基于一種紅薯苗栽種一體機的研究

貴州師范大學 何亞運 陳功 莫育挺 劉海祥 石凱 張清 鄧靜

引言

我國是世界上最大的紅薯生產國，我國每年的紅薯產量占世界總產量的六成左右。紅薯也可叫作甘薯，是一種營養價值非常高的經濟作物[1]。紅薯也是一種重要的工業原料，能夠用來生產淀粉、酒、糖等物質[2]。另外，紅薯還是我國重要的能源作物之一。因此，我國對紅薯產業的發展一直予以高度的重視。隨著我國農業生產領域的不斷發展，農業機械設備在農業生產過程中的應用越來越廣泛。紅薯機械化生產工作在當今能否全面開展并且有效落實，對于我國農業經濟的推動和發展具有極為重要的積極意義[3]。目前，如果想要促進我國甘薯產業的進一步發展，就要不斷提升甘薯種植的機械化水平。本項目研究的紅薯栽種一體機能促進紅薯栽種的效率，從而提高紅薯栽種產業的機械化，減少所投入的人力成本，大大減少相關企業的成本投入，促進沿線產業的快速升級，并提高產量，從而達到扶貧助農的目的。本項目研究的紅薯苗栽種一體機最終將達到栽種過程的自動化，使用者按動啟動鍵后只需控制機器的走向，機器即可自動完成起壟、施肥、插苗、澆水、夯土這一系列紅薯苗栽種的步驟。且本機器小巧，適宜在山地使用，一人就可完全控制。紅薯作為全球種植的主要作物之一，具有高產穩定、抗逆性強、適應性廣的特點，在我國農業生產中具有巨大優勢。

1 背景技術

紅薯是一種高產而適應性強的糧食作物，與工農業生產和人民生活關系密切。塊根除作主糧外，也是食品加工、淀粉和酒精制造工業的重要原料，根、莖、葉又是優良的飼料。

紅薯作為重要的經濟作物，種植過程較為繁瑣，尤其是在山區種植，大型栽種機無法進入耕地，需要人工進行種植，而人工種植勞動強度大且效率低。特別是以貴州為代表的山區，由于山區自然條件的制約，貴州農村基礎設施建設難度大、成本是平原地區的4～5 倍，農村基礎設施建設嚴重滯后，機耕道不足，田間便道缺乏，耕地小而分散，平整性差，這些問題極大地限制了農機具的作業范圍、面積和效率[4]。

2 國內外研究現狀和發展動態

紅薯作為全球種植的主要作物之一，具有高產穩定、抗逆性強、適應性廣的特點，在我國農業生產中具有巨大優勢。

2.1 研究現狀

市面上普遍是用平原地區的插苗機器來進行紅薯產業化種植，還沒有適用于山地地區的相關種植機器。但相關的專利申請還是較多，如一種農業生產紅薯種植用松土裝置（專利號：CN11069229A）、一種基于二次精確定型異型壟的紅薯苗栽種機（專利號：CN110366918A）、一種用于紅薯種植的地膜覆蓋與施肥一體化裝置（專利號：CN210298785U）、一種可自由調節的翻耕、施肥、起壟一體機（專利號：CN210291458U）等，但這類型的實用新型發明專利只是針對紅薯栽種步驟其中之一或是其中幾個做了研究，且部分機型過大，不好移動，需多人合作才能完成紅薯栽種的過程。目前市面上關于紅薯苗種植的機器很多，其特點是快速、高效，但其中大部分都是適用于平原地區，或者需多人操作，人力成本較高。而本項目研究的紅薯苗栽種一體機極大地簡化了人力成本，縮小了機器體型，使其能適用在以貴州為代表的崎嶇山區，它的施肥用量、澆水量更加科學，從而為紅薯的種植產業添一道力。且本項目研究的紅薯苗一體機不僅可以栽種紅薯苗，還可以栽種同類型的其他作物，例如辣椒苗、白菜等。

2.2 發展動態

農業是我國立國之本，一直以來都受到國家和政府的重視，隨著中國現代農業的發展需要，中國對農業機械發展的投入逐漸加大，對農業機械發展提出了更高的要求[5]。紅薯種植機械化是未來的趨勢，其能大大降低農民投入的人力成本，節省種植播種流程、時間，從而提高產量。目前國家對于相關產業的扶持力度正在加大，指引著我國農用機械的發展方向。近年來此方面農機的裝備水平和農業機械化水平大幅度提升。推進農業機械化、智能化是我國農業現代化的必然道路。本研究也是極大順應了我國農業發展的趨勢。

3 裝置結構

圖1

2、分苗組件；21、承載盤；211、漏孔；22、分度盤；23、儲苗圍欄；

3、插苗組件；31、固定架；32、插桶；33、尖端擴張器；34、連接件；351、插苗動力座；352、插苗軸；353、第一連桿；354、第二連桿；355、撥動軸；356、撥動桿；

4、動力組件；41、動力件；42、第一傳動組件；43、分度轉軸；44、第二傳動組件；441、皮帶；442、從動軸；45、第三傳動組件；46、棘輪；47、棘爪；48、蓄電池；

5、秧苗籃；

6、夯土組件；61、夯土輪；62、夯土固定桿；

結構原理：

運輸車1，用于裝置行走，以及支撐整個裝置。

分苗組件2，包括承載盤、分度盤和儲苗圍欄，所述承載盤固定于所述運輸車，所述承載盤設有漏孔；所述分度盤設于所述承載盤，且與所述承載盤同心，所述分度盤繞所述分度盤的中心設有若干通孔，所述分度盤能相對所述承載盤轉動；若干所述儲苗圍欄與若干所述通孔一一對應設置，所述儲苗圍欄設于所述分度盤遠離所述承載盤的一側，且圍設于所述通孔的外周；當所述通孔和所述漏孔同心時，所述儲苗圍欄內的秧苗漏入所述漏孔；分苗組件動力通過動力組件41 提供動力，通過第一傳動組件傳遞動力，帶動插苗組件工作。

插苗組件3，設于所述運輸車，通過動力組件將動力傳輸到插苗連桿機構，插苗裝置在連桿機構的帶動下將所述漏孔中的所述秧苗栽種于土里。

動力組件4，所述動力組件用于驅動所述分度盤和所述插苗組件。

4 運行方式

紅薯苗栽種一體機的目的在于提供一種秧苗栽種設備，以降低勞動強度、提高種植效率。它的具體操作方式描述如下：

啟動機器，操作員將紅薯苗放入分度盤上的儲苗桶中，電機通過動力傳輸裝置完成動力分配，帶動分度盤上的儲苗桶旋轉。當儲苗桶運動到栽種機構正上方的對位孔時，紅薯苗從對位孔掉落到下方栽種器內，同時連桿機構運作帶動栽種器插入土壤中，栽種器插入土壤一定深度后尖端擴張器打開，完成對紅薯苗的入土操作。之后栽種器向上運動拔出，土壤將紅薯苗根部覆蓋，再由夯土器壓緊土壤實現紅薯苗的栽種。高壟密植的主要目的是提高紅薯產量[6]。通過運輸車在地里行走，通過設置于承載盤的分度盤將秧苗間歇性地漏入漏孔，插苗組件漏孔接到秧苗后，將秧苗栽種于土里。該紅薯苗栽種機降低了栽種秧苗的勞動強度，以及避免對秧苗的損害，提高了勞動效率和產量。

5 現有技術缺陷

相對于現存的紅薯苗自動栽種機其自動化不足；栽種時夾持機構對紅薯苗造成損傷，造成產量下降；現存栽種機多數為大型裝置，不利于山區作業。

6 本發明要解決的問題

（1）盡量減小裝置體積，讓其適合于山區小面積作業。

（2）減少人力投入。

（3）減少紅薯苗損傷，提高存活率和產量。

7 結語

本裝置已獲得國家實用新型專利。本裝置服務以貴州喀斯特地貌為代表的山區種植為主，實現了對紅薯苗、辣椒苗等苗類作物的種植。本裝置自動化程度較高，操作方便，體型較小，便于山區作業，大大縮短了栽種時間。本裝置通過運輸裝置、栽種裝置，有效將紅薯苗進行栽種并可以通過調節運輸裝置轉速實現苗株之間的間距，大大提高了工作效率，降低了勞動強度。整套設備市場前景較高，適合進一步的市場開發。