蘋果苗木移栽機的設計與研制

馬靜，梁堃

（寧夏工商職業技術學院，寧夏 銀川 750001）

蘋果產業作為我國農業經濟的重要支柱，近年來得到了突飛猛進的發展。隨著農業結構和退耕還林政策不斷優化調整，蘋果已成為我國進出口產值最大的果業，其種植規模和面積均占世界第一，據統計，蘋果種植面積和產量占全世界45%左右[1]。蘋果苗木移栽是蘋果生產管理的重要工序和環節，對后期的灌水、施肥、修剪及采摘等環節具有顯著影響。隨著科技水平的不斷提高，蘋果苗木移栽技術悄然發生變化，從傳統的人工模式逐漸向機械化方向過渡，極大地提高了生產效率和管理方式。在我國新疆、寧夏、山東、甘肅等地有大量的蘋果種植基地，基本上均采用矮化密植建園模式，為蘋果苗木移栽機的機械化研究提供了良好基礎，是發展農業經濟的典型經驗。

在20世紀中期，基于我國農業國情，開始逐漸研究蘋果苗木的移栽技術，但與西方發達國家相比，還處于發展的低級階段，移栽機的結構、原理等方面均模仿國外的先進手段。現階段，我國蘋果苗木移栽很大程度上依賴人工操作和挖穴機等輔助方法進行農業生產，機械化程度低、勞動力強度較高、結構設計不合理等因素嚴重制約著蘋果產業的發展。隨著大量蘋果移栽機的研發和問世，挖坑式蘋果移栽機、間斷式蘋果移栽機、連續式蘋果移栽機在蘋果種植方面被廣泛應用[2]。各類型移栽機對區域地形有著不同的要求，比如挖坑式蘋果移栽機適宜小規模種植，在山區、陡坡、土壤質地硬的地形適宜作業，主要依靠人工方式。為有效滿足蘋果產業高質量發展，結合蘋果建園模式和生產配置要素，研究出適合的蘋果移栽機迫在眉睫。

1 蘋果苗木移栽機的工作原理

1.1 蘋果移栽方式

當前，蘋果樹在育苗期的密度比較大，隨著果樹的生長，樹體之間的距離變小，相互制約，爭奪水分、養分、光照和氧氣等，所以需要及時移栽。在上文提到的三種苗木移栽機械類型，其中連續式蘋果苗木移栽機相比于其他類型移栽機，有效提高了生產效率，更加適宜在矮化密植栽模式中應用，而矮化密植栽寬窄行模式是最為常見的一種建園方式，是目前蘋果的栽培方向、也是最適合機械化生產的一種模式。因此，本文主要是研究一種連續式蘋果苗木移栽機。

1.2 連續式蘋果苗木移栽機工作原理

連續式蘋果苗木移栽機的工作原理主要是依靠拖拉機的牽引動力，將力矩傳輸至液壓系統進而驅動移栽機械進行開溝移栽，結合人工填苗，將苗木有效放置在移栽機擋土板底部，通過輔助定位（柵桿）將種苗精確的移栽，并保證苗木的間距。在拖拉機牽引過程中，設置在移栽機尾部的定植系統過對苗木的位置的初步判斷后，將苗木夾持并定距放入開溝的土壤中，然后刮土板再對土壤進行回填，周而復始的重復相同的機械操作，實現開溝、移栽、回填、覆土全機械化。連續式蘋果苗木移栽機主要組成部分見圖所示，1代表懸掛裝置、2代表機架裝置、3代表傳動箱、4代表開溝機械、 5代表擋土板、6代表覆土擋板、7代表定距移栽機械、8代表夾苗裝置 、9代表定位系統。

1.3 連續式蘋果苗木移栽機主要技術參數

連續式蘋果苗木移栽機主要技術參數是決定機械性能的主要指標，包括牽引動力、外觀尺寸、作業行數、開溝寬度、懸掛方式、輔助人數、作業速度等，具體如表1所示。

表1 連續式蘋果苗木移栽機主要技術參數

2 蘋果移栽主要農藝要求

蘋果苗木移栽機結構設計對生產管理至關重要，科學合理的農藝措施能夠有效地提高管理效率，為滿足矮化密植蘋果園種植基地的機械化要求，必須保證農機水平和農藝要求高度契合。

2.1 蘋果苗木移栽特性及要求

選擇優質苗木是高產高效的重要環節，蘋果苗木的正確選擇對于規模化種植基地來說尤為重要。應盡可能選用當地鄉土蘋果樹種，鄉土蘋果樹種，是在本地區經過漫長的年代，不斷地對物種進行優化與篩選后，苗木與當地的氣候、土壤、地質地貌等自然要素都能夠做到高度適應，具有更高的穩定性，更能夠適應當地的環境[3]。宜采用本地苗圃培育三年以上的健康碩壯的苗木，且基砧和矮化砧木純正、無病蟲害。根據我國多地的經驗和相關學者的研究，認為健康碩壯的蘋果苗木的標準是：樹苗基部結合處應距離根部0.5米處，樹苗高度在1.6m以上，帶有5～10個左右的主分枝，且帶有土球[4]。

2.2 移栽密度

在我國的不同地區的移栽密度有所差異，蘋果苗木的移栽密度應與當地自然環境、管理方式相匹配，也必須滿足蘋果樹苗的砧木要求，矮化蘋果相對于喬木蘋果，其產量較低，可以通過增加移栽密度來提高經濟效益。所以，矮化密植模式在我國較為流行。同時，矮化密植模式有利于機械作業，提高生產效率。一般果苗的行距在2.5～4m之間、株距在1～2m之間。

2.3 移栽深度

矮化蘋果苗木移栽深度不易太深，其會將部分接橞覆蓋在土壤中，導致生長過快，降低產量。接橞與砧木的嫁接口應在距離地面 5～10 cm 處，嫁接一般位于根部以上40～50 cm 處，移栽后淺培土10cm左右。

3 蘋果苗木移栽機的主要結構設計

3.1 開溝機械裝置設計

開溝機械裝置的結構設計是否合理直接會影響蘋果樹苗的種植質量和保存率。本機械開溝裝置芯鏵式機具，由開溝模具、開溝機械、擋土板、定位板、夾苗裝置及傳動器等附屬結構組成。開溝機械裝置通過機械連接件將開溝機具安裝在機架橫梁上，開溝模具鋼材料使用65Mn，具有強度高和韌性足的優勢，一般在犁鏵等翻土器械中應用。其屈服強度、耐極限拉伸強度分別為450MPa、800MPa，顯著高于其他的模具鋼材料；其他附屬零件的選用 Q235A材質，屈服強度、耐極限拉伸強度分別為235MPa、600MPa，對屈服強度、耐極限拉伸強度要求不高。

在拖拉機動力牽引過程中，開溝機械裝置進入土壤中，通過輔助輪和芯鏵有效控制前進方向、移栽寬度和開溝深度。同時，土壤會被開溝裝置均分在兩側，為有效防止土壤過早回填，精確控制移栽深度和寬度，在定位板和和擋土板的聯合作用下被提前壓實，降低了過多的土壤進入溝中。在開溝過程中，由人工進行補充苗木，種苗被收攏到開溝中間，覆土后，樹苗整體呈現直線。開溝機械裝置極大的提高了移栽苗木的效率，取代了傳統的移栽方式，為蘋果后續移栽工序奠定了良好的基礎。

3.2 動力系統配置

蘋果苗木移栽機的實際生產過程中，牽引阻力設計主要依據開溝機械裝置的阻力、輔助輪阻力。開溝機械裝置的阻力可按照以下公式進行計算，具體如下[5]：

其中，F1代表蘋果開溝機械裝置的阻力（N）；KM代表開溝比阻（N/cm2），其值受自然環境和土壤條件的影響，在我國的西北地區一般取值為11～18N/cm2之間，在南方土壤環境較好區域一般取值為18～20N/cm2.，我國的蘋果移栽區域相對比較復雜，為保證動力輸出的合理性，取值最大值20N/cm2.；A代表開溝移栽橫截面積（cm2），根據開溝機械工藝參數求得A為2400cm2。可求得開溝機械裝置的阻力為48000 N。

輔助輪阻力采用簡化公式求得[6]：

其中，β為表示輔助輪的阻力系數，輔助輪的阻力系數在不同的土壤條件中數值大小不同，為有效保證機械的正常運轉，選取值為0.5；G為輔助輪承受的重力，移栽機自重5000N，苗木容器可容納400棵種苗，以苗木平均重 6N，總計2400N，輔助機械人員按照4人，每人平均重600N，總計2400N。所以，可以可求得總承重為9800N，輔助輪阻力為4900N。

因此，牽引阻力為F1和F2之和：52900 N，在蘋果苗木移栽機機械過程中，對夾苗速度和株距有嚴格的要求，以作業速率V最大值1.5 km/h計算，綜合考慮機械有效功率，安全系數C為2.5，因此：

3.3 機架結構設計

為充分發揮機架的優勢和保證在移栽過程中的穩定性，架結構設計采用三級連接方式，由矩形鋼管焊接而成。第一級主要主體懸掛機構，這是蘋果移栽機最重要組成部分；第二級是輔助輪支架，其主要起到承重和穩定的作用；第三級是擋土板、覆土板支架機構，主要通過螺栓進行連接，除了這三級機架組成外，還有駕駛座位、開溝機械等。該機型的雙側開溝器可以實現連續寬深開溝，開溝效率高。柵桿輔助定位裝置與夾持輸送裝置可以實現樹苗的直立移栽，大大減少人工輔助移栽的工作量，機架上刮板式覆土裝置，再移栽后實現土壤回填，通過機架后方輔助輪再進一步壓實。

4 蘋果苗木移栽機田間試驗

為充分驗證蘋果苗木移栽機的機械性能和苗木移栽質量，對蘋果苗木移栽機進行田間試驗。試驗地塊選取在土壤質地條件較好、無雜草和大石塊的田間，符合蘋果苗木的生長習性試驗區進行試驗[6]。

選取500棵無病蟲害且生長旺盛的矮化蘋果樹苗木，分為三次種植。移栽機上有三人輪流在苗箱放入蘋果樹苗。在拖拉機的牽引下，依次通過夾苗裝置進行移栽。共移栽三行，并將其作為三個試驗小區，每個行移栽160棵，為了保證試驗結果的正確性，除去每行兩端的10棵樹苗，每行剩余140棵作為觀測對象。通過對觀測樹苗的漏栽、倒伏、傷苗的數據統計，進而得出移栽苗木的合格率[7]。其次，安排專門人員對每行的移栽時間進行測定，目的就是計算種植頻率。株距、移栽深度、變異系數及移栽深度合適率等指標主要采用人工測量方式。其次，設置對照組，同機械移栽相同，安排三人進行移栽。

通過實驗可以得出，以人工移栽方式為對照組，蘋果苗木機械移栽所用時間比人工移栽平均提高6倍多，工作效率大大提高、勞動強度減少。此外，蘋果苗木機械移栽機在移栽株數合格率和移栽深度合格率方面與人工種植相似。隨著科學水平不斷提高，果園種植全程機械化儼然已成為一種趨勢，且人工種植和機械移栽機在植株數合格率和移栽深度合格率方面無顯著性差異。

5 結語

（1）在我國農業結構不斷調整及優化的背景下，蘋果產業不斷向規模化種植的方向邁進，蘋果苗木移栽機越來越扮演著重要角色。根據蘋果建園的現實需求和移栽技術的特點，設計了開溝式蘋果苗木移栽機，其能夠有效地提高生產效率，實現了農業經濟快速發展。

（2） 通過田間試驗，蘋果苗木移栽機機械性能穩定，在苗木移栽合格率、移栽深度等方面表現良好，且與人工方式相比，極大地提高了工作效率。