而成 對甘薯專用移栽機研究較少 改 進而來的機具在使用過程中存在適用性差 與農(nóng)藝要求 不匹配 機具可靠性低等問題 甘薯種植模式和種植方 法決定甘薯移栽機需求的多樣化 但現(xiàn)有甘薯移栽機多 以斜插和直插為主 缺乏對于其他移栽方法的甘薯移栽 機械以及膜上移栽機械的成熟適用性機型 4 3 自動化 智能化作業(yè)裝備缺乏 甘薯苗枝葉纏繞雜亂 形態(tài)大小不一 造成甘薯自 動化分苗技術(shù)難以突破 制約了全自動甘薯移栽機的 研究與發(fā)展 目前甘薯移栽機多為半自動移栽機 由 人工操作進行取苗 分苗作業(yè) 沒有完全解放勞動力 缺乏智能化精準(zhǔn)作業(yè)裝備 絕大多數(shù)機具在作業(yè)過程 中存在操作不方便 精準(zhǔn)度低 作業(yè)質(zhì)量差等問題 5 甘薯種植機械化發(fā)展建議 5 1 提高基礎(chǔ)理論研究 加強突破關(guān)鍵技術(shù) 提高基礎(chǔ)理論研究 加強突破關(guān)鍵技術(shù)是確保甘 薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的保障 加強田壟 移栽機和甘薯苗之間 相互作用機理 運動規(guī)律的深入研究 實現(xiàn)甘薯移栽機 高效 低損作業(yè) 加強科研投入 從資金 技術(shù) 人員等 方面開展扶持 加快提升甘薯移栽機械化創(chuàng)新 加強對 甘薯移栽機械化關(guān)鍵技術(shù)的研究 融合新方法 新材料 優(yōu)化改進甘薯移栽機械 提高移栽質(zhì)量 實現(xiàn)甘薯移栽 機最佳移栽效果 5 2 開展適于甘薯移栽的多樣化技術(shù)與裝備研究 加 強農(nóng)機 農(nóng)藝融合 農(nóng)機 農(nóng)藝融合是實現(xiàn)甘薯移栽機械化的重要條 件 進一步改進完善現(xiàn)有甘薯移栽機的作業(yè)性能 使 其與甘薯種植農(nóng)藝要求適配 針對不同地區(qū)甘薯種植 多樣化要求 開展多學(xué)科協(xié)作研究 解決甘薯移栽專用 裝備缺失等問題 達到甘薯移栽機械供需平衡 開發(fā) 適用于我國大田種植的大型化移栽裝備以及適用于丘 陵山地的小型化移栽裝備 制定合理 科學(xué)的研究計 劃 健全甘薯機械化移栽體系 5 3 開展甘薯移栽機械自動化 智能化研究 針對甘薯移栽機械難以實現(xiàn)自動化的問題 在甘 薯育苗 剪苗階段 加快設(shè)立標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)定 加強對甘薯 機械化剪苗 分苗裝置的研制 為全自動化甘薯移栽機 提供基礎(chǔ)準(zhǔn)備工作 實現(xiàn)育苗 剪苗 移栽一體化發(fā)展 第7期朱倩等 甘薯種植機械化關(guān)鍵技術(shù)與裝備研究進展4 1 針對甘薯移栽機高效率 高精度 高質(zhì)量的發(fā)展趨勢 加大智能化利用力度 采用智能檢測 路徑規(guī)劃 自主 導(dǎo)航 農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)等技術(shù) 降低人工勞動強度 提高甘 薯移栽機的作業(yè)質(zhì)量和作業(yè)效率 未來我國甘薯機械 化種植技術(shù)與裝備將向精準(zhǔn)化 智能化和無人化甘薯 移栽技術(shù)與裝備方向發(fā)展 同時兼顧移栽裝備的經(jīng)濟 性 適用性和可靠性 參 考 文 獻 1 胡良龍 計福來 王冰 等 國內(nèi)甘薯機械移栽技術(shù)發(fā)展動 態(tài) J 中國農(nóng)機化學(xué)報 2 0 1 5 3 6 3 2 8 9 2 9 1 3 1 7 H u L i a n g l o n g J i F u l a i W a n g B i n g e t a l L a t e s t d e v e l o p m e n t s o f s w e e t p o t a t o m e c h a n i c a l t r a n s p l a n t i n g i n C h i n a J J o u r n a l o f C h i n e s e A g r i c u l t u r a l M e c h a n i z a t i o n 2 0 1 5 3 6 3 2 8 9 2 9 1 3 1 7 2 周洵澤 嚴(yán)偉 王云霞 等 甘薯機械化移栽分苗取苗技術(shù) 研究現(xiàn)狀及展望 J 中國農(nóng)機化學(xué)報 2 0 2 3 4 4 3 3 5 4 0 Z h o u X u n z e Y a n W e i W a n g Y u n x i a e t a l R e s e a r c h s t a t u s a n d p r o s p e c t o f s w e e t p o t a t o m e c h a n i z e d t r a n s p l a n t i n g t e c h n o l o g y J J o u r n a l o f C h i n e s e A g r i c u l t u r a l M e c h a n i z a t i o n 2 0 2 3 4 4 3 3 5 4 0 3 鄭娟 廖宜濤 廖慶喜 等 播種機排種技術(shù)研究態(tài)勢分析 與趨勢展望 J 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報 2 0 2 2 3 8 2 4 1 1 3 Z h e n g J u a n L i a o Y i t a o L i a o Q i n g x i e t a l T r e n d a n a l y s i s a n d p r o s p e c t