膜下烤煙移栽機(jī)設(shè)計(jì)研究

李樹(shù)利 李新 田留栓 殷剛 高大偉 李海濤 吳宗華 魏新華

摘要 為提升烤煙移栽質(zhì)量，推進(jìn)烤煙生產(chǎn)全程機(jī)械化水平，實(shí)現(xiàn)煙農(nóng)減工、降本、增效。通過(guò)查詢(xún)學(xué)習(xí)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，提出了膜下烤煙移栽機(jī)設(shè)計(jì)的核心要求，設(shè)計(jì)其整體結(jié)構(gòu)，對(duì)主要部件的結(jié)構(gòu)原理進(jìn)行了說(shuō)明。同時(shí)對(duì)其基本性能、移栽經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，烤煙膜下移栽機(jī)配套使用覆膜機(jī)能夠在移栽環(huán)節(jié)達(dá)到降低用工成本、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高移栽質(zhì)量的目的。

關(guān)鍵詞 烤煙；移栽機(jī)；膜下；專(zhuān)利

中圖分類(lèi)號(hào) S223.9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 0517-6611（2018）31-0194-03

can reduce the workload， cut down the cost and increase the efficiency. By inquiry and study of advanced experience at home and abroad， we put forward the core requirements of design of downfilm tobacco transplanter， and design its whole structure， and illustrate the structure principles of main components. Meanwhile， the basic performance and economic benefit index of transplanting was analyzed. The results showed that the downfilm tobacco transplanter， that matches the mulching machine in the period of transplanting， can cut down the labor cost， reduce the labor intensity and improve the transplanting quality.

Key words Tobacco；Transplanter；Downfilm；Patent

烤煙生產(chǎn)煙農(nóng)的積極性受?chē)?guó)家資源調(diào)控與政策取向、地域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、從業(yè)人員管理水平、自然氣候差異、煙糧比較成本和效益等多種因素的影響，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的提高，外出務(wù)工人員增多，脫離烤煙產(chǎn)業(yè)的煙農(nóng)逐年增多，以此為生、精于此道的職業(yè)化煙農(nóng)數(shù)量在萎縮。

作為勞動(dòng)強(qiáng)度大、用工多的勞動(dòng)密集型烤煙產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，雇工難、雇好工更難的問(wèn)題進(jìn)一步凸顯。移栽生產(chǎn)環(huán)節(jié)中不但勞動(dòng)強(qiáng)度大、用工多、費(fèi)用大，而且移栽專(zhuān)業(yè)隊(duì)雇傭人員為了追求速度，常常出現(xiàn)移栽深淺不一、埯內(nèi)澆水不足、封膜不嚴(yán)等現(xiàn)象，移栽質(zhì)量難以保證。

因此，在移栽環(huán)節(jié)探討如何利用、開(kāi)發(fā)、研制機(jī)械，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化移栽，推進(jìn)實(shí)現(xiàn)烤煙生產(chǎn)全程機(jī)械化，緩解由于勞動(dòng)力資源緊張帶來(lái)的雇工費(fèi)用增長(zhǎng)而導(dǎo)致的成本增加，才能真正降低成本，進(jìn)一步調(diào)動(dòng)煙農(nóng)生產(chǎn)積極性。

1 烤煙機(jī)械化移栽研究現(xiàn)狀

近些年來(lái)，為了實(shí)現(xiàn)烤煙移栽機(jī)械化，國(guó)內(nèi)外在移栽環(huán)節(jié)進(jìn)行了機(jī)械化嘗試。通過(guò)國(guó)際、國(guó)內(nèi)移栽機(jī)的研發(fā)成果[1-8]來(lái)看，不同國(guó)家和地域的公司及科研單位都在不斷地追求解決煙草機(jī)械移栽問(wèn)題，主要呈現(xiàn)出以下幾個(gè)特點(diǎn)：一是在實(shí)現(xiàn)機(jī)械化的基礎(chǔ)上力爭(zhēng)在某些程序上實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)化或自動(dòng)化。二是力爭(zhēng)包含所有移栽程序（覆膜、打孔、栽苗、澆水、封土，或是刨坑、施口肥、栽苗、澆水、封土、覆膜），但都不夠完善。三是移栽機(jī)類(lèi)型多樣。根據(jù)在移栽方式上是否覆膜、覆膜的先后順序、是否埯內(nèi)澆水等可以大體定性分為膜上移栽機(jī)、壟上移栽機(jī)和開(kāi)穴壟上移栽機(jī)；根據(jù)育苗方式是否帶土移栽分為裸苗移栽機(jī)和缽苗移栽機(jī)；按移栽器結(jié)構(gòu)類(lèi)型分為鉗夾式、撓性圓盤(pán)式、吊籃式、導(dǎo)苗管式等。四是由于各地區(qū)氣候條件、地理?xiàng)l件、育苗方式、移栽程序、采用機(jī)械原理、自動(dòng)化程序設(shè)計(jì)等方面的差異，移栽機(jī)性能差異較大。由于地域和移栽程序的限制，對(duì)移栽機(jī)的性能要求更高。

2 膜下烤煙移栽機(jī)設(shè)計(jì)的核心要求

東北、內(nèi)蒙古及臨近省份烤煙移栽季節(jié)寒冷、干旱，多以覆膜、帶水移栽、適量使用口肥以確保煙苗移栽成活率。移栽方式上多采用刨埯、施口肥、栽苗、澆水、封土、覆膜的程序。因此要實(shí)現(xiàn)移栽機(jī)的本地化就必須緊緊圍繞以上程序進(jìn)行研究。主要程序具體內(nèi)容要求：一是坑深、埯大、底平；二是口肥攪拌均勻；三是下苗豎直位正；四是水量充足且不沖苗；五是覆膜嚴(yán)實(shí)。

3 膜下烤煙移栽機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及原理

3.1 膜下烤煙移栽機(jī)的整體結(jié)構(gòu)原理說(shuō)明

圖1為膜下烤煙移栽機(jī)的整體結(jié)構(gòu)圖。牽引動(dòng)力拖拉機(jī)：304動(dòng)力以上拖拉機(jī)。雙曲軸傳動(dòng)裝置：雙曲軸傳動(dòng)裝置位于兩中心點(diǎn)連線(xiàn)的直線(xiàn)位置上，2個(gè)中心點(diǎn)即為前地輪連線(xiàn)的中心點(diǎn)，2個(gè)后地輪連線(xiàn)的中心點(diǎn)。雙曲軸傳動(dòng)裝置與傳動(dòng)鏈條相連獲得動(dòng)力。雙曲軸傳動(dòng)裝置與刨埯及口肥減半器、鴨嘴栽植器、自動(dòng)放水閥相連，通過(guò)曲軸的旋轉(zhuǎn)，將動(dòng)力傳遞給3個(gè)部件，帶動(dòng)3個(gè)部件同時(shí)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)動(dòng)力傳遞給刨埯及口肥減半器帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)刨埯，確保坑、栽植、水在同一位置。同時(shí)調(diào)整齒輪大小可實(shí)現(xiàn)移栽距離的調(diào)整。肥料投放箱：移栽時(shí)主要為煙苗投放口肥。前地方輪：與雙曲軸傳動(dòng)裝置相連，支持實(shí)現(xiàn)雙曲軸上下運(yùn)動(dòng)功能。苗架：放置煙苗，投放煙苗時(shí)取苗方便。刨埯及口肥攪拌器：與雙曲軸傳動(dòng)裝置相連，實(shí)現(xiàn)刨坑及口肥攪拌均勻功能，確保坑大，底平。煙苗投放裝置：與鴨嘴栽植器相連相通，通過(guò)鴨嘴栽植器上下運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)煙苗投入坑內(nèi)。鴨嘴栽植器：與雙曲軸傳動(dòng)裝置相連，與刨埯及口肥攪拌器同步運(yùn)動(dòng)，定點(diǎn)將煙苗投入坑內(nèi)，確保煙苗栽植后放正、放直。自動(dòng)控制放水閥：通過(guò)電器感應(yīng)元件有效地實(shí)現(xiàn)了定點(diǎn)定量施水。水流分散裝置：確保煙苗不被放水閥強(qiáng)大的水流沖倒、沖壞，由于水流先分散到坑內(nèi)四周，然后從四周回流到煙苗根部，同時(shí)土也隨著水流從坑內(nèi)四周向根部聚集，對(duì)煙苗根部土有夯實(shí)作用，有利于煙苗栽正。工作臺(tái)：能實(shí)現(xiàn)2個(gè)工作人員同時(shí)操作，確保煙苗投放質(zhì)量。后地輪：能夠根據(jù)壟高上下調(diào)節(jié)高度，確保刨坑時(shí)高度適宜。傳動(dòng)鏈條：傳動(dòng)鏈條一端連接前地輪獲得動(dòng)力，一端連接雙曲軸傳動(dòng)裝置，向其提供動(dòng)力。

3.2 主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與原理

主要圍繞移栽刨埯、栽苗、澆水來(lái)進(jìn)行研發(fā)設(shè)計(jì)，最終達(dá)到膜下移栽的標(biāo)準(zhǔn)。

3.2.1 刨埯及口肥攪拌器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與原理。

設(shè)計(jì)的刨埯及口肥攪拌器見(jiàn)圖2。一是埯大，為煙苗生長(zhǎng)和澆移栽水提供了足夠的空間。二是底平，為鴨嘴器投苗返回時(shí)提供了足夠的回填土，確保了投苗后苗穩(wěn)、苗正。

旋轉(zhuǎn)軸：與雙曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)裝置相連，帶動(dòng)刨埯及口肥攪拌

器旋轉(zhuǎn)。固定螺絲：將刨埯及口肥攪拌器固定在旋轉(zhuǎn)軸上。

豎直分土葉片：由4個(gè)分土葉片組成，每個(gè)分土葉片長(zhǎng)度和寬度分別為0.06 m和0.06 m，2個(gè)分土葉片夾角90°。將埯內(nèi)土分出埯外，同時(shí)將四周刮平。螺旋旋土葉片：螺旋旋土葉片數(shù)量為3片，2個(gè)螺旋葉片平行夾角為20°。單片螺旋葉片為五邊形，五邊形曲面從里到外，從上到下，各邊長(zhǎng)度分別為0.15 m×0.10 m×0.12 m×0.08 m×0.04 m，曲面弧度為90°。0.15 m長(zhǎng)度的一邊與中心軸焊接，0.10 m長(zhǎng)度一邊與地面平行。螺旋旋土葉片功能為將土從埯內(nèi)旋出，同時(shí)將底部基本刮平。鉆頭。

3.2.2 水流分散裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與原理。

自動(dòng)放水閥為電子自控裝置，水量可調(diào)（圖3）。以往水閥的末端放水時(shí)水柱直下，直接與煙苗接觸，煙苗被沖倒，或是被強(qiáng)大的水流沖壞，甚至導(dǎo)致煙苗的損壞。為使水柱不直接沖擊煙苗，在水閥的下端增加了水流分散裝置。一方面，裝置中間與水柱接觸部分為實(shí)體，水可以沿實(shí)體四周流下，放水時(shí)實(shí)體位于煙苗正上方，防止煙苗受到水流的沖擊；另一方面，實(shí)體四周流下的水沖擊埯四周的土壤，土壤隨水流向埯中央，對(duì)煙苗有夯實(shí)的作用（圖4）。

4 膜下移栽機(jī)使用效果分析

4.1 移栽機(jī)的基本性能分析

由表1移栽機(jī)和人工移栽的對(duì)比分析可以看出，一是移栽機(jī)刨埯尺寸要稍小于人工移栽機(jī)械。主要有2個(gè)原因：其一是移栽機(jī)刨出的埯要求底平，方便投苗壓實(shí)；其二是埯的尺寸過(guò)大由于旋轉(zhuǎn)速度較快容易造成口肥從坑內(nèi)跑出。二是口肥一次性帶入，攪拌均勻，既省工又防止燒苗。三是煙苗距頂膜距離較人工移栽要小，但空間足夠。四是埯內(nèi)澆水量要比人工移栽少，主要原因?yàn)闄C(jī)械在行走過(guò)程中有一部分水散落到壟上。五是人工移栽每天15人移栽1.334 hm 移栽機(jī)每天10人移栽1.000 5 hm 機(jī)械移栽與人工移栽相比基本相當(dāng)。六是機(jī)械移栽，深度、口肥、水量基本一致，既利于煙苗生長(zhǎng)一致，也有利于煙田管理（圖5）。

4.2 配套使用覆膜機(jī)的基本性能分析

由表2可見(jiàn)，覆膜機(jī)與移栽機(jī)配套使用，移栽的同時(shí)覆膜能夠降低埯內(nèi)水分散失，提高水分利用率。覆膜機(jī)使用時(shí)只需配備1臺(tái)拖拉機(jī)和2個(gè)工作人員，與移栽機(jī)同時(shí)使用時(shí)效率為1 hm2/d，單獨(dú)使用時(shí)每天能覆膜2.668 hm2。人工覆膜效率低，往往為了降低成本，常常出現(xiàn)壓花膜現(xiàn)象，導(dǎo)致移栽質(zhì)量的降低。

4.3 移栽效益分析

移栽機(jī)栽煙需要5戶(hù)，每戶(hù)2人互助栽煙即可，需要牽引動(dòng)力至少4臺(tái)（2個(gè)車(chē)?yán)?臺(tái)移栽機(jī)牽引、1臺(tái)覆膜機(jī)牽引），費(fèi)用產(chǎn)生在動(dòng)力用油及維修，省去刨埯和下口肥的人工費(fèi)用，相比人工移栽來(lái)說(shuō)，費(fèi)用較低。

two modes

烘烤模式Baking mode果形Fruit shape外殼顏色Shell color內(nèi)仁的顏色The color of inner kernel氣味Smell

傳統(tǒng)烘烤Traditional baking大小形狀基本一致殼較黑（薪柴）白亮 （煤）黃白亮白有煙熏味

無(wú)煙烘烤Smokefree baking大小形狀基本一致白色黃白無(wú)明顯氣味

2.2 2種模式烘烤后核桃果化學(xué)成分殘留對(duì)比

由表2可知，在核桃殼的檢測(cè)中，2種樣品二氧化硫殘留量均小于0.001 g/kg。在核桃仁的檢測(cè)中，2種樣品均未檢測(cè)出殘留的二氧化硫，而鉛和鎘的含量均小于0.05 mg/kg，總汞的含量2種樣品均小于0.01 mg/kg，酸價(jià)一號(hào)樣品無(wú)煙果所測(cè)的含量為0.3 mg/g，比二號(hào)樣品煙熏果高了0.1 mg/g，而過(guò)氧化值一號(hào)無(wú)煙果所測(cè)的含量為0.5 mg/kg，卻比二號(hào)樣品煙熏果低了0.1 mg/kg，亞硫酸鹽的含量均小于1 mg/kg。

表2 2種烘烤模式烤后核桃果化學(xué)成分殘留含量

Table 2 Residue contents of chemical components in walnut after two baking modes

樣品編號(hào)Sample number樣品名Sample name二氧化硫殘留量（以SO2計(jì)）Sulfur dioxide residue （Calculation by SO2）∥g/kg鉛（以Pb計(jì)）Lead（Calculation by Pb）mg/kg鎘（以Cd計(jì)）Cadmium（Calculation by Cd）mg/kg總汞（以Hg計(jì)）Total mercury（Calculation by Hg）mg/kg酸價(jià)（以脂肪計(jì)）Acid value（Calculation by fat）（KOH）mg/g過(guò)氧化值（以脂肪計(jì)）Peroxide value（Calculation by fat）∥g/kg亞硫酸鹽（以SO2計(jì)）Sulfite（Calculation by SO2）∥mg/kg

一號(hào)樣品（無(wú)煙果）核桃殼（540 g）<0.001

Sample No.1 （smokeless）核桃仁（430 g）無(wú)<0.05<0.05<0.010.30.5<1

二號(hào)樣品（煤熏果）核桃殼（470 g）<0.001

Sample No. 2 （coal smoked fruit）核桃仁（420 g）無(wú)<0.05<0.05<0.010.20.6<1

注：該檢測(cè)數(shù)據(jù)由漾濞縣核桃研究院檢測(cè)提供

Note：The test data are provided by the Walnut Research Institute of Yangbi County

2.3 2種烤房燃料及人工成本對(duì)比

由表3可知，傳統(tǒng)的烘烤模式以煤（蜂窩煤）和薪柴為主，烘烤1 t核桃需要煤炭0.5 t，需要薪柴1 t，烘烤時(shí)間一般為36～48 h，用電量?jī)H為夜間翻倉(cāng)照明所需的5 kW·h，人工需要2～3人日夜輪守。無(wú)煙烘烤模式以薪柴為主，烘烤1 t核桃需要薪柴為51 kg，烘烤的時(shí)間一般為24～40 h，用電量為30 kW·h，人工只需要1人。相比傳統(tǒng)的烘烤模式，無(wú)煙烘烤模式采用新型的熱風(fēng)爐，以生物質(zhì)燃料為主，增加了電量的使用，在人工使用上明顯地減少了勞動(dòng)力的投入，機(jī)械化水平明顯提高，燃料的使用量相比傳統(tǒng)烘烤模式大大降低，不僅節(jié)約了能源，而且提高了燃燒效率，減少了有害氣體的排放。

表3 2種烘烤模式烘烤成本

Table 3 Baking cost of two baking modes

烘烤模式Baking mode燃料種類(lèi)Type of fuel耗電量Power consumption（kW·h）/t能源消耗量Energy consumptionkg/t人工量Artificial quantity人成本合計(jì)Total cost元/t

傳統(tǒng)烘烤Traditional baking蜂窩煤薪柴5 2601 0002～3300～500

無(wú)煙烘烤Smokefree baking玉米芯薪柴30 5001120

3 討論

3.1 烘烤技術(shù)規(guī)范化

我國(guó)是世界核桃生產(chǎn)大國(guó)，核桃資源豐富，種植范圍廣，大多數(shù)省份均有栽培核桃的歷史，并且培養(yǎng)出許多優(yōu)良的品種和類(lèi)型，但并不是核桃生產(chǎn)強(qiáng)國(guó)[7]。其中在核桃的烘烤方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國(guó)家，美國(guó)在核桃的加工方面有非常規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)，保證核桃的品質(zhì)。而在我國(guó)農(nóng)村中存在的烘烤方式?jīng)]有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，就云南而言有適用于核桃烘烤的大、中、小各式烤爐（房）多達(dá)3萬(wàn)余座，其中大多數(shù)技術(shù)落后、熱效率低、操作極為費(fèi)工費(fèi)力，是高耗能、高污染、高排放“三高”問(wèn)題明顯的舊式傳統(tǒng)烤爐[8]。要想提升核桃的品質(zhì)，增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，必須盡快規(guī)范烤爐、烘烤技術(shù)等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)試驗(yàn)確定最佳參數(shù)，最終通過(guò)有關(guān)部門(mén)推廣到基層，發(fā)揮其效應(yīng)。

3.2 能源耗用狀況

漾濞縣是傳統(tǒng)的核桃種植大縣，核桃種植有著悠久的歷史，截至2016年底，全縣種植面積達(dá)7.13萬(wàn)hm 年產(chǎn)量近4.6萬(wàn)t，產(chǎn)值近9.46億元[9]。其中核桃烘烤是核桃產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)之一，烘烤用能幾乎占生產(chǎn)用能的一半以上，其中以煤做為主要生產(chǎn)用能。以上邑村為例，核桃種植戶(hù)有393戶(hù)，其中只有24戶(hù)使用生物質(zhì)能源，94%的種植戶(hù)都在使用傳統(tǒng)化石能源作為生產(chǎn)用能，不僅對(duì)能源造成了浪費(fèi)，而且對(duì)環(huán)境也造成了污染。針對(duì)此問(wèn)題有關(guān)部門(mén)應(yīng)鼓勵(lì)農(nóng)戶(hù)使用無(wú)煙烘烤的方式，避免使用化石能源，并給予相應(yīng)的政策補(bǔ)貼。

3.3 提升有機(jī)核桃品牌

隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和群眾消費(fèi)水平的提高，市場(chǎng)對(duì)核桃產(chǎn)品的質(zhì)量和安全性要求越來(lái)越高，越來(lái)越規(guī)范。有機(jī)核桃在生產(chǎn)和加工過(guò)程中必須嚴(yán)格遵循有機(jī)食品生產(chǎn)、采集、加工、包裝、貯藏、運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn)。生產(chǎn)和加工過(guò)程中必須建立嚴(yán)格的質(zhì)量管理體系[10]。傳統(tǒng)的“煙熏法”在烘烤的過(guò)程中煙氣與核桃果直接接觸對(duì)有機(jī)產(chǎn)品的認(rèn)證上有一定的影響，而且大量的有害氣體直接排放到空氣中，不符合有機(jī)食品加工所具備的條件，所以“煙熏果”會(huì)逐漸的被市場(chǎng)淘汰。而無(wú)煙烘烤的核桃果在加工的過(guò)程符合有機(jī)食品加工的認(rèn)證，所加工的“無(wú)煙果”屬于有機(jī)綠色食品，不僅提升了核桃果的品質(zhì)，而且增加了果農(nóng)的收入，增強(qiáng)了市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

4 結(jié)論

通過(guò)無(wú)煙烘烤、傳統(tǒng)烘烤的對(duì)比分析，可以看出烘烤是核桃產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，無(wú)煙烘烤具有節(jié)能環(huán)保、機(jī)械化程度高、成本較低、品質(zhì)較優(yōu)等優(yōu)點(diǎn)。要想核桃產(chǎn)業(yè)在國(guó)際市場(chǎng)上占有一席之地，應(yīng)加大無(wú)煙烘烤的力度，規(guī)范核桃烘烤的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，鼓勵(lì)應(yīng)用新型的生物質(zhì)能源，加快制定有機(jī)核桃生產(chǎn)及加工標(biāo)準(zhǔn)，推進(jìn)有機(jī)核桃生產(chǎn)進(jìn)度。這也是漾濞核桃產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路。

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46卷31期 孫潔瓊等 核桃無(wú)煙烘烤與傳統(tǒng)烘烤對(duì)漾濞核桃產(chǎn)業(yè)影響分析研究

5 成果及展望

該項(xiàng)研究設(shè)計(jì)的膜下烤煙移栽機(jī)已于2016年08月17日獲得了國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利，專(zhuān)利號(hào)：ZL 2015 1 0260989.4。

移栽機(jī)旋埯部位由于長(zhǎng)時(shí)間、高強(qiáng)度作業(yè)，需要特殊材料和工藝，確保能夠長(zhǎng)時(shí)間正常使用；由于移栽機(jī)重量較大，需要304以上拖拉機(jī)進(jìn)行牽引，覆膜機(jī)需要14.71 kW拖拉機(jī)進(jìn)行牽引，所以煙農(nóng)的投入會(huì)較大；由于受移栽時(shí)間的限制，互助人栽植面積不宜過(guò)大，否則雇車(chē)、雇人移栽成本可能上升；地塊需要作業(yè)道及空間。

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