资源描述：
3 6 中国农机化学报2 0 2 5年 D O I 1 0 1 3 7 3 3 j j c a m i s s n 2 0 9 5 5 5 5 3 2 0 2 5 0 7 0 0 6 朱倩 王公仆 张万枝 等 甘薯种植机械化关键技术与装备研究进展 J 中国农机化学报 2 0 2 5 4 6 7 3 6 4 2 Z h u Q i a n W a n g G o n g p u Z h a n g W a n z h i e t a l R e s e a r c h p r o g r e s s o n k e y t e c h n o l o g i e s a n d e q u i p m e n t s o f s w e e t p o t a t o p l a n t i n g m e c h a n i z a t i o n J J o u r n a l o f C h i n e s e A g r i c u l t u r a l M e c h a n i z a t i o n 2 0 2 5 4 6 7 3 6 4 2 甘薯种植机械化关键技术与装备研究进展 朱倩1 2 王公仆3 张万枝1 3 胡良龙3 张婷婷1 4 穆桂脂1 4 1 山东农业大学机械与电子工程学院 山东泰安 2 7 1 0 1 8 2 农业装备智能化山东省工程研究中心 山东泰安 2 7 1 0 1 8 3 农业农村部南京农业机械化研究所 南京市 2 1 0 0 1 4 4 山东省设施园艺智慧生产技术装备重点实验室 筹 山东泰安 2 7 1 0 1 8 摘要 机械化种植是甘薯高效生产中的关键技术环节之一 实现甘薯机械化种植对降低劳动强度 提高种植质量和效率具 有重要意义 介绍甘薯主产区分布特点和甘薯种植农艺要求 分析国内外甘薯起垄 移栽机械化技术与装备的发展现状 重点阐述甘薯链 带 夹式 多连杆式 挠性圆盘式等移栽机构工作特点 研究重点及应用领域 结合现代化农业背景和甘 薯产业生产发展要求 指出当前甘薯种植机械化关键技术与装备面临移栽机械化水平低 关键技术创新不足 符合甘薯种 植农艺要求的成熟适用机型缺乏 自动化和智能化作业装备缺乏等问题 提出加强基础理论研究 突破关键技术 开展适 于甘薯移栽的多样化技术与装备研究 开展甘薯移栽机械自动化和智能化研究等建议 以期为甘薯种植机械化关键技术 与装备创新设计提供参考 关键词 甘薯 种植机械化 种植农艺 种植装备 中图分类号 S 2 2 3 9 3 文献标识码 A 文章编号 2 0 9 5 5 5 5 3 2 0 2 5 0 7 0 0 3 6 0 7 收稿日期 2 0 2 3年1 1月1 5日 修回日期 2 0 2 3年1 2月1 8日 基金项目 山东省薯类产业技术体系农业机械岗位专家项目 S D A I T 1 6 1 0 国家甘薯产业技术体系 C A R S 1 0 第一作者 朱倩 女 1 9 9 9年生 山东济宁人 硕士研究生 研究方向为农业机械化工程 E m a i l 1 7 8 6 6 7 0 2 0 2 2 1 6 3 c o m 通讯作者 张万枝 男 1 9 8 6年生 山东枣庄人 博士 副教授 硕导 研究方向为薯类生产全程机械化技术与装备 E m a i l z h a n g w a n z h i 1 6 3 c o m Researchprogressonkeytechnologiesandequipmentsofsweetpotatoplantingmechanization ZhuQian1 2 WangGongpu3 ZhangWanzhi1 3 HuLianglong3 ZhangTingting1 4 MuGuizhi1 4 1 CollegeofMechanicalandElectronicEngineering ShandongAgriculturalUniversity Tai an 2 7 1 0 1 8 China 2 ShandongEngineeringResearchCenterofAgriculturalEquipmentIntelligentization Tai an 2 7 1 0 1 8 China 3 NanjingInstituteofAgriculturalMechanization MinistryofAgricultureandRuralAffairs Nanjing 2 1 0 0 1 4 China 4 ShandongKeyLaboratoryofIntelligentProductionTechnologyandEquipmentfor FacilityHorticulture Tai an 2 7 1 0 1 8 China Abstract M e c h a n i z e d p l a n t i n g i s o n e o f t h e k e y t e c h n i c a l l i n k s i n t h e e f f i c i e n t p r o d u c t i o n o f s w e e t p o t a t o T h e r e a l i z a t i o n o f m e c h a n i z e d p l a n t i n g o f s w e e t p o t a t o i s o f g r e a t s i g n i f i c a n c e t o r e d u c e l a b o r i n t e n s i t y a n d i m p r o v e p l a n t i n g q u a l i t y a n d e f f i c i e n c y T h i s p a p e r a n a l y z e s t h e c u r r e n t d e v e l o p m e n t s t a t u s o f m e c h a n i z e d t e c h n o l o g y a n d e q u i p m e n t f o r s w e e t p o t a t o p l a n t i n g b o t h d o m e s t i c a l l y a n d i n t e r n a t i o n a l l y f o c u s i n g o n t h e r e s e a r c h s t a t u s a n d p r o g r e s s o f k e y t e c h n o l o g i e s a n d e q u i p m e n t o f s w e e t p o t a t o c h a i n b a n d c l i p t y p e m u l t i l i n k r o d t y p e f l e x i b l e d i s k t y p e a n d o t h e r t r a n s p l a n t i n g i n s t i t u t i o n s T h i s p a p e r m a i n l y i n t r o d u c e s t h e d i s t r i b u t i o n c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e m a i n s w e e t p o t a t o p r o d u c t i o n a r e a s a n d t h e a g r o n o m i c r e q u i r e m e n t s f o r s w e e t p o t a t o p l a n t i n g T h i s p a p e r a n a l y z e s t h e d e v e l o p m e n t s t a t u s o f s w e e t p o t a t o p l a n t i n g m e c h a n i z a t i o n t e c h n o l o g i e s a n d e q u i p m e n t a t h o m e a n d a b r o a d T h i s a r t i c l e f o c u s e s o n t h e w o r k i n g c h a r a c t e r i s t i c s r e s e a r c h f o c u s a n d a p p l i c a t i o n f i e l d s o f s w e e t p o t a t o c h a i n b e l t c l i p t y p e m u l t i l i n k t y p e f l e x i b l e d i s c t y p e a n d o t h e r t r a n s p l a n t i n g m e c h a n i s m s T h i s a r t i c l e p o i n t s o u t t h a t t h e e x i s t i n g k e y t e c h n o l o g i e s a n d e q u i p m e n t f o r m e c h a n i z e d s w e e t p o t a t o p l a n t i n g a r e f a c e d w i t h p r o b l e m s s u c h a s l o w l e v e l o f s w e e t p o t a t o t r a n s p l a n t i n g m a c h i n e r y i n s u f f i c i e n t i n n o v a t i o n i n k e y t e c h n o l o g i e s l a c k o f m a t u r e a n d a p p l i c a b l e m o d e l s t h a t m e e t t h e a g r o n o m i c r e q u i r e m e n t s o f s w e e t p o t a t o p l a n t i n g a n d l a c k o f 第4 6卷 第7期 2 0 2 5年7月 中国农机化学报 J o u r n a l o f C h i n e s e A g r i c u l t u r a l M e c h a n i z a t i o n V o l 4 6 N o 7 J u l 2 0 2 5 第7期朱倩等 甘薯种植机械化关键技术与装备研究进展3 7 a u t o m a t e d a n d i n t e l l i g e n t o p e r a t i o n e q u i p m e n t T h i s p a p e r p r o p o s e s s u g g e s t i o n s s u c h a s s t r e n g t h e n i n g b a s i c t h e o r e t i c a l r e s e a r c h b r e a k i n g t h r o u g h k e y t e c h n o l o g i e s r e s e a r c h i n g d i v e r s i f i e d t e c h n o l o g i e s a n d e q u i p m e n t f o r s w e e t p o t a t o t r a n s p l a n t i n g a n d c o n d u c t i n g a u t o m a t i o n a n d i n t e l l i g e n t r e s e a r c h s o a s t o p r o v i d e r e f e r e n c e f o r t h e i n n o v a t i v e d e s i g n o f k e y t e c h n o l o g i e s a n d e q u i p m e n t o f s w e e t p o t a t o p l a n t i n g m e c h a n i z a t i o n Keywords s w e e t p o t a t o p l a n t i n g m e c h a n i z a t i o n p l a n t i n g a g r o n o m y p l a n t i n g e q u i p m e n t 0 引言 甘薯是世界上重要的粮食作物 兼具饲料 医疗 能源等多元用途 1 中国是世界上第一大甘薯生产 国 甘薯生产对保障我国粮食安全 促进乡村振兴具有 重要的战略意义 甘薯种植模式多 农艺过程复杂 导 致甘薯移栽机械化程度较低 2 高性能机械种植装备 与技术是现代农业高效生产的基础 3 因此实现甘薯 机械化移栽对完善甘薯产业 提高我国甘薯产业综合 经济效益具有重要意义 我国甘薯移栽机械化发展先后经历引进吸收 通用 农业机械改造 移栽机研制 示范推广等阶段 针对不断 的移栽需求 机械化移栽技术已取得一定程度的发 展 4 甘薯机械化移栽以垄作移栽和覆膜垄作移栽为 主 5 两者工作方式不同 垄作移栽多以开沟后放入甘 薯苗为主 覆膜垄上移栽多以移栽装置和送苗装置配合 实现甘薯膜上栽插 目前我国甘薯种植机械化水平偏 低 农艺 农机相融合的专用机具较少 对人工存在较大依 赖 与甘薯产业日益发展需求不匹配 开发与甘薯农艺相 适应的机具是甘薯机械化移栽技术研究的重点工作 本文对甘薯机械化移栽技术及装备进行分析 归 纳 在此基础上展望我国甘薯移栽机械研究的发展趋 势 以期为我国甘薯生产机械化发展提供参考 1 甘薯产业现状 1 1 甘薯种植分布与规模 据联合国粮食及农业组织数据统计 近几年我国 甘薯种植面积超过2 0 0 0 k h m 2 总产量约为6 0 0 0 0 k t 占世界总产量的6 5 3 5 6 我国甘薯种植地区分布 广泛 可划分为北方甘薯产区 南方甘薯产区和长江流 域甘薯产区3个主要区域 7 北方甘薯产区主要分布 在河北 山西 山东 河南 陕西以及辽宁 吉林南部 南 方甘薯产区主要分布在福建 江西 湖南 广东以及广西 壮族自治区北部 长江流域甘薯产区主要分布在四川 重庆 湖北 江西 安徽以及江苏 1 2 甘薯种植模式 国内甘薯移栽以裸苗移栽为主 先经过育苗剪苗 然后进行移栽作业 根据甘薯苗生长状况 土壤墒情 气候条件等差异 甘薯移栽种植模式分为垄作移栽和覆 膜垄作移栽 8 垄作移栽工序简单 自然移栽环境达到 适宜条件时 即可采用垄作移栽 地膜覆盖移栽具有增 温保墒 减少虫害 保持土壤水分等优点 9 北方地区以 及春季种植甘薯常使用覆膜垄作移栽方式 甘薯移栽 起垄规格有大垄单行 小垄单行 大垄双行等 常见单行 垄宽为6 0 1 0 0 c m 垄高为3 0 4 0 c m 垄距为8 0 1 2 0 c m 不同品种的甘薯起垄规范不一 在实际移栽起 垄过程中 可结合甘薯品种和场地规格进行调整 甘薯苗由入土节结处生根结薯 为保证结薯数量 要求入土节结数多 同时为保证甘薯苗根部通气性良 好 要求移栽深度浅 1 0 因此造成甘薯苗移栽农艺复杂 目前常见的移栽方法主要有直栽法 斜栽法 水平栽法 和船底型栽法 1 1 如图1所示 直栽法将甘薯苗垂直栽 插到垄中 结薯较大 单株结薯数量较少 斜栽法将甘薯 苗以一定的倾斜角度栽插到垄中 抗干旱能力强 易生 根 商品薯较多 水平栽法将甘薯苗水平栽插到垄中 入 土较浅且入土结节数多 单株结薯数量较多 对土壤的 肥沃度具有一定要求 船底型栽法将甘薯苗的头尾翘起 埋入土壤中 抗旱力强 单株结薯多且结薯均匀 a 直栽法 b 斜栽法 c 水平栽法 d 船底型栽法 图1 甘薯苗移栽方法 F i g 1 T r a n s p l a n t i n g m e t h o d o f s w e e t p o t a t o s e e d l i n g s 2 甘薯起垄机械化关键技术与装备 起垄是甘薯移栽的准备环节 其目的是为甘薯苗提 供适宜的生长环境 目前 甘薯起垄机机架多为框架 式 采用起垄犁或垄形成型器筑成设定的垄作形状 并采 用弹性镇压装置压实垄体 保证起垄的稳定性和紧实度 农业农村部南京农业机械化研究所设计的 1 G Q L 2型甘薯双行旋耕起垄机 可以完成旋耕 起 垄 镇压等工作 工作效率较高 德国的G F 8 0 0旋耕 起垄机 由大功率拖拉机牵引 成型器向下呈一定角度 保证了垄体的紧实程度 成型器后端配带有施肥箱 滴 灌带铺设装置 可完成旋耕 起垄 施肥 覆滴灌带等作 业 减少了进地次数 王伯凯等 1 2 设计了甘薯双垄旋 耕起垄覆膜机 对起垄犁 镇压机构 覆膜机构进行结 构设计分析 覆膜机构使用覆土圆盘将地膜压实 完成 3 8 中国农机化学报2 0 2 5年 覆膜作业 史宇亮等 1 3 针对开沟时土壤回流严重等 问题设计了甘薯起垄整形机犁铧式开沟起垄装置 对 犁铧式开沟起垄装置进行曲面参数设计 牵引阻力分 析以及动力学仿真 通过试验分析 该犁铧式开沟起垄 装置比垄形成型器筑垄稳定性系数提高2 4 土壤 紧实度提高1 8 k P a 某公司设计了2 C M 2 1 H型红 薯起垄施肥覆膜一体机 该机带有肥料箱 可完成施肥 作业 采用犁铧式刮板压实地膜 某公司针对犁铧或 圆盘翻土压盖地膜效果差等问题 研制了甘薯旋耕起 垄覆膜机 采用旋耕上土器压实地膜 典型甘薯旋耕 起垄机的主要特点如表1所示 表1 典型甘薯旋耕起垄机的主要特点 T a b 1 K e y f e a t u r e s o f a t y p i c a l s w e e t p o t a t o r o t a r y t i l l e r 机具型号主要特点 1 G Q L 2型甘薯双 行旋耕起垄机 采用牵引方式连接于拖拉机后方 配 套功率3 8 k W以上 起垄垄数为 2垄 垄距为8 0 1 0 0 c m 起垄高度 为2 5 c m以上 作业效率为0 3 0 4 h m 2 h G F 8 0 0旋耕起垄机 采用牵引方式连接于拖拉机后方 配 套功率2 0 0 k W以上 起垄垄数为 8行 行宽为7 5 c m 起垄高度可调 作业效率为0 3 0 4 h m 2 h 2 C M 2 1 H型红薯 起垄施肥覆膜一 体机 采用牵引方式连接于拖拉机后方 起垄 垄数为2行 垄距为8 5 9 0 c m 起垄高 度为2 7 3 0 c m 载肥量为2 5 7 5 k g 甘薯旋耕起垄覆 膜机 采用牵引方式连接于拖拉机后方 起 垄行数为2行 单垄垄距为8 0 1 0 0 c m 起垄高度为2 5 3 0 c m 3 甘薯移栽机械化关键技术与装备 甘薯机械化移栽的作业效果是影响甘薯产量的关 键因素 甘薯裸苗独特的几何特征和移栽农艺 决定 甘薯移栽技术与装备的特殊性 移栽机构的作业质量 以及作业效率是衡量甘薯移栽机作业效果的关键指 标 目前国内外具有代表性的甘薯移栽机构有链 带 夹式 多连杆式 挠性圆盘式等 1 4 1 5 3 1 链 带 夹式移栽机构 链 带 式移栽机构主要由链条或输送带输送甘薯 苗 苗夹固定在链条或输送带上 作业时 人工将甘薯 苗放置在苗夹上 甘薯苗随链条或输送带旋转运动 完 成移栽作业 此类移栽机构结构简单 工作性能稳定 可靠 制造成本低 国外甘薯苗链 带 式移栽机研发较早 机械相对 较成熟 欧美国家多以大型机械移栽为主 美国半自 动链夹式移栽机和意大利生产的F P P E V O系列移栽 机由大功率拖拉机带动 一次作业可完成大面积的甘 薯苗移栽 作业效率高 可实现甘薯苗的直栽 国内甘薯苗链 带 式移栽机研发起步较晚 胡良 龙等 8 设计了2 Z G F 2型甘薯复式栽植机 可一次性 完成旋耕 起垄 栽插 修垄等作业 其中链夹喂苗机构 采用非零速栽插原理使甘薯苗和地面形成一定角度 开沟器和圆盘镇压器的协调配合完成甘薯苗的斜插 某公司与国家甘薯产业技术体系对甘薯移栽机进一步 优化 联合研制了2 C G F 2型甘薯复式移栽机 增设 水箱装置 可以实现旋耕 起垄 移栽 浇水复式作 业 1 6 刘京蕊等 1 7 针对较长地块导致水箱储水不足 等问题 将2 C G F 2型甘薯复式移栽机水箱装置改成 滴灌带铺设装置 提高移栽机的适用程度 Y a n等 1 8 设计了甘薯苗卧式移栽机 采用输送带水平运输甘薯 苗 甘薯苗到达输送带底部时 在重力的作用下掉落到 垄沟中 并使用螺旋覆土机构将垄沟两侧的土壤推入 苗沟 实现甘薯的水平移栽作业 作业过程具有旋耕起 垄 开沟 移栽 覆土等工序 河北省农林科学院粮油 作物研究所采用独特的开沟方式设计了一种甘薯横插 移栽机械 铲刀与牵引机行走方向呈角度设置 将垄体 分为左 右两部分 一侧开设出沟槽 并将土壤堆积在 垄面另一侧 甘薯苗由输送带运送至沟槽 推土板将堆 积的土壤推至沟槽 借此可完成甘薯苗的横插斜 栽 1 9 张万枝等 2 0 结合甘薯密植的要求设计了一种 全自动型甘薯苗横向水平移栽机 改变了传统输送带 的运行方向 使整个输送带处于垄的正上方 实现输送 带沿垄向运输甘薯苗 采用苗带向移栽机秧苗夹自动放 入甘薯苗 秧苗夹由固定夹板和带有滚轮的活动夹板组 成 输送带竖直段固定有支撑板 在滚轮和支撑板的阻 挡以及弹簧的作用下 实现秧苗夹的开合 甘薯苗掉落 到垄上后覆土装置工作 完成移栽作业 该机可实现旋 耕 起垄 移栽 覆土等复式作业 结构示意图如图2所 示 为使其适应市场需求 联合某公司对该移栽机进一 步优化改进 设计秧苗夹始终处于张开状态 竖直段采 用挡条防止甘薯苗脱落 秧苗夹带动甘薯苗进入到垄中 实现甘薯苗的横向水平移栽 机具后面带有覆土和垄型 重塑装置修整垄型 其结构简单 增加机具稳定性 图2 全自动型甘薯苗横向水平移栽机示意图 F i g 2 S c h e m a t i c d i a g r a m o f f u l l y a u t o m a t i c h o r i z o n t a l t r a n s p l a n t i n g m a c h i n e f o r s w e e t p o t a t o s e e d l i n g s 1 起垄装置 2 苗带轮 3 秧苗夹 4 支撑板 5 旋耕装置 第7期朱倩等 甘薯种植机械化关键技术与装备研究进展3 9 3 2 多连杆式移栽机构 连杆机构可实现多种运动曲线 其和末端栽植器 配合 可以完成船底型 倾斜型 垂直型等甘薯苗移栽 运动轨迹 根据不同姿态移栽要求对连杆式移栽机构 进行结构 参数设计 以及静态 动态运动学分析 调整 栽植器入土点和出土点的相对位置 该移栽机构可适 用于膜上移栽 目前多连杆式移栽机构被广泛推广使 用 其中四杆机构和五杆机构应用较多 应用多连杆式甘薯移栽运动机构技术的移栽机 国外主要以P V H 1 0 3型自走移栽机为代表 对旋耕起 垄后的田间进行移栽作业 由送苗输送带和夹苗爪机 械联动配合实现膜上移栽 机械化程度较高 国内学者也对连杆式移栽机构展开了大量研究 青岛农业大学和某公司 2 1 联合研制了多功能甘薯移 栽机 由四杆机构带动固定在从动杆上栽植器运动 栽 植器采用凸轮控制的合手式柔性护苗结构 由固定在 主动杆和从动杆铰链处的凸轮和栽植器上的摆杆配合 运动实现栽植器苗夹的开合 利用V B程序选择出移 栽装置四杆机构最优船底型移栽轨迹的参数组合 根 据栽植器运动行程设计出凸轮边缘轮廓曲线 实现膜 上甘薯船底型移栽 该移栽机可完成旋耕 施肥 起垄 覆膜 移栽 浇水多项作业 提高甘薯移栽效率 李慧 等 2 2 基于P V H系列移栽机研制了丘陵山地甘薯膜上 仿形扦插移栽机 除依据我国甘薯种植农艺要求对连杆 机构设计分析外 加入了整机调平和垄面仿形等功能 可根据垄面位置 高度对植苗装置位置进行调整 适用 于地势不平 垄体不均匀等丘陵山地 张万枝等 2 3 设计 了一种甘薯苗侧插移栽机 由四杆机构带动多个栽植器 运动实现甘薯水平侧向入垄 一次可实现多个甘薯苗移 栽 移栽装置和送苗装置固定在一个支撑架上 有效调 节移栽深度 行走装置采用间歇式自走式结构 有效减 少对地膜的破坏 结构示意图如图3所示 图3 甘薯苗侧插移栽机示意图 F i g 3 S c h e m a t i c d i a g r a m o f a t r a n s p l a n t e r f o r p l a n t i n g s w e e t p o t a t o s e e d l i n g s i n t h e s i d e d i r e c t i o n 1 送苗装置 2 支撑架 3 移栽装置 S r i等 2 4 设计4杆链接式半自动蔬菜插秧机 连 杆机构带动鸭嘴式的栽植器运动实现蔬菜直插 金丽 宇等 2 5 针对栽植机构直立性差等问题设计了鸭嘴式 蔬菜移栽机栽植机构 基于零速投苗工作原理对连杆 机构进行速度位移曲线分析 选取合理的栽植机构运 动特征参数 保证移栽直立性 此类移栽机构由栽植器夹持甘薯苗入垄移栽 可以 实现多种移栽方法 并且移栽姿态得以保证 但移栽过 程中增加了漏苗的风险 后续应针对栽植器精准夹持甘 薯苗的需求 优化改进移栽机构结构部件 集创新思想 和先进技术 提出栽植器和甘薯苗新型配合方式 3 3 挠性圆盘式移栽机构 挠性圆盘式移栽机构主要由导向装置 挠性和刚 性圆盘组成 当挠性圆盘旋转至取苗区时 触碰导向装 置 迫使2个圆盘分离 甘薯苗进入挠性圆盘和刚性圆 盘之间 实现取苗作业 当转出导向装置区域后 在弹 簧的作用下 挠性圆盘向刚性圆盘靠近夹住甘薯苗 并 携带甘薯苗继续旋转 当旋转至放苗区时 再次与导向 装置接触 挠性圆盘张开 甘薯苗自其中脱落到垄沟 对茎干较长的秧苗有良好适应性 何宇凡等 2 6 利用该原理提出了一种基于挠性圆盘 的甘薯裸苗类水平栽植方法 对挠性圆盘甘薯裸苗类水 平栽植运动进行运动学分析和动力仿真试验 并依据甘 薯苗的水平弯曲姿态确定挠性圆盘的结构参数和运行 速度 栽深合格率达到9 5 6 栽植姿态合格率达到 8 7 8 武广伟等 2 7 基于挠性圆盘式移栽机构 设计了 预处理苗带甘薯裸苗自动移栽机 将甘薯裸苗等间距排 列在两条苗带之间 苗带上带有粘连层固定甘薯裸苗 将处理好的苗带卷起形成苗带卷 苗卷通过自动喂苗装 置的链传动系统和导向装置实现两苗带的分离和重新 卷合 以此向挠性圆盘移栽装置自动提供甘薯苗 自动 喂苗装置和挠性圆盘移栽装置简图如图4所示 图4 自动喂苗装置和挠性圆盘移栽装置简图 F i g 4 S c h e m a t i c d i a g r a m o f a u t o m a t i c s e e d l i n g f e e d i n g d e v i c e a n d f l e x i b l e d i s c t r a n s p l a n t i n g d e v i c e 1 挠性圆盘 2 苗带 3 导向装置 4 卷苗带轮 3 4 其他移栽机构 导苗管式移栽机研究较早 普遍用于蔬菜钵苗移 栽 早期对甘薯移栽机研究探索时 甘薯苗机械化种植 多借鉴导苗管式移栽机 但甘薯苗茎叶较繁茂 下落会 出现卡苗等现象 目前该移栽方式没有被推广应用 随 着对甘薯移栽机的深入研究 出现了其他新型移栽机 构 例如L i u等 2 8 对移栽机构进一步研究 提出一种两 自由度的甘薯移栽机械手 通过垂直滑动电机和旋转电 机实现苗爪的垂直和旋转运动 基于线性模型预测算 法 为该移栽机械手设计一种移栽轨迹控制器 可实现 4 0 中国农机化学报2 0 2 5年 甘薯苗的直栽 船底型栽法和斜插 L i等 2 9 针对现有 甘薯船底型移栽机对地膜破坏程度较大等问题 设计一 种船底型膜上移栽装置 主要由弧形夹苗机构 换位机 构和定位凸轮组成 夹苗机构绕定位凸轮旋转进入土 壤 定位凸轮用以实现夹苗机构的开合和消除因机构前 进速度产生的横向位移 离开土壤时通过换位机构调整 夹苗机构的位置消除进土点和出土点的距离差 减小破 膜面积 典型甘薯移栽机的结构特点如表2所示 表2 典型甘薯移栽机的结构特点 T a b 2 S t r u c t u r a l c h a r a c t e r i s t i c s o f t y p i c a l s w e e t p o t a t o t r a n s p l a n t e r 机具型号移栽机构主要特点 2 C G F 2型甘薯复式移栽机链 带 夹式采用三点悬挂式连接在拖拉机后方 作业行数为2行 配套功率 3 7 k W 采用旋耕 起垄 移栽 水箱等组合式设计 可根据需求配置 美国半自动链夹式薯苗移栽机链 带 夹式悬挂式在拖拉机后方 作业行数为8行 大功率拖拉机牵引 可用于大田化区域种植 F P P E V O 3机械插秧机链 带 夹式悬挂式在拖拉机后方 作业行数为3行 配套功率 4 5 k W 移栽深度可调 配套有可伸缩液压杆 水箱和肥料箱等装置 甘薯苗横向水平移栽机链 带 夹式采用三点悬挂式连接在拖拉机后方 配套功率 5 0 k W 移栽株距为1 5 2 5 c m 移栽深度可调 具有旋耕 起垄 施肥 移栽 铺设滴灌带多项功能 东风井关P V H型自走式移栽机多连杆式自走式机构 配套功率较小 移栽株距可调 结构简单紧凑 工作可靠 适用于膜上移栽作业 可用于小地块区域移栽 多功能甘薯移栽机多连杆式采用三点悬挂式连接在拖拉机后方 作业行数为2行 配套功率 5 2 k W 移栽株距为2 5 3 5 c m 具有旋耕 施肥 起垄 覆膜 移栽 浇水多项功能 丘陵山地甘薯膜上移栽机多连杆式自走式结构 配套功率较小 行走底盘根据地形自动调整 适用于膜上移栽作业 可用于北方丘陵山地 4 甘薯种植机械化面临问题 4 1 甘薯移栽机械化水平低 关键技术创新不足 我国甘薯机械化移栽研究起步较晚 前期研制多 借鉴其他通用移栽机械 缺乏基础系统理论和关键技 术的研究分析 现有的甘薯移栽机械研发投入不足 专业研究人员较少 并且研究人员在自主创新 攻克关 键技术的过程中对经验依赖较大 由此造成甘薯移栽 机械水平不高 高校和科研院所的创新性想法和先进 成果缺乏适用性和成熟度 未能在市场上得到广泛推 广 制约着甘薯移栽机械产业的发展 4 2 符合甘薯种植农艺要求的成熟适用机型缺乏 国内现有的甘薯移栽机械大都由蔬菜 烟草 甜菜 等插秧机械改进而成 对甘薯专用移栽机研究较少 改 进而来的机具在使用过程中存在适用性差 与农艺要求 不匹配 机具可靠性低等问题 甘薯种植模式和种植方 法决定甘薯移栽机需求的多样化 但现有甘薯移栽机多 以斜插和直插为主 缺乏对于其他移栽方法的甘薯移栽 机械以及膜上移栽机械的成熟适用性机型 4 3 自动化 智能化作业装备缺乏 甘薯苗枝叶缠绕杂乱 形态大小不一 造成甘薯自 动化分苗技术难以突破 制约了全自动甘薯移栽机的 研究与发展 目前甘薯移栽机多为半自动移栽机 由 人工操作进行取苗 分苗作业 没有完全解放劳动力 缺乏智能化精准作业装备 绝大多数机具在作业过程 中存在操作不方便 精准度低 作业质量差等问题 5 甘薯种植机械化发展建议 5 1 提高基础理论研究 加强突破关键技术 提高基础理论研究 加强突破关键技术是确保甘 薯产业发展的保障 加强田垄 移栽机和甘薯苗之间 相互作用机理 运动规律的深入研究 实现甘薯移栽机 高效 低损作业 加强科研投入 从资金 技术 人员等 方面开展扶持 加快提升甘薯移栽机械化创新 加强对 甘薯移栽机械化关键技术的研究 融合新方法 新材料 优化改进甘薯移栽机械 提高移栽质量 实现甘薯移栽 机最佳移栽效果 5 2 开展适于甘薯移栽的多样化技术与装备研究 加 强农机 农艺融合 农机 农艺融合是实现甘薯移栽机械化的重要条 件 进一步改进完善现有甘薯移栽机的作业性能 使 其与甘薯种植农艺要求适配 针对不同地区甘薯种植 多样化要求 开展多学科协作研究 解决甘薯移栽专用 装备缺失等问题 达到甘薯移栽机械供需平衡 开发 适用于我国大田种植的大型化移栽装备以及适用于丘 陵山地的小型化移栽装备 制定合理 科学的研究计 划 健全甘薯机械化移栽体系 5 3 开展甘薯移栽机械自动化 智能化研究 针对甘薯移栽机械难以实现自动化的问题 在甘 薯育苗 剪苗阶段 加快设立标准化规定 加强对甘薯 机械化剪苗 分苗装置的研制 为全自动化甘薯移栽机 提供基础准备工作 实现育苗 剪苗 移栽一体化发展 第7期朱倩等 甘薯种植机械化关键技术与装备研究进展4 1 针对甘薯移栽机高效率 高精度 高质量的发展趋势 加大智能化利用力度 采用智能检测 路径规划 自主 导航 农业大数据等技术 降低人工劳动强度 提高甘 薯移栽机的作业质量和作业效率 未来我国甘薯机械 化种植技术与装备将向精准化 智能化和无人化甘薯 移栽技术与装备方向发展 同时兼顾移栽装备的经济 性 适用性和可靠性 参 考 文 献 1 胡良龙 计福来 王冰 等 国内甘薯机械移栽技术发展动 态 J 中国农机化学报 2 0 1 5 3 6 3 2 8 9 2 9 1 3 1 7 H u L i a n g l o n g J i F u l a i W a n g B i n g e t a l L a t e s t d e v e l o p m e n t s o f s w e e t p o t a t o m e c h a n i c a l t r a n s p l a n t i n g i n C h i n a J J o u r n a l o f C h i n e s e A g r i c u l t u r a l M e c h a n i z a t i o n 2 0 1 5 3 6 3 2 8 9 2 9 1 3 1 7 2 周洵泽 严伟 王云霞 等 甘薯机械化移栽分苗取苗技术 研究现状及展望 J 中国农机化学报 2 0 2 3 4 4 3 3 5 4 0 Z h o u X u n z e Y a n W e i W a n g Y u n x i a e t a l R e s e a r c h s t a t u s a n d p r o s p e c t o f s w e e t p o t a t o m e c h a n i z e d t r a n s p l a n t i n g t e c h n o l o g y J J o u r n a l o f C h i n e s e A g r i c u l t u r a l M e c h a n i z a t i o n 2 0 2 3 4 4 3 3 5 4 0 3 郑娟 廖宜涛 廖庆喜 等 播种机排种技术研究态势分析 与趋势展望 J 农业工程学报 2 0 2 2 3 8 2 4 1 1 3 Z h e n g J u a n L i a o Y i t a o L i a o Q i n g x i e t a l T r e n d a n a l y s i s a n d p r o s p e c t
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