黨參種苗移栽機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：S223.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-5553（2025）08-0007-07

Abstract：Aiming attheissues ofimpreciseplant spacing control，dificult depth adjustment，andlowoperationalefficiency inthetransplantationofCodonopsis pilosulaseedlings，aneficienttransplanterspecificallydesignedforCodonopsis pilosula seedlingswas developedThismachine isentirelypowered byatractorandsecurelyconnectedto itviaastablethrepoint suspensionsystem，ensuring stableandreliable operation.The machine integrates critical components such asa seedbed preparation device，pendulum mechanism，seedling feeding device，soil covering device，and transmision system，enabling afullprocessautomation from mechanical furowing toautomatic seedling feding，mulching，andsoil covering.Taking depthadjustmentandplant spacingcontrolof Codonopsispilosula seedlingsas theprimaryevaluationindicators，the optimal working parameters of the sedbed preparation device were determined through modeling with SolidWorks and optimization analysis using Design—Expert 13.O： An entry angle of 35^° ，a slope angle of 40^° ，and an entry gap angle of 7^° .Field experiments demonstrated that at a tractor forward speed of O.25 to 0.35m/s ，the machine could complete all transplantation processes in a single pass，achieving an average qualified rate of planting depth of 90.1% and an average qualified rate of plant spacing of 89.3% ， significantly improving transplantation efficiency and quality.

Keywords：Codonopsis pilosula seedings；transplanting machine；seedbed preparation device；seeding feding device;soil covering device

0 引言

黨參作為傳統(tǒng)中藥材中的瑰寶，被譽(yù)為“補(bǔ)氣之王”，在中醫(yī)藥領(lǐng)域占據(jù)著舉足輕重的地位[1]。甘肅省憑借得天獨(dú)厚的自然條件與資源優(yōu)勢(shì)，建立了多個(gè)中藥材種植示范區(qū)，以期推動(dòng)中藥產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。但中藥材種植仍處于起步階段，存在諸多問(wèn)題[2]。目前，我國(guó)中藥材從栽培到收獲仍以人工為主，對(duì)于播種、移栽、收獲等機(jī)械化作業(yè)設(shè)備缺乏深人研究，機(jī)械化程度較低，嚴(yán)重制約了中藥材產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[3]。采用機(jī)械化移栽技術(shù)能夠有效減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，顯著提升生產(chǎn)效率，推動(dòng)中藥材產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)全程機(jī)械化生產(chǎn)和標(biāo)準(zhǔn)化管理[4]。

國(guó)外在移栽機(jī)械方面的研究起步較早，技術(shù)相對(duì)成熟。歐美國(guó)家因土地集中、規(guī)模化經(jīng)營(yíng)的特點(diǎn)，主要致力于研發(fā)大尺寸、高速作業(yè)的聯(lián)合式移栽機(jī)，如意大利的FUTURA和澳大利亞的HD144，這些設(shè)備強(qiáng)調(diào)效率和機(jī)電液控一體化，實(shí)現(xiàn)了高效、精準(zhǔn)的移栽作業(yè)[5]。而日本則因人多地少，更加注重移栽機(jī)的靈活輕便與作業(yè)可靠性，如井關(guān)PVHR2和洋馬PF2R等機(jī)型，設(shè)計(jì)專業(yè)且實(shí)用性強(qiáng)[67]。盡管國(guó)外移栽技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，但由于設(shè)備龐大復(fù)雜、價(jià)格高昂，且對(duì)作業(yè)環(huán)境有著嚴(yán)格的要求，因此在我國(guó)的中藥材種植中難以廣泛推廣。針對(duì)這一現(xiàn)狀，國(guó)內(nèi)移栽機(jī)械的研發(fā)顯得尤為重要。近年來(lái)，我國(guó)在移栽機(jī)械方面取得了一定進(jìn)展，特別是在棉花、油菜等作物上實(shí)現(xiàn)了半自動(dòng)移栽機(jī)的成功應(yīng)用[8.9]。目前，移栽機(jī)按栽植器結(jié)構(gòu)分為導(dǎo)苗管式、吊籃式、鉗（鏈）夾式、撓性圓盤(pán)式及鴨嘴式等多種類型，各具特點(diǎn)，適用于不同作物和種植條件[10]。吳彥強(qiáng)等[11]設(shè)計(jì)的2ZBX一4型吊杯式移栽機(jī)可一次完成4行栽植，手動(dòng)放苗，但依賴人工投苗，作業(yè)效率低，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜易受外部影響。趙旭志等[12]設(shè)計(jì)的 2ZS-3 型甘藍(lán)撓性圓盤(pán)補(bǔ)水移栽機(jī)能一次性高效完成甘藍(lán)裸苗的開(kāi)溝、栽植、覆土及補(bǔ)水等移栽工序，顯著提升作業(yè)便捷性和效率。華正雨[13則研發(fā)了撓性圓盤(pán)式蔓越莓移栽機(jī)，集成移栽、秧苗輸送、開(kāi)溝覆土及傳動(dòng)系統(tǒng)，采用同步帶輸送，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，加快了投放速度，大幅提高了移栽效率。針對(duì)中藥材栽植的農(nóng)藝要求，多種移栽機(jī)被研發(fā)出來(lái)，主要分為平作式、斜移式、立栽3種技術(shù)。王軍增等[14]設(shè)計(jì)的黨參種苗移栽機(jī)，集開(kāi)溝、播苗、覆膜等功能于一體，解決了黨參覆膜移栽的難題。賴慶輝等[15]設(shè)計(jì)了一種鏈夾式三七移栽機(jī)，采用人工喂苗、機(jī)械移栽，降低了旁動(dòng)成本，保證了作業(yè)一致性。毛桂玲等[16]設(shè)計(jì)的旋耕斜移式黨參種植機(jī)，實(shí)現(xiàn)了施肥鋪膜移栽一體化，提高了移栽成活率。王徐健等[7通過(guò)甘草傾斜移栽開(kāi)溝器，控制土壤回流，實(shí)現(xiàn)了甘草的無(wú)損傷移栽。然而，針對(duì)中藥材的移栽機(jī)械研發(fā)仍然相對(duì)滯后，難以滿足中藥材種植產(chǎn)業(yè)的迫切需求。

國(guó)內(nèi)外在移栽機(jī)械的研發(fā)方面已取得一定成果，但針對(duì)中藥材移栽的專用機(jī)械仍相對(duì)較少?，F(xiàn)有移栽機(jī)在株距控制、深度調(diào)節(jié)等方面存在不足，難以滿足中藥材移栽的精細(xì)化要求。特別是針對(duì)黨參等根莖類中藥材，其移栽過(guò)程對(duì)土壤條件、移栽深度、株距等均有嚴(yán)格要求，傳統(tǒng)移栽機(jī)往往難以達(dá)到理想效果。

為此，本文設(shè)計(jì)一款黨參種苗移栽機(jī)，旨在通過(guò)機(jī)械化手段解決黨參移栽過(guò)程中的諸多問(wèn)題。采用三維建模和優(yōu)化分析方法，得出種床制備器最優(yōu)工作參數(shù)組合，為機(jī)具的精確作業(yè)提供有力支持。

1整機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 整機(jī)結(jié)構(gòu)

黨參鋪膜移栽機(jī)由種床制備器、投苗裝置、覆土裝置、覆膜裝置、偏擺機(jī)構(gòu)、地輪、種苗箱、座椅等構(gòu)成，整機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該機(jī)具可一次完成機(jī)械開(kāi)溝、人工等株距擺苗、機(jī)械投苗、機(jī)械鋪膜、機(jī)械覆土等，適用于丘陵山區(qū)小地塊。該機(jī)全部動(dòng)力由拖拉機(jī)提供，采用三點(diǎn)懸掛的方式與拖拉機(jī)掛接，投苗機(jī)構(gòu)的動(dòng)力來(lái)源于變速箱，覆土機(jī)構(gòu)的動(dòng)力由地輪提供。

1.2主要技術(shù)參數(shù)

黨參鋪膜移栽機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1主要技術(shù)參數(shù)＼`ab.1Main technical parameter

1.3 工作原理

工作時(shí)，種床制備器垂直壟面開(kāi)溝，地輪鏈傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)投苗裝置，人工投苗至鏈板并斜放入溝。隨后，旋耕刀覆土至種苗根頭外露，同時(shí)掛膜裝置覆膜并旋耕刀覆土于膜兩側(cè)及種苗頭部。完成一行后，液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)偏擺機(jī)構(gòu)調(diào)整行距，繼續(xù)下一行移栽。

黨參鋪膜移栽機(jī)采用鏈傳動(dòng)系統(tǒng)，地輪通過(guò)鏈傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)中間軸，帶動(dòng)鏈板輸送運(yùn)苗裝置完成投苗。變速箱動(dòng)力經(jīng)鏈輪、中間軸傳至旋耕覆土裝置。針對(duì)遠(yuǎn)距離傳動(dòng)導(dǎo)致的鏈傳動(dòng)中心距大、松邊顫動(dòng)、效率降低等問(wèn)題，機(jī)架增設(shè)中間軸縮短傳動(dòng)路徑。

2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

2.1 偏擺機(jī)構(gòu)

在農(nóng)業(yè)機(jī)械中，偏擺機(jī)構(gòu)主要應(yīng)用于減振和平衡控制。在不平坦地面上作業(yè)時(shí)，偏擺機(jī)構(gòu)能有效減少振動(dòng)和顛簸，提升機(jī)械穩(wěn)定性和工作效率。在精細(xì)化農(nóng)業(yè)中，偏擺機(jī)構(gòu)通過(guò)調(diào)整工作寬度實(shí)現(xiàn)平衡控制，確保精確操作。黨參鋪膜移栽機(jī)針對(duì)拖拉機(jī)輪距較寬可能引發(fā)的行距過(guò)寬問(wèn)題，巧妙引入偏擺機(jī)構(gòu)，使得行距能夠根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行及時(shí)且靈活的調(diào)整。移栽過(guò)程中，機(jī)具需隨移栽方向偏置，通過(guò)偏擺機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)靈活調(diào)整，滿足農(nóng)業(yè)作業(yè)需求。

偏擺機(jī)構(gòu)由偏置連接器、滾珠、固定方管、液壓油缸等組成，如圖2所示。拖拉機(jī)液壓系統(tǒng)通過(guò)油泵轉(zhuǎn)換壓力為機(jī)械能，經(jīng)調(diào)節(jié)閥控制流量和壓力，驅(qū)動(dòng)液壓缸使偏擺機(jī)構(gòu)工作。偏置輔助滾珠受力轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)機(jī)具左右移動(dòng)，調(diào)整黨參鋪膜移栽機(jī)行距至 500mm ，液壓缸的行程及偏擺機(jī)構(gòu)可調(diào)節(jié)范圍為 0～260mm 。

圖2偏擺機(jī)構(gòu)

1.偏置連接器2.懸掛架3.液壓油缸4.固定方管5.液壓油管

2.2 種床制備器

種床制備器由鏵尖、土壤分流板、擋土板及調(diào)節(jié)組件等組成，如圖3所示。其工作面呈三角形，確保黨參苗與水平夾角適宜。

圖3種床制備器

Fig.3 Seed bed preparer

1.鏵尖2.整形器連接桿3.整形器調(diào)節(jié)桿4.螺母5.U型螺桿6.擋土板7.土壤分流板為適配黨參栽培，設(shè)計(jì)種溝寬 500mm ，整體高350mm ，可按需調(diào)節(jié)高度。工作時(shí)，整形器前行，土壤分流板切土分流，土壤沿板上升至一定高度后拋向兩側(cè)，擋土板防回土，確保種溝深度與寬度穩(wěn)定。

整形器開(kāi)溝時(shí)，鏵尖會(huì)進(jìn)行切削破土的工作，減小鏵尖所受到的土壤反作用力，通過(guò)在水平方向上分力就能有效提高開(kāi)溝器的入土能力[18]，鏵尖受力如圖4所示，鏟尖承受正壓力 N ，其水平分量 N_x 反映土壤阻力，影響耕作效率與質(zhì)量。設(shè)定土壤摩擦角 β 為30^°[19] ，土壤分流板所受壓力 R 由正壓力 N 與摩擦力T 合成， R 作用于土壤分流板。

圖4鏵尖受力和土壤分流板受力圖

Fig.4Force analysis diagram of the spar tip and the soil manifold

種床制備器工作時(shí)，土壤分流板受力 R 計(jì)算如式（1）所示。

R=N_xsinX₁²+N_xsinX₁tanβcosX₁

式中： X₁ ——人土角， 。

對(duì)式（1）求導(dǎo)，使其值為0，可以得到王壤分流板表面上受力 R 的極小值點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的入土角 X₁ ，此時(shí)的X₁ 為最佳入土角。

黨參移栽機(jī)耕作時(shí)，土壤分流板所受阻力源于土壤壓力和摩擦力。這些力相互作用，影響機(jī)器效率。土壤分流板受力如圖4所示，分流板阻力 F_y 計(jì)算如式（2）所示。

F_y=f_x+F_N

式中： f_x —土壤分流板受到的摩擦力，N;

F_N ——土壤分流板受到的壓力，N。

黨參移栽機(jī)作業(yè)時(shí)，土壤對(duì)整形器分流板的支持力多樣，主要來(lái)自地面和壟體兩側(cè)，確保分流板穩(wěn)定不傾斜。 f_x 計(jì)算如式（3）所示。

式中： μ ——摩擦因數(shù)；Ψ_m 一 種床制備器的質(zhì)量， kg g- 一重力加速度， 9.81m/s² T₁ 一壟體對(duì)土壤分流板的支持力，N;N₃ ——土壤擠壓反力對(duì)土壤分流板的支持力， .N

2.3投苗裝置

投苗裝置是黨參鋪膜移栽機(jī)的關(guān)鍵，采用人工放苗、機(jī)械輔助運(yùn)苗投苗的方式。該裝置由苗槽驅(qū)動(dòng)齒輪、鏈條、鏈板傳動(dòng)滑輪等部件組成，固定于機(jī)架上方，如圖5所示。地輪驅(qū)動(dòng)苗槽驅(qū)動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)苗槽驅(qū)動(dòng)軸與鏈板傳動(dòng)滑輪固定軸共同維持投苗鏈板的往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)。人工將黨參苗平行擺放于苗槽，隨鏈板轉(zhuǎn)動(dòng)，藥苗被均勻投放至土壤中，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)投放。核心在于鏈條提供牽引力，金屬鏈板作為承載體，負(fù)責(zé)按預(yù)定方向移動(dòng)與輸送黨參苗。

圖5投苗裝置

1.種苗覆土帶2.鏈板傳動(dòng)滑輪固定軸3.鏈條4.苗槽 5.軸承座6.苗槽驅(qū)動(dòng)軸7.鏈板傳動(dòng)滑輪8.苗槽驅(qū)動(dòng)齒輪 9.藥苗10.種床截面圖11.種床

為深入探究投苗技術(shù)中的關(guān)鍵因素，確保能夠精確提升投苗效果，通過(guò)構(gòu)建數(shù)學(xué)模型分析不同速度和高度下藥苗的運(yùn)動(dòng)軌跡。藥苗從投苗鏈板上被拋出的那一刻受到重力以及空氣阻力?？諝鈱?duì)穴苗的阻力與其運(yùn)動(dòng)速度成正比[20]。藥苗的初速度、空氣阻力系數(shù)和運(yùn)動(dòng)時(shí)間對(duì)投苗效果有顯著影響，分別對(duì)水平、垂直方向投苗運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析。

在水平方向上，種苗水平位移 L 計(jì)算如式（4）所示。

式中： V₀ —種苗從運(yùn)苗鏈板拋出的速度， mm/s ：u₀ -空氣阻力系數(shù)；t 1 藥苗運(yùn)動(dòng)時(shí)間，s;M_☉ -穴苗的質(zhì)量， kg 。

在水平方向上，藥苗的位移取決于其脫離運(yùn)苗鏈板的初速度，確定為 600mm 。在垂直方向上，當(dāng)投苗高度一定時(shí)，垂直位移確定，設(shè)計(jì)苗槽垂直長(zhǎng)度為800mm 。此外，通過(guò)動(dòng)力傳遞路線分析，計(jì)算得出栽植株距為 40mm ，確保相鄰2株黨參苗間的合理距離。

2.4覆土裝置

在黨參種植過(guò)程中，覆土是關(guān)鍵步驟，它能有效固定根系，提高種植成功率。黨參鋪膜移栽機(jī)的覆土裝置包括旋耕軸、驅(qū)動(dòng)鏈輪、覆土旋耕刀等部件，如圖6所示。機(jī)組前進(jìn)時(shí)，動(dòng)力傳輸至覆土裝置，驅(qū)動(dòng)鏈輪帶動(dòng)旋耕刀旋轉(zhuǎn)，切割土壤并將其翻轉(zhuǎn)拋撒至地膜邊緣完成膜邊覆土。同時(shí)，部分土壤被翻轉(zhuǎn)至導(dǎo)土板，通過(guò)導(dǎo)土板與擋土板間的間隙均勻撒落于膜面，形成2條土帶覆蓋秧苗。這一過(guò)程確保土壤均勻緊密地覆蓋于藥材幼苗根部，提高了種植效率和質(zhì)量。

圖6覆土裝置

1.種苗覆土帶2.苗床3.擋土板4.旋耕軸5.導(dǎo)土板 6.驅(qū)動(dòng)鏈輪7.覆土旋耕刀8.土粒9.種苗

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1種床制備器參數(shù)優(yōu)化

為進(jìn)一步提升種床制備器作業(yè)性能，在各試驗(yàn)因素水平約束條件下，將開(kāi)溝阻力最小值作為優(yōu)化指標(biāo)，進(jìn)行目標(biāo)優(yōu)化與最優(yōu)工作參數(shù)確定。結(jié)合試驗(yàn)因素邊界條件，定義優(yōu)化約束條件如式（5）所示。

式中： minF T 開(kāi)溝阻力最小值，N；

X₂ ——斜面角， （^°） ：X₃ ——入土隙角， （^°） 。

種床制備器在工作過(guò)程中的阻力受入土角、斜切角、入土隙角影響。隨著入土角的增大，開(kāi)溝器的入土能力也隨之提高，入土角一般為 15^°～30^° 。入土隙角過(guò)大會(huì)導(dǎo)致土壤提前返土，從而影響溝的形狀；如果入土隙角太小，則不能起到破土的作用，一般取值為 3^°～10^° 。斜切角是影響開(kāi)溝器工作阻力和側(cè)向拋土能力的一個(gè)重要因素，一般在 40^°～80^° ?；诖?，設(shè)計(jì)三因素三水平響應(yīng)面試驗(yàn)來(lái)探究這些因素對(duì)開(kāi)溝阻力的影響，響應(yīng)面分析試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

應(yīng)用Design—Expert13.O軟件中的優(yōu)化求解器對(duì)回歸方程模型進(jìn)行該目標(biāo)下的優(yōu)化求解，得到開(kāi)溝阻力為 173.679N ，最優(yōu)工作參數(shù)組合：人土角為 35^° 斜面角為 40^° ，入土隙角為 7^° 。

3.2 試驗(yàn)條件

試驗(yàn)前對(duì)土壤進(jìn)行深挖細(xì)整，確保細(xì)碎均勻無(wú)雜質(zhì)。試驗(yàn)地長(zhǎng) 40m， 寬 10m ，測(cè)區(qū)及預(yù)備區(qū)符合規(guī)范，土質(zhì)為砂壤土。測(cè)得土壤含水率為 14.32% ，容重為1.128g/cm³ ，均滿足移栽機(jī)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。黨參苗選用當(dāng)?shù)刂饕N植的黨參，平均苗長(zhǎng) 200mm ，苗徑約為2mm 。試驗(yàn)過(guò)程中，準(zhǔn)備鋼卷尺、角度尺、游標(biāo)卡尺等工具，用于精準(zhǔn)測(cè)量各項(xiàng)數(shù)據(jù)，確保試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。整個(gè)試驗(yàn)流程嚴(yán)謹(jǐn)，土壤及黨參苗條件均符合移栽機(jī)試驗(yàn)要求，為試驗(yàn)的成功奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

表2響應(yīng)面分析結(jié)果Tab.2 Results of response surface analysis

3.3 試驗(yàn)指標(biāo)

該黨參移栽機(jī)采用 25.7kW 拖拉機(jī)驅(qū)動(dòng)，三點(diǎn)懸掛系統(tǒng)保障復(fù)雜地形作業(yè)平穩(wěn)。設(shè)計(jì)株距為 40mm 、入土角為 25^° ，深度為 50mm 。移栽效率、株距合格率與栽植深度合格率為關(guān)鍵評(píng)估指標(biāo)。種床制備器的開(kāi)溝入土深度影響栽植深度，移栽效率受機(jī)器前進(jìn)速度與投苗鏈板速度影響，機(jī)器前進(jìn)速度加快提升效率但易增漏栽率。其中，移栽效率是評(píng)估移栽機(jī)栽植性能的重要參數(shù)，評(píng)價(jià)移栽質(zhì)量主要包括栽植株距合格率和深度合格率。通過(guò)調(diào)控相關(guān)因素，綜合評(píng)價(jià)移栽機(jī)的株距精度和栽植深度。

3.4 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)采用三因素三水平方案（表3），共17組試驗(yàn)，結(jié)果如表4所示。

表3試驗(yàn)水平和因素Tab.3 Testlevelsand factors

由表4可知，通過(guò)Design—Expert 13.O軟件得到栽植深度合格率和株距合格率回歸模型。通過(guò)Design—Expert13.0對(duì)栽植深度合格率 Y₁ 和株距合格率 Y₂ 進(jìn)行方差分析，得到二次多項(xiàng)式回歸模型如式（6）和式（7）所示。

Y₁=95.78-2.10A-0.225B+1.05C+ 1.23AB-0.425AC+0.825BC- 2.453A²+0.4975B²-7.85C²

Y₂=89.76-3.52A-2.09B+1.46C- 2.45AB-0.45AC-0.025BC- 3.39A²-1.32B²+4.98C²

表4田間試驗(yàn)結(jié)果 Tab.4Resultsof field experiments

栽植深度合格率模型的方差分析結(jié)果如表5所示，株距合格率模型的方差分析結(jié)果如表6所示。對(duì)于栽植深度合格率模型 Plt;0.001 ，這表明該模型具有極高的顯著性。同時(shí)，失擬項(xiàng) Pgt;0.05 ，進(jìn)一步驗(yàn)證模型所擬合的二次回歸方程與實(shí)際數(shù)據(jù)高度吻合，能夠準(zhǔn)確反映栽植深度合格率與影響因素 A，B，C 的關(guān)系。在這些影響因素中， A 的影響極為顯著， A² 和 C² 的影響同樣極顯著，而 c 的影響也較為顯著。綜合各因素的作用大小，對(duì)栽植深度合格率的影響主次順序?yàn)?A，C，B 。

對(duì)于株距合格率模型 Plt;0.000 1 ，同樣表明模型具有極高的顯著性；失擬項(xiàng) Pgt;0.05 ，也說(shuō)明模型所擬合的二次回歸方程能夠準(zhǔn)確反映株距合格率與影響因素 A，B，C 的關(guān)系。在這些因素中， A，B，C 的一次項(xiàng)影響均極為顯著，而 A² 和 C² 的二次項(xiàng)影響也極為顯著。此外， AB 交互項(xiàng)的影響也較為顯著。

根據(jù)回歸模型，利用Design—Expert13.O試驗(yàn)分析軟件繪制各因素交互3D響應(yīng)曲面圖，進(jìn)一步分析各個(gè)試驗(yàn)因素對(duì)于試驗(yàn)指標(biāo)的影響。機(jī)器前進(jìn)速度與入土深度對(duì)栽植深度合格率的響應(yīng)曲面如圖7（a）所示，當(dāng)投苗鏈條速度保持恒定時(shí)，隨著機(jī)器前進(jìn)速度的加快，栽植深度合格率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。而當(dāng)機(jī)器前進(jìn)速度保持不變時(shí)，栽植深度合格率則隨著人土深度的增加先增大后減小，存在一個(gè)最優(yōu)的入土深度值。機(jī)器前進(jìn)速度與投苗鏈速度對(duì)株距合格率的響應(yīng)曲面圖如圖7（b）所示，當(dāng)機(jī)具和鏈條前進(jìn)速度同時(shí)增大時(shí)，栽植深度合格率會(huì)顯著降低，這主要是因?yàn)樗俣冗^(guò)快，鏈條刮帶黨參苗，進(jìn)而引起種苗的移位或傾斜。利用Design一Expertl3.O軟件對(duì)該數(shù)學(xué)模型分析，求解出黨參移栽機(jī)工作最優(yōu)參數(shù)：機(jī)器前進(jìn)速度為0.250m/s ，投苗鏈速度為 0.090m/s ，入土深度為50.000m ，在此參數(shù)下栽植深度合格率為 97.375% 栽植株距合格率為 93.112% 。

表5栽植深度合格率模型方差分析 Tab.5 ANOVA for the planting depth compliance model

注：*表示該項(xiàng)極顯著（ P?0.01 ；表示該項(xiàng)顯著 .P?0.05 。下同。

表6株距合格率模型方差分析Tab.6 ANOVA for the model of plant spacing pass rate

依據(jù)T/NJ1207—2020《根莖類中藥材移栽機(jī)》，試驗(yàn)以拖拉機(jī)前進(jìn)速度為 0.25m/s.0.3m/s. 0.35m/s 進(jìn)行性能評(píng)估，確保速度穩(wěn)定。每次試驗(yàn)后，連續(xù)測(cè)定5段，每段長(zhǎng)度不小于 5m 。合格栽植深度為 50～60mm ，合格栽植株距為 40～50mm 。栽植深度合格率和株距合格率需分別達(dá)到 80% 以上，計(jì)算方法分別為合格深度數(shù)占總測(cè)定數(shù)的百分比和合格株距數(shù)占總測(cè)定數(shù)的百分比。通過(guò)逐一翻開(kāi)地塊測(cè)量土層厚度和測(cè)定相鄰種苗頭部距離來(lái)確定合格數(shù)，確保移栽機(jī)性能符合標(biāo)準(zhǔn)。田間實(shí)測(cè)與試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表7所示。栽植深度的合格率平均值為 90.1% ，栽植株距的合格率平均值為 89.3% ，均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，能夠?qū)崿F(xiàn)一次性完成種床制備、藥苗投放、旋耕覆土、覆膜的作業(yè)過(guò)程。在試驗(yàn)過(guò)程中，黨參鋪膜移栽機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，各部件協(xié)同作業(yè)順暢，漏栽、重栽現(xiàn)象較少，說(shuō)明拖拉機(jī)速度與輔助投苗人員速度匹配良好。該移栽機(jī)在作業(yè)效率、栽植質(zhì)量、適應(yīng)性等方面顯著優(yōu)于傳統(tǒng)人工種苗移栽。

表7田間實(shí)測(cè)與試驗(yàn)數(shù)據(jù) Tab.7 Field measurement and experimental data

4結(jié)論

1）為解決黨參種苗移栽勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低等問(wèn)題，根據(jù)中藥材栽植的農(nóng)藝要求，設(shè)計(jì)一款高效、實(shí)用的黨參種苗移栽機(jī)。通過(guò)建立運(yùn)動(dòng)學(xué)模型確定核心部件和運(yùn)動(dòng)參數(shù)，完成移栽機(jī)的設(shè)計(jì)和選型，確定整機(jī)的尺寸（長(zhǎng) x 寬 x 高）為 2 000mm×1 650mm×1 100mm 作業(yè)幅寬為 900mm ，配套動(dòng)力為 25.7kW 。

2）通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)需求和受力分析，設(shè)計(jì)種床制備器，擋土板兩側(cè)距離為 500mm ，高 350mm ，入土角為20^°～35^° ，開(kāi)溝深 50～80mm 。為解決株行距不統(tǒng)一問(wèn)題，設(shè)計(jì)投苗和偏擺機(jī)構(gòu)，確定苗槽長(zhǎng)度并設(shè)定栽植株距為 40mm ，偏擺機(jī)構(gòu)可調(diào) 0～260mm ，確保移栽效率和質(zhì)量。仿真分析結(jié)果表明，床制備器斜面角對(duì)開(kāi)溝阻力的影響最為顯著，得到最優(yōu)工作參數(shù)組合：入土角為 35^° ，斜面角為 40^° ，人土隙角為 7^° 。

3）田間試驗(yàn)表明，機(jī)具前進(jìn)速度在 0.25m/s 0.3m/s，0.35m/s 情況下，栽植深度合格率為90.1% ，栽植株距合格率為 89.3% ，試驗(yàn)結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求，能夠一次性完成種床制備、藥苗投放、旋耕覆土、覆膜作業(yè)。

4）以移栽機(jī)前進(jìn)速度、投苗鏈板的前進(jìn)速度和入土深度作為試驗(yàn)因素，栽植深度合格率、株距合格率作為試驗(yàn)指標(biāo)設(shè)計(jì)三因素三水平正交試驗(yàn)，通過(guò)正交方差分析得到主要影響因素為機(jī)具前進(jìn)速度，其次是入王深度和鏈條前進(jìn)速度。

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