西洋參種植用移栽裝置設(shè)計(jì)

胡 靜，毛積磊，邱 杰，胡怡林，王浩哲，劉甜甜，單墨文，侯麗娟*

（1.威海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，山東威海 264200；2.威海市農(nóng)業(yè)農(nóng)村事務(wù)服務(wù)中心，山東威海 264200）

0 引言

西洋參又名花旗參、洋參、西洋人參，五加科人參屬，多年生宿根草本植物，原產(chǎn)于美國和加拿大。它是一種具有高營養(yǎng)價(jià)值的藥用植物，長期以來一直被認(rèn)為具有固精壯陽、滋補(bǔ)養(yǎng)生的作用，備受人們的青睞。隨著人們對健康生活的追求逐漸升溫，西洋參的種植需求也隨之增加。我國已引種多年[1]，主要分布在北京懷柔、東北吉林、山東文登等地。威海市文登區(qū)是我國西洋參引種最早的地區(qū)之一，種植面積 4 000 hm2左右[2]。近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和人們生活品質(zhì)的提高，中藥調(diào)養(yǎng)受到消費(fèi)者的大力追捧。因此，如何獲得更高品質(zhì)的中草藥是科研工作者追求的目標(biāo)[3]。

1 設(shè)計(jì)背景

西洋參是一種珍貴的藥材，其品質(zhì)卓越，功效顯著。然而，由于其種植難度較大，加之市場需求量大，市場上的優(yōu)質(zhì)西洋參價(jià)格極高。在西洋參的整個(gè)種植過程中，整地、播種、收獲以及烘干等環(huán)節(jié)已基本實(shí)現(xiàn)機(jī)械化操作。然而，在勞動(dòng)強(qiáng)度較大的種苗移栽和種子采集等環(huán)節(jié)，仍然沿襲人工操作，特別是在人工種植育苗完成后對一年和二年生的西洋參種苗進(jìn)行移栽環(huán)節(jié)中，不能與機(jī)械化操作更好地銜接。不僅耗時(shí)費(fèi)力，還易造成植株生長發(fā)育不良，極大地制約了西洋參的生產(chǎn)效率和質(zhì)量。為了解決這個(gè)問題，決定研發(fā)一種移栽裝置，以提高西洋參種植的生產(chǎn)效率和品質(zhì)。

2 設(shè)計(jì)考慮

第一，西洋參在生長過程中的各種特點(diǎn)。其根系較為發(fā)達(dá)，因此需要一個(gè)較大的空間來生長。同時(shí)，其生長周期較長，移栽時(shí)，需要將其原先的生長土壤保持在根系周圍，以免對植株造成太大的刺激。基于這些特點(diǎn)，移栽裝置需要在保證空間充足的同時(shí)，盡可能減少對根系的損傷。第二，經(jīng)濟(jì)效益。西洋參的價(jià)格較為昂貴，因此種植過程中需要盡可能地減少投資成本和勞力成本。一個(gè)好的移栽裝置應(yīng)盡可能地簡單、易操作、省時(shí)省力，才能達(dá)到降低勞動(dòng)力成本的效果。第三，環(huán)境保護(hù)。現(xiàn)代社會(huì)越來越重視對生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展，因此設(shè)計(jì)移栽裝置時(shí)需要考慮到其對環(huán)境的影響。

總之，設(shè)計(jì)一種適用于西洋參種植的移栽裝置，需要充分考慮到植株的特性、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境保護(hù)三個(gè)方面。只有在這三個(gè)方面均有所考慮之后，才能夠設(shè)計(jì)出一種適用于現(xiàn)代社會(huì)的科技種植工具，達(dá)到保證生態(tài)健康、減輕勞動(dòng)力成本和提高經(jīng)濟(jì)效益的目標(biāo)。結(jié)合以上考慮，設(shè)計(jì)了一種西洋參種植用移栽裝置。本移栽裝置通過傳感器自動(dòng)感知植物根系狀況，并通過控制系統(tǒng)精確掌控移栽過程。

3 總體設(shè)計(jì)及具體實(shí)施方式

1）西洋參種植用移栽裝置設(shè)計(jì)主要包括：第一層板、導(dǎo)向套、行走輪、防護(hù)套、栽苗器本體、安裝架、第二層板。安裝架6的內(nèi)部設(shè)置有栽苗器本體5，栽苗器本體5的下方設(shè)置有防護(hù)套4，防護(hù)套4的端口內(nèi)部設(shè)置有彈性刮片9。栽苗器本體5的底部末端位于防護(hù)套4的內(nèi)部，彈性刮片9設(shè)計(jì)有多塊且環(huán)繞覆蓋設(shè)置。安裝架6的內(nèi)部側(cè)壁設(shè)置有滑桿10，栽苗器本體5的外部側(cè)壁設(shè)置有導(dǎo)向套2，導(dǎo)向套2活動(dòng)套設(shè)于滑桿10的外部。導(dǎo)向套2的底部設(shè)置有長彈簧12，長彈簧12套設(shè)于滑桿10的外部，安裝架6的底部兩端均連接設(shè)置有行走輪3，安裝架6的外部端角均為圓弧狀輪廓。栽苗器本體5以導(dǎo)向套2沿滑桿10向下活動(dòng)，栽苗器本體5在移栽過程中更加穩(wěn)定，其移栽目標(biāo)更加精準(zhǔn)，栽苗器本體5的底部末端穿刺進(jìn)土壤，后續(xù)完成西洋參移栽。導(dǎo)向套2沿滑桿10向下活動(dòng)過程中會(huì)壓縮長彈簧12，長彈簧12在移栽操作完成后推動(dòng)導(dǎo)向套2。栽苗器本體5至土壤拔出過程中，有長彈簧12的助力更加省力（圖1、圖2）。

圖1 總體結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 層板示意圖

2）栽苗器本體5在移栽過程中會(huì)穿透經(jīng)過彈性刮片9，彈性刮片9與栽苗器本體5的末端側(cè)壁相互接觸，彈性刮片9清除栽苗器本體5末端側(cè)壁的土壤殘留，防止栽苗器本體5在穿刺進(jìn)土壤過程中增添阻力。彈性刮片9自身可發(fā)生形變，與栽苗器本體5接觸過程中不會(huì)發(fā)生斷裂，栽苗器本體5的底部末端日常置于防護(hù)套4內(nèi)部。防護(hù)套4保護(hù)栽苗器本體5的穿刺部位，既避免栽苗器本體5的穿刺部位發(fā)生卡頓，又防止栽苗器本體5的穿刺部位對外界造成劃損（圖3）。

3）安裝架6的內(nèi)部水平設(shè)置有第一層板1，第一層板1對應(yīng)于栽苗器本體5開設(shè)有套孔8，栽苗器本體5穿透于套孔8，栽苗器本體5的側(cè)壁水平連接設(shè)置有第二層板7，導(dǎo)向套2固定于第二層板7的末端，防護(hù)套4的外部側(cè)壁與安裝架6的內(nèi)部側(cè)壁之間連接設(shè)置有第三層板11，滑桿10豎直設(shè)置于第一層板1的底部與第三層板11的頂部之間，第一層板1、第二層板7與第三層板11均可用于西洋參苗種的放置，有利于西洋參在移栽過程中苗種的大批量搬運(yùn)，西洋參移栽過程更加省時(shí)省力（圖4）。

圖4 導(dǎo)向套示意圖

4 優(yōu)勢分析

針對西洋參種苗移栽工作設(shè)計(jì)的一種西洋參種植用移栽裝置，與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本設(shè)計(jì)的移栽裝置優(yōu)勢明顯。第一，栽苗器利用導(dǎo)向套沿滑桿向下滑動(dòng)，從而使栽苗器在移栽過程中更加穩(wěn)定，移栽目標(biāo)更加精準(zhǔn)。第二，栽苗器處設(shè)計(jì)長彈簧助力，使其從土壤拔出過程中更加省力。第三，增加彈性刮片用來清除栽苗器末端側(cè)壁的土壤殘留，防止栽苗器在穿刺進(jìn)土壤過程中增添阻力。第四，栽苗器的底部末端置于防護(hù)套內(nèi)部，既能避免栽苗器的穿刺部位發(fā)生卡頓，又能防止其對外界造成劃損。第五，第一層板、第二層板與第三層板均可放置西洋參苗種，西洋參種苗在移栽過程中便于大批量搬運(yùn)，使其移栽過程更加省時(shí)省力。

本移栽裝置移栽速度高，穩(wěn)定性強(qiáng)，有效提高了西洋參種植的生產(chǎn)效率和質(zhì)量。同時(shí)，還可以有效減少人工成本和勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化生產(chǎn)和自動(dòng)化操作，為西洋參種植業(yè)的發(fā)展做出了積極貢獻(xiàn)。

5 結(jié)語

設(shè)計(jì)的一種西洋參種植用移栽裝置的小型移栽機(jī)，實(shí)現(xiàn)了西洋參種苗的便捷化種植。設(shè)計(jì)效果表明，移栽目標(biāo)更加精準(zhǔn)，種苗的搬運(yùn)更加省時(shí)省力，能很好地滿足種植的要求。由于專門設(shè)計(jì)了層板、防護(hù)套、導(dǎo)向套等機(jī)構(gòu)，使其種植效率比人工移栽高。目前，該設(shè)計(jì)已申請國家實(shí)用新型專利（專利號：ZL202221289050.2），2022年11月22日于國家知識產(chǎn)權(quán)局進(jìn)行了公開公告（公告號：CN217850107U），為今后類似設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)[4]。總之，本移栽裝置的出現(xiàn)不僅解決了西洋參種植過程中的移栽難題，還提高了種植效率，減少了人工成本和勞動(dòng)強(qiáng)度，具備廣泛的應(yīng)用價(jià)值和推廣前景。相信在不久的將來，這一設(shè)計(jì)將在西洋參種植業(yè)中發(fā)揮重要作用，為提高西洋參的生產(chǎn)效率和質(zhì)量、推動(dòng)種植業(yè)的可持續(xù)發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。