吊篮式棉花移栽机的研究

2006年4月 农 机 化 研 究 第4期 164 吊篮式棉花移栽机的研究 李其昀，鲁善文，杨宪武 （山东理工大学 轻工与农业工程学院，山东 淄博 255049） 摘 要: 根据作物育苗移栽的农艺要求，在分析了国内外众多移栽机的基础上，优化设计了适合棉花营养钵育苗移栽机的关键部件，并通过实际试验，分析研究了机械栽苗的一般规律，找出了影响栽苗效果的若干因素，确定了工作部件的主要参数，为后续研究奠定了基础。 关键词：农业工程；棉花移栽机；设计；营养钵 中图分类号：S345 文件标识码：A 文章编号：1003—188X(2006)04—0164—03

0 概述 我国是棉花种植大国，无论是种植面积还是单位面积产量，都位于先进植棉大国的前列。但与先进植棉大国相比，我国的棉花生产方式落后、经营规模小、劳动生产率低、生产成本比较高。面对形势，围绕节本增效，建立技术、资金、信息密集的现代化棉花生产体系已成为当务之急。其中，包括不失时机地推广适用的棉花生产机械化技术，如棉花移栽机的推广[1]。

棉花机械移栽的优点主要体现在：一是降低了农民的劳动强度，提高了工作效率；二是机械移栽的行距、株距和深度一致，质量稳定可靠；三是为棉花种植的规模化提供了前提。 国外在20世纪30年代就出现了手工喂苗的栽植机具，50年代已经研制出了多种形式的移栽机和制钵机，到了80年代移栽和制钵已相当普及；而我国的移栽机械则发展比较慢，目前国内研制和正在使用的半自动移栽机主要有钳夹式移栽机、带式栽植机[2]、吊篮式移栽机、导苗管式移栽机[3]和挠性圆盘移栽机。 1 设计方案的选择 通过调查研究得知，农民在移栽棉花的过程中遇到的最大问题不是移栽的速度，而是来回往返挎苗所消耗的时间和精力。所以，移栽机研究开发不应当单纯追求自动化和高速度，相反简单适用、成本低廉、比较实用的移栽机更加适合中国的国情，为广大棉农所接受。本设计的主要目标是结构简单、实用，既能够降低劳动强度，又要保证提高栽植质量。 通过对国内外移栽机的分析，笔者吸取了链夹式移栽机和吊杯式移栽机的优点，设计出了一套对栽植作业立苗率有相当保证的移栽机。 2 机具的工作原理及主要技术参数 2.1 工作原理 移栽机的机构如图1所示。其工作原理为：拖拉机后轮(1)驱动，地轮(3)在驱动力的作用下转动，带动和地轮(3)同轴的链轮；然后此链轮带动链轮43(5)转动，继而将力传给链轮17(7)；当吊杯(9)在链轮的作用下转动到图1所示最低位置时，吊杯在滑道(10)的强制力的作用下打开，将钵苗放入由开沟器(8)开出的沟内，随后在覆土器(11)和镇压轮(12)的作用下，完成栽植工作。

46789112112图1移栽机机构图（1）拖拉机后轮（2）钵苗架（3）地轮（4）座位（5）链轮43（6）链轮17（7）链轮17（8）链轮17（9）开沟器（10）吊杯（11）覆土板（12）镇压轮1035 为使结构简单，在工作过程中，由坐在座位(4)上的操纵人员将放在钵苗架(2)上的钵苗放到吊杯里面。根据拖拉机的速度和链条的长度，将6个吊杯均匀分布在链条上。其中，链轮(6)的作用是使吊杯(9)呈现出一定的倾斜角度，以便于操纵手投放入棉花钵苗。

收稿日期：2005-04-07 作者简介：李其昀（1957-），男，山东淄博人，教授，（E-mail）liqiyun@sdut.edu.cn。

1.拖拉机后轮 2.钵苗架 3.地轮 4.座位 5.链轮43 6.链轮17 7.链轮17 8. 开沟器 9.吊杯 10.滑道 11.覆土板 12.镇压轮图1 移栽机机构图

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165160φ45图2棉花钵苗的形状和尺寸

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2.2 主要技术参数 作业行数/行：2 挂接方式： 悬挂式 配套动力： 8.8kW轮式拖拉机 行距/cm： 60~100（可调） 株距/cm： 35 送苗方式： 人工送苗 移栽深度/mm：50~180（可调） 3 棉花移栽机械的设计原理 3.1 零速原理 栽植率是每一种移栽机必须保证的重要参数。为了提高栽植率，就应当减少钵苗在落进苗床瞬间的相对移动，即实现零速栽植。 由零速原理可知，只有在钵苗保持绝对零速时，投苗才能保证栽植率。下面具体分析一下该吊篮式移栽机是如何实现零速的。 由点的合成原理可知 reaVVV+= 式中 aV—钵苗的绝对速度； rV—拖拉机前进速度； eV—钵苗相对于拖拉机的速度。 设地轮半径为R，链轮17的半径为r，角速度分别为1w和2w，欲使钵苗能够在绝对静止的情况下进行覆土压实，则必须使它的绝对速度等于零。从力学的角度来分析，即必须使21rwRw=（此处的等式只代表数值，没有符号）。故知道R及r后，就可以找到一适当的传动比，使eV和rV大小相等，但方向相反，即保持零速。而在此刻投苗，就可以最大限度地保证钵苗的栽植率。棉花移栽机械的栽植机构和玉米穴播式栽植机比较相似，只不过由于棉花钵苗个体比较大的原因，相应的机构也较大。 当拖拉机的前进速度为0.40m/s时，可计算出吊杯的线速度为0.28m/s，此即为零速栽植时的最佳速度。 3.2 栽植机械的结构设计 秧苗栽植的工艺过程主要包括开沟、送秧入土、扶正、覆土、压实、浇水等工序。由于栽植机构是本次设计的核心，所以主要阐述这个机构。 3.2.1 钵苗形状 棉花钵苗的形状为φ44×80（底部直径×高度）的圆锥体，如图2所示。 3.2.2 栽植机构 栽植机构（吊杯）由圆柱钵管、弹性装置和两个挡板组成。当钵苗到达底部时，栽植机构（吊杯）被强制性地打开，将钵苗放入土壤中，完成栽植工作。其结构简图见图3所示。

1.钵管 2.弹簧 3.挡板 4.螺母 5.打开杠杆 图3 吊杆示意图 栽植机构的工作原理：当钵苗在链条上面接近

投苗点时，打开杠杆开始接触到一弧形滑道并被强制性打开，与此同时，钵苗也开始沿着钵管壁从钵管中脱落。当到达投苗点时，打开杠杆已经全部打开，钵苗可以毫无障碍落入到开沟器开出的沟内，随后由覆土板开始对钵苗进行覆土，镇压轮开始镇压，完成栽植工作。 在打开杠杆全部打开至恢复到原形期间，杠杆并不是瞬间完成的，而是和打开时一样也有一个滑道，使其慢慢关闭。另外，从吊杯的形状上，笔者也做了大量的工作，确保了在移栽过程中不会出现伤苗现象。所以解决了导苗管式移栽机受拖拉机速度影响而不能保证立苗率和链夹式移栽机容易伤苗的两大难题。 相关文献介绍吊杯多为单侧强制性打开，理论分析和试验表明，单侧强制性打开的弊端为：

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图2 棉花钵苗的形状和尺寸 φ45

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166(1) 由于结构及加工误差，主动挡板和从动挡板不可能完全保持同步打开，这样会造成钵苗在下落时的障碍，出现钵苗在吊篮内的倾斜甚至卡堵，进而影响到钵苗的立苗率和工作可靠性。 (2) 结构采用滑块滑道式，结构复杂，可靠性 差。为此，设计成两边均为主动强制打开方式，以 消除这些隐患。

4 试验结果及其分析 4.1 试验结果 试验的主要目的是确定钵苗距离开沟器开出苗床的最佳高度。 在移栽棉花的田间，将吊篮单体固定（高度可以调整）在行走架上。由手扶拖拉机牵引，行走架行走（行走速度按照以上零速栽植原理确定）的同时，由人工依次将钵苗喂入吊篮，测试立苗率。以100个钵苗为试验单元，20个钵苗为1组，通过不同高度，进行立苗率试验，试验数据见表1所示。 表1 投钵高度对立苗率的影响 试验结果/% 投钵高度/mm

1 2 3 4 5 平均值

60 100 99 100 99 100 99.6 130 98 98 99 100 99 98.8 200 96 95 97 97 96 96.2 4.2 试验结果分析 理论上分析，钵苗距离苗床越近，立苗率越高。但是从结构上看，由于开沟器两翼板之间的距离有一定限制，不可能做到零高度投钵。若两者之间的距离过大，则覆土效果不好；反之，吊杯被迫提升

高度（由于吊杯具有一定的宽度），将影响立苗率。所以，钵苗距离苗床的高度是受限的。 由3种投钵高度的试验表明，钵苗立苗率均可达到95%以上。投钵高度变为60mm时，立苗率最高，平均可以达到99.6%；投钵高度为130mm时，可以达到98.8%；200mm时，立苗率最低，为96.2%。这一结果与理论分析是一致的。 除了吊篮对钵苗立苗率的影响以外，还可以在覆土等环节加以辅助。考虑到结构因素，并综合覆土的辅助作用，选取高度为130mm时比较合适。

5 结束语 由于棉花移栽能够大幅度提高产量，因此国内移栽的面积逐年扩大，而大面积的移栽不采用机械作业是无法实现的。本着降低农民移栽时的劳动强度和尽量提高工作效率的目的，笔者设计出了一套完整的棉花移栽机械。从上面的试验结果中可以看出，使用这套棉花移栽机大大提高了立苗率。就机具本身而言，各机构部装调整的合理性、单体仿形能力和栽植器投苗点的调整等是保证栽植质量的关键所在。通过理论分析和试验，该机具能够满足使用要求。 参考文献： [1] 夏俊芳,王树才,许绮川.我国棉花营养钵移栽机械现状与发展趋势[J].中国农机化,2002,(1):36-37. [2] 李其昀,汪遵元.双输送带式栽植器的试验研究[J].农业工程学报，1997,13(3):124-127. [3] 封 俊,顾世康,曾爱军,等.导苗管式移栽机的试验研究(1)[J].农业工程学报,1998,14(1):103-107.

Research of the Cotton Transplanting Machine with the Nacelle

LI Qi-yun，LU Shan-wen，YANG Xian-wu (School of Light Industry & Agriculture Engineering, Shandong University of Technology, Zibo 255049,China) Abstract: According to the requirement for agronomy transplantation to grow seedlings ,we have found a good method to the ones that are suitable for the cotton nutrition bowl and grow seedlings and transplant in optimization design on the foundation of analyzing numerous transplanting machines both at home and abroad ,and through the investigation of the result of the homework, we have analyzed and researched the universal law of the plant shoots in machinery and found some factors that affect the result of plant shoots ,and have established the parameter of the main part of the machine. Key words: agricultural engineering; cotton transplanter；design; nutrition bowl