温室烟草育苗剪根机设计

马伟 王秀 陈天恩

背景

温室烟草育苗是指在特定设计的育苗温室中，按照优质烟草标准化生产的规程，采用集约化方式，大规模开展烟叶幼苗的高效、低耗和定制培育，实现烟草高质量商业化育苗。传统露天育苗的方式，不但烟草幼苗的可用性差，而且烟草幼苗的生长温度不便于控制，不利于开展大规模的育苗。随着中国烟草规范化生产的水平进一步完善，集约化生产、规模化经营、机械化生产的呼声日益高涨，散户育苗的方式已不适应烟叶生产的发展。因此，工厂化、集约化育苗管理方式被提出。温室大规模育苗方式的出现，有力地推动了烟叶生产的快速发展，在发展过程中，逐渐总结出一些提高烟叶质量的栽培方法。

切根对烟草根系生长及其化学成分合成有重要影响，烟叶根系具有较强的补偿生长功能，当一部分根系生长受到限制、物理损坏或出现不利的生长环境时，根部的剩余健康部分会长出新的根系加以补偿。断根促使烟叶呼吸速率增加，代谢机能增强，不仅有利于次生根的生长，而且烟叶的产量和含钾量也得到了提高。但是切断烟草的根系也需要精准控制，過长或过短的切根都无法达到预期的效果。通过精准控制、适当断根可以提高根系的吸收活力，增加吸收位点，延缓根系衰老，提高根系的养分吸收量，促使根部营养向烟叶的地上部运输。烟草育苗切割机针对烟草育苗环节，通过精准控制，切断烟草的根系，从而提高烟叶的产量和品质。

原理

近年来，烟草育苗逐步朝着规模化、集中化和节约化的方向发展，采用各种先进的栽培技术提高烟叶育苗的质量，实现烟叶外观和成分两方面质量同时提高。有利于提高烟叶育苗质量的栽培方式有漂浮育苗和基质育苗。

漂浮育苗

技术条件

国家烟草专卖局从培育高素质烟苗的角度出发，将烟草育苗作为最重要环节之一，通过烟草漂浮育苗技术有力地确保了高茎壮苗的高效培育。图1是烟草漂浮育苗实物。漂浮育苗温室内温度要精确控制，烟草种子萌发生长的最适温度是20～26℃，当温室温度低于18℃时要关闭通风口保温。烟草播种后50天左右，提取育苗盘，将伸出盘底的根系剪去，促进侧根生长，增加根量。

漂浮育苗剪根机设计

采用提升的方式将漂浮苗盘提升到透明罩中，当苗盘到达指定位置后，通过传感器信号自动感知，修剪刀锯齿开始往复啮合剪断根系，剪根时修剪刀在滑轨上往前推进，推扫剪根完毕后自动复位，开始对下一个苗盘进行作业，实现连续流水的剪根作业。修剪时根的保留长度通过固定在滑轨上的超声传感器直接测量苗盘的底部距离获取，发送给控制器，根据信号控制器可获得实时的剪根长度，并动态记录下剪根的数据（图2）。

受力分析

电机转动作用力转化为修剪刀往复运动的作用力，其中在夹持住烟草苗根系的瞬间，电机的转动能量会转化为剪根的有效作用力，对一个根系而言，剪根的有效作用力为F0，烟草剪根的受力分析如图3。受育苗营养液中悬浮的杂质的影响，剪根的时候夹持头运动会受到相应的摩擦力f，摩擦力f是变化的，并且和营养液循环过滤的洁净程度有关。受力之间的关系为：

F0=Fq+f                               （1）

基质育苗

技术条件

烟草的基质育苗（图4）占据了很大比例，基质育苗的技术门槛相对较低，配套技术设备的投入也要比漂浮育苗少，因此深受广大烟农喜欢。但烟叶采用基质育苗时，根系在基质中生长，剪根时根系附着的基质会干扰剪根作业。

基质育苗剪根机设计

基质育苗剪根前需先对秧苗进行整理，夹持机构伸出透明罩将烟草苗夹住，人工取下苗盘，露出带有基质的根系，再通过脚踩开关发出信号，夹持机构稳定地缩回透明罩内并到达剪根的位置。震动机构将最佳频率的高频震动加载在附着基质的烟草根系上，加速根系上基质的脱落。脱落基质后的烟草苗可以通过修剪刀精准地修剪根系长度（图5）。

应用

修剪长度

烟草育苗剪根机的修剪根系参数设定为长度留出5 cm较为合适，田间试验数据表明：3 cm和7 cm长的根系长势和烟叶干物质重量都低于5 cm长的根系。苗盘的厚度差异在1～2 cm，在设定控制器信号时，每一批不同规格的烟草苗的修剪长度要校准3次。第1盘苗测出基准长度，并校核确认剪根机功能正常;第2盘苗在第1盘苗基础上，将经过尺子测量后的补偿量输入修剪机，剪出符合要求的烟草苗;第3盘苗用来确认修剪结果是否精准达到要求;3盘苗之后，开始流水线作业。

便携折叠结构

烟草育苗剪根机每年的利用率只有3～5周，不适合存放在温室中。在作业完成后，机械结构可以折叠为一个小型的手提箱，外形尺寸约为0.4 m×0.55 m×0.65 m。

便携折叠电源

烟草育苗剪根机采用双电源，即220 V交流电和12 V直流电都可以连接供电，方便实际生产作业。便携折叠电源主体为锂电池，采用手提箱式结构，内置两套电池，使用时打开方便接线，用完后折叠方便搬运，折叠结构有助于电池通风散热，满足长时间剪根作业的要求。

结论

文章针对烟草漂浮板及基质育苗设计了2种烟草剪根机结构，采用电动剪根的方式完成烟草幼苗根部的快速剪根作业，利用超声传感器动态测量和记录剪根长度的信息，针对基质育苗的烟草幼苗，利用震动机构清除基质对剪根的影响。该温室烟草育苗剪根机的设计对于烟草剪根装备的研究具有指导作用。

*项目支持：贵州省烟草科技专项（2019530000241035）。

[引用信息]马伟，王秀，陈天恩，等.温室烟草育苗剪根机设计[J].农业工程技术，2020，40（13）：64-66.