自动取苗移栽机构研究现状及展望

赵春龙 杨传华 姜庆昌 周海波 薛贝贝

自动取苗移栽机构研究现状及展望

赵春龙 杨传华 姜庆昌 周海波 薛贝贝

文章具体介绍了旱田自动取苗移栽机的发展现状及目前在生产实践中常用的自动取苗机构，深入讨论其优缺点，同时阐明在农业机械自动化研究中常用软件及优缺点，并且阐述未来移栽机自动取苗机构的前景。

育苗移栽技术对气候补偿作用与提早作物生长发育具有综合作用，同时可以提高作物单位产量。国内现如今在移栽方面基本以手工移栽和半自动移栽为主，手工移栽劳动强度大、效率低、大面积移栽作业无法做到保质保量完成。半自动移栽虽然减少了一部分劳动者的强度，但是没有从根本上彻底提高移栽准确率和效率。因此在国内外移栽机发展方向一直都是全自动移栽，这样就要求移栽机从取苗到钵苗的输送到自动载苗再到钵盘自动整理，这一系列动作都要有机的结合起来、流水线式的完成，这样对自动取苗提出了很高的要求。国外已经有一定数量的机型投入使用，国内还处于研发阶段。

移栽机自动取苗典型机构介绍

国外移栽机起步发展较早，在20世纪初就已经出现了半自动化移栽机，虽然还是人工投苗但是在降低劳动强度、效率提高方面起到了很大的作用。经过五十年代、八十年代的发展，国外移栽及已经发展的很成熟，全自动移栽机已经面世。典型的穴盘移栽机如：1993—1995日本联合三家公司研制开发的全自动蔬菜移栽机（如图一所示）。此机型每次栽植一行，移栽手自动取苗后投给栽植器进行栽植，主要移栽白菜、卷心菜、莴苣等蔬菜，缺点是：栽植率受曲柄带动机械手动惯性影响，栽植率不高，工作效率不能太高，栽植面积偏小不适合大面积作业。美国公司Renaldo在2003年开发的基于空气整根苗盘的全自动蔬菜移栽机。（如图二所示）其钵盘需要采用硬质材料制作，取苗采用气流推动力将苗从上面吹出，再由输送钵苗的管道将其投送到栽植器进行载苗。但缺点是：钵盘造价高、结构较为复杂，从而提高了一定的制造成本，而且在取苗过程中容易导致钵体破碎，只适用于幼苗期移栽。在国外农业机械迅速发的同时国内也一直不懈的努力着，同时也取得不错的成果。2010年新疆石河子大学研制的穴盘倒置式自动取苗分苗机构（如图三所示），这种装置结构简单便于操作，对多种作物具有很强的适应性，且可以保证秧苗不受损，同时可以实现连续高效自动化作业。2013年南京农业大学研发的曲柄摇杆菜苗移栽机构（如图四所示），此结构简单只需要一个吊杯，整体结构尺寸小、重量轻，机构只需要一个原动件驱动，作业轨迹路径较短、效率高，操作维护方便，整体机构结构零件都比较简单，大大降低了加工成本，适合棚内及膜上作业。随着科技的发展、农艺要求越来越高、气候不断的变化、地质结构的不同，对移栽机的发展提出越来越高的要求。致力于移栽机研发的科技人员一直不断的探索研究，为找到更高效、适应性更大、能够广泛推广的移栽机而不懈的努力着。

自动取苗机构仿真软件综合应用简介

机械结构设计以及性能分析中众多软件被应用，其中包括Pro/Engineer、CAD、SolidWorks、Creo、UG、Adams、ANSYS、PFC3D等。在农业机械中常用的软件主要是：Pro/Engineer/ SolidWorks、Adams、ANSYS、PFC3D，由于农机工作环境的特殊性和设计结构的需要以及软件的普及率特别高，所以使这几款软件发挥了他们强大的优势，其原是机械结构看起来简单，但由于作业环境恶劣，需要对其力学分析极为复杂，单个零件分析同样不容易，首先由proe进行三维造型，然后进行动力学分析。在仿真中很多模型即有刚体又有柔体。这时我们就要利用Adams与proe的接口文件导入，在其中做刚体与柔体的耦合分析，ANSYS既可以做刚体力学分析、扭矩分析、抗拉抗压强度分析、也可以做场强分析以及流体模拟分析，它也是一款功能强大适应范围广泛的机械设计必不可少的设计辅助软件。研究设计要求我们更全面化的分析时我们还需要模拟农机具在其土壤中的各种性能时我们就要利用PFC3D建模分析各种所需数据。这个软件的辅助作用是将复杂的田间试验转换为电脑模拟，使大量的人工测量转换为数字化的过程，为我们设计提供准去的参考和起到指引作用。以上这几款软件是在农机设计当中最为常见的几种软件，除此之外还需要一些辅助软件如数据处理、图像分析、最优化问题等等。科技的发展使设计更为严谨、更为科学、设计过程更接近实际工作环境。

图1　全自动蔬菜移栽机

图2　全自动蔬菜移栽机

图3　穴盘倒置式自动取苗分苗机构

图4　曲柄摇杆菜苗移栽机构

未来移栽机自动取苗机构的展望

随着科技的发展自动化程度的提高，移栽技术已经从半自动化向全自动化转变，根据事物发展的规律以及triz理论在机械设计方面的应用。理论革新将会是一次更大的变革。加之正在兴起的仿生学理论在机械设计中的应用，更是给机械设计增添了无限生机和更为广阔的天地。今后移栽将会从自动化转向智能化、人性化、全方位的自动信息智能化，并且将会进发展到一个全新农机领域阶段。同时也将会有更大的跨学科领域发展的趋势，从而使农业机械生产成本更低、操作更简单、应用范围更为广泛。面对国内移栽机起步晚于发达国家，仍处在落后阶段，虽然在这方面也取得了些许骄人的成果，但是是否能赶超发达国家还需要进一步完善和实际验证。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.24.045