烟草移栽机移植机构的研究进展

贾瑞昌，何振峰，朱文才，刘福明，李鑫金，叶勇勇，杨 洲※

（1.华南农业大学工程学院，广州 510642；2.广东省烟草南雄科学研究所，南雄 512400 3.青州华龙机械科技有限公司，青州 262500）

烟草移栽机移植机构的研究进展

贾瑞昌1，何振峰2，朱文才1，刘福明1，李鑫金3，叶勇勇1，杨 洲1※

（1.华南农业大学工程学院，广州 510642；2.广东省烟草南雄科学研究所，南雄 512400 3.青州华龙机械科技有限公司，青州 262500）

移植机构具有完成开穴、放苗、覆土和镇压等功能，是烟草移栽机的核心部件。本文综述了可用于烟草移栽机移植机构的研究现状，分析了7类移栽机构的结构原理、工作过程和使用特点，阐述了移植机构研发中存在的问题，指出移植机构研发中应注重和农艺措施相配合，提升产品的可靠性和稳定性，继续研发适应国情的半自动移栽机，加快研发全自动移栽机构，并就移植机构的研发、移栽机的设计和推广使用等给出了建议。

移植机构 烟草 移栽机 研究进展

0 引言

烟草是以育苗移栽方式为主的作物[1]。我国是世界上最大的烟叶生产国，但烟叶生产的机械化水平非常低，效率低，如烟草人工移栽约0.02 hm2/人·d，而机械化移栽效率约0.83 hm2/人·d[2]。实现育苗到移栽的机械化作业，可以提高烟草幼苗的质量，降低育苗成本，提高经济效益，遏制劳动力成本的提升，满足农业生产对生产机械尤其是栽植机械的需求[3-8]。实现烟草移栽机械化已成为烟叶生产的迫切需要。烟草移栽机的移植机构作为移栽机的核心部件，需完成开穴、放苗、覆土和镇压的任务，有些机构还带有定根水喷淋的功能，它的工作状况直接决定移栽的质量，因此移植机构的研究得到了高度重视。

1 国内外烟草移栽机移植机构的研究现状

1.1 国外烟草移栽机移植机构研究现状

国外烟草移栽机的研究和蔬菜移栽机大致同步，20世纪50年代已研制出结构多样的半自动移栽机和制钵机；80年代半自动移栽机在欧美国家得到广泛推广和应用[9]。发达国家很重视育苗、整地和移栽各环节的技术配套，推动了移栽机械向着高速化、自动化方向发展，从而让大部分蔬菜生产实现了工厂化育苗和移栽机械化[10]。近年来，欧美国家利用液压和气动技术，结合自动控制技术开发了较大型的自动高效移栽机，应用于较大的地块。美国Renaldo公司2003年开发出移栽空气整根钵苗的全自动蔬菜移栽机；澳大利亚开发出了HD144型4 行和6行全自动移栽机；英国Pearson公司生产的自动移栽机，采用育苗盘水平放置、整行取苗的方式完成多行移栽；意大利Ferrari公司也开发出整排取苗的全自动移栽机[10]；日本开发了适用于裸苗、穴盘钵苗、纸钵苗和链式纸钵苗等苗种的蔬菜移栽机，推广了配套于穴盘苗移栽的全自动移栽机，洋马、井关以及久保田等公司都有比较成熟的移栽机型[10]。

1.2 国内烟草移栽机移植机构研究现状

上世纪70年代国内开始研制可用于果菜和烟草的裸根苗移栽机，80年代研制出半自动移栽机[11-14]。但由于当时的移栽机研究和农艺需求脱节，没有科学地分析育苗移栽机械化过程的种种技术难题，忽略了综合经济效益的影响，使得这一技术难以推广[10]。近年来，劳动力成本不断上涨，凸显了栽植机械研究迫在眉睫，陆续推出了许多新的机型：由南京农业机械化研究所与江苏正昌共同研发的正昌丰裕2ZY-2型油菜移栽机、由黑龙江红兴管理局研制的2ZT-2型甜菜纸筒式移栽机、山东泰安与吉林大学合作研制的2ZY-200型移栽机、黑龙江农垦科学院研制的2ZB-4型钵苗移栽机[5]。国内的农业机械发展非常迅速，各种机型层出不穷，移栽机的移植机构也呈现出多样化、精确化的趋势，进入了一个高速发展的阶段。

2 移植机构的类型

图1 偏心圆盘指夹式幼苗移栽机栽植机构Fig.1 Eccentric disc finger clip of planting mechanism

应用于烟草移栽作业的移植机构按照结构类型可分为钳夹式移植机构、挠性圆盘式移植机构、吊杯式移植器、导苗管式移植器、双输送带式移植器、滑道分钵轮式移植机构、鸭嘴式移植机构7种，鸭嘴式移植机构又可以分为鸭嘴-偏心轮式移植机构、吊篮-鸭嘴式移植机构、双曲轴式鸭嘴移植机构[18]，其原理和结构如下。

2.1 钳夹式移植机构

钳夹式移植机构以带动钳夹运动构件作业的不同，可分为圆盘夹式和链夹式两种，移栽机由钳夹式栽植部件、覆土镇压轮、开沟器等部分组成[15]。作业时先以人工的方式将秧苗放在转动的钳夹上，当秧苗被夹持并随栽植盘（或链条）运动到达沟底时，钳夹就会被控制机构打开，秧苗落入苗沟，然后覆土，完成栽植过程[16]。

圆盘钳夹式移植机构结构相对简单，株距和栽植深度较稳定，适合漂浮苗和钵苗的栽植，但是秧苗株距调整较难，易伤秧苗，栽植效率也不高。

链条钳夹式移植机构主要用于半自动机型，比较适合于漂浮苗及钵体苗等作物的移栽，秧苗株距也可以通过改变链轮链条传动比来进行调节，但因为链夹易伤苗，所以栽植效果不好[6]。装备这种移植机构的移栽机，主要代表机型有德国的A821型栽植机、意大利切克基马格利的奥特玛栽植机、农垦科学院研制的2Z-6型甜菜栽植机、日本的A-500久保田移栽机和 V-500大纪移栽机、美国的DZCHC-DIP移栽机等[16-18]。

2.2 挠性圆盘式移植机构

挠性圆盘移植机构由水平传送带、竖直传送带、挠性圆盘和滚轮等部件组成，相对于其他的移植机构而言，它的挠性圆盘是由橡胶材料制成的，质地松软且易变形，所以栽植过程中对秧苗不会有太大损伤[18]。它的工作原理是投苗员将秧苗放置于输送带槽，移到2个张开的挠性圆盘中间位置，弹性滚轮将挠性圆盘闭合，夹住秧苗并随圆盘向下转动，当秧苗处于与地面垂直位置时，挠性圆盘脱离弹性滚轮自动张开后，秧苗落入沟内，然后覆土和镇压完成栽植过程[15]。

如图2所示，挠性圆盘式移植机构不需要秧夹夹持秧苗，不用考虑秧夹夹持力限制，对株距适应性好。栽植圆盘用橡胶做成，结构简单，成本低，但圆盘的寿命短，栽植深度不太稳定，且秧苗在竖直传送带与挠性圆盘之间衔接时有一个转接的过程，故对秧苗类型要求较高[10]。主要代表机型有新疆农科院研制的2ZT-2型移栽机、日本丰收产业公司的OP290和OP2100型全自动大葱移栽机、德国的夹盘式压缩土钵苗移栽机、法国生产的皮卡多尔移栽机[16-18]。

图2 挠性圆盘式移植机构Fig.2 The flexible disc transplanter

图3 吊杯式移植机构Fig.3 Hanging cup type transplanting machine

图4 导苗管式移植器Fig.4 Guide seedling tube type

2.3 吊杯式移植器

如图3所示，吊杯式移植机构主要由滑道、吊杯和偏心圆盘等组成[18]。吊杯移植机构随偏心圆盘作圆周运动，且始终垂直地面，当旋转到顶端时，投苗员将苗放入吊杯移植机构，偏心圆盘旋转至最低位置时，吊杯底部的开穴器在导轨的作用下打开，秧苗落入穴内，然后覆土、镇压而完成栽植过程。栽植圆盘继续转动，脱离导轨的移植机构在弹簧的作用下闭合，进入下个循环[19]。

吊杯式移栽机构适合于钵体尺寸较大的钵苗移栽，在栽植过程中不受冲击，所以也适合根系不太发达而易碎的钵苗。但结构比较复杂，喂苗速度不能太高，否则影响漏栽率，生产率不高。代表机型有意大利的沃夫栽植机、久保田公司的KP-S1型红薯栽植机和意大利MAS的多功能移栽机，国内的代表机型有内蒙古大学研制的2ZT-2型甜菜移栽机、黑龙江研制的2ZB-6型钵苗栽植机和莱阳农学院研制的2YZ-40型吊杯式钵苗移栽机等[16-18]。

2.4 导苗管式移植器

导苗管式移植机构可克服裸苗窝根等问题，它主要由导苗管、扶正器、分钵器和水平输送带等部件组成[18]。其工作原理是利用了钵苗的重力作用，人工把钵苗放好，钵苗在自身重力作用下经过垂直或倾斜的导苗管下落到苗沟中，开沟产生的土表回流从而实现培土，完成栽植。

栽植过程中，秧苗在导苗管中运动，不受外力冲击，不易伤苗。调整导苗管倾角和增加扶苗装置，就能保证较好的株距均匀性、秧苗直立度和深度稳定性，具有良好的适应性，可以移栽钵苗和裸根苗。但结构比较复杂，制造成本偏高[20]。代表机型有荷兰的Model4000型移栽机、芬兰的RT-2型移栽机、意大利的TEX2型移栽机、中国农业大学研制的2ZDF型半自动导苗管式移栽机，以及山东工程学院研制的2ZG-2型带式喂入半自动钵苗移栽机[16-18]。

2.5 双输送带式移植器

该移植机构主要由水平输送带和倾斜输送带组成，如图5所示。钵苗呈直立状态成组依次送到移植机构的水平带上，而后由水平带带动直立的钵苗沿水平方向输送至带末端，沿圆周翻转90°平躺到倾斜带上，再由倾斜带向斜下方输送钵苗到带端，钵苗沿带缘又翻转90°后，直立落至苗沟，最后覆土和镇压，完成栽植过程[21]。此类型移植机构结构简单，容易操作，但是适应性较差，要求秧苗培育质量较好。

2.6 滑道分钵轮式移植机构

滑道分钵轮式移植机构是一种高速高效的栽植机构，栽植速度可以达到3株/s以上，工作较为稳定，而且结构简单实用[22]。如图6所示，该移植机构由滑道和分钵轮组成，而滑道又分为上滑道和下滑道两段。上滑道主要是为了将钵苗逐一排列，并且有序、不漏空地输送；而下滑道则是确保将钵苗平稳地送入苗床，从而完成整个栽植过程[23]。钵苗在自身重力的作用下，从间歇性工作的喂入机构，成排地滑入上滑道的Ⅰ段，然后滑至分钵轮处Ⅱ段时，被分钵轮阻挡，在分钵轮拨齿的作用下，逐个有序地送入下滑道Ⅲ段；之后沿着倾斜的滑道面，快速滑至下滑道的末端Ⅳ处，并由弧形导向滑道Ⅴ段的引导下，钵苗变为直立状态，落入苗床内。相对输送带式移植机构，该机构简化了栽植过程，从而减少了许多的不稳定因素[23]。滑道分钵轮式移植机构最大的优点是实现了自动投苗，但它只适合于重心较低的方形钵苗，否则难以保证立苗率，所以这类移植机构仍需要进一步研究。

图5 双输送带式移植器Fig.5 Double belts transplanting machine

图6 滑道分钵轮式移植机构结构Fig.6 Slide points bowl wheel planting structure

2.7 鸭嘴式移植机构

鸭嘴式栽植部件可直接用于膜上移栽，是目前国内半自动移栽机中使用较多的栽植方式。在自动移栽机中使用鸭嘴移植机构的有洋马生产的全自动移栽机，但移栽效率比较低，仅为35～50株/min[24]；中国农机院的自动移栽机采用了这种移植机构。

2.7.1 鸭嘴-偏心轮式移植机构

作业时吊篮在滚栽轮在地轮动下一起运动，转动到前上方时，投苗员将钵苗投入吊篮中，随着圆周运动到前下方后，进行破膜打孔，吊篮运行到最低端时，打开吊篮钵苗落下，并在吊篮两边的扶持下，由穴孔周围回落的土将其固定，打开的吊篮随圆盘运动到钵苗完全脱离吊篮时关闭吊篮鸭嘴，完成一个作业循环[25]。在栽植过程中，偏心圆环移植机构保证吊篮一直处于垂直状态，可以顺利接收投下的钵苗，保证整个栽植过程中钵苗的直立姿态保障了钵苗的栽植质量。

2.7.2 吊篮-鸭嘴式移植机构[26]

图7 吊篮-鸭嘴式移植机构Fig.7 basket duckbill type transplanter

鸭嘴式吊篮移植机构的核心是保证栽植过程中秧苗的直立状态。移植机构切线速度与机器前进速度之比为其特征参数λ，当λ＞1时，鸭嘴式吊篮的运动轨迹为余摆线，轨迹线上有环扣出现，意味着吊篮在打穴时会出现前后摆动现象，不利于打穴和保证秧苗的直立度[27]；当λ=1时，鸭嘴式吊篮的运动轨迹为摆线，没有环扣出现，在最下部时吊篮运动方向基本处于垂直方向，即吊篮运动轨迹上存在零速投苗点，另外拐点处的水平分速度为零，有利于打出垂直的孔穴，保证了秧苗的直立度[26]。

2.7.3 双曲轴式鸭嘴移植机构

双曲轴式鸭嘴移植机构主要由前拐臂轴、前拐臂、倒苗筒、移栽鸭嘴、移栽链轮、浇水系统连接架、后拐臂和后拐臂轴等组成。青州华龙生产的烟草移栽机使用了这一机构，曲轴的旋转双曲轴机构，前曲轴驱动肥料搅拌器旋转，后曲轴带动鸭嘴和浇水机构运动，实现了鸭嘴与拖拉机的前进运动的复合，鸭嘴本身的垂直起落保证了秧苗的垂直栽植。通过凸轮的旋转运动使凸轮连接板作近似前后直线运动，实现了鸭嘴片作开闭运动，从而达到工作要求[28]。这种移植机构比较适合于钵体尺寸较大的钵苗栽植，或者用于打孔移栽作业；另外，由于秧苗在移栽过程中落地无冲击，不伤苗，所以适合于根系不是很发达而且易破的钵苗移栽[29]。

3 存在的问题和研发建议

烟草移栽机的移植机构是保证烟苗移栽成活的关键部件，在作业过程中可完成开穴、放苗、覆土和镇压的任务，部分移植机构还带有定根水喷淋的功能。从目前使用的情况来看，移植机构基本上满足移植的要求，但在适应性、可靠性和操作性等方面还存在很多问题。

3.1 移植机构的研究和烟苗移栽农艺需求相结合

国内由于土壤环境、地理气候、烟草品种、种植制度、传统种植方式甚至文化差异都有很大不同，造成各个烟区的农艺要求有较大差异，机械移栽技术和移植机构大多是借鉴发达国家先进技术研发出来的，对烟苗移栽的农艺要求不太适应。国外移植机构和与其配套的农艺技术已非常成熟[30]，国内移栽作物的复杂多变，种植制度复杂多样，田块以小而分散居多，在许多方面都与国外有着很大不同，制约了移植机构与移栽机的适用性。因此在引入农业机械设备技术的同时，研究与移栽机相配套的农艺种植方式，强化农机与当地的农艺要求相结合，研究适用于移栽要求的移植机构，同时也要兼顾机械作业的性能需求，改进传统的种植农艺方式。

3.2 改进制造水平，提升可靠性和稳定性

国产半自动移栽机在技术上与国外进口移栽机在设计上相差不大，但是国内的移栽机械包括移植机构多为小批量作坊式生产，零件加工制造水平不高，产品的可靠性和工作稳定性较差，使用时故障率高，制约了国内移栽机械的推广。应鼓励生产厂家联合制定零部件标准，促进行业内分工协作，提高零部件的通用性，扩大移栽机构的生产数量，研发专有设备生产高品质的移栽机构，提升质量的同时能降低生产成本，增强移栽机的可靠性和稳定性。

3.3 选择适合的自动程度，扩大推广使用的综合效益

烟草移栽是用工较多的环节，目前使用的移栽机，大部分为人工投苗的半自动移栽机，投苗员长时间重复投苗动作，容易造成精神紧张、疲劳，劳动强度大，而且极易出现漏投、缺苗现象。由于人工喂苗速度的限制，一般国内移栽机的作业效率只相当于人工的5～15倍，远低于耕整、收获等机械的相对效率。而且一台2行移栽机作业时需要1～2名辅助人员跟踪补苗、覆土，因此机械化作业综合效益不够突出[31]。近年来半自动移栽机在种植利润较高的经济作物如烟草、油菜中有一定的推广，其他作物尚未大面积推广。

虽然半自动移栽机需要较多的辅助人员，效率较低，但其适应性好、使用方便、维修维护简单、价位低，对操作人员知识技术水平无特殊要求[32]，因此半自动移栽机在未来较长一段时间内还是符合国情的，受到国内农民的欢迎。同时加强半自动移栽机械的研究，提高移植机构的制造水平和工作可靠性，完善覆膜、施肥、栽植、覆土和浇水等重要辅助作业，解决好生产作业中遇到的各种难题[24]。

随着我国土地流转的实行和农村劳动力的转移，烟草劳动力短缺和成本升高已成为必须面对的问题，加强节省人工的各种自动化移栽技术的研究，开发性能可靠、质量稳定、操作简便和价位合理的高速自动移栽机移植机构将是今后发展的必然趋势。

[1]刘国顺.烟草栽培学[M].北京：中国农业出版社，2003.

[2]肖卫兵，孙松林.我国烟草移栽机械现状及发展趋势[J].湖南农机，2009（1）.

[3]韩长杰，张学军，杨宛章，等.旱地钵苗自动移栽技术现状与分析[J].农机化研究，2011（11）：238-240.

[4]张会娟，胡志超，吴峰，等.国内育苗移栽机械概况与发展思考[J].江苏农业科学，2010（6）：570-572.

[5]陈风，陈永成，王维新.旱地移栽机现状和发展趋势[J].农机化研究，2005（3）24-26.

[6]王君玲，高玉芝，李成华.旱地钵苗移栽机械化生产的现状及发展趋势[J].中国农机化，2003（6）.

[7]韩世杰，顾铁夫，袁春新，等.关于棉花育苗工厂化和移栽机械化的思考[J].农业科技通讯，1997（11）： 12-13.

[8]尹国洪，陈巧敏，张瑞林.旱地育苗移栽机械现状、发展趋势与前景[J].中国农机化，1997（5）：9-11.

[9]胡敏娟.穴盘苗自动移栽关键技术的研究[D].南京农业大学，2011.

[10]崔巍，颜华，高希文，等.旱地移栽机械发展现状与趋势[J].农业工程，2015（2）：15-18.

[11]张振国，曹卫彬，王侨，等.穴盘苗自动移栽机的发展现状与展望[J].农机化研究，2013（5）：237-241.

[12]官春云.中国油菜产业发展方向[J].粮食科技与经济，2011（2）：5-6.

[13]张丽华，邱立春，田素博.穴盘苗自动移栽机的研究进展[J].农业科技与装备，2009（5）：28-31.

[14]耿端阳.我国北方地区机械化育苗移栽技术应用与发展[J].农机化研究，2001（3）：23-24.

[15]肖卫兵.烟草移栽机栽植器的设计与试验研究[D].湖南农业大学，2010.

[16]胡军.挠性圆盘式大葱移栽机的优化设计与试验研究[D].中国农业大学，2003.

[17]何扬清，尹文庆，章士秀.3种旱地移栽机栽植器的性能分析[J].安徽农业科学，2006，34（24）：6722-6723，6725.

[18]王君玲，高玉芝，李成华.蔬菜移栽生产机械化现状与发展方向[J].农机化研究，2004（2）：42-43.

[19]秦贵，张艳红.吊杯式移栽机栽植性能研究[J].农业机械.2011(31):101-104.

[20]董哲，林选知，张瑞勤，等.导苗管式移栽机的烟苗移栽质量影响因素分析[J].农机化研究，2012（4）：38-41.

[21]李其昀，汪遵元.双输送带式栽植器主要结构参数的分析[J].农业机械学报，1997（4）：47-50.

[22]李其昀，鲁善文，李丽华.滑道分钵轮式栽植器的试验研究[J].农业机械学报，2001（2）.

[23]李其昀，闸建文，孔卓山.滑道分钵轮式栽植器工作稳定性的仿真分析[J].农业机械学报，2006（3）.

[24]崔巍，徐盼，王海峰，等.旱地自动移栽技术发展现状及分析[J].农机化研究，2015（6）：1-5.

[25]耿端阳，董越波.鸭嘴-偏心轮式钵苗栽植器的设计[J].农机化研究， 2009，31（12）：100-103,116.

[26]赵志国.吊篮-鸭嘴式移栽机栽植器运动轨迹分析[J].安徽农业科学， 2011，39（19）：11932,11935.

[27]孙裕晶，马成林，周德义.组合振动导苗筒式移栽机研究[J].农业机械学报，2005（6）.

[28]崔嵬.2ZFS-1A型多功能烟苗移栽机的研制[D].山东农业大学，2013.

[29]李爱华，姜燕飞，王宏章.鸭嘴式蔬菜移栽机的研究设计[J].农村牧区机械化，2007（3）：11.

[30]陈新昌，李祥付，王万章.育苗移栽存在的问题和典型制钵机介绍[J].农机使用与维修，2007（1）：30.

[31]于向涛，胡良龙，胡志超，等.我国旱地移栽机械概况与发展趋势[J].安徽农业科学，2012（1）：614-616.

[32]石铁.全自动玉米秧苗移栽机的研制与试验[J].农业工程学报，2015（3）：23-30.

Review of Transplant Mechanics on Tobacco Transplanter

Jia Ruichang1,He Zhenfeng2,Zhu Wencai1,Liu Fuming1,Li Xinjin3,Ye Yongyong1,Yang Zhou1※
(1.College of Engineering,South China Agricultural University,Guangzhou 510642,China；2.Nanxiong Tobacco Science Institute of Guangdong,Nanxiong 512400,China；3.Qingzhou Hualong Machinery Technology Co.Ltd,Qingzhou 262500,China)

Transplant mechanics is the core of tobacco transplanter which complete drilling,seedling placement, soil covering and compressing.The research statuses of transplant mechanics which can be used on tobacco transplanter were discussed in this paper.7 kinds of mechanics are analyzed in construction principles,working processes and using characters.To solve the main problems in production,the research of transplant mechanics should be cooperated with agronomic technics.Also the dependability and stability of mechanics should be improved.Semi-automated transplanter would be used in future years and automated machine should be developed.Several proposals on transplant mechanics research,design and popularization were introduced.

transplant mechanics,tobacco,transplanter,research review

广东省烟草专卖局（公司）科技项目——打穴式烟草移栽机的研究与推广示范（201408）

贾瑞昌，男，讲师，博士研究生，研究方向为经济作物生产机械化。Email：rcjia@scau.edu.cn

※通讯作者：杨洲，男，教授，研究方向为经济作物生产机械化。Email：yangzhou@scau.edu.cn