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[我爱发明] 20160902 站立吧 大蒜
本期节目主要内容： 山东济南的发明人崇峻发明了一台大蒜播种机。这种机器有一套橡胶履带式行走系统，在田地里有着良好的通过性。通过一套自动上料系统，一瓣一瓣的大蒜被提升到较高的地方，随后分别顺着20根塑料导管掉落在对应的20个锥形碗中，锥形碗里的弧度可以让蒜瓣的尖朝上，最后这些蒜瓣再分别通过20个中空的金属管插入土里。这样就完成了种蒜的过程。（《我爱发明》 20160902 站立吧 大蒜）
发明人联系方式：崇峻
摘要：本实用新型涉及农用机械领域，特别涉及一种大蒜播种机。该大蒜播种机，其特征在于：包括机架、发动机、传动总成、气泵、气缸、履带底盘总成、土壤整平器、以及位于履带底盘总成上方的操作台、微电脑电控系统，所述操作台的前方设有给料仓，所述给料仓与提料装置连接，所述提料装置上方均匀安装有若干分料器，所述每个分料器下方连接分料管，所述分料管底部与导向料杯总成连接，导向料杯总成固定在第一定位板上，导向料杯总成的下方为调整料杯总成，调整料杯总成下方为点插播种器总成，所述点插播种器总成安装在开合处理支撑架上，所述导向料杯总成、调整料杯总成和点插播种器总成分别通过气缸控制开合，通过行走系统控制步进幅度。
编辑手记：
蒜可是好东西，不仅可以调味，还能杀菌、增强人的免疫力，而蒜的种植过程也是很辛苦的，全程又是蹲着又是弯腰，费时费力。今天这位发明人，就是因为看到自己的乡亲邻居们常年手工种大蒜，既辛苦又伤身体，于是反复研究，制作出了一台大蒜播种机来帮助大家。
发明人：崇峻
发明项目：大蒜播种机
发明原理
机器的最上方有一排小勺，将每颗蒜分别放进一个个圆形粗管里，大蒜通过每一根管子漏入小碗中，最后，一个圆锥形铁夹将这些蒜种到地里。
给记者简单地讲解了种蒜机的运行过程后，崇峻马上开启机器演示起来，一颗颗大蒜被这台机器很快地插进土里。
大蒜在种进地里的时候，必须让它尖朝上，这样才有利于大蒜的生长，如果蒜躺倒了就算大蒜的播种不合格。崇峻的机器正是在这里出了问题，机器种的蒜大部分都是躺着的，这显然是不行的。
经过反复试验，崇峻将小碗的底部从圆弧形换成了锥子形，这样就保证了每颗掉进小碗的大蒜都是尖朝上的。
为了测试机器的性能，崇峻准备去老刘的地里试一试，进行一场人工与机器的比赛，比赛当天聚集了很多观赛者。乡亲们有支持崇峻机器的，也有人支持农民师傅的，但是大家都希望这台机器可以替代手工种蒜。
五人一组的人工队在速度上丝毫不落后于机器，两组人分别从地里的两头向中间行进。农民师傅队伍庞大、经验丰富，进展得很快。
而崇峻这边的机器却遇到了问题，插入土里的种蒜夹口里很容易被湿的泥土堵住。
另外，由于崇峻的这台大型种蒜机是履带工作，压过去的地方明显有很深的凹槽，会把种蒜的地方压的很深，使得两边的地势不一样。浇灌时水都会流向地势较低的那一边，这样一来地势低的大蒜就很容易被水泡坏，而地势高的大蒜得不到很好的浇灌，解决了大蒜竖起率和被履带碾压地势不平的问题后，崇峻的第三代大蒜播种机终于亮相。
新一代大蒜播种机通过平台操作，人工将蒜倒入到平槽内，通过一个个小勺将蒜喂入管道中，再漏进20个锥形底的小碗里，通过插入地里的种蒜口将大蒜最后种进地里。播种蒜的同时用碾子稍微用力压平，这样不仅保证了种蒜的质量，而且使大蒜能得到充分的浇灌新一轮的比试中，刘师傅把他的人工队伍壮大到了25人，比上次多出了一倍多。
这场终级比拼到底能不能让这台种蒜机大放光彩呢？我们拭目以待。
欢迎收看《我爱发明》之《站立吧，大蒜》。
本期视频主要内容： 山东商河县是我国的大蒜种植基地，每年到了种蒜的季节，蒜农就会因为巨大的劳动强度而发愁。发明人赵纯军也曾是手工种蒜的一员，在深知百姓种蒜的辛苦后，只有维修电视机经验的他，开始着手研发机器，最后经过13年的努力，他终于圆了自己的机械梦，成功研发出了大蒜种植机。（《我爱发明》 20150527 铁手插蒜）
发明人联系方式：赵纯军 ：18853129585
《铁手插蒜》发明摘要：本发明属于农业机械领域，特别公开了一种大蒜种植机。该大蒜种植机，包括底部安装行走轮的机架，机架上安装有连接油箱的发动机和驾驶椅，其特征在于：发动机上连接有变速箱，变速箱上方设置有位于驾驶椅前面的操控箱，变速箱内伸出若干个传动轴，机架前方通过升降杆安装有播种装置，机架后方安装有压平辊；播种装置包括安装在送料斗内的拨料辊，拨料辊上设置有均布成排的三齿状拨料爪，拨料辊下方设置有对应拨料爪的输料管，输料管末端为内部中空，底部设置出口的开孔器。本发明结构设计合理，应用灵活，使用方便，有效降低种蒜时的劳动强度，单粒播种，漏播率低，株距均匀，播种深度可自由调节，适于广泛推广应用。
2009年6月 农机化研究 第6期
大蒜播种机械的研究现状
郭 毅
1
,张祖立
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,于丽颖
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,张旭东
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(1.沈阳农业大学工程学院,沈阳 110161;2.辽宁农业职业技术学院,辽宁营口 115009;3.辽宁省农业
机械化研究所,沈阳 110161)
摘 要:介绍了大蒜自身价值和种植情况,由于蒜种的形状和栽种的特殊要求,国内外大蒜栽种机械的研究缓慢,而人工栽种生产率很低,所以迫切需要一种实用的大蒜播种机械。为此,分析了目前国内外大蒜播种机械的发展状况,对其按动力来源进行分类介绍,说明其实际工作状况,并对国内现有专利产品进行参数统计。关键词:大蒜;播种机械;研究现状
中图分类号:S223.99 文献标识码:A
:(2009)06-0221-03
0 引言
大蒜营养丰富,,抑菌、,、糖尿病、心脏病及胃肠等癌症有减轻症状及治疗作用。我国是大蒜的最大生产国,年产量大约占世界总产量的1/4。近年来,大蒜越来越受国内外的广泛关注,栽种面积呈逐年上升趋势。大蒜具有不规则外型,而且在栽种过程中一般要求直立栽种,导致长期以来只能依靠人工进行栽种,劳动强度大,生产率低,生产成本大大提高,因此迫切需要开发大蒜播种机械。国外已有成型的种植机械,很好地实现了单粒精密播种,但大蒜瓣尖直立得不到有效控制。国内虽然已有一些厂家和科研机构着手研发此类产品,也取得了一定的成功,但设计都存在一定问题,影响大蒜的播种质量,亟待改进和完善。
。1.我国现在大蒜还是以手工栽种,劳动强度大,生产率低。以播种蒜瓣为例,每个成年劳动力每天仅能播种133.3m。每插播666.67m的大蒜需要付费150元,成本很高,而且在农忙季节经常出现无人可以
2
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雇佣的现象,导致大蒜播种面积减少。因此,实现大蒜栽种机械化成为发展大蒜产业的迫切需要。目前,国内已有研究院所和企业着手开发大蒜播种机械,而且取得了一些研究成果。根据查阅有关专利文献来看,中国目前已有8种以上大蒜播种机械,但在设计上都存在一定的问题,影响大蒜的播种质量,难以大面积推广应用。
2 现有大蒜播种机械及参数统计
2.1 现有大蒜播种机械
1 大蒜播种机械国内外发展现状
1.1 国外发展现状
当前大蒜播种机械并没有统一的分类标准,而且其关键部件的设计千差万别,不利于分类。因此,本文就动力来源对其进行分类。2.1.1 人畜力提供动力
发达国家(如美国、法国等)人少地多,大蒜栽种主要采取规模化和专业化栽种,其栽种机械并不适合我国的国情。目前,国外的大蒜机械的专利技术主要集中在韩国和日本,其他国家(如美国、荷兰和法国)等也有少量专利。其中,韩国关于大蒜播种机械的专利就有16种以上,日本有8种以上。其他国家只是针
收稿日期:2008-09-8-28
基金项目:辽宁省自然科学基金项目(20052127)作者简介:郭 毅(1983-),男,辽宁大连人,硕士研究生,(E-mail)
guoyi-830512@163.com。
通讯作者:张祖立(1953-),男,辽宁大连人,教授,博士生导师,(E-mail)zhangzl@syau.edu.cn。
该种机型结构简单,价格便宜,虽然相对于人工播种效率有所提高,但并非很大,而且播种质量一般。典型机型有印度旁遮普大学研制的一种人力单行播种机(如图1所示)。该机的工作效率为3人每天可播种0.3～0.4hm,播种效果较好。
另外一种是我国新疆克孜勒苏克尔克孜自治州农机推广站研制的2DBQ—2型便携式大蒜播种播种器(如图2所示)。该机主要由排种斗、手柄、排种导管、限深挡板和鸭嘴等组成,工作效率为每人每天播种0105～0.08hm,播种过程中实现种子的调头和直立。
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2009年6月 农机化研究 第6期
该机主要是通过人手工完成调头后将种子放入导种管中;种子由导种管滑入已经由人力压入土壤中的鸭嘴中;然后,将机器上提,鸭嘴打开,蒜瓣滑下,同时周围的土壤随着鸭嘴的上提滑入种穴中,完成覆土,从而完成蒜瓣播种。该播种器播种效果较好,而且还可以播种棉花,通用性较好
。
方向控制器和播种器等构成。设计功率参数为一次完成5行播种,行距为17.5cm。该机大蒜直立率高,能满足大蒜播种要求;生产率高,日栽种大蒜为0.33～0.40hm,是人工栽种效率的25倍。该机通过取种勺旋转从种箱取种,利用刮种板刮去多余蒜瓣,实现单粒取种;然后,种子进入瓣尖控制装置;蒜瓣在瓣尖方向控制器内运动时(如蒜瓣瓣尖落入时)已经向上,蒜瓣在自重的作用下顺利通过;如蒜瓣落入时,瓣尖横着或向下,则蒜瓣经过调头器作用使蒜瓣尖向上;蒜瓣尖已向上的蒜种由导蒜管进入瓣尖直立控制管内腔经落蒜口掉进已开出的种沟中,在回土的作用下固定蒜种,瓣尖直立控制管则保证蒜种无阻碍地通过,后面的覆土器覆土,。,只能保证下落过程中,,而且直立,经蒜农使用后,反映其
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图1
入沟后直立率不高,因此该机型未能大面积推广
。
图3 荷兰DutchvallyPLMMechanicalOnion/Ggarlic
Planter
1.排种斗 2.手柄 3.排种导管 4.鸭嘴开关控制板
5.踏板 6.鸭嘴组合
图2 2DBQ-2型便携式大蒜播种播种器
2.1.2 机械提供动力
该机型通过机械对播种机具的悬挂或者半悬挂进行播种,一次播种数行,生产率高,并且可同时进行其他作业。在农艺学上可以有效保证大蒜栽种的要求,栽种效果较好。
典型的机型有荷兰Dutchvally公司的12行大蒜
播种机(如图3所示),结构非常精巧,采用半悬挂系统,地轮提供动力,工作性能良好,但价格昂贵,不能在我国大面积推广。
还有一种是由中国农业机械化科学研究院及有关单位联合研制开发的2ZDS-5型自走式大蒜栽植机(如图4所示)。该机型在设计时旨在攻克大蒜机栽时蒜种自动喂料、蒜种落下时瓣尖向上控制、栽种入土时瓣尖直立控制以及落种过程中防堵与防损伤等技术难点。它主要由机架、动力源(柴油机或汽油机)、行走轮系、传动机构、离合器、排种器、大蒜瓣尖
图4 2ZDS-5型自走式大蒜栽植机
2.2 大蒜播种机械的参数统计
为了设计出适合大蒜栽种农艺要求的大蒜播种机械,有必要对国内现有专利产品的技术做全面的了解。目前,国内主要的几种大蒜播种机械的参数统计如表1所示。
表1数据说明,现有的播种机械在播种均匀性上较差,播深不稳定,不易控制,蒜瓣方向控制技术没有得到解决,其播种不能适应不同地区或不同种类蒜种
2009年6月 农机化研究 第6期
的播种要求,且实际应用中工作状况不能达到要求,
专利名称
发明人
播种行数/行配套动力
531662
不能大面积推广。
蒜瓣方向控制栽种方式播深均匀性覆土器
有无无手动控制无无
锄产式开沟锄产式开沟锄产式开沟插穴锄产式开沟锄产式开沟
一般一般不稳定一般一般一般
有有有无无无
地轮橡胶轮胎橡胶轮胎钢轮带凸边钢轮凹形铁轮凹形铁轮
导向轮限深轮兼导向轮有无无无无
表1 国内大蒜机械参数表排种器转勺式排种器带有种穴的传送带水平圆盘式排种器转桶式分种器窝眼轮式带有种穴的传送带
2ZDS-5大蒜中国农业机械柴油或者汽油机人畜力人力机动车辆机动车辆机动车辆
播种机科学研究院
大蒜播种机杨国立杨吉宽大蒜播种机大蒜播种机大蒜播种机大蒜栽种机
韩效孟王连增楮洪柱孙怀宝
2.3 大蒜排种器
由于大蒜不规则的外形,而且在播种过程中要求单粒精密播种,所以排种器的设计成为难点。查阅现有成型的国外大蒜播种器发现,其排种机械主要有3种:一是勺链式排种器;二是转勺式排种器;式排种器,如图5所示,型的取种器,动,使蒜瓣一粒粒通过排种管,完成单粒排种。该种设备已经在韩国一项专利中得到应用,改成机械式凸轮机构振动排种
。
3 结语
,说明了发展。通过动力来源进行分类介、实际工作状况和技术参数,发现现有机械在瓣尖控制技术、播深稳定性和播种均匀性等方面都存在问题,为后续研制大蒜播种装置指明了研究方向。参考文献:
[1] 白玉成,刘赞东,狄明利.大蒜栽植机械的现状及发展趋
势探讨[J].农机化研究,2007(11):247-248.
[2] 金磊.大蒜种植机械设计[D].北京:中国农业大学,2007.[3] 海力力,沙比提,刘占京.2DBQ-2型便携式人工大蒜播
种器[J].新疆农机化,2004(1):24.
[4] 翟力欣,何瑞银,价海明.我国大蒜机械化播种的现状及
前景分析[J].陕西农业科学,2007(2):124-125.
1.勺链式排种器 2.转勺式排种器 3.振动式排种器
[5] 许磊.大蒜的营养价值和食疗保健[J].上海蔬菜,2005
(5):94-95.
图5 3种排种器
ThePresentSituationoftheGarlicPlantingMachine
GuoYi,ZhangZuli,YuLiying,ZhangXudong
1
1
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(1.CollegeofEngineering,ShenyangAgriculturalUniversity,Shengyang110161,China;2.LiaoningAgriculturalCollege,Yingkou115009,China;3.LiaoningprovinceInstituteofAgriculturalMechanization,Shengyang110161,China)
Abstract:Thispaperintroducesthevalueandplantingsituationofthegarlic.
Forthegarlic’sshapeandspecial
plantingway,thestudyonthegarlicplantingmachineprogressesslowlyinandoutofcountry.Fortheproductivityofmanualplantforgarlicisverylow,sothefarmersurgentlyneedanappliedgarlicplantingmachine.Itanalysesthede2velopmentsituationofgarlicplantingmachinesinandoutofcountry,classifiesthembythepower’sorigin,explainthepracticalworkingsituation;doestheparameterStat.orthepatentinexistenceinthecountry;introducesthestudysitua2tiononseedmeter.
Keywords:garlic;plantingmachine;studysituation
1 大蒜播种过程特点及机械化播种迫切性
1.1 播种过程特点
1.1.1农艺影响
大蒜鳞牙朝向，脊背朝向是大蒜播种时的两项重要农艺要求。这两项农艺条件对大蒜生产的产量，质量和收益产生比较大影响。甚至影响到种植是否成立的程度，如果大蒜播种时，鳞牙朝下比例比较大的话，这季大蒜种植基本上亏损。
大蒜播种时的其他农艺要求，如行距，株距，播种深度，播种时间等条件虽然对大蒜的产出效益影响也比较大，但这些条件很方便采用机械化方式去实现和控制。因而在机械化大蒜播种中，这不是主要影响因素。
鳞牙的朝向对大蒜的影响，主要是对蒜头重量和横径产生影响。依据普遍农户大蒜生产得到的经验及南京农业机械化研究所的研究表明(参考文章：金诚谦等 大蒜播种时鳞芽朝向对大蒜生长发育影响的试验研究，农业工程学报，2008-04)：播种时鳞芽朝下时，收获蒜头重量轻，横径小。单体与鳞牙朝上比，重量只到60%，横径只到80%（横径与大蒜价格关系是非线性关系，基本上倒立栽培产出蒜果均处于严重低价区域），倒立播种在相同条件下的产出价值仅为朝上播种产出价值的49%(相关分析见附录)。
大蒜种植时脊背朝向主要影响大蒜生长时的叶片朝向，进而影响叶片光合作用和产量。其影响的显著度不及鳞径朝向的影响，目前有这方面研究、试验及论文，但暂时没有找到。
1.1.2 劳动强度大
为保证大蒜播种时的鳞牙朝上和行株距的一致性，国内主要采用人工播种。播种时为保证鳞牙朝上，播种人员一般从蹲到跪，或者半蹲半跪的方式播种，其劳动强度可想而言。即使和其他人工作业的农作物播种比起来，其劳动强度也基本上是最大的。
1.1.3 用工集中
依据联合国统计，世界大蒜播种面积在1000万亩左右，其中中国是大蒜的主要产地，播种面积为600万亩左右。中国主要产区在山东金乡为中心，500公里范围内；大蒜播种时间主要集中在9月下旬到10月上旬；播种时由于劳动强度比较大，播种效率比较低，熟练大蒜播种人员一天仅能完成0.02hm2（0.3亩）的播种面积，一个大蒜播种季度需要几千万人天的工时。由于播种地域，时间，效率的限制，大蒜播种用工非常集中，大蒜主产区要获得播种劳力困难。
1.2 机械化播种需求迫切
中国成为大蒜的主产区，除中国部分地区大蒜个头大，质量好外，劳动力充足及成本低是一个主要因素。大蒜从播种，薄膜开口到收蒜薹、蒜苗、蒜果，每一株大蒜需要手工完成工序数5到7次，其中每一道工序，都是非常繁重的体力劳动。过去，由于中国劳动力充足，劳动力成本低，所以大蒜种植面积很大，出口量也很大。每年出口量达到200万吨以上,是中国主要的经济作物出口品种。
随着国内经济的发展，中国的劳动力正在变得不再充足，劳动力成本也正在变得越来越高，相关资料表明，从2008年到2015年，中国农业单体从业人员成本提高了3倍，新的农村体力劳动力基本上没有得到补充。这一现象逐渐使中国大蒜的生产成本快速增长。增长到一定程度，当劳动力成本到达某个临界值时，在未来十年内，大蒜将很难再在国内进行规模化生产。受到可耕种面积制约，国外不考虑农艺要求的机械化播种方式也难适应国内环境。国内一些过去的大蒜主产区，如陕西的兴平和武功，最近一些年大蒜播种面积已经大大减少，未来几年规模种植将可能会完全从该地区消失。
依据笔者山东，河南，湖北，陕西，四川等各地的调研结果，大蒜从种植到收获，单亩人工成本已经达到1200-2500元左右，而且这一成本在未来还将不断攀升；更可怕的是，在大蒜生产季节，有时候有些地区几乎找不到用工。
实现大蒜播种、收割、提薹机械化是解决这一问题关键，也是中国经济发展的必然。今天，中国粮食作物生产基本上已经完全实现了机械化，下一步在经济作物上实现机械化，是一种大势所趋。
2 国内外大蒜播种机械化情况
国外发达国家，如美国，法国，日本，西班牙等国家，在大蒜生产上基本上都实现了播种机械化。但这种机械化是受到限制的机械化，没有考虑农艺要求，无法保证鳞牙朝上。在这些国家不保证鳞牙朝上的种植是行得通的，这些国家要么可耕地面积相对宽裕，要么蒜农可以通过大蒜分级，用比较高的价格在其国内来销售这些产品，其经济效益基本上不太受到影响。
包括中国农科院在内的多家研究所，企业，农户，都在大蒜播种机械上有过尝试，开发十几种大蒜播种机产品，但受到各种技术和适应性限制，没有一种产品得到市场认可，也没有一种形成商品化广泛推广。
国外的大蒜播种机也在国内进行过市场行为，如西班牙的宝奇和法国的艾门及韩国的大蒜播种机企业等，都在国内进行试验销售，但基本上都是无果而终。新疆昭苏引进过艾门的大蒜播种机、山东莱芜引进过韩国的大蒜播种机，都没有获得农户的认可。
综合这些情况，国内基本上还没有成功的可商业化的大蒜播种机。目前以各种方式出现的大蒜播种机大致都存在着下列问题：
1 无法满足农艺要求，特别是无法满足中国特点的农艺要求。主要就是无法保证大蒜鳞
牙朝上并且直立。
2 效率限制。大蒜播种机除满足农艺要求外，还要求具有一定的效率。大蒜播种机机具复杂，成本比较高，农户采购播种自己的种植过程因为价格高而不合算；农机手购买后为大量农户服务又因为种植效率底下而不具有经济性。
3 播种机适应性差。大蒜播种机有很多适应条件，这些条件包括地域条件(影响行株距，间作等)，土壤条件（土壤湿度，颗粒大小，土壤土质是粘土还是沙土），种子(种植尺度大且分布宽，选种)，种植目的（苗蒜、果蒜、薹蒜或者混合目标），田亩条件(面积和形状)等。
3 商业化大蒜播种机实现技术
3.1 大蒜播种机技术要求
多项研究表明，适应国内大蒜种植方式，同时能进行商业推广的大蒜播种机，主要要解决下列技术问题：
1 为保证大蒜种植后鳞牙朝上，需要大蒜播种机解决以下三个关键技术问题
1 精密排种技术 2 大蒜鳞牙识别技术 3 直立播种技术 必须在每个技术环节，解决其效率问题，使大蒜播种机在其运行的各个阶段均具有2 生产效率问题 一致或者设计的效率。
3 适应性问题
必须在功能，性能上充分考虑中国大蒜播种的适应性，这些适应性包括地域条件，土壤条件，种植目标，种子状态，田亩条件等的限制。
3.2 现存大蒜播种机技术思路问题
国内外现存的大蒜播种机都存在技术思路问题，期望采用传统的农机技术，解决大蒜播种问题。在技术实现上几乎是不成立的。这些播种机也许能解决其中的一部分问题，但是实现商业化的大蒜播种机的技术问题是相互联系，因而只要有一个问题没有解决，这样的大蒜播种机就不具备市场价值。
所谓传统农机技术，就是通过一个连续的，系列化的方式和过程，对处理的目标无差异的处理。表现在大蒜播种机上，就是对每一瓣蒜瓣都通过相无差异的排种、鳞牙识别、倒向及植入。这一方法对于其他种子尺度小，分布有限，种植要求简单的播种，在实践上证明是行得通的，但对于大蒜播种这一直立度要求严格，种子形状复杂且尺寸大且差异大，分布广的种植，要想采用传统大蒜播种技术来实现，是很困难的，这点已经得到了客观的验证。采
用这种思想开发的大蒜播种机，要么无法保证播种质量（漏播和倒立数量大），效率低下，不具有实用价值；要么机构复杂、成本大、不稳定，也不具备市场推广的价值。
3.3 新型大蒜播种机的基本技术思路
现代技术的发展，为实现大蒜播种机商业化产品的提供了技术支撑。特别在播种机中运用视觉技术，工业自动控制思想，使开发具有市场价值的大蒜播种机成为可能。
1 智能思想
智能思想就是采用智能的方式，实现对大蒜的蒜种的鳞牙的方向的识别和大蒜蒜种尺度，缺陷的确定，以便后续依据这些识别的结果，决定对单粒蒜种采取的处理方式
这一思想是主要是通过视觉技术和软件技术来实现的
这一思想，可以准确确定大蒜的尺度和质量，对不符合尺度和表面质量的大蒜进行剔除，并依据大蒜鳞牙方向决定后续处理方式。
2 自动控制思想
传统的农机，在处理对象过程中是连续的，无差异化的。采用这一思想处理复杂的过程，设备必然非常复杂。自动控制思想，是将连续的过程分解成一个个独立过程，通过控制系统来保证这些过程的时序一致性。
这一思想将大大降低大蒜播种机的复杂程度，提高大蒜播种机的效率，功能完整性和机械的适应性。为商业化大蒜播种机设计提供理论支持。
实际上，实现这些思想的技术中的一部分，国内相关的高校，研究所（如青岛农业大学，南京农业机械化研究所，西北农林科技大学，山东五征集团，中国矿业大学，南京农业大学等等），基本上都进行过一些研究。进行了一些方向性的尝试。但这些单位无法在一台设备中全面解决这些技术问题。更重要的是，这些单位的尝试，在技术可实现方面欠缺比较大。所以这些单位尚未设计一个完整的，具有商业价值的大蒜播种机。至于那些注册专利和在大蒜播种机上有过实践的农户，其目标只是希望通过一些技术灵感来降低劳动强度而已，离可推广的，具有商业价值的产品，还离得太远，毕竟他们受到得限制也太大了。
3.4 新型大蒜播种机采用的技术
1 视觉技术：采用视觉技术，可以实现鳞牙朝向的识别和解决选种问题
2 机器人智能技术：采用机器人技术，可以实现排种的精确化和播种的准确化
3 材料技术：在局部上，为保证设备性能，我们采用了一些自行研制的特殊材料。 4 自动控制技术：通过自动控制技术，保证了整个大蒜播种机的协调工作。
5 软件技术：软件技术是实现自动控制的一个重要部分
6 机械技术：所有的技术，最后都通过机械技术来实现。
7 气动技术：在某些局部行为上，采用气动技术，实现排种精确化。
这些技术应用在大蒜播种机上，不仅会使我们的大蒜播种机完全实现商业价值，同时在大蒜播种机上采用这些技术，不仅在国内是领先的，在从查询相关技术专利和发表文章来看，
在国际上也是领先的。
在我们的产品中，有8项实现的技术可以申请国内外专利，其中的2项，技术难度很高，属于完全创新技术。
4 开发产品主要技术指标和适应技术限制
4.1适应的技术限制范围
1 大蒜尺寸：适应所有的大蒜尺寸，能通过选种将不符合农艺要求和设备要求的尺寸的大蒜过滤
2 行距适应性：100-200mm,适应除苗蒜播种以外的所有大蒜播种
3 株距适应性：80-200mm,适应所有目标大蒜生产的大蒜播种
4 适应间作播种
5 土壤干燥，松软，颗粒度小且大颗粒泥土分布均匀
6 适应粘土和沙土
7 适应薹蒜和果蒜及薹果兼收型种植的播种
8 播种地块必须已完成耕地
9 播种地块限制，对那种利用小块地面自产自消耗的种植方式的地块，无法适应。 10 不伤害播种的大蒜蒜瓣(大蒜蒜瓣很容易受到伤害)，采用自动化技术进行高速蒜瓣传递，很容易伤害大蒜，影响大蒜的后期出牙和生长。
4.2 主要技术指标
1 速度指标：86000瓣/小时，按亩20000颗计算，达到4.3亩/小时，在实际播种时可以超出这一速度
2 朝向及直立度，大蒜直立且直立锥角小于10度
3 单次播种行数包括4，8，12行
4 完成包括土地整理，开沟，播种，覆土，压实等播种过程
5 能完成自动选种过程，可由农户设置选择大蒜尺寸范围
6 种箱容积可一次完成播种3-5亩
7 动力：需要45马力以上动力
8 一人操作，不需要辅助人员
２０１３年１０月
农机化研究
第１０期
大蒜直立播种机设计
林悦香，尚书旗，杨然兵，张福元
（青岛农业大学机电工程学院，山东青岛２６６１０９）
摘要：为使大蒜生长姿态端正，保证蒜头外观质量，提高经济价值，种植时要求鳞芽朝上，直立播种。这种农
艺特点制约了大蒜机械化的发展，使大蒜机械化定向种植成为一个世界性难题，为此，设计了一款弹簧夹持式大蒜直立播种机。其主要由机架、开沟器、种子箱、播蒜轮和播蒜爪等零部件组成；主要工作原理是将蒜瓣定向放入播蒜爪中，通过播蒜轮的转动，蒜瓣自动鳞芽朝上植入土中。样机试验表明，仅靠土壤阻力克服弹簧力打开播
蒜爪成功率较低，而且定向投种时难度较大。于是，在第２轮设计中增加了一套播蒜爪机械打开装置，播蒜爪转到上方时自动打开夹蒜板，方便定向人种；然后由弹簧夹持运转，转到下方时打开播蒜爪自动定向入土，实现定
向种植。
关键词：大蒜；播蒜轮；播蒜爪；定向种植中图分类号：￥２２３．９４
文献标识码：Ａ
文章编号：１００３－１８８Ｘ（２０１３）１０－００８７－０３
０引言
大蒜种植的农艺要求根部向下，芽部向上…。因此，需要设计出一种定向装置，能够保证在播种时使大蒜保持直立状态，且覆土后保持姿态基本不变。到目前为止，我国大蒜定向播种的专利有十几项，但还没有成熟的、能够推广应用的大蒜播种机械，仍然依靠传统的人工方式进行种植，即先开沟，芽朝上直立插于沟中［２］。农民长时间下蹲劳作，强度大，效率低，而且此方式占用了农忙时节大量劳动力，影响了大蒜生产的经济效益∞Ｊ。因此，广大蒜农迫切需要大蒜种植的机械化。
为尽早改善现状，笔者设计了弹簧夹持式大蒜直立播种机，重点研究解决直立种植问题。同时，规范的株距、行距和统一的播种深度也为日后的机械化收获提供良好条件。
１
１．１
可行性，最终基于一项专利技术¨Ｊ，设计了整体结构方案，如图１所示。主要工作原理：四轮拖拉机作为动力机械，通过悬挂装置挂接播种机；人坐在座椅上，下面有脚踏板。由开沟器开出种沟，分布在播蒜轮上的播蒜爪转到上方时，操作者从种箱取出蒜种，芽朝下定向放人播蒜爪中，靠弹簧片的夹持力随播蒜轮转动；转到下方与地面接触时，靠地面土壤阻力推开夹蒜板，中间的固定柱便把蒜瓣按芽朝上植于地下，后面的摊平板覆土，镇压轮压实覆土。
整体结构及关键装置
整体构造
第一轮设计是在调研了现有大蒜播种机械定向
１．机架２．开沟器３．种子箱４．播种轮５．播种爪６．座椅７．摊平板８．镇压轮图１弹簧夹持式大蒜播种机整体结构图
装置‘４。５１及相关专利‘扣７１之后，综合分析各种方案的
收稿日期：２０１２－１２－２２
基金项目：国家公益性行业（农业）科研专项经费项目（２００９０３０５３一
０７）；山东省科技发展计划项目（２００９ＣＧｌ０００９０３９）；山东省农业科技成果转化资金项目（２００９－２０１１）
作者简介：林悦香（１９６３一），女，山东栖霞人，副教授，（Ｅ—ｍａｉｌ）ｒａｉｎ
＠ｑａｕ．ｅｄｕ．ｅｎ。
１．２关键装置１．２．１播蒜爪
播蒜爪结构见图２。每个播蒜爪主要包括２个夹蒜板、２个夹蒜板衬套、２个拉簧、２个片弹簧、ｌ根楔形固定柱和３个橡胶片。
工作原理：固定柱分大小端，通过小端固定在播蒜轮的安装位上，并穿过播蒜轮上的孔伸出２．４ｃｍ；
・８７・
通讯作者：尚书旗（１９５８一），男，山东青州人，教授，博士生导师。
２０１３年１０月
农机化研究第１０期
两个夹蒜板的上端穿过播蒜轮上的孔，并伸出播蒜轮的外侧；两个夹蒜板的上端形成一圆窝容纳蒜瓣，圆窝内设置胶片，防止伤蒜瓣；依靠片弹簧对蒜瓣夹紧；夹蒜板插接在夹蒜板衬套内，能上下运动；回位弹簧使之回位。
免了长时间弯腰和下蹲的工作状态。小四轮拖拉机Ｉ挡可实现所需行进速度，工作效率是传统人工种植的４～５倍。存在问题是：随着播蒜轮沿前进方向滚动，播蒜爪接触种沟时，仅靠地面阻力向上推开夹蒜板，成功率低于５０％，蒜种不能顺利人土；若减少弹簧片夹持力，则不能可靠夹持转动；播蒜爪转到上方时，推开夹蒜板定向放种也比较困难。
１．橡胶片２．夹蒜板３．橡胶片４．固定柱５．片弹簧
６．夹蒜板衬套７．回位弹簧８．螺钉９．铆钉
图２播蒜爪
３改进设计
第一轮样机试验表明，原专利方案原理可行，但实际难以实现。为此，进行了结构改进，在原有基础上，增加了一套自动打开夹蒜板的机械装置一凸轮滑槽机构。播蒜爪转到上方时，自动打开夹蒜板，放种后自动夹紧；转到下方即将入土时，再度自动打开，蒜种芽朝上植入沟槽内，使定向种植得以实现。改进设计后的播蒜轮如图４所示。
１．２．２片弹簧
选择合适的片弹簧能保证小蒜种时播蒜爪不会使蒜种自行掉落，大蒜种时不会因夹紧力太大而无法投种。由测量可知，蒜种宽度为１６．６±２．９ｍｍ，高度为１９．５±３．５ｍｍ。在向播蒜爪上安放蒜种时，一般为夹宽度的方向，最小蒜瓣夹持宽度大约为１５ｍｍ。最大蒜瓣为２０ｍｍ，将两个播蒜爪中间最大宽度处的原始间隙设置为１５ｍｍ，则当夹有最大的蒜种时，每个片弹簧的变形量为２．５ｍｍ；当达到最大变形时，根据经验计算弹簧所受的挤压力为５Ｎ左右。
经过对片弹簧进行尺寸及强度计算，选择的片弹簧结构如图３所示。选用的片弹簧长度为３５ｒａｍ，圆角半径为５ｍｍ，弹簧片厚度为ｌｍｍ，宽度为５ｍｍ。片弹簧的材料为铍青铜（ＱＢｅ２），安装方式选用铆接。
２主要参数和实验情况
２．１
主要参数
该装置４个播种轮，即一次可以播种４行，两人完成放种过程。每个播种轮有１０个播蒜爪，行距口＝１５０ｒａｍ，株距ｂ＝１５０ｒａｍ，种植密度ｌ９８５株ｗ＇ｈｍ２，拖拉机的作业速度为０．９ｋｍ／ｈ。２．２实验情况及存在问题
操作人员工作姿态舒适，取种方便，省时省力，避
１．连矮销２．凸轮台３．凸轮４．固定轴５．圆柱压滚
图４改进设计后的播蒜轮
所标注序号为增加的构件。圆柱压滚上下各１件，一端与车架焊接，另一端与凸轮接触。播蒜爪转到上方时，凸轮台上的凸轮与上部的圆柱压滚接触，在杠杆原理作用下，拉动夹蒜板下移并张开，放入蒜
２０１３年１０月农机化研究
第１０期
种，之后自动夹紧；转到下方时，凸轮触碰下方的圆柱压滚，拉动夹蒜板上移并张开，蒜种植入沟槽中，实现定向种植；随着拖拉机持续匀速前行，播蒜轮转动，圆柱压辊与凸轮的接触越过最高点时，在回位弹簧及片弹簧作用下，夹蒜板自动回位。
增加部分的三维图如图５所示（为显示清晰，两个夹蒜板只连接一个）。
弧平稳过渡。在凸轮台转动行程中，销轴在滑槽中移动的最小距离为１０ｍｍ。设计滑槽长度为１６ｍｍ，实现了凸轮台旋转运动与夹蒜板直线运动的转换。
图７凸轮台在下方时的运动轨迹图
４结论
１）经过改进设计，新一轮样机制作弥补了原专利方案的不足，增加的一套机械自动开启夹蒜板装置克服了土壤阻力推不开夹蒜板的问题，同时也解决了放
种困难问题。
图５机械开启装置三维图
２）播蒜爪转到上方时，上面的圆柱压辊与凸轮接触，在凸轮台的绕支点转动作用下，拉动夹蒜板下移，打开夹蒜板，放种容易；播蒜爪转到下方时，下面的圆柱压辊与凸轮接触，同样也在凸轮台的绕支点转动作用下拉动夹蒜板上移，打开夹蒜板，蒜种芽朝上植于
土中。
凸轮台结构三维构型如图６所示。为使绕固定轴的旋转运动变成夹蒜板直线运动，将凸轮台与夹蒜板的连接设计为长圆型滑槽结构。
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图７为凸轮台在下方时工作过程运动轨迹。图７中实线部分表示播蒜爪刚开始接触土壤时的凸轮板位置，双点画线部分表示夹蒜板被拉上去的位置。经过对样机的实验，当夹蒜板被拉上去为２４ｍｍ时，大蒜就能够完全播种下去，即图中的距离ＢＢ’。按照凸轮台总长以支撑点为界分割比例为１：２的关系，可算
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０５．
出凸轮被压下去的距离为１２ｍｍ，即线段肌’。为减
小圆柱压滚脱离凸轮时的磨损，可以用一段平滑的圆
［８］王迪福．大蒜播种机：中国，２００８２００２８００．８［Ｐ］．２００８－０９－
０３．
（下转第９４页）
２０１３年１０月
心
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（上接第８９页）
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大蒜直立播种机设计
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
林悦香， 尚书旗， 杨然兵， 张福元， Lin Yuexiang， Shang Shuqi， Yang Ranbing， Zhang Fuyuan青岛农业大学机电工程学院,山东青岛,266109农机化研究
Journal of Agricultural Mechanization Research2013,35(10)
本文链接：
2010-2015年中国大蒜播种机市场调查研究及投资
前景分析预测报告
公司名称：甘肃三集农业科技发展有限公司 调研时间：2012年7月
目录
第一章 大蒜播种机概述
第一节 产品定义、性能及应用特点
第二节 中国大蒜播种机的现状
第二章 全球大蒜播种机现状
第一节 中国大蒜播种机市场现状分析及预测
第二节 中国大蒜播种机产品产量分析及预测
一、大蒜播种机产业总体产能规模
二、大蒜播种机生产区域分布
三、2008-2010年产量
四、2008-2010年消费情况
第三节 中国大蒜播种机市场需求分析及预测
一、中国大蒜播种机需求特点
二、主要地域分布
第四节 中国大蒜播种机消费状况分析及预测
第五节 中国大蒜播种机价格趋势分析
一、中国大蒜播种机2005-2009年价格趋势
二、中国大蒜播种机当前市场价格及分析
三、影响大蒜播种机价格因素分析
四、2009-2012年中国大蒜播种机价格走势预测
第六节 国外大蒜播种机的现状概述
第三章 中国生产大蒜播种机环境分析
第一节 我国经济发展环境分析
一、国内市场对大蒜的需求量
二、国家对大蒜种植的支持力度
三、国外市场对大蒜的需求量
四、国外市场对我国大蒜的评价【种蒜机器】
第二节 中国打算播种机容量和和现阶段发展特点
一、未来市场容量分析
二、行业现阶段发展特点分析【种蒜机器】
第四章 中国大蒜播种机进出口分析
一、大蒜播种机进口分析
二、大蒜播种机出口分析
第五章 国内主要大蒜播种机企业及竞争格局
一、优势企业分析
一 重点企业Ⅰ介绍
二 重点企业Ⅱ介绍
三 重点企业Ⅲ介绍
第六章 中国大蒜播种机产品技术发展分析
一、当前中国大蒜播种机技术发展现况分析
二、中国大蒜播种机产品技术成熟度分析
三、中外大蒜播种机技术差距及其主要因素分析
四、提高中国大蒜播种机技术的策略
第七章 甘肃三集农业大蒜播种机
第一节 甘肃三集农业大蒜播种机发展历程
第二节 甘肃三集农业大蒜播种机及预测
一、甘肃三集农业大蒜播种机技术要求
二、甘肃三集农业大蒜播种机优势
三、甘肃三集农业大蒜播种机实际实验成果
四、专业人士对甘肃三集农业大蒜播种机性能的评价
第三节 甘肃三集农业大蒜播种机进入市场的前景分析
第四节 甘肃三集农业大蒜播种机逐代发展规划
第八章 中国大蒜播种机未来发展预测及投资前景分析
第一节 未来大蒜播种机行业发展趋势分析
一、未来大蒜播种机行业发展分析
二、未来大蒜播种机行业技术开发方向
三、总体行业“十一五”整体规划及预测
第二节 2010-2015年大蒜播种机行业运行状况预测 一、2010-2015年大蒜播种机行业工业总产值预测 二、2010-2015年大蒜播种机行业销售收入预测 三、2010-2015年大蒜播种机行业总资产预测
第九章 业内专家对甘肃三集农业大蒜播种机投资的建议及观点
第一节 投资机遇大蒜播种机
一、中国强劲的经济增长率对行业的支撑
二、企业在危机中的竞争优势
三、金融危机促使优胜劣汰速度加快
第二节 投资风险大蒜播种机
一、同业竞争风险
二、市场贸易风险
三、行业金融信贷市场风险
四、产业政策变动的影响
第三节 行业应对策略
一、把握国家投资的契机
二、竞争性战略联盟的实施
三、企业自身应对策略
第四节 市场的重点客户战略实施
一、实施重点客户战略的必要性
二、合理确立重点客户
三、对重点客户的营销策略
四、强化重点客户的管理
五、实施重点客户战略要重点解决的问题 附录
图表 中国GDP变动情况
图表 中国固定资产投资增长情况
图表 中国大蒜播种机国内生产总值预测 图表 中国大蒜播种机国际贸易总额预测 图表 中国大蒜播种机产量预测