吊篮式移栽机膜上成穴运动特性分析与试验

刘 洋，毛罕平，李亚雄，王 涛，李 斌（.新疆农垦科学院机械装备研究所，新疆　石河子　83000；.江苏大学农业装备工程学院）

吊篮式移栽机膜上成穴运动特性分析与试验

刘 洋1，毛罕平2，李亚雄1，王 涛1，李 斌1
（1.新疆农垦科学院机械装备研究所，新疆石河子832000；2.江苏大学农业装备工程学院）

吊篮式移栽机具有成穴和移栽一次完成的优点，满足了新疆地区作物穴盘苗膜上成穴移栽的要求。但是当吊篮式移栽机栽植器运动轨迹取不同形状时，会出现栽植器挂膜、撕膜现象，膜面开口较大而影响移栽质量。通过对吊篮式移栽机栽植器成穴运动轨迹进行分析和移栽番茄穴盘苗试验表明，当吊篮式移栽机栽植器的运动特征系数λ取值为1.22时，在保证穴盘苗膜上移栽直立率的同时，膜面穴口较小。

移栽机；地膜；栽植器；运动特征系数

新疆地区光照充足，非常适合加工番茄和制干辣椒的种植，近些年，新疆加工番茄种植面积始终保持在6.67万hm2以上，制干辣椒达到4万hm2，成为新疆种植的主要农作物［1］。育苗移栽技术能有效避开早春低温、霜冻、雷雨等灾害性天气的影响，有效延长作物生育期，提高作物产量和品质。新疆加工番茄和制干辣椒已经开始大面积使用育苗移栽技术，为了降低劳动力成本，提高移栽效率，机械化移栽在新疆得到推广和应用。新疆地区由于独特的气候条件，决定作物种植普遍采用滴灌加铺膜的种植模式，这使得作物育苗移栽需采用膜上成穴的方法［2］。在各种形式的移栽机中，吊篮式移栽机具有成穴和移栽一次完成的优点［3］，所以吊篮式移栽机在新疆地区得到了使用。目前吊篮式移栽机移栽理论主要是针对裸地移栽，只注重移栽后保证直立度和移栽深度，没有考虑膜面穴口尺寸的因素［4，5］，如应用于覆膜移栽，会出现栽植器挂膜、撕膜现象，降低地膜保墒和保温的作用。因此，有必要对吊篮式移栽机的关键部件栽植器的运动轨迹进行研究，通过试验得到较为合理的栽植器运动轨迹和运动特征系数。

1　栽植器运动分析

吊篮式移栽机工作时，栽植器在绕着转动轴匀速转动的同时，随拖拉机沿水平方向匀速运动，所以栽植器的运动是拖拉机前进运动和栽植器圆周转动的合成，栽植器的运动轨迹方程为：

式中 Vt—拖拉机行驶速度；ω—栽植器转动的角

式中 Vd—栽植器转动速度。

图1　栽植器运动轨迹

根据参考文献6的研究结论，栽植器的运动轨迹形状取决于λ值的大小，图1是λ取不同值时，栽植器的运动轨迹，轨迹曲线上各切点的方向就是栽植器绝对速度的方向。从图1中可知，只有当λ＞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，才能实现零速投苗，防止穴盘苗倾倒。因此λ＞1是吊篮式移栽机正常工作的必要条件。但是，当λ＞1取较大值时，余摆线环扣会变大，并出现栽植器挂膜现象，严重影响移栽质量。因此，λ＞1的取值应该在一定范围内，在保证移栽穴盘苗直立的情况下，研究地膜开口的大小。图2为栽植器转动半径为22.5 cm时，λ取不同值的运动轨迹形状。

图2　不同λ值时栽植器的运动轨迹

吊篮式移栽机工作时，栽植器的转动速度与传动轮的直径、栽植器回转半径及链轮传动比有关，因为传动轮及栽植器回转半径在设计时已经确定，不可以调整，只有通过更换传动链轮调整传动比来实现栽植器转动速度的改变。

图4是吊篮式移栽机的链传动示意图，链轮传动机构通过固定在传动轮轴上的链轮1向固定在移栽机构主轴上的链轮4传动。

图3　栽植器结构

图4　链传动示意图

链轮的传动比为

式中 D—传动轮直径；n1—地轮转速；n4—移栽单体转速。将公式4代入公式5得：

式中 Q—常数；由公式4可知，λ与传动比i成反比。

2　田间试验

2.1试验准备

为了研究不同运动轨迹情况下，移栽质量和膜面穴口尺寸，我们通过调整链轮4的齿数改变传动比，实现运动轨迹的调整。分别对特征系数λ为1.08、1.22和1.27时进行田间生产性试验。试验时通过调整移栽机构后方的镇压轮升降螺杆来调整栽植器入土深度［7］，使栽植器入土深度保持在6 cm。

2.2试验条件

试验用移栽机为课题组研制的2ZML-2膜上移栽机［8，9］（图5），试验分别在新疆石河子145团和新疆农垦科学院试验场进行，试验前已整地并铺设好地膜，土地干燥；试验用苗为128穴孔塑料软盘培育的加工番茄穴盘苗，苗株高平均16 cm。

2.3试验结果

试验测得特征系数λ为1.08、1.22和1.27时，膜面穴口纵向尺寸12.6 cm、10.3 cm和14.2 cm，横向尺寸区别不大，都约为6 cm。这表明，调整特征系数λ对膜面穴口纵向尺寸的影响较为明显，对横向尺寸的影响不显著，分析原因横向尺寸的大小与栽植器入土后最大张开尺寸有关；三种情况下，都无挂膜现象，番茄穴盘苗直立度都达到了要求；在λ为1.22膜面穴口纵向尺寸较小，试验结果如图6。

图5　2ZML-2膜上移栽机

图6　田间试验效果

3　讨论与分析

（1）吊篮式移栽机栽植器的运动轨迹直接影响到移栽质量，通过在不同运动特征系数λ下膜上移栽番茄穴盘苗证明，当λ为1.22时，可以在保证移栽直立率的情况下，膜面穴口尺寸较小。

（2）通过试验发现，膜面穴口尺寸与土地表层土壤的紧实度有关，当土壤较为松软，移栽机在行驶时地轮滑移现象较为明显，膜面穴口会增大，因此应降低移栽机的滑移；当土地表面耕整平整，地表土壤较为细碎，作物残茬较少，地膜与地表土壤接触较为紧密时，膜面穴口较小，而较多的大颗粒土壤和作物残茬会将地膜顶起，栽植器在破膜成穴时，地膜变形较大，会加大地膜的撕裂程度。因此，提高移栽用地整地和铺膜质量，可以有效降低地膜撕裂破损。

（3）吊篮式移栽机的运动轨迹为余摆线形状，这种特点使得吊篮式移栽机膜上成穴移栽时，在保证移栽直立率和膜面穴口较小的同时只有通过调整移栽机构上栽植器的数量来改变株距，受移栽机结构尺寸的限制，移栽机上栽植器数量的调整是有限的［6］，一般为4～6个，移栽株距很难小于26 cm，而一些地区的加工番茄和制干辣椒种植因为种植方式和土地条件的原因，移栽株距要求小于20 cm，为了解决这个问题，新疆中粮屯河番茄种植基地曾引进新型的意大利Ferrari移栽机，该机具将两组吊篮式移栽机构纵向并排串联，两组移栽机构之间用链条链接，使它们之间的运动始终保持同步，在前一组移栽机构膜上成穴移栽后，后一组移栽机构在前一组成穴移栽的两株苗之间再进行膜上成穴移栽，这样就实现了减小株距的目的，移栽株距可以达到15 cm。但是这种移栽机因为是两组移栽机构前后并排连接，机具整体重心较为靠后，对牵引拖拉机的配套动力要求较高，功耗大，使用成本较高。

［1］新疆维吾尔自治区统计局.新疆统计年鉴2015［M］.北京：中国统计出版社，2015.

［2］刘洋，李斌，李亚雄，王涛，卢勇涛.新疆作物移栽与移栽机应用现状分析［J］.新疆农机化，2013（1）：20～23.

［3］于晓旭，赵匀，陈宝成，周脉乐，张昊，张智超.移栽机发展现状与展望［J］.农业机械学报，2014，45（8）：44～53

［4］崔巍，赵亮，宋建农，林金天.吊杯式移栽机栽植器运动学分析与试验［J］.农业机械学报，2012，43（S1）：35～39.

［5］李旭英，王玉伟，鲁国成，张波，张海军.吊杯式栽植器的优化设计及试验［J］.农业工程学报，2015，31（14）：58～64.

［6］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）：48～50.

［7］刘洋，李亚雄，李斌，卢勇涛，王涛.吊篮式膜上移栽机的设计［J］.塔里木大学学报，2012，24（3）：79～86.

［8］李斌，李亚雄，王涛等.2ZML2型膜上移栽机的研制［J］.新疆农机化，2009（6）：16～17.

［9］李亚雄，刘洋，李斌等.膜上移栽机：中国，ZL 20112015917 8.2［P］.2012-01-04.

The Analysis and Test on the Characteristics of the Cavitation Motion on the Film of the Basket-type Transplanter

Liu Yang1，Mao Hanping2，Li Yaxiong1，Wang Tao1，Li Bin1
（1.Machinery and Equipment Research Institute，Xinjiang Academy of Agriculture and Reclamation Sciences，Shihezi Xinjiang 832000；2.School of Agricultural Equipment Engineering，Jiangsu University）

The basket-type transplanter has the advantage of completing by cavitating and transplanting once，It just meets the needs of plug seedlings transplanting on the film in Xinjiang.But when the trajectories of the transplanter are different，it will present the phenomenon of tearing and hanging the film，it will influence the transplanting quality because of the big holes.By the analysisand test on the characteristicsof the cavitation motion on the film of the machine，it prensentsif λ=1.22，it can not only improve the vertical rate ofthe plug seedlings，but also make small holeson the film.

transplanter；film；cavitation motion

1007-7782（2016）03-0019-03

10.13620/j.cnki.issn1007-7782.2016.03.007

S223.9

A

2016-05-17

中组部“西部之光”访问学者资助项目；新疆兵团“兵团英才”人才培养工程速度；t—时间；h—栽植器转动轴距栽植器成穴底部的高度；R—栽植器转动半径；λ—运动特征系数