烟苗移栽机浇水系统的设计

　　摘 要: 定点追踪式移栽机浇水机构用于改进现有移栽浇水方式，保证在移栽设备行进过程中仍能实现浇水出 口在某个时间段内相对移栽烟苗无相对运动，实现此相对时间范围内浇水至烟苗根部。本结构设计采用后桥取力，通过传感器电路控制电磁离合器辅助动力传递，具有工作性能稳定、相对定位无累计误差、调整简单、故障率低、浇水位置精确及浇水动作响应迅速等优点，较好地满足了烟苗移栽机移栽后浇水需求; 同 时，克 服 了 现 有 移 栽浇水设备浇水效果差、可用灌溉水损失量大、浇水位置精度低及浇水冲击大等缺点。

　　关键词: 烟苗移栽; 浇水; 控制系统; 电磁离合器

　　0 引言

　　我国是世界上主要烟叶生产国，具有悠久的烟叶 种植历史，在多个省市都有烟草种植，曾达到世界烟 草种植面积的 30%以上。但是，烟草种植属于劳动密 集型农业，前期对人工需求大，且烟叶移栽对工期要 求严格，因此抢工、抢时是每年烟草种植中重要工作 要求[1]。

　　在我国，烟苗移栽设备包括挠性圆盘式移栽 机构、链夹式移栽机构、导苗管式移栽机构、吊杯式移 栽机构、鸭嘴式移栽机构、滑道分钵轮式移栽机构及 双输送带式移栽机构 7 种[2]，尽管移栽机构种类众 多，但各有优缺点。烟草在移栽时属于烟叶移栽返苗 期，根部或多或少受到损伤，造成烟苗根部吸收能力 减弱，且此时田间土地蒸腾作用仍在进行，容易造成 烟株体内缺少水分导致烟苗萎蔫。为保证烟苗平安 度过返苗期，需要对烟苗所在附近土壤进行充分水分 供应，用于保障烟苗附近土壤在发生蒸腾作用时烟苗 植株对水分吸收，使烟苗正常生长。

　　据了解，烟苗返 苗期一般为 7 ～ 10 天，移栽情况良好时返苗期可缩短 至 6 ～ 7 天，返苗期的缩短有利于烟苗生长。烟苗在移 栽时需水量在 1.0kg /株能保证烟苗顺利度过返苗期， 若浇水量在 2.0kg /株以上，则可以保证在 4 ～ 5 天内能 满足烟 叶 生 长，若 7 ～ 10 天无降雨则需进行人工灌溉。由此可见: 返苗期水对烟叶生长至关重要，但 烟叶返苗期生长也受其他因素的影响[3-4]。

　　目前，我国针对烟叶定根水喷淋设备按照触发方 式进行划分为机械触发式和电子触发式两类: 机械触 发式有 2ZY-1 型烟草移栽机、2YZS 自走式烟草移栽 机、陕西省烟草公司安康市公司做的定量浇水阀、山 东华盛农业药机械有限责任公司开发的自动浇水器、 张桂荣发明的浇水装置及郑揖等发明的定量浇水装 置; 电子触发式有刘双喜等发明的定量浇水机、王双 喜等设计的烟草浇水系统、山东农业大学发明的烟草 自动浇水机等[5]，但仍不能满足我国现有已在要求。 为更好提高浇水效率，设计了一种定点烟苗浇水 机构，采用电子触发式浇水，通过侧面浇水方式，最大 限度避开烟苗根部，同时采用相对静止方式实现定点 大水量浇水方式。

　　1 设计原理及机构

　　1.1 设计原理

　　设计原理: 浇水机构浇水时，其出水口能够实现 与移栽车体方向相反但等速的运动，并在完成浇水后 迅速复位，然后周而复始重复循环相对定点浇水。由 于实现了快速复位，所以每次移栽后浇水不存在累计 误差，从而保证烟苗定点浇水位置相对稳定。

　　电子控制方面采用霍尔传感器感应触发启动浇 水机构反向移动，反向移动时间可通过动力接触时间 做调整，采用车体电源取电作业。 其优点在于采用此结构仿行移栽后，浇水方式为 烟苗提供充足水分，而人工浇水为在固定位置浇水。此机构相当于保证浇水出水口始终同烟苗位置相对 不变，可保证足够浇水量。通过电控保证浇水循环准 确性，可有效防止机械累计误差产生，降低田间劳动 强度，在提高机械化作业速率的同时提高了烟苗成活 率，减少补苗工作量，有利于烟叶生长。

　　1.2 总体设计

　　机具匹配 后桥与双曲柄鸭嘴移栽器一同使用，作业时车体后桥 上装有单相转动取力器，后桥取力器结合动力通过链 传动一路传递至双曲柄鸭嘴移栽机; 第 2 路动力传递 至浇水机构; 浇水机构上附带霍尔传感器控制电路， 接受到霍尔传感器信号，使电磁离合器结合，电磁离合器将带电 0 ～ 1.8s 之间( 可做调节) 。

　　将第 2 组动 力传递至齿轮及齿条机构。 齿条固定 在 滑 轨 上，在滑轨前端固定有浇水出 口，浇水出口随着齿条移动而移动，到达预设时间后， 电磁离合器断开动力输入; 齿条前端位置有拨叉轴， 拨叉一端同拨叉轴相连，中部旋转点在移栽机具机架 上，拨叉另一端固定有弹簧，弹簧另一端固定在与移 栽机具上; 拨叉上固定拨叉轴处为长槽，拨叉轴可沿 着拨叉滑动，在结束动力输入后在弹簧作用下浇水出 口返回至初始位置。

　　移栽机具其主要技术参数如下: 外形尺寸/ mm: 1090×750×820( 移栽机具) 900×250×223( 浇水机构) 移栽速度/ s·株-1 : 2 移栽垄间距/ mm: 1200 移栽株距/ mm: 500( 理论) 浇水时间/ s: 0 ～ 1.8( 理论) 浇水位置误差/ mm: -9 ～ 81( 理论) 浇水量/ mL·株-1 : 0 ～ 1000( 理论) 电磁离合器散热方式: 自然风冷 转动副润滑方式: 脂润滑。

　　2 关键部分设计

　　2.1 定点原理设计

　　机具采用轮式结构驱动，田间作业过程中存在轮 胎滑移问题，因此存在一定滑移率。后桥轴驱动轮胎 为 7.5 ～ 16 拖拉机轮胎，其极限滑移率可高至 0.2。本次田间使用栽植状态下取滑移率为 0 ～ 0.087，极限值 为 0. 2。7. 5 ～ 16 轮胎查中华人民共和国国家标准 GB2979-91 农业轮胎系列，其新胎充气后外径 R- 1 型花纹其圆周直径为 810mm[6-7]。本设计采用后桥取 力，在测试中其旁边传动比为 i = 6: 1; 浇水机构采用 齿轮齿条机构，可认为齿轮分度圆线速度即为齿条运动直线速度，即浇水出口运动线速度。设计上，齿轮 齿条采用模数 m = 3，齿轮齿数 z = 30。

　　3 田间试验与结果

　　3.1 试验基本条件

　　田间性能试验在河南省许昌市桂村乡进行，试验 地属于清明节后移栽区，移栽耕深集中在 20 ～ 30cm， 且土壤质地疏松，土层深厚，土壤呈现微酸性。采用 垄上移栽，在移栽前 10 天完成起垄，最终移栽垄高为 30cm，垄面宽度可达到 35 ～ 40cm，垄间距为 1.2m。试 验地为烟草与其他作物 2 年轮作，纵深为 200m 净地。 试验采用烟苗为漂浮育苗，均做好炼苗工作，烟 苗采用 8 ～ 10cm 大苗，移栽苗零为 60 ～ 70 天。浇水试 验进行 5 组，取单组 20 次浇水记录结果。

　　3.2 浇水动作可靠性

　　本机构在纵深 200m 田间连续往返作业，其动力 结合电磁离合器均可实现每次动力结合，浇水恢复拨 叉在每次动力撤离均可实现在电磁离合器下次结合 前完成浇水固定点复位。经测试，在单次加水工作区 间即完成 600 次移栽，其工作状态稳定。

　　3.3 浇水电路可靠性

　　根据田间试验，在纵深 200m 田间连续往返作业， 控制单元均可实现优良工作性能，在单次加水作业即 完成 600 次移栽，工作状态稳定。

　　3.4定点浇水位移偏差量

　　本次试验采用 0. 8s 浇水、1. 3s 浇水、1. 8s 浇水 3 种模式测试田间工作状态下其定点浇水能力，对在 3 种不同浇水时长下浇水位移相对设计定点偏差进行 测量统计。

　　农业论文投稿刊物：湖南农业科学主要刊登我国农业各学科在应用基础和高新技术研究方面的学术论文，主要科研成果的专题报告，各学科研究的新进展和综合评述。

　　4 结论

　　1) 浇水机构在机械和电路上可以满足烟草移栽 强度要求，可实现单次注水完成 600 次移栽要求，完 全满足烟叶移栽农艺要求。

　　2) 试验结果表明: 移栽浇水口偏差在设计理论范 围内，满足移栽浇水农艺要求。其偏差量表明: 四轮 农用车辆在标准烟田移栽存在滑移率，滑移率随着不 同田间 状 况 在 发 生 变 化，但仍满足田间移栽农艺 要求。

　　参考文献:

　　[1] 黄伟华.烟草移栽机国内外同类研究现状与发展趋势[J]. 中国科技信息，2011( 18) : 90-91.

　　[2] 贾瑞昌，何振峰，朱文才，等.烟草移栽机移植机构的研究 进展[J].现代农业装备，2015( 6) : 33-39. [3] 刘国顺，陈江华.中国烤烟灌溉学[M].北京: 科学出版社， 2012( 6) : 109-111.

　　[4] 高琼，顾勇.不同移栽期和浇水量对烤烟生长发育的影响 [J].湖南农业科学，2012( 1) : 26-28.

　　[5] 贾瑞昌，杨洲，何振峰，等.烟草移栽机定根水喷淋装置的 研究进展[J].现代农业装备，2015( 5) : 30-35，39.

　　作者：姬 虹1，2 ，李保谦1 ，张秀丽1