摘要： 为深入了解蔬菜机械化生产对秧苗栽植质量的影响，准确掌握相关影响要素及栽植环节，更进一步改 进和完善当前蔬菜机械化栽植的智能控制功能，在掌握蔬菜自动栽植机的构成与原理基础上，对关键部件进行 了分析与设计，包括栽植作业过程运动轨迹、速度匹配等，获取栽植机本体对秧苗栽植质量的影响，并分别从分 拣、送苗、栽植阶段及外界适应性条件等方面论述影响秧苗栽植质量的因素。 测试结果表明：栽植速度与秧苗直 立保持度间互相协调，能够达到良好的栽植效果。 此研究对于蔬菜栽植机较好应用于农作物种植与移栽、蔬菜 移植产业加快实现机械自动化应用与提升均有重要的现实意义。
关键词： 蔬菜机械化； 栽植； 智能控制； 直立度
0 引言
随着农业机械化的不断进步与发展，水果、蔬菜 及其他农副产品的机械化栽植机具亦不断向新型化、 自动化方向推进。 查阅相关文献表明：一方面，我国 已有多种农作物的栽植机产生，学者普遍针对机械化 农机本体进行研究改进；另一方面，蔬菜栽植作为我 国农作物核心产业，为减低农民劳动强度、提高蔬菜 栽植效率，本文侧重考虑蔬菜秧苗栽植质量的影响因 素，通过了解蔬菜作物生长的本体环境与主要农艺技 术要求，从提高秧苗种植直立程度的角度出发，设计 了蔬菜栽植机的核心功能部件，并研究了蔬菜机械化 生产对秧苗栽植质量的影响。
1 栽植机结构及工作原理
蔬菜栽植机性能衡量指标主要有钵苗栽植的均 匀程度、栽植直立程度及植入土壤深度合格程度等， 其结构主要包括链式、盘式及导管式等，如图 １ 所示。 结合蔬菜栽植机的工作原理（见图 ２）可知：在动力牵 引装置作用下，蔬菜栽植机行进并在整机控制系统及 机械装置配合之下依次进行取苗、输送和栽植等环 节，栽植环节完毕后进行施肥、覆土、镇压等动作，完 成蔬菜栽植过程。
蔬菜栽植机作业核心参数如下：
牵引装置功率／ｋＷ： ≥１５
栽植平均入土深度范围／ｃｍ： ５～１１
株距控制范围／ｃｍ： ２２～７５
行距控制范围／ｃｍ： ３０～５５
栽植效率／ｍｉｎ： ≥４５
2 核心部件设计与改进
2．1 分拣机构设计
根据蔬菜栽植机的工作原理，针对其分拣钵苗机 构进行设计，分拣模块的核心执行部件为并排的多个 夹爪。 夹爪的速度与力度由整机控制系统发出指令， 在多个气缸的活塞推动下工作。 利用软件绘制分拣 模块的三维模型图，并通过结构选型及应力强度分 析，得出最佳的结构参数与组合比例，如图 ３ 所示。 鉴于分拣模块分为获取钵苗与投入钵苗至料斗两大 步骤， 各自针对作业环节进行模块智能控制，融入 ＰＬＣ 控制更为精准和快速。
2．2 栽植机构设计
栽植机构是蔬菜栽植机的核心执行部件之一，对 其进行优化设计对于提高蔬菜秧苗栽植质量及产量 起关键性作用。 为保证蔬菜栽植机在作业过程中地 膜的完好性及栽植秧苗的准确性，对料斗出料端的尖 角部位重点设计，图 ４ 为栽植模块设计简图。 工作 时，主要依靠凸轮进行运动传递给曲柄，从而控制料 斗的运动。 对其破膜打孔的运动轨迹进行跟踪并经 运动学分析可得
按照如上运动规律结合凸轮曲线运动进行细化 设计，选定各个部件尺寸及配合标准，实现栽植机构 的打孔环节，以保证精确的直立角度，使得水平方向 运动偏移误差降至最低，可有效提高栽植率，减少不 必要的影响栽植效果的问题产生，如地膜被破坏、被 带起等。
2．3 智能控制部件设计
蔬菜栽植实现高效作业控制核心在于电子、自动 化技术的融入，从自动分拣、及时送苗到栽植部件轨 迹的不断调整，较高程度的自动蔬菜栽植，可有效保 证秧苗栽植质量。 图 ５ 为补苗模块的逻辑控制简图。 在栽植阶段，为保证秧苗直立度，对栽植部件的植入 土壤角度进行智能调整，应用核心算法于其中，控制 简图如图 ６ 所示。 同时，应针对给定的入土角度考虑 交叉变异与适应度参数控制要求。
3 栽植质量影响因素分析
3．1 分拣阶段影响因素
秧苗在分拣阶段的主要工作是将蔬菜秧苗均匀、 一致地送入传送装置。 根据分拣装置机构设计特点， 在预先编制的控制程序之下执行分拣动作，分拣阶段 保证秧苗的完好率。 表 １ 列出分拣装置的均匀度指标测试数据。 由表 １ 可知：其可行性好，抓取装置的 作用力适宜，可较好地保持秧苗的完好。
3．2 传送阶段影响因素
传送机构主要由传送轴、导苗部件及扶苗部件等 构成。 工作时，秧苗经分拣完成后在传送轴动力控制 下，通过栽植机的导苗部件进入栽植机构，植入土壤。 传送装置在整个栽植环节起到承上启下连接作用，便 于蔬菜秧苗根部精准直立状态下被植入土壤，利于提 高蔬菜秧苗移栽的存活率及蔬菜收获产量等。 此环 节对于秧苗栽植质量的影响因素主要表现为：
１）传送到导苗执行部件中的蔬菜秧苗应当保持 高的直立程度。
２）传送轴应保证传送平稳，保证传送装置部件间 的尺寸大小与配合间隙等的协调性。
３）扶苗器的结构及安装位置准确，对蔬菜秧苗倾 斜的扶正及时。
3．3 栽植阶段影响因素
蔬菜栽植机栽植阶段对秧苗栽植生长及最终产 量影响较为显著。 栽植阶段的影响因素主要考虑植 入深度的一致性、覆土的厚度适宜性及间距的合理性 等。 针对某一特征参数进行因素分析，结果如图 ７ 所示。
由图 ７ 可知：蔬菜栽植机的栽植速度、特征参数与栽植角度的关系存在一个最优解范畴，极值点均位 于［－０．６，０．６］ 范围内。 当栽植角度的编码值为－０．６ （实际植入钵苗角度为 ８７．２°） 时，蔬菜栽植的直立程 度可达到最大值，约为 ９５．５％左右。
3．4 外界适应性条件影响
蔬菜栽植机在实际作业过程中，田间的土壤及地 形条件对于秧苗栽植质量有着重要性影响。 因此，对 于外界适应性条件要求如下：
１）蔬菜栽植地要求土壤硬度适中，利于栽植机构 的快速、准确栽植。
２）蔬菜栽植地的土壤整体地形坡度应不大于 １２°，保证蔬菜栽植机能够全效发挥其移栽作用。
３）栽植速度在牵引装置控制下保持适中。
同时，给出试验蔬菜秧苗的尺寸参数（见表 ２）， 并对其直观性能参数进行统计，如表 ３ 所示。 试验设 置 ２００ 株的栽植量，栽植角度与合格指数、倒伏指数 之间存在一定内在联系，拟优化栽植装置后可有效提 升秧苗栽植优良指数，并控制秧苗倒伏指数在 ６％范 围之内。
4 结论
１）在深刻了解当前蔬菜机械化生产的发展状况基础上，对蔬菜栽植机的工作核心机构进行了设计优 化，主要包括分拣模块、栽植模块和相关智能控制部 件。
２）通过利用拟设计的蔬菜栽植机，从机体本身和 外界适应性条件两大方面针对影响因素进行分析，重 点关注蔬菜机械化生产对秧苗栽植质量的影响。
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