馮源

摘 要：目前，我國(guó)大蒜機(jī)械化種植發(fā)展緩慢，大蒜種植大部分為人工栽植，為了提高大蒜種植的勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，結(jié)合我國(guó)大蒜栽植的農(nóng)藝要求，以及大蒜機(jī)械化種植的必要性，研究設(shè)計(jì)了一種新型大蒜種植機(jī)。重點(diǎn)闡述了大蒜種植機(jī)的主體結(jié)構(gòu)與整機(jī)工作原理，以及相關(guān)核心部件的設(shè)計(jì)，并針對(duì)種植機(jī)關(guān)鍵機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及其原理進(jìn)行具體分析。

關(guān)鍵詞：大蒜；種植機(jī)械；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：S223.94 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A doi：10.14031/j.cnki.njwx.2016.06.002

0 引言

目前，我國(guó)大蒜總種植面積33.3萬余hm²，占亞洲種植總面積的1/2，占世界總種植面積的1/3。但因大蒜種子體積較大、形狀不規(guī)則、種植時(shí)要求根部朝下等特殊性，導(dǎo)致普通種植機(jī)械很難滿足大蒜種植要求，因此，大蒜種植仍然以人工種植為主，勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低。

通過查閱大量的國(guó)內(nèi)外專利文獻(xiàn)可以看出，大蒜種植機(jī)械較多的集中在韓國(guó)、日本，其次是中國(guó)。國(guó)外的大蒜種植機(jī)械多采用旋耕或開溝后下種覆土，很少涉及蒜瓣直立種植問題。國(guó)內(nèi)大蒜種植機(jī)械按種植方式可分為三類：第一類，大蒜點(diǎn)播機(jī)，多采用壓穴（錐形或半圓形）投種異步工作，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，播種效率高，但牙尖朝向是隨機(jī)的；第二類，大蒜播種機(jī)，能夠保證大蒜尖部朝上，但必須由人工實(shí)現(xiàn)將蒜瓣擺放在蒜盒內(nèi)，播種效率與人工相差無幾；第三類，全自動(dòng)播種機(jī)，典型的是中國(guó)農(nóng)科院研究的2ZD-5型自走式大蒜種植機(jī)，其種植效率是人工種植的25倍，但種植機(jī)械采用的開溝播種，不能滿足大蒜種植要求。經(jīng)蒜農(nóng)使用后反應(yīng)其入溝后直立率不高，因此，該機(jī)型未能大面積推廣[1]。

1 大蒜種植機(jī)械整機(jī)設(shè)計(jì)方案初探

如圖1所示，大蒜種植機(jī)械整機(jī)由機(jī)架、種箱、排種機(jī)構(gòu)、接種機(jī)構(gòu)、種植機(jī)構(gòu)、壓實(shí)輥、地輪及傳動(dòng)裝置構(gòu)成。其工作原理為：整機(jī)由四輪車牽引，動(dòng)力通過地輪1傳遞給排種器4的主動(dòng)鏈輪，主動(dòng)鏈輪帶動(dòng)鏈條運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)固定于鏈條上的取蒜勺運(yùn)動(dòng)，取蒜勺在經(jīng)過種箱5取蒜種，多余的蒜種在斜向上及水平運(yùn)動(dòng)過程中進(jìn)行清種，實(shí)現(xiàn)單粒取種。之后取蒜勺傾斜，經(jīng)過護(hù)種排種階段，將蒜種送入安裝在機(jī)架上的接種機(jī)構(gòu)8的接種斗中。由接種斗將蒜種送入種植裝置7中的接種斗中的過程中完成蒜種的方向識(shí)別及掉頭。種植斗安裝在種植機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)軸上，在行星輪系的帶動(dòng)下，保證種植斗在運(yùn)動(dòng)過程中保持垂直向下的狀態(tài)，進(jìn)而確保蒜種入土?xí)r的直立狀態(tài)，壓實(shí)輥6完成壓實(shí)與平整工作。

2 關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初探

2.1 種箱

種箱由種箱主體、種盒及導(dǎo)種管構(gòu)成。種箱主體呈棱錐型，底部?jī)A斜一定角度，便于蒜種從種箱主體中滑入種盒中，以及減少種箱主體中蒜種的剩余量。設(shè)計(jì)種盒的目的是在滿足取種要求的前提下減少取蒜勺對(duì)蒜種的摩擦，減少對(duì)蒜種外皮的損傷。種盒的數(shù)量由一次種植的行數(shù)決定，種盒下部開孔，并焊接一導(dǎo)蒜管，確保前一取蒜勺取蒜種時(shí)后一取蒜勺進(jìn)入導(dǎo)蒜管，保證蒜種不脫落。

2.2 排種機(jī)構(gòu)

排種機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要滿足單瓣橫向取種。目前韓國(guó)專利現(xiàn)有的排種器形式主要有勺鏈?zhǔn)?、轉(zhuǎn)勺式、振動(dòng)式、斜圓盤式[2]，國(guó)內(nèi)除了以上幾種形式外還有轉(zhuǎn)筒式和夾持式等。綜合各種排種器的優(yōu)缺點(diǎn)來看，勺鏈?zhǔn)降男阅芟鄬?duì)穩(wěn)定。

該大蒜種植機(jī)為兩行同時(shí)作業(yè)，每組排種單體的結(jié)構(gòu)如圖2所示，由四個(gè)結(jié)構(gòu)和齒數(shù)相同的鏈輪1、鏈條2、蒜勺3、清種擋板4，及護(hù)種擋板5構(gòu)成。取蒜勺固定在鏈條上，是排種機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵部件，其結(jié)構(gòu)性能的好壞直接影響取種的質(zhì)量。取蒜勺的形式有橫向和縱向區(qū)分，但縱向取種效率低，因此本機(jī)采用橫向取種方式。取蒜勺的結(jié)構(gòu)有勺體、勺柄、定量擋板構(gòu)成，其中勺體與水平呈一定角度，該角度大于蒜種與勺體之間的摩擦角。蒜勺的具體尺寸由蒜種的平均尺寸來確定。

2.3 接種斗與種植斗

蒜種由于體積大、形狀不規(guī)則，種植時(shí)要求牙尖朝上、根部朝下的特殊要求，決定了大蒜種植機(jī)械應(yīng)具備蒜種方向識(shí)別、掉頭以及直立種植的功能。大量的文獻(xiàn)顯示，蒜種方向識(shí)別有影像法、紅外線法、智能機(jī)器手法等。由于大蒜種植機(jī)械屬于農(nóng)用機(jī)械，在作業(yè)過程中振動(dòng)較大，上述提到的方法限于實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，在實(shí)際中很難實(shí)施。本文根據(jù)蒜種形狀特點(diǎn)采用機(jī)械法，利用接種斗與種植斗的配合工作完成蒜種方向的識(shí)別、掉頭及直立種植。

如圖3所示，接種斗a與種植斗b主體采用結(jié)構(gòu)基本相同，兩者均由兩半件構(gòu)成的漏斗形，一個(gè)半件為可動(dòng)半件1，另一個(gè)為固定半件2。漏斗的上部分呈錐形為接種斗和種植斗的主體，下部分焊接一扶正管。扶正管底部開一小孔，孔的大小由蒜種的根部的平均尺寸決定（剛好卡住根部為好），接種斗的可動(dòng)件下面焊接一限位片4。蒜種進(jìn)入接種斗時(shí)，如根部朝下，當(dāng)種植斗與接種斗的限位片接觸時(shí)，接種斗打開，蒜種滑入種植斗；當(dāng)蒜種進(jìn)入接種斗時(shí)如芽尖朝下，由于牙尖的尺寸小于根部的尺寸，會(huì)從孔中伸出，被種植斗壓住，當(dāng)接種斗打開時(shí)蒜種會(huì)翻轉(zhuǎn)進(jìn)入種植斗，實(shí)現(xiàn)掉頭。接種斗下焊接扶正管的目的是保證蒜種在接種斗中處于直立狀態(tài)，確保蒜種芽尖朝下時(shí)，種植斗能更好地壓住芽尖完成蒜種掉頭。種植斗下部焊接扶正管的目的是確保進(jìn)入種植斗的蒜種處于直立狀態(tài)。當(dāng)種植斗直立插入土中時(shí)，可動(dòng)半件打開將蒜種垂直放入土中，完成直立種植。

3 小結(jié)

通過查閱大量的文獻(xiàn)，我們了解國(guó)內(nèi)外大蒜種植機(jī)械現(xiàn)狀，綜合現(xiàn)有機(jī)型的優(yōu)缺點(diǎn)，初步確定了大蒜種植機(jī)械整機(jī)結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。目前該方案存在以下問題有待解決：

（1）取蒜勺從種箱中取蒜種時(shí)，如何進(jìn)一步減小對(duì)蒜種外皮的損傷；

（2）如何確保進(jìn)入接種斗的蒜種只能芽尖朝上或朝下兩種狀態(tài)；

（3）當(dāng)蒜種芽尖朝下進(jìn)入接種斗時(shí)，由于存在振動(dòng)，種植斗與接種斗限位片接觸時(shí)能否保證剛好壓住芽尖。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭英芳.大蒜種植機(jī)械中蒜瓣方向識(shí)別方法的研究[D].西北農(nóng)林科技大學(xué)，2011.

[2]金磊.大蒜種植機(jī)械設(shè)計(jì)[D].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)，2007.