基于一种红薯苗栽种一体机的研究

贵州师范大学 何亚运 陈功 莫育挺 刘海祥 石凯 张清 邓静

引言

我国是世界上最大的红薯生产国，我国每年的红薯产量占世界总产量的六成左右。红薯也可叫作甘薯，是一种营养价值非常高的经济作物[1]。红薯也是一种重要的工业原料，能够用来生产淀粉、酒、糖等物质[2]。另外，红薯还是我国重要的能源作物之一。因此，我国对红薯产业的发展一直予以高度的重视。随着我国农业生产领域的不断发展，农业机械设备在农业生产过程中的应用越来越广泛。红薯机械化生产工作在当今能否全面开展并且有效落实，对于我国农业经济的推动和发展具有极为重要的积极意义[3]。目前，如果想要促进我国甘薯产业的进一步发展，就要不断提升甘薯种植的机械化水平。本项目研究的红薯栽种一体机能促进红薯栽种的效率，从而提高红薯栽种产业的机械化，减少所投入的人力成本，大大减少相关企业的成本投入，促进沿线产业的快速升级，并提高产量，从而达到扶贫助农的目的。本项目研究的红薯苗栽种一体机最终将达到栽种过程的自动化，使用者按动启动键后只需控制机器的走向，机器即可自动完成起垄、施肥、插苗、浇水、夯土这一系列红薯苗栽种的步骤。且本机器小巧，适宜在山地使用，一人就可完全控制。红薯作为全球种植的主要作物之一，具有高产稳定、抗逆性强、适应性广的特点，在我国农业生产中具有巨大优势。

1 背景技术

红薯是一种高产而适应性强的粮食作物，与工农业生产和人民生活关系密切。块根除作主粮外，也是食品加工、淀粉和酒精制造工业的重要原料，根、茎、叶又是优良的饲料。

红薯作为重要的经济作物，种植过程较为繁琐，尤其是在山区种植，大型栽种机无法进入耕地，需要人工进行种植，而人工种植劳动强度大且效率低。特别是以贵州为代表的山区，由于山区自然条件的制约，贵州农村基础设施建设难度大、成本是平原地区的4～5 倍，农村基础设施建设严重滞后，机耕道不足，田间便道缺乏，耕地小而分散，平整性差，这些问题极大地限制了农机具的作业范围、面积和效率[4]。

2 国内外研究现状和发展动态

红薯作为全球种植的主要作物之一，具有高产稳定、抗逆性强、适应性广的特点，在我国农业生产中具有巨大优势。

2.1 研究现状

市面上普遍是用平原地区的插苗机器来进行红薯产业化种植，还没有适用于山地地区的相关种植机器。但相关的专利申请还是较多，如一种农业生产红薯种植用松土装置（专利号：CN11069229A）、一种基于二次精确定型异型垄的红薯苗栽种机（专利号：CN110366918A）、一种用于红薯种植的地膜覆盖与施肥一体化装置（专利号：CN210298785U）、一种可自由调节的翻耕、施肥、起垄一体机（专利号：CN210291458U）等，但这类型的实用新型发明专利只是针对红薯栽种步骤其中之一或是其中几个做了研究，且部分机型过大，不好移动，需多人合作才能完成红薯栽种的过程。目前市面上关于红薯苗种植的机器很多，其特点是快速、高效，但其中大部分都是适用于平原地区，或者需多人操作，人力成本较高。而本项目研究的红薯苗栽种一体机极大地简化了人力成本，缩小了机器体型，使其能适用在以贵州为代表的崎岖山区，它的施肥用量、浇水量更加科学，从而为红薯的种植产业添一道力。且本项目研究的红薯苗一体机不仅可以栽种红薯苗，还可以栽种同类型的其他作物，例如辣椒苗、白菜等。

2.2 发展动态

农业是我国立国之本，一直以来都受到国家和政府的重视，随着中国现代农业的发展需要，中国对农业机械发展的投入逐渐加大，对农业机械发展提出了更高的要求[5]。红薯种植机械化是未来的趋势，其能大大降低农民投入的人力成本，节省种植播种流程、时间，从而提高产量。目前国家对于相关产业的扶持力度正在加大，指引着我国农用机械的发展方向。近年来此方面农机的装备水平和农业机械化水平大幅度提升。推进农业机械化、智能化是我国农业现代化的必然道路。本研究也是极大顺应了我国农业发展的趋势。

3 装置结构

图1

2、分苗组件；21、承载盘；211、漏孔；22、分度盘；23、储苗围栏；

3、插苗组件；31、固定架；32、插桶；33、尖端扩张器；34、连接件；351、插苗动力座；352、插苗轴；353、第一连杆；354、第二连杆；355、拨动轴；356、拨动杆；

4、动力组件；41、动力件；42、第一传动组件；43、分度转轴；44、第二传动组件；441、皮带；442、从动轴；45、第三传动组件；46、棘轮；47、棘爪；48、蓄电池；

5、秧苗篮；

6、夯土组件；61、夯土轮；62、夯土固定杆；

结构原理：

运输车1，用于装置行走，以及支撑整个装置。

分苗组件2，包括承载盘、分度盘和储苗围栏，所述承载盘固定于所述运输车，所述承载盘设有漏孔；所述分度盘设于所述承载盘，且与所述承载盘同心，所述分度盘绕所述分度盘的中心设有若干通孔，所述分度盘能相对所述承载盘转动；若干所述储苗围栏与若干所述通孔一一对应设置，所述储苗围栏设于所述分度盘远离所述承载盘的一侧，且围设于所述通孔的外周；当所述通孔和所述漏孔同心时，所述储苗围栏内的秧苗漏入所述漏孔；分苗组件动力通过动力组件41 提供动力，通过第一传动组件传递动力，带动插苗组件工作。

插苗组件3，设于所述运输车，通过动力组件将动力传输到插苗连杆机构，插苗装置在连杆机构的带动下将所述漏孔中的所述秧苗栽种于土里。

动力组件4，所述动力组件用于驱动所述分度盘和所述插苗组件。

4 运行方式

红薯苗栽种一体机的目的在于提供一种秧苗栽种设备，以降低劳动强度、提高种植效率。它的具体操作方式描述如下：

启动机器，操作员将红薯苗放入分度盘上的储苗桶中，电机通过动力传输装置完成动力分配，带动分度盘上的储苗桶旋转。当储苗桶运动到栽种机构正上方的对位孔时，红薯苗从对位孔掉落到下方栽种器内，同时连杆机构运作带动栽种器插入土壤中，栽种器插入土壤一定深度后尖端扩张器打开，完成对红薯苗的入土操作。之后栽种器向上运动拔出，土壤将红薯苗根部覆盖，再由夯土器压紧土壤实现红薯苗的栽种。高垄密植的主要目的是提高红薯产量[6]。通过运输车在地里行走，通过设置于承载盘的分度盘将秧苗间歇性地漏入漏孔，插苗组件漏孔接到秧苗后，将秧苗栽种于土里。该红薯苗栽种机降低了栽种秧苗的劳动强度，以及避免对秧苗的损害，提高了劳动效率和产量。

5 现有技术缺陷

相对于现存的红薯苗自动栽种机其自动化不足；栽种时夹持机构对红薯苗造成损伤，造成产量下降；现存栽种机多数为大型装置，不利于山区作业。

6 本发明要解决的问题

（1）尽量减小装置体积，让其适合于山区小面积作业。

（2）减少人力投入。

（3）减少红薯苗损伤，提高存活率和产量。

7 结语

本装置已获得国家实用新型专利。本装置服务以贵州喀斯特地貌为代表的山区种植为主，实现了对红薯苗、辣椒苗等苗类作物的种植。本装置自动化程度较高，操作方便，体型较小，便于山区作业，大大缩短了栽种时间。本装置通过运输装置、栽种装置，有效将红薯苗进行栽种并可以通过调节运输装置转速实现苗株之间的间距，大大提高了工作效率，降低了劳动强度。整套设备市场前景较高，适合进一步的市场开发。