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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。
蒜爪转移机构
设计文档
西安巨丰湛青科技有限公司
二零一五年五月
0 文档环境
1.1内容边界
本文说明在考虑本项目技术条件边界下，实现将运载蒜爪完成抓蒜，避让，移动，插蒜，
回归等功能相关的机构、动力提供、支撑提供、泥土清除等机构的方案设计、概要设计、实施方式、设计思想、边界耦合分析等内容，以及实现本部件的评估，价值，后续工作，测试方案等。是实现大蒜转移机构的主要依据。
1.2词语解析
蒜爪：指本设备运载的一种将大蒜抓住并随本设备一起运动，在指定地点放开的一种执行机构。
凸轮机构是由凸轮，从动件和机架三个基本构件组成的高副机构。 凸轮是一个具有曲线外轮廓或凹槽的构件，一般为主动件，作等速回转运动或而从动件做往复直线运动，提供一种限定了的带时间变化的直线运动机构。
蒜爪转移机构：在大蒜播种机上，运载蒜爪完成取蒜，避让，移动，插蒜，回归等一系列运动的机构，是本节设计的目标。
四连杆机构:一种运动机构，能够将独立的两个方向的运动合成到一个二维空间的运动，并且运动之间保持独立，同时对驱动运动有放大作用。
前后及上下：大蒜种植机运动的方向为前，否则为后，上下符合日常生活理解。
1.3目标读者
本部分的目标读者为机械设计中，设计者和管理者，在设计，制造，测试及使用服务中均可能需要使用本文档
1.4其他说明
本文中所有引用本部件指“蒜爪转移机构”
由于采用迭代设计，因而在设计中，可能部分地方出现前面引用后面的定义结果的情况。
1.5版次及相关信息
版本号；V1.1 设计者：何文华 封闭日期：2015-05-28
1 修订记录
目录
0 文档环境 .......................................................................... 2
1.1内容边界 ...................................................................................................................................................... 2 1.2词语解析 ...................................................................................................................................................... 2 1.3目标读者 ...................................................................................................................................................... 2 1.4其他说明 ...................................................................................................................................................... 2 1.5版次及相关信息 .......................................................................................................................................... 2
1 修订记录 .......................................................................... 3 2 定义条件 ......................................................................... 13
2.1实现的目标 ................................................................................................................................................ 13 2.1.1正确完成所有的位置和运动 ............................................................................................................. 13 2.1.2空间上不干涉 ..................................................................................................................................... 13 2.1.3整体性强 ............................................................................................................................................. 13 2.1.4保证适当的寿命 ................................................................................................................................. 13 2.1.5 环境适应性 ........................................................................................................................................ 13 2.1.6美观性要求 ......................................................................................................................................... 13 2.1.7 稳定性 ................................................................................................................................................ 14 2.1.8 易用性 ................................................................................................................................................ 14 2.1.9 低成本 ................................................................................................................................................ 14 2.2 外部依赖 ................................................................................................................................................... 14 2.2.1 农艺限制 ............................................................................................................................................ 14 2.2.2 土壤环境 ............................................................................................................................................ 14 2.2.3 整机 .................................................................................................................................................... 15 2.2.4 蒜盒 .................................................................................................................................................... 15 2.2.5 输送带 ................................................................................................................................................ 15 2.2.6 蒜爪 .................................................................................................................................................... 15 2.2.7 气候条件 ............................................................................................................................................ 15 2.2.8 设计余量 ............................................................................................................................................ 16 2.2.9 驱动 .................................................................................................................................................... 16 2.3 关键需要保证的技术点 ........................................................................................................................... 16 2.3.1 响应速度 ............................................................................................................................................ 16 2.3.2 稳定性和使用寿命 ............................................................................................................................ 16 2.3.3 抗冲击能力，泥土影响 .................................................................................................................... 16 2.4 引用相关标准 ........................................................................................................................................... 16
3 方案设计 ......................................................................... 18
3.1概述 ............................................................................................................................................................ 18 3.1.1 定义 .................................................................................................................................................... 18 3.1.2采用的主要结构方式 ......................................................................................................................... 18 3.1.3 设计考虑的因素 ................................................................................................................................ 19 3.2 关键设计 ................................................................................................................................................... 19 3.2.1 参数及说明 ........................................................................................................................................ 19
3.2.2 运动控制分析 .................................................................................................................................... 22
3.2.2.1 综合运动原理及解析 .................................................................................................................................. 22 3.2.2.2 垂直运动原理及解析 .................................................................................................................................. 23 3.2.2.3 株向运动原理及解析 .................................................................................................................................. 24
3.2.3 四连杆机构运动分析 ........................................................................................................................ 25 3.3 方案设计 ................................................................................................................................................... 26 3.3.1机构示意图 ......................................................................................................................................... 26 3.3.1功能需求 ............................................................................................................................................. 26 3.3.3 结构组成 ............................................................................................................................................ 27
3.3.3.1 垂直运动凸轮 .............................................................................................................................................. 27 3.3.3.2 水平运动凸轮 .............................................................................................................................................. 27 3.3.3.3 综合运动机构 .............................................................................................................................................. 27 3.3.3.4 固定机构 ...................................................................................................................................................... 28 3.3.3.5 盖体.............................................................................................................................................................. 28 3.3.3.6 动力传入机构 .............................................................................................................................................. 28 3.3.3.7 传感器及固定结构 ...................................................................................................................................... 28 3.3.3.8 清土机构 ...................................................................................................................................................... 29
3.3.4 行为分析 ............................................................................................................................................ 29
3.3.4.1 传递蒜爪的行为分析 .................................................................................................................................. 29 3.3.4.2 传感器行为分析 .......................................................................................................................................... 29 3.3.4.3 清土机构行为分析 ...................................................................................................................................... 29 3.3.4.4 动力传入机构行为分析 .............................................................................................................................. 30
3.3.5 适应性分析 ........................................................................................................................................ 30
3.1.5.1正确完成所有的位置和运动 ....................................................................................................................... 30 3.1.5.2 空间上的不干涉 .......................................................................................................................................... 30 3.1.5.3整体性强 ....................................................................................................................................................... 30 3.1.5.4保证适当的寿命 ........................................................................................................................................... 30 3.1.5.5 环境适应性 .................................................................................................................................................. 30 3.1.5.6美观性要求 ................................................................................................................................................... 31 3.1.5.7 稳定性 .......................................................................................................................................................... 31 3.1.5.8 易用性 .......................................................................................................................................................... 31 3.1.5.9 低成本 .......................................................................................................................................................... 31
4 部件设计 ......................................................................... 32
4.1 垂直运动凸轮 ........................................................................................................................................... 32 4.1.1 限制曲线： ........................................................................................................................................ 32
4.1.1.1 时间转换为角度 .......................................................................................................................................... 32 4.1.1.2 段运动曲线 .................................................................................................................................................. 32 4.1.1.3 控制曲线 ...................................................................................................................................................... 33 4.1.1.4 运动学分析-速度 ........................................................................................................................................ 33 4.1.1.5 运动学分析-加速度..................................................................................................................................... 33 4.1.1.6 光顺.............................................................................................................................................................. 33 4,.1.1.7 曲线绘制方式 ............................................................................................................................................. 33
4.1.2 凸轮及相关尺寸控制准则 ................................................................................................................ 34 4.1.3 重量控制 ............................................................................................................................................ 34
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【栽蒜机视频】
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。
参考文献：
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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
农机化研究
３４（６）：８５—８８．
第１０期
陈彦宏．生物质致密成型燃料制造技术研究现状［Ｊ］。农
口
Ｈ
１ｊ
１Ｊ
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ＴｅｃｈｎｉｃａｌＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＤｏｕｂｌｅＣｒａｎｋＲｅｃｉｐｒｏｃａｔｉｎｇＰｉｓｔｏｎ
ＳｔｒａｗＣｕｒｉｎｇ
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ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅ，Ｈａｒｂｉｎ１５００８１，Ｃｈｉｎａ）
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Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｅｎｅｒｇｙｃｒｉｓｉｓａｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｏｌｌｕｔｉｏｎｉｓｔｈｅｗｏｄｄｆａｃｅｗｏｒｌｄｗｉｌｌｈａｖｅ
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ｓｉｍｉｌａｒｉｔｙ，ｃａｎ
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ｒａｗｍａｔｅｒｉａｌ
ａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅ
ｓｔａｌｋｆｕｅｌｒｏｄｃｕｒｉｎｇｍａｃｈｉｎｅ，ａｂｏｖｅｔｈｅｓｔｒａｗｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ，ｓｔｏｒａｇｅａｎｄｅｆｆｉｃｉｅｎｔｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ
ｕｓｅ
ｐｒｏｂｌｅｍ．Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｃｏｍｍｏｎ
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（上接第８９页）
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ＩＤ：１００３—１８８Ｘ（２０１３）１０－００８７－ＥＡ
ＴｈｅＤｅｓｉｇｎｏｆＵｐｒｉｇｈｔＧａｒｌｉｃＰｌａｎｔｅｒ
ＬｉｎＹｕｅｘｉａｎｇ，ＳｈａｎｇＳｈｕｑｉ，ＹａｎｇＲａｎｂｉｎｇ，ＺｈａｎｇＦｕｙｕａｎ
（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｑｉｎｇｄａｏ
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２６６１０９，Ｃｈｉｎａ）
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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：
大蒜栽培技术
一、大蒜的整地施肥
大蒜是弦状须根；吸水肥能力较弱，鳞茎又在土壤中生长、膨大，所以大蒜应选择土壤疏松、排水良好、有机质丰富的地块栽培。尽管大蒜的适应性较大，但还是以砂壤土为好。因砂壤土疏松，适宜根系发育，返青早，抽薹早，蒜头大且辛辣味浓，起蒜容易。 栽培大蒜的地块在前茬作物收获后立即耕翻晒垡，在播种前要再整地作畦。基肥应在耕翻之前施入。大蒜因生长期长，群体密度高，需肥量大，一般亩施优质有机肥如粪尿肥、厩肥等5000～8000千克；并配合20～30千克磷、钾肥。有机肥料要充分腐熟，若使用生肥，发酵时会烧伤蒜根，还会引起地下虫害，尤其是地蛆严重发生。要精细整地作畦，畦宽1．5～2米，以东西延长为好。
二、秋播大蒜栽培技术
(1)播种
①适时播种。大蒜播种的最适时期是使植株在越冬前长到5～6片叶，此时植株抗寒力最强，在严寒冬季不致被冻死，并为植株顺利通过春化打下良好基础。长江流域及其以南地区，一般在9月中、下旬播种。长江流域9月份天气凉爽，适于大蒜幼苗出土和生长。如播种过早，幼苗在越冬前生长过旺而消耗养分，则降低越冬能力，还可能再行春化，引起二次生长，第二年形成复瓣蒜，降低大蒜品质。播种过晚，则苗子小，组织柔嫩，根系弱，积累养分较少，抗寒力较低，
越冬期间死亡多。所以大蒜必须严格掌握播种期。
②合理密植。密植是增产的基础。蒜薹和蒜头的产量是由每亩株数、单株蒜瓣数和薹重、瓣重三者构成的。应按品种的特点做到适当密植，使每亩有较多的株数。早熟品种一般植株较矮小，叶数少，生长期也较短，密度相应要大，以亩栽5万株左右为好，行距为14～17厘米，株距为7～8厘米，亩用种150～200千克。中晚熟品种生育期长，植株高大，叶数也较多，密度相应小些，才能使群体结构合理，以充分利用光能。密度宜掌握在亩栽4万株上下，行距16～18厘米，株距10厘米左右，亩用种150千克左右。
③播种方法。“深栽葱子浅栽蒜”是农民多年实践得出的经验。大蒜播种一般适宜深度为3～4厘米。大蒜播种方法有两种：一种是插种，即将种瓣插入土中，播后覆土，踏实；二是开沟播种，即用锄头开一浅沟，将种瓣点播土中。开好一条沟后，同时开出的土覆在前一行种瓣上。播后覆土厚度2厘米左右，用脚轻度踏实，浇透水。为防止干旱，可在土上覆盖二层稻草或其它保湿材料。栽种不宜过深，过深则出苗迟，假茎过长，根系吸水肥多，生长过旺，蒜头形成受到土壤挤压难于膨大；但栽植也不宜过浅，过浅则出苗时易“跳瓣”，幼苗期根系容易缺水，根系发育差，越冬时易受冻死亡。【栽蒜机视频】
(2)田间管理
①追肥。大蒜幼苗生长期虽有种瓣营养，但为促进幼苗生长，增大植株的营养面积，仍应适期追肥。由于大蒜根系吸收水肥的能力弱，故追肥应施速效肥，以免脱肥而出现叶尖发黄。大蒜追肥一般3～
4次，分为：【栽蒜机视频】
催苗肥：大蒜出齐苗后，施1次清淡人粪尿提苗，忌施碳铵，以防烧伤幼苗。
盛长肥：播种60～80天后，重施1次腐熟人畜肥加化肥，每亩20～30担，硫铵10千克，硫酸钾或氯化钾5千克。做到早熟品种早追，中晚熟品种迟追，促进幼苗长势旺，茎叶粗壮，到烂母时少黄尖或不黄尖。
孕薹肥：种蒜栏母后，花芽和鳞芽陆续分化进入花茎伸长期。此期旧根衰老，新根大量发生，同时茎叶和蒜薹也迅速伸长，蒜头也开始缓慢膨大，因而需养分多，应重施速效钾、氮肥(复合肥更好)10～15千克。于现尾前半月左右施入(可剥苗观察到假茎下部的短薹)，以满足需要，促使蒜薹抽生快、旺盛生长。
蒜头膨大肥：早熟和早中熟品种，由于蒜头膨大时气温还不高；蒜头膨大期相应较长，为促进蒜头肥大，须于蒜薹采收前追施速效氮钾肥。如：氮钾复合肥亩施5～10千克，若单施尿素，5千克左右即可，不能追施过多，否则会引起已形成的蒜瓣幼芽返青，又重新长叶而消耗蒜瓣的养分。追肥应于蒜薹采收前进行，当蒜薹采收后即有丰富的养分促进蒜头膨大。若追肥于蒜薹采收后进行，则易导致贪青减产。若田土较肥，蒜叶肥大色深，则可不施膨大肥。中、晚熟品种由于抽薹晚，温度较高，收薹后一般20～25天左右即收蒜，故也可免追膨大肥。
②水分管理
齐苗期：一般播种1周即齐苗。追施齐苗肥后，若田土较干，可灌水1次，促苗生长。
幼苗前期：幼苗期是大蒜营养器官分化和形成的关键时期。大蒜齐苗后进入幼苗生长前期，由于齐苗后灌水1次，加之长江流域地区此期也正值秋雨较多的时期，因此要控制灌水，并注意秋雨后田间的排水工作。
幼苗中后期：以越冬前到退母结束为标志。此阶段较长，也正是大蒜营养生长的重要时期。越冬前许多地方降雨已明显减少。土壤较干，应浇灌1次；越冬后气温渐渐回升，幼苗又开始进入旺盛生长，应及时灌水，以促进蒜叶生长，假茎增粗。
抽薹期：蒜苗分化的叶已全部展出，叶面积增长达到顶峰，根系也已扩展到最大范围，蒜薹的生长加快，此期是需肥水量最大的时期，应于追孕薹肥后及时浇灌抽薹水。“现尾”后要连续浇水，以水促苗，直到收薹前2到3天才停止浇灌水，以利贮运。
蒜头膨大期：蒜薹采收后立即浇水以促进蒜头迅速膨大和增重。收获蒜头前。5天停止浇水，控制长势，促进叶部的同化物质加速向蒜头转运。
③中耕除草。可于播种至出苗前喷除草剂。扑草净：对防除蒜地的马唐、灰灰莱、蓼、狗尾草等有效。50％的扑草净亩用药100～150克。西马津和阿特拉津：亩用药120～240克。除草通：亩用药35～6S克。
对以单子叶禾本科杂草为主的蒜田，每亩用大惠利120～150克
于播种后5～7天(出苗前)加水30～50千克稀释，晚间喷雾。以双子叶阔叶草为主的蒜田，每亩用25％恶草灵120～150毫升，或24％果尔45～60毫升，于播种后7～10天(出苗前)加水40～60千克，晚间喷雾。蒜苗幼苗生长期，当杂草刚萌生时即进行中耕，同时也除掉了杂草，对株间难以中耕的杂草也要及早拔除，以免与蒜苗争肥。
(3)采收
①采收蒜薹。一般蒜薹抽出叶鞘，并开始甩弯时，是收藏蒜薹的适宜时期。采收蒜薹早晚对蒜薹产量和品质有很大影响。采薹过早，产量不高，易折断，商品性差；采薹过晚，虽然可提高产量，但消耗过多养分，影响蒜头生长发育；而且蒜薹组织老化，纤维增多；尤其蒜薹基部组织老化，不堪食用。
采收蒜薹最好在晴天中午和午后进行，此时植株有些萎蔫，叶鞘与蒜薹容易分离，并且叶片有韧性，不易折断，可减少伤叶。若在雨天或雨后采收蒜薹，植株已充分吸水，蒜薹和叶片韧性差，极易折断。
采薹方法应根据具体情况来定。以采收蒜薹为主要目的，如二水早大蒜叶鞘紧，为获高产，可剖开或用针划开假茎，蒜薹产量高、品质优，但假茎剖开后，植株易枯死，蒜头产量低，且易散瓣。以收获蒜头为主要目的，如苍山大蒜采薹时应尽量保持假茎完好，促进蒜头生长。采薹时一般左手于倒3～4叶处捏伤假茎，右手抽出蒜薹。该方法虽使蒜薹产量稍低，但假茎受损伤轻，植株仍保持直立状态，利于蒜头膨大生长。
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