甜葉菊移栽機(jī)構(gòu)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢研究

　　摘 要: 甜葉菊因其高甜度、低熱量的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用到食品和醫(yī)療等領(lǐng)域中，因此甜葉菊規(guī)模化、產(chǎn) 業(yè) 化 發(fā)展是未來的必然趨勢。移栽是甜葉菊種植生產(chǎn)過程中一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，移栽質(zhì)量和效率決定著甜葉菊生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。目前，我國甜葉菊移栽方式主要以人工移栽為主，用 工 多，效 率 低，嚴(yán)重制約了我國甜葉菊規(guī)模化和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，亟待解決甜葉菊機(jī)械化移栽的示范推廣問題。為 此，介紹了我國甜葉菊移栽概況，論述了不同類型移栽機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和工作原理，并對各移栽機(jī)構(gòu)的研究現(xiàn)狀和優(yōu)缺點(diǎn)做了詳細(xì)論述和對比分析，指出了移栽機(jī)構(gòu)在實(shí)際應(yīng)用中存在移栽質(zhì)量差、農(nóng)機(jī)農(nóng)藝結(jié)合程度低、移栽機(jī)構(gòu)適應(yīng)性差等問題，同 時(shí) 對 甜 葉 菊移栽機(jī)構(gòu)的發(fā)展做出了建議和展望，旨在為我國甜葉菊移栽機(jī)械的研究和發(fā)展提供參考。

　　趙曉順; 于鳳超; 郝建軍; 馬志凱; 張博; 李浩; 趙建國， 農(nóng)機(jī)化研究 發(fā)表時(shí)間：2021-08-25

　　關(guān)鍵詞: 甜葉菊; 移栽機(jī)構(gòu); 發(fā)展現(xiàn)狀; 趨勢

　　0 引言

　　甜葉菊是我國引進(jìn)的一種新型甜料作物，從中提取的甜菊糖是蔗糖甜度的 300 倍，而熱量僅為蔗糖的 3%[1-2]。甜葉菊產(chǎn)品以高甜度、低熱量的特點(diǎn)得到廣泛的應(yīng)用[3-5]。我國甜葉菊產(chǎn)量巨大，是甜葉菊最大的出口國之一，出口量占世界供應(yīng)量的 80%以上[6]。雖然我國的甜葉菊產(chǎn)量巨大，但其種植機(jī)械化發(fā)展水平很低，嚴(yán)重制約了我國甜葉菊規(guī)模化及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。移栽是甜葉菊種植過程的重要環(huán)節(jié)之一，具有增加土地積溫、延長作物的生長期以及提高土地利用率等特點(diǎn)[7-8]。目前，我國甜葉菊移栽仍然以人工移栽為主，存在勞動(dòng)成本高、工作強(qiáng)度大、工作效率低等問題，嚴(yán)重制約了我國甜葉菊種植規(guī)模化發(fā)展，從而導(dǎo)致甜葉菊產(chǎn)業(yè)化發(fā)展進(jìn)程緩慢。因此，目前我國對甜葉菊移栽機(jī)械的需求愈加迫切，但我國對甜葉菊移栽機(jī)的研究起步較晚，適用于甜葉菊移栽的移栽機(jī)型較少，移栽效果不理想。因此，了解我國甜葉菊移栽概況，掌握移栽機(jī)構(gòu)的研究現(xiàn)狀，探討國內(nèi)甜葉菊移栽機(jī)存在的主要問題，對于我國甜葉菊移栽機(jī)械的研究和發(fā)展具有重要意義。

　　1 我國甜葉菊移栽概況

　　目前，我國甜葉菊移栽主要存在人工移栽和機(jī)械移栽兩種方式。人工移栽包括整地起壟、除草覆膜和移栽覆土等過程[9-11]，作業(yè)過程復(fù)雜，周期較長，效率較低。機(jī)械移栽按照甜葉菊秧苗狀態(tài)可分為缽苗移栽和裸苗移栽兩種。缽苗移栽是帶土移栽，在取苗的過程中減少對秧苗的根部的損傷，使緩苗期縮短[12]。但是，由于甜葉菊產(chǎn)業(yè)為一新興產(chǎn)業(yè)，相較其他作物起步較晚，對甜葉菊缽苗移栽技術(shù)研究較少，且缽苗移栽機(jī)機(jī)構(gòu)復(fù)雜，國內(nèi)移栽機(jī)制造水平相對滯后，缺乏成熟配套的甜葉菊缽苗育苗技術(shù)的支撐，目前還沒有得到廣泛應(yīng)用。裸苗移栽機(jī)對苗齡和苗高有著嚴(yán)格要求: 由于裸苗移栽過程中移栽器和秧苗直接接觸，容易出現(xiàn)傷苗現(xiàn)象，裸苗移栽后的甜葉菊緩苗期也相對較長; 但是，裸苗移栽機(jī)移栽技術(shù)在我國發(fā)展和推廣時(shí)間較長且成本較低，是目前甜葉菊機(jī)械移栽的主要模式。

　　2 移栽機(jī)構(gòu)研究現(xiàn)狀

　　目前，我國的甜葉菊移栽機(jī)大部分機(jī)型是在蔬菜移栽機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了仿制與改進(jìn)，技術(shù)很不成熟，移栽效果也不理想。移栽機(jī)構(gòu)作為移栽機(jī)的核心工作部件，直接決定著移栽機(jī)的移栽質(zhì)量。移栽機(jī)構(gòu)按其工作部件和工作原理的不同，可分為鏈夾式移栽機(jī)構(gòu)、吊杯式移栽機(jī)構(gòu)、曲柄搖桿式移栽機(jī)構(gòu)、撓性圓盤式移栽 機(jī) 構(gòu)、導(dǎo)苗管式移栽機(jī)構(gòu)和行星輪系移栽機(jī)構(gòu)。

　　2. 1 鏈夾式移栽機(jī)構(gòu)

　　鏈夾式移栽機(jī)構(gòu)主要由上下兩個(gè)鏈輪、驅(qū)動(dòng)鏈條和秧夾組成，如圖 1 所示。作業(yè)時(shí)，由操作人員將秧苗放入打開的秧夾中，秧夾閉合，鏈條帶動(dòng)秧夾向地面運(yùn)動(dòng)，秧苗隨著秧夾一起轉(zhuǎn)向地面; 當(dāng)鏈條轉(zhuǎn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)，秧夾進(jìn)入土壤打開，秧苗被植入到土壤中，完成移栽[13-14]。鏈夾式移栽機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，移栽株距和移栽深度較為穩(wěn)定，對于秧苗和移栽環(huán)境的適應(yīng)性較好，可以實(shí)現(xiàn)裸苗和缽苗移栽，在不同的土壤環(huán)境下仍能較好完成移栽作業(yè)。但是，此移栽機(jī)構(gòu)的株距調(diào)節(jié)較為困難，秧苗容易被秧夾損傷，不適用于膜上移栽和高速作業(yè)。

　　金誠謙對影響鏈夾式移栽機(jī)構(gòu)作業(yè)質(zhì)量的因素進(jìn)行了分析，得出傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的滑移、秧夾對秧苗的夾持狀態(tài)、土壤條件和各作業(yè)機(jī)構(gòu)間的位置配合為影響鏈夾式移栽機(jī)構(gòu)作業(yè)質(zhì)量的主要因素[15]。于修剛對鏈夾式移栽機(jī)在立苗率、漏苗率、投苗點(diǎn)上所存在的技術(shù)問題進(jìn)行了分析，并對移栽機(jī)構(gòu)所存在問題提出了解決思路和改進(jìn)方法，得到了最佳投苗點(diǎn)條件和最佳投苗參數(shù)[16]。袁文勝針對鏈夾式移栽機(jī)構(gòu)移栽油菜時(shí)的直立度不高的問題，對移栽機(jī)構(gòu)作業(yè)時(shí)的秧苗運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)秧苗在零速投苗點(diǎn)移栽時(shí)對于越高大的秧苗移栽效果越差。為了提高立苗質(zhì)量，提出了預(yù)設(shè)投苗角改善移栽質(zhì)量的解決方案[17]。王義鵬設(shè)計(jì)了一種由兩套相同的鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和連桿兩部分構(gòu)成的錯(cuò)列鏈夾式移栽機(jī)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)比較平穩(wěn)，移栽合格率達(dá)到了 95. 7%[18]。

　　金誠謙和于修剛等人對鏈夾式移栽機(jī)構(gòu)的作業(yè)質(zhì)量進(jìn)行研究，得到了影響移栽機(jī)構(gòu)作業(yè)參數(shù)的主要因素以及最佳作業(yè)參數(shù)，為鏈夾式移栽機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供了思路與基礎(chǔ)。袁文勝和王義鵬等人對移栽機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化與設(shè)計(jì)，解決了移栽機(jī)構(gòu)易倒伏和穩(wěn)定性差等問題，為移栽機(jī)構(gòu)的優(yōu)化提供了方法。應(yīng)用此移栽機(jī)構(gòu)的機(jī)型有意大利 Checchi&Magli 公司生產(chǎn)的 OTMA 移栽機(jī)、荷蘭米啟根公司生產(chǎn)的 MT 移栽機(jī)、南通富來威農(nóng)業(yè)裝備有限公司生產(chǎn)的富來威 2ZL- 3 型移栽機(jī)、北京市農(nóng)業(yè)機(jī)械試驗(yàn)鑒定推廣站在 2ZL-4 型鏈夾式移栽機(jī)的基礎(chǔ)上研制的 2ZL-5 型移栽機(jī)。

　　目前，應(yīng)用此移栽機(jī)構(gòu)的甜葉菊移栽機(jī)有南通富來威農(nóng)業(yè)裝備有限公司研制的富來威 2ZQ 型甜葉菊移栽機(jī)，如圖 2 所示。該機(jī)采用鏈夾式移栽機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)甜葉菊裸苗和缽苗移栽，且作業(yè)行距、株距可調(diào)，能夠?qū)崿F(xiàn) 1 ～ 7 行移栽。該移栽機(jī)可實(shí)現(xiàn)開溝、移栽、覆土、鎮(zhèn)壓等多功能聯(lián)合作業(yè)，但不適用于膜上移栽。此外，樂陵市天馬機(jī)械設(shè)備有限公司研制了適用于兩行移栽的 2ZQ-2 型甜葉菊移栽機(jī)和適用于 4 行移栽的 2ZQ-4 型甜葉菊移栽機(jī)。

　　2. 2 吊杯式移栽機(jī)構(gòu)

　　吊杯式移栽機(jī)構(gòu)由主要由移栽圓盤、偏心圓盤和吊杯移栽器等組成，如圖 3 所示。作業(yè)時(shí)，由操作人員或者喂苗器將秧苗放入吊杯移栽器中，偏心圓盤帶動(dòng)移栽器轉(zhuǎn)動(dòng)，移栽器始終垂向地面[19]; 當(dāng)移栽器轉(zhuǎn)至最低點(diǎn)時(shí)插入土壤，在凸輪機(jī)構(gòu)作用下張開，秧苗靠自重 自 然 掉 落 移 栽 器 所 形 成 的 苗 穴 中，完 成 移栽[20-22]。吊杯式移栽機(jī)構(gòu)適用范圍廣，移栽效果較好，性能可靠，不存在傷苗現(xiàn)象。移栽器能夠在膜上打孔，比較適合缽苗移栽。吊杯式移栽機(jī)移栽甜葉菊裸苗時(shí)秧苗落入苗穴時(shí)的姿態(tài)不確定，移栽直立度得不到保證，而且此種移栽機(jī)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，加工困難，加工成本較高。

　　封俊為了得到吊杯移栽機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，對吊杯式移栽機(jī)構(gòu)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)分析，驗(yàn)證了吊杯式移栽機(jī)構(gòu)的特征系數(shù) λ> 1 是機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)移栽的必要條件。通過對機(jī)構(gòu)和作業(yè)參數(shù)之間的關(guān)系的分析，得到吊杯移栽機(jī)構(gòu)吊杯數(shù)量一般不能超過 6 個(gè)，移栽效率不能超過 30 株/min [23]。崔巍建立了吊杯移栽機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)軌跡方程，并以此為基礎(chǔ)得出吊杯移栽機(jī)構(gòu)的零速投苗條件和最小破膜條件的約束公式; 并通過田間試驗(yàn)和理論分析，得出移栽機(jī)構(gòu)過最低點(diǎn)后的上升段為移栽機(jī)構(gòu)的最佳投苗位置，應(yīng)根據(jù)實(shí)際和約束公式選擇通過改變吊杯個(gè)數(shù)還是傳動(dòng)比實(shí)現(xiàn)株距調(diào)節(jié)[24]。李旭英通過減小吊杯移栽器尺寸和選擇合適的運(yùn)動(dòng)特征系數(shù)值 λ，改善了吊杯式移栽機(jī)構(gòu)存在的穴口較大、容易傷膜的問題[25]。劉洋針對吊杯式移栽機(jī)投苗過程中缽苗質(zhì)量受損的問題，建立了秧苗和移栽器的接觸運(yùn)動(dòng)模型和接觸力學(xué)模型，得到了移栽機(jī)構(gòu)的最佳作業(yè)參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)[26]。張小志、田陽等人基于 Pro /E 對吊杯式移栽機(jī)構(gòu)建模并完成運(yùn)動(dòng)仿真分析，得到了移栽機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的位移-時(shí)間特性曲線，驗(yàn)證了移栽機(jī)構(gòu)各階段的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行時(shí)間，并通過對空間凸輪輪廓曲線的分析確定了吊杯的開啟規(guī)律[27-28]。遲明路分析了吊杯式移栽機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)和作業(yè)參數(shù)的關(guān)系，對移栽機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，得到了 6 種鏈輪和吊杯的組合方式，提高了吊杯式移栽機(jī)構(gòu)株距調(diào)節(jié)的準(zhǔn)確性[29]。

　　封俊和崔巍兩人對吊杯式移栽機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析，得到了移栽機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)要求和調(diào)節(jié)移栽機(jī)構(gòu)的約束條件，為移栽機(jī)構(gòu)的研究和設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)。李旭英和劉洋等人對移栽機(jī)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，找到了移栽機(jī)構(gòu)傷膜和傷苗問題的解決方法。張小志和田陽等人對移栽機(jī)構(gòu)的的工作規(guī)律和調(diào)節(jié)方式進(jìn)行了研究，為移栽機(jī)構(gòu)作業(yè)質(zhì)量的進(jìn)一步提高提供了優(yōu)化方向與思路。應(yīng)用此移栽機(jī)構(gòu)的機(jī)型有意大利 Checchi&Magli 公司研制 Wolf 移栽機(jī)、日本久保田公司研制的 KP-S1 型移栽機(jī)、南通富來威農(nóng)業(yè)裝備有限公司研制的富來威 2ZBX 懸掛式吊杯移栽機(jī)、新疆科神農(nóng)業(yè)裝備科技開發(fā)有限公司和新疆農(nóng)墾科學(xué)院機(jī)械裝備研究所共同研制的研制的 2ZB-2 型吊杯式移栽機(jī)。

　　目前，應(yīng)用此移栽機(jī)構(gòu)的甜葉菊移栽機(jī)有山東寧津金利達(dá)機(jī)械有限公司研制的田耐爾甜葉菊專用移栽機(jī)，如圖 4 所示。該機(jī)采用喂苗機(jī)構(gòu)進(jìn)行投苗，增加了操作人員的投苗時(shí)間，提高了移栽效率。此移栽機(jī)為一款 4 行移栽機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)行距、株距、移栽深度調(diào)節(jié)，移栽效率約為 18 000 株/ h，可滿足甜葉菊膜上移栽，且可實(shí)現(xiàn)膜上開穴、移栽、覆土和鎮(zhèn)壓等多種功能。此外，山東華龍農(nóng)業(yè)裝備股份有限公司也研制了相同類型的甜葉菊移栽機(jī)。

　　2. 3 曲柄多桿式移栽機(jī)構(gòu)

　　曲柄多桿式移栽機(jī)主要由曲柄、多連桿結(jié)構(gòu)和鴨嘴移栽器等組成，如圖 5 所示。作業(yè)時(shí)，由操作人員或喂苗器將秧苗投入鴨嘴移栽器中，移栽器位于連桿上，曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)通過連桿帶動(dòng)移栽器做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng); 當(dāng)移栽器隨連桿轉(zhuǎn)到最低位置時(shí)，鴨嘴刺破地膜，鴨嘴杯口張開，秧苗落入鴨嘴形成的穴孔里，隨后覆土裝置進(jìn)行覆土，完成移栽[30-33]。曲柄多桿式移栽機(jī)構(gòu)的移栽器受多桿機(jī)構(gòu)的控制保持與地面垂直，提高了移栽立苗率。此移栽機(jī)構(gòu)性能可靠，移栽株距、深度穩(wěn)定，傷苗率低，可以實(shí)現(xiàn)膜上移栽。但是，由于曲柄多桿式移栽機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)多為凸輪式結(jié)構(gòu)和多桿式結(jié)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)較為復(fù)雜，很難達(dá)到最佳運(yùn)動(dòng)軌跡。為避免出現(xiàn)拖苗、帶苗現(xiàn)象，對作業(yè)前進(jìn)速度有一定的要求，不適合高速作業(yè)。

　　陳建能為了分析曲柄多桿式移栽機(jī)構(gòu)的作業(yè)性能，基于 Visual Basic6. 0 語言編寫了一種用于分析移栽機(jī)構(gòu)作業(yè)性能的程序，通過程序分析得到移栽機(jī)構(gòu)的曲柄長度主要影響移栽機(jī)構(gòu)的移栽軌跡、移栽穴口大小和移栽垂直度，連桿長度主要影響移栽機(jī)構(gòu)的的軌跡高度，搖桿長度和連桿的夾角對移栽直立度有一定影響，根據(jù)此結(jié)果得到了移栽效果較好的機(jī)構(gòu)參數(shù)[34]。何亞凱為了提高曲柄多桿式移栽機(jī)構(gòu)的移栽直立度，設(shè)計(jì)了一中凸輪擺桿式移栽機(jī)構(gòu)，并根據(jù)機(jī)構(gòu)模型和運(yùn)動(dòng)分析建立了移栽機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型，分析了移栽機(jī)構(gòu)各結(jié)構(gòu)對于移栽質(zhì)量的影響，對移栽機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化[35]。廖慶喜為了簡化雙五桿移栽機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，建立了此移栽機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，得到了不同參數(shù)組合下的移栽軌跡，確定了最佳的移栽結(jié)構(gòu)參數(shù)[36]。趙勻基于雙曲柄五桿移栽機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)了一種擬合齒輪五桿水稻缽苗移栽機(jī)構(gòu)，對移栽機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，基于 MatLab 對移栽機(jī)構(gòu)進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化，利用 ADAMS 進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了機(jī)構(gòu)合理性[37]。李樹森為設(shè)計(jì)一種移栽效率較高的移栽機(jī)構(gòu)，提出了一種新型六桿移栽機(jī)構(gòu)，為移栽機(jī)構(gòu)建立了數(shù)學(xué)模型，分析了此移栽機(jī)構(gòu)的工作原理和運(yùn)動(dòng)規(guī)律。此移栽機(jī)構(gòu)移栽過程中回程速度快于去程，縮短了移栽周期，提高了工作效率[38]。

　　陳建能為了分析曲柄多桿式移栽機(jī)構(gòu)的移栽性能，得到了影響移栽機(jī)構(gòu)作業(yè)質(zhì)量的主要因素，為移栽機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與研究提供了理論基礎(chǔ)。何亞凱、廖慶喜和趙勻等人對移栽機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與優(yōu)化，提高了移栽機(jī)構(gòu)的移栽質(zhì)量，確定了移栽機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，為移栽機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供了方法與思路。李樹森提出了一種新型六桿移栽機(jī)構(gòu)，為提高移栽機(jī)構(gòu)的移栽效率提供了方法。應(yīng)用此移栽機(jī)構(gòu)的機(jī)型有日本井關(guān)生產(chǎn)的井關(guān) PVHR2 型膜上移栽機(jī)和井關(guān) 2ZY -1A 型煙草移植機(jī)、青州市華龍機(jī)械科技有限公司研制的 2ZZY-1 型自走式多功能移栽機(jī)、山東華龍農(nóng)業(yè)裝備有限公司生產(chǎn)的華龍 2ZBZ-4A 四行自走式移栽機(jī)、貴州省山地農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所研制的新型雙曲柄五連桿式 2ZBZ-2A 型移栽機(jī)。

　　目前，應(yīng)用此移栽機(jī)構(gòu)的甜葉菊移栽機(jī)有青州山一農(nóng)業(yè)裝備有限公司研制的甜葉菊移栽機(jī)，如圖 6 所示。此移栽機(jī)不僅適合甜葉菊移栽，而且可以實(shí)現(xiàn)甘藍(lán)、西紅柿和白菜等蔬菜的秧苗移栽，根據(jù)種植作物和種植要求不同對移栽機(jī)行距、株距、移栽深度等進(jìn)行調(diào)節(jié)，以達(dá)到不同作物的種植需求; 作業(yè)時(shí)無需開溝，適用于膜上移栽，實(shí)現(xiàn)了膜上覆土，移栽，鎮(zhèn)壓等多種功能。此外，該公司根據(jù)不同種植要求研制了適用于 2 行、4 行、6 行、8 行等不同型號的移栽機(jī)。此種類型的移栽機(jī)屬于近年來新興的機(jī)型，青州市軍巖農(nóng)業(yè)機(jī)械有限公司和山東久盈農(nóng)業(yè)機(jī)械有限公司等企業(yè)也研制了此類型的甜葉菊移栽機(jī)。

　　2. 4 撓性圓盤式移栽機(jī)構(gòu)

　　撓性圓盤式移栽機(jī)構(gòu)主要由喂苗輸送帶、垂直輸送帶和撓性圓盤移栽器等組成，如圖 7 所示。作業(yè)時(shí)，由操作人員將秧苗放到喂苗輸送帶上，喂苗輸送帶將秧苗輸送至垂直輸送帶，秧苗經(jīng)垂直輸送帶投放在撓性圓盤移栽器內(nèi); 撓性圓盤移栽器夾緊秧苗，在旋轉(zhuǎn)至撓性圓盤的張開處時(shí)將秧苗移栽到開溝器開出的溝底，完成移栽[39-40]。撓性圓盤移栽機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，成本低，不受秧苗數(shù)量的限制，移栽效率較高; 移栽機(jī)構(gòu)對株距的調(diào)節(jié)能力較好，能滿足不同株距要求的作物移栽。撓性圓盤移栽機(jī)構(gòu)的輸送帶和移栽器多由橡膠制造而成，移栽過程受到的磨損嚴(yán)重，使用壽命較短; 而且秧苗在撓性圓盤移栽器內(nèi)姿態(tài)容易受到外力影響，導(dǎo)致移栽深度不夠穩(wěn)定，且不適用于膜上移栽。

　　楊麗研發(fā)了一種撓性圓盤式紙筒玉米苗移栽機(jī)，對玉米苗在移栽機(jī)構(gòu)中進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，得到了移栽機(jī)構(gòu)最佳工作參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)[41]。周福君對撓性移栽機(jī)構(gòu)工作參數(shù)對移栽質(zhì)量的影響規(guī)律做出研究，發(fā)現(xiàn)在影響移栽質(zhì)量的開溝器位置、開溝器入土深度和回土鏟夾角 3 個(gè)因素中，開溝器入土深度對移栽機(jī)構(gòu)移栽性能的影響 最 大[42]。王 石 基 于 Pro /E 和 ADAMS 軟件，對撓性圓盤式 移栽機(jī)構(gòu)進(jìn)行建模與仿真分析[43]。為了提高撓性圓盤移栽機(jī)構(gòu)的移栽質(zhì)量，對移栽機(jī)構(gòu)投苗過程的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了優(yōu)化，并通過量子遺傳算法對撓性圓盤移栽機(jī)構(gòu)的作業(yè)參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，提高了撓性圓盤式移栽機(jī)構(gòu)的移栽質(zhì)量[44]。王笑巖在遺傳算法的基礎(chǔ)上融合了非線性尋優(yōu)方法，對遺傳算法進(jìn)行了改進(jìn)，進(jìn)一步優(yōu)化撓性圓盤移栽機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，得到了秧苗最優(yōu)落地角度。在實(shí)際農(nóng)業(yè)應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)情況和要求對優(yōu)化后的參數(shù)進(jìn)行微調(diào)[45]。

　　楊麗和周福君對撓性圓盤式移栽機(jī)構(gòu)作業(yè)性能和移栽結(jié)構(gòu)做出分析，得出了影響移栽機(jī)構(gòu)作業(yè)質(zhì)量的主要因素和移栽機(jī)構(gòu)的的最佳參數(shù)。王石和王笑巖針對撓性圓盤機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化方法進(jìn)行了研究，優(yōu)化了移栽機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，研究出了一種基于遺傳算法的結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化方法。目前，應(yīng)用此移栽機(jī)構(gòu)的機(jī)型有德國 PRIMA 公司研制的夾盤式壓縮土缽苗移栽機(jī)、日本久保田公司生產(chǎn)的 KN 型半自動(dòng)移栽機(jī)、山東寧津縣滕達(dá)農(nóng)具廠研制的 2YZ-1 型秧苗移栽機(jī)、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)研制 2ZL-2 型大蔥移栽機(jī)。目前，還未研制出應(yīng)用此移栽機(jī)構(gòu)的甜葉菊移栽機(jī)。

　　2. 5 導(dǎo)苗管式移栽機(jī)構(gòu)

　　導(dǎo)苗管式移栽機(jī)構(gòu)主要由喂苗裝置、導(dǎo)苗管和扶苗器等組成，如圖 8 所示。作業(yè)時(shí)，由人工或者喂苗裝置放入導(dǎo)苗管，秧苗由導(dǎo)苗管上端的苗口落入導(dǎo)苗管中; 導(dǎo)苗管根據(jù)實(shí)際情況確定傾斜角度，秧苗在導(dǎo)苗管中靠自重自由滑落，在秧苗從導(dǎo)苗管落出后依靠扶苗器保持姿態(tài)，落入開溝器開好的溝底中，完成移栽[46-47]。導(dǎo)苗管式移栽機(jī)構(gòu)不傷苗，作業(yè)速度較高，秧苗能達(dá)到較好栽植深度，但作業(yè)時(shí)必須調(diào)整到最佳的導(dǎo)苗管傾角。導(dǎo)苗管傾角調(diào)節(jié)比較復(fù)雜，受機(jī)組速度影響明顯，且移栽時(shí)需要先開溝后移栽，不適用于膜上移栽。

　　胡鴻烈對影響導(dǎo)苗管式移栽機(jī)構(gòu)移栽質(zhì)量的因素進(jìn)行了分析，得出影響移栽質(zhì)量的的主要因素為導(dǎo)苗管傾斜角度、土壤工作部件的位置和秧苗落點(diǎn)[48]。在此基礎(chǔ)上，封俊提出了以移栽均勻度、秧苗移栽狀態(tài)、移栽效率、自動(dòng)化程度和移栽適應(yīng)性 5 個(gè)方面作為導(dǎo)苗管移栽機(jī)構(gòu)的移栽性能評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，給出了各評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的檢測計(jì)算方法，同時(shí)對移栽機(jī)的其他作業(yè)性能給出了評價(jià)評價(jià)指標(biāo)[49]。顧世康為了提高移栽機(jī)構(gòu)的移栽效果，對柵條式扶苗器進(jìn)行了設(shè)計(jì)與優(yōu)化，并提出扶苗器的結(jié)構(gòu)、要求、工作原理和扶苗器的設(shè)計(jì)計(jì)算方法; 對影響移栽質(zhì)量的各機(jī)構(gòu)進(jìn)行試驗(yàn)，證明扶苗器是保證導(dǎo)苗管移栽質(zhì)量的關(guān)鍵[50]。彭旭對影響導(dǎo)苗管移栽直立率的因素進(jìn)行了分析，得到通過增加土壤塑性和降低作業(yè)前進(jìn)速度是提高缽苗的栽植質(zhì)量的主要因素[51]。張國鳳針對水稻缽苗有序移栽的均勻性問題，對缽苗漂浮速度和導(dǎo)苗管形狀對移栽質(zhì)量的影響進(jìn)行了分析，建立了水稻缽苗滑行運(yùn)動(dòng)的理論模型; 結(jié)果表明: 當(dāng)缽苗下落高度大于 200mm 或者缽苗在導(dǎo)苗管內(nèi)做滑行運(yùn)動(dòng)時(shí)，不可以忽略漂浮速度對缽苗位移的影響[52]。董哲影響導(dǎo)苗管式移栽機(jī)構(gòu)移栽質(zhì)量的主要因素，對移栽機(jī)構(gòu)各作業(yè)階段的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行分析，得出導(dǎo)苗管的傾斜角度和作業(yè)前進(jìn)速度主要影響移栽機(jī)構(gòu)移栽直立度，地輪的滑移率主要影響移栽機(jī)構(gòu)的株距穩(wěn)定性，作業(yè)前進(jìn)速度過快會對移栽機(jī)構(gòu)的漏苗率造成影響[53]。

　　胡鴻烈和封俊通過對移栽機(jī)構(gòu)的研究，得到了影響移栽撓性圓盤式移栽機(jī)構(gòu)移栽質(zhì)量的主要因素，并提出了移栽機(jī)構(gòu)移栽性能的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，為移栽機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與評價(jià)提供了理論基礎(chǔ)。顧世康、彭旭和董哲等人為了提高移栽機(jī)構(gòu)的移栽質(zhì)量，得到了提高移栽質(zhì)量的主要條件，并對移栽機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，為移栽機(jī)構(gòu)的優(yōu)化提供了方法和思路。應(yīng)用此移栽機(jī)構(gòu)的機(jī)型有荷蘭米啟根公司生產(chǎn)的 Model4000 型栽植機(jī)，意大利 Checchi&Magli 公司研制的 BABY TRIUM 栽植機(jī)，北京市科學(xué)技術(shù)委員會研制的 ZED-4 / 6 半自動(dòng)型導(dǎo)苗管式栽植機(jī)，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的 2ZDF 型半自動(dòng)導(dǎo)苗管式移栽機(jī)等。目前，還未研制出應(yīng)用此移栽機(jī)構(gòu)的甜葉菊移栽機(jī)。

　　2. 6 行星輪系移栽機(jī)構(gòu)

　　行星輪系移栽機(jī)構(gòu)主要由太陽輪、行星輪、行星架和移栽器等組成，如圖 9 所示。 作業(yè)時(shí)，由送苗裝置將秧苗送入轉(zhuǎn)動(dòng)至最高的移栽器中，移栽器與行星輪連接，太陽輪固 8 定不動(dòng)，行星架回轉(zhuǎn)帶動(dòng)行星輪圍繞太陽輪轉(zhuǎn)動(dòng); 當(dāng)移栽器轉(zhuǎn)至最下端移栽器張開，將秧苗移栽到移栽器形成的苗穴里，完成移栽[54-55]。行星輪系移栽機(jī)構(gòu)移栽效率較高，靠齒輪嚙合傳動(dòng)，產(chǎn)生的振動(dòng)較小，移栽過程較為穩(wěn)定，可以實(shí)現(xiàn)膜上移栽，但移栽機(jī)構(gòu)移栽運(yùn)動(dòng)軌跡有明顯的前傾現(xiàn)象，容易將移栽好的秧苗推倒。

　　姬江濤針對移栽機(jī)構(gòu)因?yàn)槔徝鐑A斜導(dǎo)致移栽直立度下降問題，設(shè)計(jì)了一種通過行星輪系和滑道的配合進(jìn)行移栽的行星輪系滑道式移栽機(jī)構(gòu)，并利用 MatLab 得到了符合移栽要求的機(jī)構(gòu)參數(shù)[56]。葉秉良提出了一種由 7 個(gè)齒輪和 2 個(gè)移栽臂組成的行星輪系水稻缽苗移栽機(jī)構(gòu)，為減小齒輪間的沖擊，設(shè)計(jì)了一種齒輪緩沖裝置，改善了移栽機(jī)構(gòu)的移栽效果[57]。陳建能以行星輪系移栽機(jī)構(gòu)為研究對象，對移栽機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和影響移栽結(jié)構(gòu)移栽質(zhì)量的因素進(jìn)行了分析，得出了橢圓齒輪長半軸對移栽機(jī)構(gòu)移栽質(zhì)量的影響最大，長短軸之比和行星架安裝角也是保證移栽質(zhì)量的重要因素[58]。陳建能為了得到行星輪系移栽機(jī)構(gòu)的最佳參數(shù)，以滿足行星輪系移栽機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性、結(jié)構(gòu)、穴口特性和機(jī)構(gòu)干涉等要求為目標(biāo)，建立了 11 個(gè)子目標(biāo)函數(shù)和目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化模型，可將多個(gè)目標(biāo)需要優(yōu)化的復(fù)雜問題簡單化，為行星輪系移栽機(jī)構(gòu)優(yōu)化提供了求解方法[59]。王英為了減小行星輪系移栽機(jī)構(gòu)在一個(gè)作業(yè)循環(huán)中支座在垂直方向上受到的峰值力和波動(dòng)，對移栽機(jī)構(gòu)進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析，得到了作業(yè)平穩(wěn)性較好的結(jié)構(gòu)參數(shù)，為行星輪系移栽機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)分析和優(yōu)化提供理論基礎(chǔ)[60]。吳國環(huán)為了改善水稻缽苗移栽機(jī)的移栽軌跡，提出了一種正向設(shè)計(jì)與局部軌跡微調(diào)的反求設(shè)計(jì)相結(jié)合的設(shè)計(jì)方法，并以行星輪系移栽機(jī)構(gòu)為研究對象，用此方法得到的移栽機(jī)構(gòu)移栽姿態(tài)和移栽軌跡均滿足要求，解決了單一設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的移栽機(jī)構(gòu)不能同時(shí)滿足移栽姿態(tài)和移栽軌跡的問題[61]。

　　姬江濤和葉秉良設(shè)計(jì)了新型的行星輪系移栽機(jī)構(gòu)，降低了秧苗姿態(tài)和移栽機(jī)構(gòu)間的沖擊對移栽質(zhì)量的影響，提高了移栽機(jī)構(gòu)的移栽質(zhì)量。陳建能、王英和吳國環(huán)等人對移栽機(jī)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，建立了移栽機(jī)構(gòu)的優(yōu)化模型，得到了移栽機(jī)構(gòu)的最佳工作參數(shù)，為移栽機(jī)構(gòu)的優(yōu)化提供了方法與思路。目前，應(yīng)用此移栽機(jī)構(gòu)的機(jī)型有博萊澤 2ZB-2 型系列秧苗移栽機(jī)、日本洋馬公司研制的應(yīng)用行星輪滑道式栽植機(jī)構(gòu)的全自動(dòng)移栽機(jī)，但還未研制出應(yīng)用此移栽機(jī)構(gòu)的甜葉菊移栽機(jī)。

　　3 存在問題

　　1) 農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝結(jié)合程度不高。目前，甜葉菊移栽機(jī)所采用的移栽機(jī)構(gòu)的研制，缺少與之相配套的甜葉菊育苗技術(shù)和統(tǒng)一的移栽標(biāo)準(zhǔn)，與甜葉菊農(nóng)藝要求脫節(jié)比較明顯。

　　2) 移栽質(zhì)量得不到保證。現(xiàn)有甜葉菊移栽機(jī)多為其他移栽機(jī)改制而成，且有些移栽機(jī)不是甜葉菊專用移栽機(jī)。移栽機(jī)應(yīng)用的移栽機(jī)構(gòu)與甜葉菊秧苗匹配程度較低，甜葉菊秧苗在移栽過程中的移栽姿態(tài)得不到保證，導(dǎo)致移栽直立度下降，并會出現(xiàn)漏苗、傷苗和掛膜等現(xiàn)象。

　　3) 移栽機(jī)構(gòu)的適應(yīng)性較差。移栽機(jī)構(gòu)的類型較多，作業(yè)原理、移栽性能不一，缺少對移栽機(jī)構(gòu)統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，無法對移栽機(jī)構(gòu)的性能、可靠性進(jìn)行驗(yàn)證，導(dǎo)致甜葉菊移栽機(jī)的功能差別較大，適應(yīng)性較差，推廣較為困難。

　　4 發(fā)展趨勢

　　1) 提高移栽機(jī)移栽可靠性。加大甜葉菊專用移栽機(jī)研究力度，提高移栽機(jī)構(gòu)與甜葉菊秧苗的匹配程度，保證甜葉菊裸苗移栽的移栽深度和立苗率等作業(yè)要求。對甜葉菊移栽機(jī)制定科學(xué)、統(tǒng)一的移栽技術(shù)要求和評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，保證移栽機(jī)的質(zhì)量。

　　2) 提高移栽機(jī)移栽效率。移栽效率作為評價(jià)移栽機(jī)構(gòu)性能的重要指標(biāo)之一，優(yōu)化移栽機(jī)構(gòu)和提高甜葉菊移栽機(jī)移栽速度是目前移栽機(jī)發(fā)展目標(biāo)之一。在提高移栽機(jī)構(gòu)移栽速度的基礎(chǔ)上，對移栽機(jī)的喂苗裝置進(jìn)行研究，提高移栽機(jī)喂苗速度，解決半自動(dòng)移栽機(jī)移栽速度受人工喂苗速度限制的問題。

　　3) 提高自主研發(fā)水平。我國應(yīng)該抓住甜葉菊作為新興產(chǎn)業(yè)的的機(jī)會，提高我國的自主研發(fā)水平，提升我國甜葉菊移栽機(jī)核心競爭力，使我國甜葉菊移栽機(jī)生產(chǎn)從仿制進(jìn)入自主創(chuàng)新研發(fā)的新階段。

　　4) 加強(qiáng)甜葉菊膜上移栽機(jī)的研制。適用于膜上移栽的移栽機(jī)構(gòu)有吊杯式移栽機(jī)構(gòu)、曲柄多桿式移栽機(jī)構(gòu)和行星輪系移栽機(jī)構(gòu)。目前，只有吊杯式移栽機(jī)構(gòu)應(yīng)用到了甜葉菊移栽機(jī)中，膜上移栽機(jī)是今后甜葉菊移栽機(jī)的主要發(fā)展方向，適用于膜上移栽的 3 種移栽機(jī)構(gòu)的應(yīng)是今后研制甜葉菊移栽機(jī)的主要選擇。

　　5) 提高移栽機(jī)與移栽農(nóng)藝結(jié)合程度。應(yīng)對甜葉菊移栽制定統(tǒng)一規(guī)范的移栽標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范育苗技術(shù)，提高移栽機(jī)與農(nóng)藝結(jié)合程度，研制與移栽機(jī)相匹配的整地作業(yè)機(jī)械，提高移栽機(jī)械化的經(jīng)濟(jì)效益。除此以外，應(yīng)根據(jù)甜葉菊移栽的各作業(yè)環(huán)節(jié)，加強(qiáng)移栽機(jī)與移栽農(nóng)藝相配套的覆膜裝置、灌溉裝置、膜上覆土裝置和膜上鎮(zhèn)壓裝置的研究。