烟草移栽机定根水喷淋装置的研究进展

贾瑞昌，杨　洲※，何振峰，李鑫金，萧金庆，杨广文，姚权乐

种植机械>Plant Machinery

烟草移栽机定根水喷淋装置的研究进展

贾瑞昌1，杨洲1※，何振峰2，李鑫金3，萧金庆1，杨广文1，姚权乐1

（1.华南农业大学工程学院，广州510642；2.广东省烟草南雄科学研究所，南雄512400；3.青州华龙机械科技有限公司，青州262500）

摘要定根水喷淋是烟草移栽的必须环节，本文概述了国内外烟草移栽机上的定根水喷淋装置的发展现状，介绍了主要移栽机型定根水喷淋装置的类型、工作过程和优缺点，分析了机械触发式和电子触发式喷淋装置的工作原理和使用特点，提出了烟草移栽机定根水喷淋装置应具有的精量浇水、快速喷淋和定向冲刷功能的建议。

关键词烟草移栽机定根水喷淋装置研究进展

0　引言

水分是影响烟草生长发育和产量品质的重要因素之一［1］，适量喷淋定根水能保证烟苗移栽成活率，提高烟草的产量和品质，达到经济利益和水资源利用率最大化。烟草是需水量较多的经济作物，整个生长发育期间所需水量达到400～600 ml［2］，研究表明烟草在不同地区［1］、不同的土壤环境［3，4］、不同移栽方式［5］和不同生育时期［1］等条件下所需的水量都不尽相同，烟草需水量存在显著的差异，在广东南雄地区移栽时所需要的定根水就达到200～300 ml/株。何健［6］在河南省做了2002年和2003年烤烟生育期参考作物需水量分析，烟草移栽需水在不同气象条件下烟草需水量有明显的差异。

孙梅霞［4］等人1998—1999年在河南平顶山研究所进行烟草生理指标与土壤含水量的关系的研究，得出伸根期适宜土壤水分指标为61.9%，干燥指标为50.1%。刘树杰［3］研究了土壤水分与烟草生长发育和产品质量的关系，指出土壤缺水促使烟株长出侧根和少数短须根，适合根系生长的土壤含水量为土壤最大持水量的60%～80%［3］。罗会斌［5］等人的研究表明，烤烟井窖式小苗移栽需水量范围为60～200 ml，土壤含水量高，移栽需水量少，含水量低则需水量高；汪耀富［7］等人的研究表明，随着种植密度的逐渐增加，烟草的田间需水量也逐渐增加，烟草地膜覆盖可以减少地表蒸发［8］，提高地表温度，稳定水肥［9］，可达到促进烟苗生育和降低耗水量的作用。在伸根期，烟草需水量大约占整个生育期需水量的15%～22%［1］，而在伸根期正好是烟苗移栽是否成活的关键时期，因此移栽后浇水定根显得尤为重要。在伸根期，土壤湿度不宜过大，保持轻度土壤干旱，土壤相对湿度约为60%，可促进根系体积增长，干物质积累量增加，根系活力增强［10］。

烟草移栽机上的定根水喷淋机构是专门为移栽苗定根而设计的浇水系统，是保证刚移栽到大田的幼苗能够存活的关键设备，适量喷淋定根水，可以提高成活率，促进烟苗伸根发育，为烟草的高产稳产打下基础。烟草移栽时需水量较大，大部分种植地区又处于春旱季节，定根水的抽取和运输都较为困难，因此烟草移栽机要求实现精准水量喷淋，根据适时适地情况调节水量，节约用水，跟随移栽节拍快速喷淋定根水，并要减少浇水对于移栽穴内的烟苗造成剧烈的冲刷。

1　国外移栽机定根水喷淋装置

美国Kennco农机生产公司研制了半自动膜上打穴移栽机系列产品［11，12］，采用水轮加打穴铲式结构，可完成铺膜、打穴和注水作业，人工完成放苗和覆土，由水轮在铺好地膜的垄台上打穴同时注水，实现了单株定量注水，可通过更换机构实现打干穴或者打湿穴的功能。该机型结构简单，可以完成膜上移栽，但速度较慢，不同株距需要换不同的水轮。

美国移栽机公司（Mechanical Transplanter）生产的吊杯式膜上移栽机（Model 900 Mulch Transplanter）采用了四杆机构吊杯，完成膜上移栽、注水、覆土镇压等作业，也实现了定根浇水的功能。该机型速度较快，但结构复杂，成本较高［11］。

日本文明农机公司与日本烟草公司共同研制的AP-1型烟草田间管理车与其他配件组合后［13，14］，可以完成多项田间作业。

虽然这些国家的烟草机械化程度都比较高，但对于定量浇水机械没有针对的研究［13］。

2　国内移栽机定根水喷淋装置

国内移栽机定根水喷淋机构按照其触发方式，可以分为机械触发式和电子触发式。机械触发式一般由行走机构或移栽机构联动，限位式触发；而电子触发式则通过电子电路式控制，单片机系统实现智能触发。

2.1机械触发式

都基建等研究的2ZY-1型烟草移栽机［15］（图1），浇水机构是水箱及注水控制连动机构，通过控制水箱上拨杆带动缸套上下交替运动，实现浇水开关的开启和关闭。这种机构结构简单，可实现间歇性浇水，缺点是缸套与缸体的配合要求较高，往复运动机械容易磨损。

图1　水箱及注水控制连动机构Fig.1 Water tank and sprinkle controller in 2ZY-1

李民朝等设计的2YZS自走式烟草移栽机［17］（图2）的定根水喷淋装置是由拉杆、回位弹簧、阀桶、锥阀、凸轮等零部件组成，该装置的阀桶采用大口径、大口阀，缩短了放水时间，并且在开口处形成环形状，避免冲洗刚移栽的幼苗，在工作过程中，从驱动回转盘取得动力，经链条传给凸轮，凸轮带动摆臂，进而带动拉杆和锥阀上下移动，实现浇水阀口的开启，并通过回位弹簧可关闭阀口。

图2　移栽机定根水喷淋装置Fig.2 The root water sprinkler in 2YZS

陕西省烟草公司安康市公司发明了一种烟苗移栽机用的定量浇水阀［18］（图3），由外壳、密封圈、转盘水斗、水量调节块、前轮盘轴、前轮盘、排气管等组成，外壳上有进水口、出水口、排气口；外壳内装有转盘水斗，转盘水斗的每个水斗内设有水量调节块，可调节浇水量的大小，转盘水斗与外壳接触的两边分别安装密封圈。该浇水阀安装在移栽机前轮驱动轴上，工作时，由前轮驱动轴带动转盘水斗一同旋转；当转盘水斗中水斗转至上方时，转盘水斗的开口与进水口相通，水斗注水，排气口排气；继续转动，到出水口位置时，水斗口与外壳的出水口相通，将水倒入正下方的移栽机鸭嘴里，完成一次浇水过程。该阀结构简单，出水量可调，能适应移栽前浇水的移栽机；缺点是该浇水阀的密封要比较严格。

图3　烟苗移栽机用的定量浇水阀Fig.3 The quantitative water valve of tobacco transplanter

山东华盛农业药机械有限责任公司公开发明的烟苗移栽自动浇水控制器［19］（图4），该机器由水箱、输水管、储水罐、三通连接体、桶体、控制圆盘等组成，水箱与弹性储水罐通过输水管相连。上下夹板间距可调，控制弹性储水罐的容积，进而控制出水量的大小；栽植圆盘（控制圆盘）转动，当其上的连杆触发杆与控制连杆接触并拉动控制连杆绕着转轴向下转动，与控制连杆相连的拉绳向下拉长，弹簧和弹性桶体被压缩，拉动三通连接体中的底板向上移动，下端口开启，实现烟草浇水，同时储水也开始；栽植圆盘继续转动，连杆触发杆与控制连杆脱离接触，在复位弹簧的拉力下，底板向下移动，下端口关闭。该机械通过控制圆盘的转动，实现间歇性地准确浇水，使得浇水与栽种协调工作，并且操作方便；缺点是浇水量的大小不可调。

图4　烟苗移栽自动浇水控制器Fig.4 Controller of automatic sprinkler in tobacco transplanter

张桂荣发明了一种移栽机浇水装置［20］（图5），该浇水装置安装在移栽机机架上，在工作过程中，当移栽机将秧苗移栽到位后，继续转动，接触到压板并把它压下，将拉杆和阀杆向上拉，并压缩弹簧，带动压盖向上移动，水桶中的水由出水口流出，向秧苗浇水；当转轮转过压杆之后，在弹簧力的作用下，拉杆和阀杆向下移动，压盖恢复原位，进水口关闭，浇水完成，水箱向水桶中注水。该装置优点是可以实现移栽与浇水相协调工作，浇水位置准确率高；缺点是该装置浇水量不可调。

图5　移栽机浇水装置Fig.5 The sprinkle device in transplanter

郑揖等发明了一种定量浇水装置［21］，该装置主要由筒体、导向杆、阀体、底板、弹簧、进水管接口嘴等组成。进水管接口嘴位于筒体的上端，可以通过水管与水箱出水口相接，图6a）为阀体关闭时的状态，图6b）为阀体开启时的状态。在工作的时候，通过传动系统拉动导向杆，阀体克服弹簧力向上移动，阀体开启，筒体中的水流出底板，实现向秧苗浇水的功能；浇水完毕后，水箱继续向筒体中注水，阀体在复位弹簧力的作用下复位，等待下一次浇水。该浇水装置的优点是可实现间歇性向秧苗浇水，与移栽相协调工作，浇水位置相对准确固定；缺点是浇水量的大小不可调。

图6　定量浇水装置Fig.6 Quantitative watering device

2.2电子触发式

刘双喜等研制的定量浇水机［13，22］（图7）由行走系统、检测控制系统、光箱、电磁阀等组成，专门为给烟草各生长时期浇水而设计的。该机是基于ARM控制系统进行研制的，摄像头通过土壤与烟草叶颜色像素点的不同检测垄上烟草苗位置，将信号传递给ARM系统，ARM系统再输出一个信号控制电磁阀的开启，实现自动定量浇水。该机械浇水准确性高，针对性强，浇水量可调，安全和调整维护方便简单，但缺点是系统工作不稳定，受外界因素（沟渠的平整度、烟叶颜色等）影响大。

王双等设计的烟草移栽机浇水系统［23］（图8）由传感器、电磁铁、阀杆、阀桶、阀杆导几个主要部件组成，当传感器检测到信号时，把信号传递给控制系统，控制系统再发出指令，向电磁铁通电，接着铁芯吸附衔铁带动阀杆、锥阀芯克服弹簧力及锥阀芯和阀桶之间的摩擦力上移，锥阀口打开，实现浇水，通过控制延时长短来决定浇水量的多少。该装置的缺点是这种装置的电磁阀选用要严格，若动作不迅速，则会浇水时间过长或者浇水位置不正确。

山东农业大学发明了自走式烟草自动浇水机［24］（图9），该浇水机由自走式机架、控制系统、浇水系统和电源组成，控制系统由接近开关、感应装置和控制电路组成。感应装置上有3个互为120°的感应金属片，安装在后轮的驱动轴上，随车轮一起转动，接近开关探头在距离金属片平面5 mm处，当金属片接近探头时，电磁阀开启，开始浇水，当金属片之间的空隙接近，则电磁阀关闭，停止浇水。这种装置需要在浇水前调整好开始位置，否则浇水位置不正确。

图7　定量浇水机浇水系统Fig.7 The watering system of quantitative machine

图8　电磁铁驱动的浇水装置Fig.8 The watering device of electromagnet driving

图9　自走式烟草自动浇水机浇水系统Fig.9 Watering system of self-propelled tobacco watering machine

3　结论与展望

3.1结论

烟草移栽机的定根水喷淋装置有机械触发式和电子触发式两大类。机械触发式的喷淋装置大部分都是由行走机构或移栽机构限位触发，带动拉杆等控制浇水的开关，或者通过链轮直接带动滚筒或水斗，控制其翻滚实现浇水。机械触发装置的优点是结构简单，安装方便和经济性好，不足之处在于需要较高的装配精度，相对运动会导致磨损，在关键部位需采用抗锈蚀和耐磨的材料。

电子触发式定根水喷淋装置普遍通过采用智能控制的方式，由摄像头或者传感器（有光传感，金属探头，红外传感等）检测到信号，然后把信号传递给控制系统，再由控制系统发出指令，让电磁阀等打开浇水的开关。这种电子式控制定根水喷淋装置弥补了机械联动式的缺点，结构相对简单。但是检测装置容易受到干扰，同时控制系统和电子部件也需要非常的稳定，容易出现漏浇，浇量过大或者过少的现象。

3.2展望

烟草移栽机定根水喷淋装置的研究应该加强农机与农艺相结合，探索移栽秧苗的需水规律，满足烟苗用水的最小需求，机构上要实现精量浇水，做到节约成本和水资源的最大利用。喷淋机构与移栽节拍相一致，在喷头伸入秧穴时实现快速喷淋，设计定根水专用喷头，避免水流直接冲刷烟苗根部造成倒伏，喷淋机构应具有定向冲刷的功能。

参考文献

［1］段淑辉，杨亿军，刘建利，等.烟草需水规律研究进展［J］.中国烟草科学，2012（04）.

［2］高华军，汪耀富，邵孝侯.烤烟节水灌溉的研究进展［J］.节水灌溉，2005（05）：33-35.

［3］刘树杰.土壤水分与烟草生长发育和产量品质的关系［J］.中国烟草，1985（03）：9-12.

［4］孙梅霞，汪耀富，张全民，等.烟草生理指标与土壤含水量的关系［J］.中国烟草科学，2000（02）：36-39.

［5］罗会斌，龙鹏臻，马键，等.烤烟井窖式小苗移栽技术研究与应用［J］.贵州农业科学，2012（08）：101-107.

［6］何健.河南省中壤烟区烤烟需水指标与需水模型研究［D］.河南农业大学，2004.

［7］汪耀富，孙德梅，韩富根，等.密度和地膜覆盖对烟田冠层生理特性和土壤水分利用效率的影响［J］.烟草科技，2003（12）：27-30.

［8］陈旭晖，夏园，黄全能，等.烟草地膜覆盖栽培的作用与效果——烟草抗旱栽培技术研究之二［J］.贵州农业科学，1990（3）：17-21.

［9］张春芳.烤烟地膜覆盖栽培的好处及栽培技术措施［J］.中国烟草，1983（4）：18.

［10］韩锦峰，汪耀富，张新堂.土壤水分对烤烟根系发育和根系活力的影响［J］.中国烟草，1992（3）：14-17.

［11］王晓东，封俊.国内外膜上移栽机械化的发展状况［J］.中国农机化，2005（3）：25-28.

［12］贺智涛，郑治华，刘剑君，等.膜上移栽机的发展现状及存在的问题［J］.农机化研究，2014 （9）：252-255.

［13］刘双喜，范连祥，李现道，等.烟草智能定量浇水机的研制［J］.山东农业科学，2015（1）：124-129.

［14］尤泽清，吴正举.日本烟草农业机械概况及我国发展设想［J］.中国烟草科学，1998（2）：34-36.

［15］都基建，刘洪发.2ZY-1型烟草移栽机研究与设计［J］.农业机械，2011（30）：61-62.

［16］李洪民，李希珍，张爱君，等.甘薯移栽用滚筒式自流定穴浇水装置［P］.201210226315.9.？2012-10-03.

［17］李民朝，燕亚民.2YZS自走式烟草移栽机的设计［J］.农机化研究，2012（7）：154-156.

［18］张建党，奚柏龙，洪翰炉，等.一种烟苗移栽机 用 的 定 量 浇 水 阀 ［P］.201120398249.4. 2012-05-30.

［19］郭凤江，郭丽，赵政，等.烟苗移栽自动浇水控制器［P］.201310033777.3.2013-07-10.

［20］张桂荣，李广华，钟绵章，等.一种移栽机浇水装置［P］.201120063988.8.2011-09-14.

［21］郑楫，滕腾，赵宏伟.一种定量浇水装置［P］. 201020139087.8.2010-11-17.

［22］刘双喜，王金星，范连祥，等.智能烟苗定量浇水机［P］.201310532942.X.2014-02-05.

［23］王双，韩冰冰.烟草移栽机浇水系统的设计［J］.信阳农业高等专科学校学报，2013（2）：104-105.

［24］王金星，范连祥，刘双喜，等.自走式烟苗自动浇水机［P］.201310611781.3.2014-03-12.

畜牧工程>Animal Husbandry Engineering

项目基金：广东省烟草专卖局（公司）科技项目：打穴式烟草移栽机的研究与推广示范（201408）

作者简介：贾瑞昌（1975-），男，讲师，博士研究生，研究方向为经济作物生产机械化。Email：rcjia@scau.edu.cn

通讯作者：※杨洲（1972-），男，教授。研究方向为经济作物生产机械化。Email：yangzhou@scau.edu.cn

Status of Root Water Sprinkler in Tobacco Transplanter

Jia Rui-Chang1，Yang Zhou1*，He Zhen-Ffeng2，Li Xin-Jin3，Xiao Jin-Qing1，Yang Guang-Wen1，Yao Quan-Le1
（1.College of Engineering，South China Agricultural University，Guangzhou，510642，China 2.Nanxiong Tobacco Science Institute of Guangdong，Nanxiong，512400，China 3.Qingzhou Hualong Machinery Technology Co.Ltd，Qingzhou，262500，China）

Abstract：Root water must be sprinkled for tobacco seedling transplanting.An overview of the research status and prospect of root water sprinkler in tobacco transplanter was introduced in domestic and foreign machines. Main implements，working procedures and characters were analyzed.The principle and property of mechanical trigger type and electronic trigger type sprinkler devices were demonstrated.New instruments of root water sprinkler would be researched with following characters：precise quantity sprinkle，rapid spray according the transplant speed and suitable flush avoid seedling hole destroy.

Key words：Tobacco；Transplanter；Root water；Sprinkler；Status