甜葉菊移栽機構(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，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構(gòu)的結(jié)構(gòu)和工作原理，并對各移栽機構(gòu)的研究現(xiàn)狀和優(yōu)缺點做了詳細論述和對比分析，指出了移栽機構(gòu)在實際應(yīng)用中存在移栽質(zhì)量差、農(nóng)機農(nóng)藝結(jié)合程度低、移栽機構(gòu)適應(yīng)性差等問題，同 時 對 甜 葉 菊移栽機構(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)機化研究 發(fā)表時間：2021-08-25

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

　　0 引言

　　甜葉菊是我國引進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，但其種植機械化發(fā)展水平很低，嚴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[7-8]。目前，我國甜葉菊移栽仍然以人工移栽為主，存在勞動成本高、工作強度大、工作效率低等問題，嚴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)展進程緩慢。因此，目前我國對甜葉菊移栽機械的需求愈加迫切，但我國對甜葉菊移栽機的研究起步較晚，適用于甜葉菊移栽的移栽機型較少，移栽效果不理想。因此，了解我國甜葉菊移栽概況，掌握移栽機構(gòu)的研究現(xiàn)狀，探討國內(nèi)甜葉菊移栽機存在的主要問題，對于我國甜葉菊移栽機械的研究和發(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，且缽苗移栽機機構(gòu)復(fù)雜，國內(nèi)移栽機制造水平相對滯后，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。裸苗移栽機對苗齡和苗高有著嚴格要求: 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，裸苗移栽機移栽技術(shù)在我國發(fā)展和推廣時間較長且成本較低，是目前甜葉菊機械移栽的主要模式。

　　2 移栽機構(gòu)研究現(xiàn)狀

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

　　2. 1 鏈夾式移栽機構(gòu)

　　鏈夾式移栽機構(gòu)主要由上下兩個鏈輪、驅(qū)動鏈條和秧夾組成，如圖 1 所示。作業(yè)時，由操作人員將秧苗放入打開的秧夾中，秧夾閉合，鏈條帶動秧夾向地面運動，秧苗隨著秧夾一起轉(zhuǎn)向地面; 當鏈條轉(zhuǎn)動到最低點時，秧夾進入土壤打開，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構(gòu)作業(yè)質(zhì)量的因素進行了分析，得出傳動機構(gòu)的滑移、秧夾對秧苗的夾持狀態(tài)、土壤條件和各作業(yè)機構(gòu)間的位置配合為影響鏈夾式移栽機構(gòu)作業(yè)質(zhì)量的主要因素[15]。于修剛對鏈夾式移栽機在立苗率、漏苗率、投苗點上所存在的技術(shù)問題進行了分析，并對移栽機構(gòu)所存在問題提出了解決思路和改進方法，得到了最佳投苗點條件和最佳投苗參數(shù)[16]。袁文勝針對鏈夾式移栽機構(gòu)移栽油菜時的直立度不高的問題，對移栽機構(gòu)作業(yè)時的秧苗運動特性進行了分析，發(fā)現(xiàn)秧苗在零速投苗點移栽時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)計了一種由兩套相同的鏈傳動機構(gòu)和連桿兩部分構(gòu)成的錯列鏈夾式移栽機構(gòu)，運動比較平穩(wěn)，移栽合格率達到了 95. 7%[18]。

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

　　目前，應(yīng)用此移栽機構(gòu)的甜葉菊移栽機有南通富來威農(nóng)業(yè)裝備有限公司研制的富來威 2ZQ 型甜葉菊移栽機，如圖 2 所示。該機采用鏈夾式移栽機構(gòu)，可以實現(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。該移栽機可實現(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 型甜葉菊移栽機和適用于 4 行移栽的 2ZQ-4 型甜葉菊移栽機。

　　2. 2 吊杯式移栽機構(gòu)

　　吊杯式移栽機構(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，由操作人員或者喂苗器將秧苗放入吊杯移栽器中，偏心圓盤帶動移栽器轉(zhuǎn)動，移栽器始終垂向地面[19]; 當移栽器轉(zhuǎn)至最低點時插入土壤，在凸輪機構(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。吊杯式移栽機移栽甜葉菊裸苗時秧苗落入苗穴時的姿態(tài)不確定，移栽直立度得不到保證，而且此種移栽機結(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構(gòu)的設(shè)計準則，對吊杯式移栽機構(gòu)進行了運動分析，驗證了吊杯式移栽機構(gòu)的特征系數(shù) λ> 1 是機構(gòu)實現(xiàn)移栽的必要條件。通過對機構(gòu)和作業(yè)參數(shù)之間的關(guān)系的分析，得到吊杯移栽機構(gòu)吊杯數(shù)量一般不能超過 6 個，移栽效率不能超過 30 株/min [23]。崔巍建立了吊杯移栽機構(gòu)的運動軌跡方程，并以此為基礎(chǔ)得出吊杯移栽機構(gòu)的零速投苗條件和最小破膜條件的約束公式; 并通過田間試驗和理論分析，得出移栽機構(gòu)過最低點后的上升段為移栽機構(gòu)的最佳投苗位置，應(yīng)根據(jù)實際和約束公式選擇通過改變吊杯個數(shù)還是傳動比實現(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動特征系數(shù)值 λ，改善了吊杯式移栽機構(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動模型和接觸力學(xué)模型，得到了移栽機構(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 對吊杯式移栽機構(gòu)建模并完成運動仿真分析，得到了移栽機構(gòu)運動的位移-時間特性曲線，驗證了移栽機構(gòu)各階段的運行狀態(tài)和運行時間，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，對移栽機構(gòu)的傳動系統(tǒng)進行設(shè)計，得到了 6 種鏈輪和吊杯的組合方式，提高了吊杯式移栽機構(gòu)株距調(diào)節(jié)的準確性[29]。

　　封俊和崔巍兩人對吊杯式移栽機構(gòu)的結(jié)構(gòu)和運動進行分析，得到了移栽機構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)要求和調(diào)節(jié)移栽機構(gòu)的約束條件，為移栽機構(gòu)的研究和設(shè)計提供了理論基礎(chǔ)。李旭英和劉洋等人對移栽機構(gòu)進行了優(yōu)化，找到了移栽機構(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構(gòu)的的工作規(guī)律和調(diào)節(jié)方式進行了研究，為移栽機構(gòu)作業(yè)質(zhì)量的進一步提高提供了優(yōu)化方向與思路。應(yīng)用此移栽機構(gòu)的機型有意大利 Checchi&Magli 公司研制 Wolf 移栽機、日本久保田公司研制的 KP-S1 型移栽機、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、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)院機械裝備研究所共同研制的研制的 2ZB-2 型吊杯式移栽機。

　　目前，應(yīng)用此移栽機構(gòu)的甜葉菊移栽機有山東寧津金利達機械有限公司研制的田耐爾甜葉菊專用移栽機，如圖 4 所示。該機采用喂苗機構(gòu)進行投苗，增加了操作人員的投苗時間，提高了移栽效率。此移栽機為一款 4 行移栽機，可以實現(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。

　　2. 3 曲柄多桿式移栽機構(gòu)

　　曲柄多桿式移栽機主要由曲柄、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，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)動通過連桿帶動移栽器做上下往復(fù)運動; 當移栽器隨連桿轉(zhuǎn)到最低位置時，鴨嘴刺破地膜，鴨嘴杯口張開，秧苗落入鴨嘴形成的穴孔里，隨后覆土裝置進行覆土，完成移栽[30-33]。曲柄多桿式移栽機構(gòu)的移栽器受多桿機構(gòu)的控制保持與地面垂直，提高了移栽立苗率。此移栽機構(gòu)性能可靠，移栽株距、深度穩(wěn)定，傷苗率低，可以實現(xiàn)膜上移栽。但是，由于曲柄多桿式移栽機構(gòu)運動機構(gòu)多為凸輪式結(jié)構(gòu)和多桿式結(jié)構(gòu)，運動較為復(fù)雜，很難達到最佳運動軌跡。為避免出現(xiàn)拖苗、帶苗現(xiàn)象，對作業(yè)前進速度有一定的要求，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構(gòu)作業(yè)性能的程序，通過程序分析得到移栽機構(gòu)的曲柄長度主要影響移栽機構(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構(gòu)參數(shù)[34]。何亞凱為了提高曲柄多桿式移栽機構(gòu)的移栽直立度，設(shè)計了一中凸輪擺桿式移栽機構(gòu)，并根據(jù)機構(gòu)模型和運動分析建立了移栽機構(gòu)的數(shù)學(xué)模型，分析了移栽機構(gòu)各結(jié)構(gòu)對于移栽質(zhì)量的影響，對移栽機構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行了優(yōu)化[35]。廖慶喜為了簡化雙五桿移栽機構(gòu)的設(shè)計方法，建立了此移栽機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計模型，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構(gòu)，設(shè)計了一種擬合齒輪五桿水稻缽苗移栽機構(gòu)，對移栽機構(gòu)進行運動學(xué)分析，基于 MatLab 對移栽機構(gòu)進行了參數(shù)優(yōu)化，利用 ADAMS 進行仿真實驗驗證了機構(gòu)合理性[37]。李樹森為設(shè)計一種移栽效率較高的移栽機構(gòu)，提出了一種新型六桿移栽機構(gòu)，為移栽機構(gòu)建立了數(shù)學(xué)模型，分析了此移栽機構(gòu)的工作原理和運動規(guī)律。此移栽機構(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構(gòu)的移栽性能，得到了影響移栽機構(gòu)作業(yè)質(zhì)量的主要因素，為移栽機構(gòu)的設(shè)計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構(gòu)進行了設(shè)計與優(yōu)化，提高了移栽機構(gòu)的移栽質(zhì)量，確定了移栽機構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，為移栽機構(gòu)的設(shè)計與優(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構(gòu)，為提高移栽機構(gòu)的移栽效率提供了方法。應(yīng)用此移栽機構(gòu)的機型有日本井關(guān)生產(chǎn)的井關(guān) PVHR2 型膜上移栽機和井關(guān) 2ZY -1A 型煙草移植機、青州市華龍機械科技有限公司研制的 2ZZY-1 型自走式多功能移栽機、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、貴州省山地農(nóng)業(yè)機械研究所研制的新型雙曲柄五連桿式 2ZBZ-2A 型移栽機。

　　目前，應(yīng)用此移栽機構(gòu)的甜葉菊移栽機有青州山一農(nóng)業(yè)裝備有限公司研制的甜葉菊移栽機，如圖 6 所示。此移栽機不僅適合甜葉菊移栽，而且可以實現(xiàn)甘藍、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行距、株距、移栽深度等進行調(diào)節(jié)，以達到不同作物的種植需求; 作業(yè)時無需開溝，適用于膜上移栽，實現(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。此種類型的移栽機屬于近年來新興的機型，青州市軍巖農(nóng)業(yè)機械有限公司和山東久盈農(nóng)業(yè)機械有限公司等企業(yè)也研制了此類型的甜葉菊移栽機。

　　2. 4 撓性圓盤式移栽機構(gòu)

　　撓性圓盤式移栽機構(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，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，對玉米苗在移栽機構(gòu)中進行運動分析，得到了移栽機構(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 個因素中，開溝器入土深度對移栽機構(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 移栽機構(gòu)進行建模與仿真分析[43]。為了提高撓性圓盤移栽機構(gòu)的移栽質(zhì)量，對移栽機構(gòu)投苗過程的數(shù)學(xué)模型進行了優(yōu)化，并通過量子遺傳算法對撓性圓盤移栽機構(gòu)的作業(yè)參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)進行了優(yōu)化，提高了撓性圓盤式移栽機構(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，對遺傳算法進行了改進，進一步優(yōu)化撓性圓盤移栽機構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，得到了秧苗最優(yōu)落地角度。在實際農(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)進行微調(diào)[45]。

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

　　2. 5 導(dǎo)苗管式移栽機構(gòu)

　　導(dǎo)苗管式移栽機構(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，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)苗管式移栽機構(gòu)不傷苗，作業(yè)速度較高，秧苗能達到較好栽植深度，但作業(yè)時必須調(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，受機組速度影響明顯，且移栽時需要先開溝后移栽，不適用于膜上移栽。

　　胡鴻烈對影響導(dǎo)苗管式移栽機構(gòu)移栽質(zhì)量的因素進行了分析，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[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、自動化程度和移栽適應(yīng)性 5 個方面作為導(dǎo)苗管移栽機構(gòu)的移栽性能評價標準，給出了各評價標準的檢測計算方法，同時對移栽機的其他作業(yè)性能給出了評價評價指標[49]。顧世康為了提高移栽機構(gòu)的移栽效果，對柵條式扶苗器進行了設(shè)計與優(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)計計算方法; 對影響移栽質(zhì)量的各機構(gòu)進行試驗，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行了分析，得到通過增加土壤塑性和降低作業(yè)前進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)量的影響進行了分析，建立了水稻缽苗滑行運動的理論模型; 結(jié)果表明: 當缽苗下落高度大于 200mm 或者缽苗在導(dǎo)苗管內(nèi)做滑行運動時，不可以忽略漂浮速度對缽苗位移的影響[52]。董哲影響導(dǎo)苗管式移栽機構(gòu)移栽質(zhì)量的主要因素，對移栽機構(gòu)各作業(yè)階段的運動軌跡進行分析，得出導(dǎo)苗管的傾斜角度和作業(yè)前進速度主要影響移栽機構(gòu)移栽直立度，地輪的滑移率主要影響移栽機構(gòu)的株距穩(wěn)定性，作業(yè)前進速度過快會對移栽機構(gòu)的漏苗率造成影響[53]。

　　胡鴻烈和封俊通過對移栽機構(gòu)的研究，得到了影響移栽撓性圓盤式移栽機構(gòu)移栽質(zhì)量的主要因素，并提出了移栽機構(gòu)移栽性能的評價標準，為移栽機構(gòu)的設(shè)計與評價提供了理論基礎(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，并對移栽機構(gòu)的結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化，為移栽機構(gòu)的優(yōu)化提供了方法和思路。應(yīng)用此移栽機構(gòu)的機型有荷蘭米啟根公司生產(chǎn)的 Model4000 型栽植機，意大利 Checchi&Magli 公司研制的 BABY TRIUM 栽植機，北京市科學(xué)技術(shù)委員會研制的 ZED-4 / 6 半自動型導(dǎo)苗管式栽植機，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的 2ZDF 型半自動導(dǎo)苗管式移栽機等。目前，還未研制出應(yīng)用此移栽機構(gòu)的甜葉菊移栽機。

　　2. 6 行星輪系移栽機構(gòu)

　　行星輪系移栽機構(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，由送苗裝置將秧苗送入轉(zhuǎn)動至最高的移栽器中，移栽器與行星輪連接，太陽輪固 8 定不動，行星架回轉(zhuǎn)帶動行星輪圍繞太陽輪轉(zhuǎn)動; 當移栽器轉(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]。行星輪系移栽機構(gòu)移栽效率較高，靠齒輪嚙合傳動，產(chǎn)生的振動較小，移栽過程較為穩(wěn)定，可以實現(xiàn)膜上移栽，但移栽機構(gòu)移栽運動軌跡有明顯的前傾現(xiàn)象，容易將移栽好的秧苗推倒。

　　姬江濤針對移栽機構(gòu)因為缽苗傾斜導(dǎo)致移栽直立度下降問題，設(shè)計了一種通過行星輪系和滑道的配合進行移栽的行星輪系滑道式移栽機構(gòu)，并利用 MatLab 得到了符合移栽要求的機構(gòu)參數(shù)[56]。葉秉良提出了一種由 7 個齒輪和 2 個移栽臂組成的行星輪系水稻缽苗移栽機構(gòu)，為減小齒輪間的沖擊，設(shè)計了一種齒輪緩沖裝置，改善了移栽機構(gòu)的移栽效果[57]。陳建能以行星輪系移栽機構(gòu)為研究對象，對移栽機構(gòu)的運動學(xué)和影響移栽結(jié)構(gòu)移栽質(zhì)量的因素進行了分析，得出了橢圓齒輪長半軸對移栽機構(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構(gòu)的最佳參數(shù)，以滿足行星輪系移栽機構(gòu)的運動特性、結(jié)構(gòu)、穴口特性和機構(gòu)干涉等要求為目標，建立了 11 個子目標函數(shù)和目標函數(shù)的優(yōu)化模型，可將多個目標需要優(yōu)化的復(fù)雜問題簡單化，為行星輪系移栽機構(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構(gòu)在一個作業(yè)循環(huán)中支座在垂直方向上受到的峰值力和波動，對移栽機構(gòu)進行了動力學(xué)分析，得到了作業(yè)平穩(wěn)性較好的結(jié)構(gòu)參數(shù)，為行星輪系移栽機構(gòu)的動力學(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的移栽軌跡，提出了一種正向設(shè)計與局部軌跡微調(diào)的反求設(shè)計相結(jié)合的設(shè)計方法，并以行星輪系移栽機構(gòu)為研究對象，用此方法得到的移栽機構(gòu)移栽姿態(tài)和移栽軌跡均滿足要求，解決了單一設(shè)計方法設(shè)計的移栽機構(gòu)不能同時滿足移栽姿態(tài)和移栽軌跡的問題[61]。

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

　　3 存在問題

　　1) 農(nóng)機與農(nóng)藝結(jié)合程度不高。目前，甜葉菊移栽機所采用的移栽機構(gòu)的研制，缺少與之相配套的甜葉菊育苗技術(shù)和統(tǒng)一的移栽標準，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)有甜葉菊移栽機多為其他移栽機改制而成，且有些移栽機不是甜葉菊專用移栽機。移栽機應(yīng)用的移栽機構(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) 移栽機構(gòu)的適應(yīng)性較差。移栽機構(gòu)的類型較多，作業(yè)原理、移栽性能不一，缺少對移栽機構(gòu)統(tǒng)一的技術(shù)標準和評價標準，無法對移栽機構(gòu)的性能、可靠性進行驗證，導(dǎo)致甜葉菊移栽機的功能差別較大，適應(yīng)性較差，推廣較為困難。

　　4 發(fā)展趨勢

　　1) 提高移栽機移栽可靠性。加大甜葉菊專用移栽機研究力度，提高移栽機構(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。對甜葉菊移栽機制定科學(xué)、統(tǒng)一的移栽技術(shù)要求和評價標準，保證移栽機的質(zhì)量。

　　2) 提高移栽機移栽效率。移栽效率作為評價移栽機構(gòu)性能的重要指標之一，優(yōu)化移栽機構(gòu)和提高甜葉菊移栽機移栽速度是目前移栽機發(fā)展目標之一。在提高移栽機構(gòu)移栽速度的基礎(chǔ)上，對移栽機的喂苗裝置進行研究，提高移栽機喂苗速度，解決半自動移栽機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)的的機會，提高我國的自主研發(fā)水平，提升我國甜葉菊移栽機核心競爭力，使我國甜葉菊移栽機生產(chǎn)從仿制進入自主創(chuàng)新研發(fā)的新階段。

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

　　5) 提高移栽機與移栽農(nóng)藝結(jié)合程度。應(yīng)對甜葉菊移栽制定統(tǒng)一規(guī)范的移栽標準，規(guī)范育苗技術(shù)，提高移栽機與農(nóng)藝結(jié)合程度，研制與移栽機相匹配的整地作業(yè)機械，提高移栽機械化的經(jīng)濟效益。除此以外，應(yīng)根據(jù)甜葉菊移栽的各作業(yè)環(huán)節(jié)，加強移栽機與移栽農(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。