蘆蒿扦插機(jī)的樣機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究

於鋒戴其燕葛迅一孫龍霞

蘆蒿又名蔞蒿、水艾、水蒿，含多種維生素和礦物質(zhì)元素，炒食口感爽嫩，味道清香，是江蘇省特色蔬菜之一。目前，江蘇省蘆蒿種植總面積超過(guò)6 667 hm2，主要集中在南京、宿遷、連云港等地。蘆蒿種植以壓條、扦插為主，由于缺乏適用的機(jī)械，目前，仍以人工作業(yè)為主，存在用工多、工作量大、勞動(dòng)強(qiáng)度高、作業(yè)效率低下的問(wèn)題，導(dǎo)致蘆蒿生產(chǎn)成本居高不下[1-2]。為解決蘆蒿機(jī)械化種植難題，項(xiàng)目組在詳細(xì)調(diào)研的基礎(chǔ)上，研究開發(fā)了蘆蒿扦插機(jī)，并對(duì)樣機(jī)進(jìn)行田間試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，該機(jī)具性能良好，能較好地滿足蘆蒿扦插要求。

1 機(jī)械化種植農(nóng)藝研究

1.1 種植方式

蘆蒿屬于莖稈類作物，耐濕、耐熱、耐肥，但不耐旱，以種植在保水保肥性能好的砂質(zhì)土壤或沖積土為佳。蘆蒿的繁殖能力強(qiáng)，種子、根、莖稈均可繁殖，在直接播種出苗后，可以利用其莖稈進(jìn)行分株繁殖、壓條繁殖、扦插繁殖、栽莖繁殖。分株繁殖必須將蘆蒿苗完整取出，不可傷其根部。壓條繁殖需將蘆蒿莖稈頭尾相連栽植到溝中，機(jī)械化栽培難度大[3-5]。扦插繁殖和栽莖繁殖易于機(jī)械化作業(yè)，但栽莖繁殖種植株距不可調(diào)、莖稈直立性較差，扦插繁殖扦插穩(wěn)定性較好、不易倒伏、莖稈豎直，因此蘆蒿機(jī)械化種植首選扦插繁殖。

1.2 種植要求

蘆蒿扦插繁殖時(shí)間在每年6～8月。扦插時(shí)，需選用強(qiáng)壯無(wú)病蟲害的莖稈，去除莖稈頂部嫩梢，將莖稈切成約20 cm左右的小段，扦插行株距控制在15～20 cm，扦插深度保持在莖稈2/3左右。扦插后澆足水，經(jīng)過(guò)10天左右便可生根發(fā)芽[6]。機(jī)械化扦插應(yīng)考慮對(duì)種苗損傷情況，通過(guò)對(duì)蘆蒿苗稈進(jìn)行物理特性分析和力學(xué)特性分析，確定其物理性能、表觀特征等相關(guān)參數(shù)（基礎(chǔ)參數(shù)見表1）。扦插用蘆蒿莖稈已經(jīng)半木質(zhì)化，表皮偏硬，機(jī)械化扦插時(shí)幾乎不損傷蘆蒿苗桿。

表1蘆蒿苗稈基礎(chǔ)參數(shù)

2 樣機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 樣機(jī)設(shè)計(jì)思路

目前應(yīng)用的蔬菜移栽機(jī)主要有全自動(dòng)和半自動(dòng)兩大類。全自動(dòng)移栽機(jī)多用于移栽穴盤苗，尚無(wú)配套成熟的莖稈類作物取苗、投苗技術(shù)，且價(jià)格普遍較高，對(duì)生產(chǎn)操作人員的技能要求也較高，不適用于蘆蒿栽植。半自動(dòng)鴨嘴式移栽機(jī)雖可以實(shí)現(xiàn)多行同時(shí)移栽，但是要求穴盤苗盤根較好，移栽時(shí)不散坨，且莖稈高度要在20 cm以下。綜合機(jī)具應(yīng)用情況，項(xiàng)目組確定以半自動(dòng)鏈夾式移栽方式進(jìn)行蘆蒿扦插作業(yè)，并通過(guò)錯(cuò)行分布栽插部件實(shí)現(xiàn)扦插行距要求[7-8]。

2.2 樣機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

通過(guò)實(shí)地調(diào)查蘆蒿種植培栽情況與農(nóng)藝要求，確定蘆蒿扦插機(jī)的設(shè)計(jì)要求與樣機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)。樣機(jī)采用包括苗箱、導(dǎo)苗與取苗機(jī)構(gòu)、扦插機(jī)構(gòu)、懸掛架、傳動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)架、開溝裝置、鎮(zhèn)壓裝置、澆水裝置在內(nèi)的整體設(shè)計(jì)方案，使機(jī)具集開溝、取苗、分苗、扦插、鎮(zhèn)壓等功能于一體。鏈夾式移栽機(jī)工作時(shí)，鏈夾在鏈條的帶動(dòng)下運(yùn)動(dòng)，栽植人員將秧苗放入張開的鏈夾上，蘆蒿苗隨鏈夾由上往下平移進(jìn)入滑道，借助滑道的作用迫使鏈夾夾緊蘆蒿苗，同時(shí)使蘆蒿苗的運(yùn)動(dòng)變成回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。鏈夾轉(zhuǎn)到與地面垂直的位置時(shí)，脫離滑道的控制而自動(dòng)打開，蘆蒿苗則脫離鏈夾垂直落入已開好的溝中，在蘆蒿苗接觸溝底的同時(shí)，由鎮(zhèn)壓覆土輪覆土并壓實(shí)，完成蘆蒿苗整個(gè)移栽過(guò)程。通過(guò)調(diào)整鏈夾之間的距離，可將種植行距控制在20～25 cm之間。具體工作原理如圖1所示。

2.3 樣機(jī)形成

南通富來(lái)威農(nóng)業(yè)裝備有限公司根據(jù)蘆蒿扦插機(jī)樣機(jī)設(shè)計(jì)方案，加工、制作出樣機(jī)1臺(tái)（如圖2所示）。該機(jī)具采用大中型拖拉機(jī)牽引作業(yè)，可根據(jù)產(chǎn)地實(shí)際需要進(jìn)行種植行數(shù)調(diào)整，最多可實(shí)現(xiàn)5行同時(shí)扦插作業(yè)，作業(yè)效率高；可通過(guò)調(diào)節(jié)播種機(jī)構(gòu)距離將株距控制在19～23 cm；還可根據(jù)用戶需要增設(shè)滴灌帶，實(shí)現(xiàn)澆水功能。

圖1蘆蒿扦插機(jī)工作原理簡(jiǎn)圖

圖2蘆蒿扦插機(jī)樣機(jī)

3 田間試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)時(shí)間、地點(diǎn)

試驗(yàn)時(shí)間為2020年6月。試驗(yàn)地點(diǎn)在南京市棲霞區(qū)八卦洲鎮(zhèn)洲磊蔬菜專業(yè)合作社蘆蒿種植基地，試驗(yàn)地土壤相關(guān)參數(shù)見表2。

表2蘆蒿種植試驗(yàn)地土壤相關(guān)參數(shù)

3.2 試驗(yàn)內(nèi)容

試驗(yàn)采用73.5 kW拖拉機(jī)牽引蘆蒿扦插機(jī)作業(yè)，5行同時(shí)移栽。結(jié)合蘆蒿主產(chǎn)區(qū)的農(nóng)藝要求，測(cè)定機(jī)具行駛速度、行距、株距、蘆蒿扦插深度、漏插率、倒伏率等參數(shù)，綜合考量蘆蒿扦插機(jī)的工作情況和實(shí)用性。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

按照蘆蒿扦插繁殖要求，試驗(yàn)用蘆蒿種苗長(zhǎng)200 mm左右，莖稈直徑8～10 mm，每段莖稈頂端有2個(gè)以上（含2個(gè)）飽滿芽，扦插深度在13 cm左右。蘆蒿扦插機(jī)試驗(yàn)結(jié)果見表3。試驗(yàn)結(jié)果顯示，機(jī)插行距、株距、扦插深度、栽植頻率、栽植合格率均達(dá)到蘆蒿扦插農(nóng)藝要求，表明該機(jī)具性能良好。

表3蘆蒿扦插機(jī)試驗(yàn)結(jié)果

此次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)蘆蒿扦插機(jī)作業(yè)質(zhì)量受人為因素影響較大。例如：作業(yè)過(guò)程中存在人工擺苗跟不上扦插速度的情況，導(dǎo)致漏插；蘆蒿扦插深度與人工擺苗時(shí)苗露在鏈夾外面長(zhǎng)度存在直接關(guān)系；等等。

4 機(jī)具改進(jìn)措施

針對(duì)人工取苗效率低和扦插深度均勻性受人為因素影響較大等問(wèn)題，下一步應(yīng)在原有的蘆蒿扦插機(jī)上，增加苗箱與送苗機(jī)構(gòu)，在苗箱下端設(shè)置出苗口，出苗口端與鏈夾上端通過(guò)電動(dòng)傳送機(jī)構(gòu)相連，實(shí)現(xiàn)蘆蒿苗的傳送。蘆蒿苗被傳送機(jī)構(gòu)帶到最下端處時(shí)，在重力作用下，自由落體到鏈夾中，鏈夾帶著苗做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)蘆蒿的全自動(dòng)移栽。同時(shí)，要針對(duì)機(jī)械化扦插，研究蘆蒿機(jī)械化生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范，明確前茬整地作業(yè)質(zhì)量要求，形成可復(fù)制推廣的作業(yè)模式，提高特色蔬菜的機(jī)械化生產(chǎn)水平。