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移栽机械发展现状与展望(上)   (2)

时间:2016-03-08 11:40 文章来源:http://www.lunwenbuluo.com 作者:于晓旭、赵匀、陈宝成 点击次数:


  移栽装备的核心工作部件——移栽机构的发展过程代表了移栽装备水平提高的过程。50年代中国在国际上最早发明了水稻移栽装备,采用滑道机构移栽裸苗。日本在60年代发明了曲柄摇杆式分插机构和旱育(毯状苗)稀植方法,取代了滑道机构和裸苗移栽。日本70年代在久保田、洋马、佐藤、井关等农机公司的不断改进下,增加了推秧机构,曲柄配重等装置,使插秧机工作可靠性和效率提高,在杆机构插秧装置上趋于完美。一种机构的完美意味着该机构开始走向消亡。
  为了提高效率,日本在80年代末由山野征男、小西达也等发明了前插回转式行星轮系分插机构,用于乘坐式插秧机上,使工作效率提高了近一倍,取代了曲柄摇杆式分插机构,诞生了高速插秧机[25]。浙江理工大学在2006年发明和开发了后插回转式行星轮分插机构,用于步行插秧机,并进入市场。其结构简单,振幅大约相当于曲柄摇杆式的1/4。
  移栽装备的发展史分为3个阶段:滑道机构、杆机构、回转机构。滑道机构复杂、成本高、效率低,优化设计容易;回转机构简单、成本低、效率高,优化设计难度大;杆机构居中。日本在水田毯状苗移栽装备方面已经进入到回转机构发展阶段,但是日本的水田和欧洲的旱田钵苗移栽装备30年来一直止步于杆机构的初级阶段;国内以东北农业大学和浙江理工大学移栽机械协同创新团队,通过所建立的创新优化设计技术平台,在水稻钵苗移栽装备产业化方面已进入杆机构的高级阶段,与企业合作生产了较大批量的双曲柄五杆机构钵苗移栽机;进而又在各种移栽机械核心工作部件上全面进入了回转机构研究阶段。
  2国外移栽机械的现状
  移栽机械主要分为半自动和全自动。按其作业的对象分为水稻和旱田移栽装备。水稻移栽装备主要是插秧机、钵苗移栽机和育秧系统。插秧机用于毯状苗移栽;钵苗移栽机用于钵苗移栽。日本在水田移栽装备方面处于国际领先;旱田移栽主要是钵苗移栽,欧洲目前占领了旱田移栽装备方面的大部分国际市场。
  2.1国外水田移栽装备
  曰本的水稻移栽装备主要有2种形式:毯状苗插秧机和钵苗移栽机。毯状苗插秧机有2种机型:高速乘坐式和步行式。高速乘坐式采用双栽植臂回转式行星轮系分插机构,行数从4行到8行,用得较多的是6行机,8行机次之。近些年来,青壮年劳动力从农村向城市转移,考虑到中老年农民的需求,企业增加了4行高速乘坐式插秧机的产量,用以替代步行机中产量最多的4行机,目前在日本步行插秧机数量与高速乘坐插秧机约占1%。
  在国际上,日本是水稻全自动钵苗移栽装备最早进入市场的国家,机型有乘坐式和步行式。采用与欧洲旱田钵苗移栽机械相同的3套装置分别完成取秧、输送和栽植3个动作,其取秧装置分为:取出式和顶出式,采用杆机构取出或顶出一排钵苗到输送带上,输送带将钵苗送至一侧,由栽植机构将钵秧苗植入田中。由于钵苗移栽没有缓苗期,适宜寒冷地区水稻种植,日本北海道钵苗移栽机已有50%占有率。但是,在中国使用,稻农难以承担机器和秧盘的价位。其机型分为乘坐式和步行式,主要厂家有井关(PZP40型水稻全自动钵苗移栽机,洋马和日本实产业株式会社等。
  美国、澳大利亚等国的水稻种植不采用移栽方式,而是在连片的水稻田上用飞机直播,虽然装备成本高,但由于效率高而降低了单位面积的机械化作业成本。选育与飞机播种相适应的水稻品种和采用适宜的农艺措施,形成了一套与亚洲完全不同的水稻种植模式,由于气候和土地适宜,水稻单产高、品质好,且生产成本低。
  2.2国外旱田移栽装备
  国外的半自动钵苗移栽机通常采用人工送秧。常见的穴栽方式是由人工将钵苗放入下端封闭、缓慢运动的圆周分布的圆筒中,当圆筒运动至鸭嘴式杆机构栽植器上方,封闭口打开,钵苗落入鸭嘴栽植器,栽植器入土后,鸭嘴张开,钵苗留在穴坑中,后边紧跟覆土器和镇压轮。
  另外一种穴栽装置是夹持式栽植器,人工将钵苗或裸苗放入张开的夹子中,夹子闭合,当夹子运动到土壤中张开,秧苗留在土壤中,后边紧跟覆土器与镇压轮。
  另有一种结构更为简单的柔性圆盘栽植器26:_对柔性圆盘在工作周期中时而张开时而夹紧,将钵苗或裸苗放入圆盘的张开部分,柔性圆盘夹紧秧苗转入开出的土壤沟槽中,圆盘转至下端时张开,钵苗或裸苗落入沟槽中,随后三角式扶土器将两侧土壤推向沟槽,将秧苗固定,而后镇压轮镇压。
  该机构结构简单、效率高,但人工喂秧难以保证株距均匀,只能采取沟灌,用水量大于穴注水。如果能够辅以自动喂秧装置,则可提高效率、保证株距均匀性、减轻劳动强度。
  近些年来,在人工喂秧方面,为了减轻劳动强度、提高效率,发明了便于成排取秧的秧盘,例如:日本日立株式会社公司和意大利Ferrari公司将方形压缩基质置于秧盘中,当秧苗长大后在田间作业时,用条型铲取出一行钵苗放在输送带上,其效率接近于全自动移栽机,减少了送秧的次数,也就减轻了送秧的劳动强度。
  欧洲的旱田全自动钵苗移栽机最先采用4套机构完成4个动作的工艺流程,由电磁阀触发气缸工作,气缸推动机械手成排顶出或取出钵苗:钵苗由机械手排列在输送带上,依靠输送带送至一侧,由栽植机构植入土壤;或者机械手取出钵苗后,90°转向,向下送至输送器的钵杯中,钵杯底部定时开启,钵苗落入栽植器,植入土壤中。两种取样机构均由单片机控制电磁阀,电磁阀启动气缸,气缸作用机械手完成间歇动作。其工艺流程和装备与日本水稻钵苗移栽装备相似,且先于日本进入市场。但同样存在结构复杂、成本高、效率低的问题,只能用于经济作物,例如:花卉、烟草、蔬菜、甜菜等,未见用于大田作物。
  法国Pearson公司的旱田全自动移栽机,成排夹秧机构将一排秧苗从秧盘中取出,整齐排放在输送带上,输送带将秧苗运送至一侧,或者通过做回转运动的夹子,将秧苗栽植在土壤中,或者通过四杆机构进行膜上移栽。覆土镇压轮紧随栽植器对植于土壤中的钵苗进行覆土、镇压,确保钵苗的直立度。

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