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農(nóng)機小“藍(lán)海”市場需求大雙行全自動蔬菜移栽機助力培育自動化

2021-06-10 10:22:35 來源：科技日報

春暖農(nóng)事忙，選擇育苗移栽還是直播？

“兩種栽培技術(shù)各有優(yōu)缺點，但從蔬菜的產(chǎn)量、品質(zhì)和國家愈加重視的糧食安全角度來講，育苗移栽具有直播難以比擬的優(yōu)越性。”研究穴苗盤自動移栽機已經(jīng)10年的胡建平坦言，自動移栽機多年來一直是眾多科研機構(gòu)和生產(chǎn)部門關(guān)注的熱點，但掣肘于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、控制精度要求嚴(yán)格、機械化效益不夠突出等因素，至今仍處于研究和試驗階段，還未見大面積推廣。

不過，近日江蘇大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院胡建平教授團隊研發(fā)的雙行全自動蔬菜移栽機的研發(fā)轉(zhuǎn)化有了新進(jìn)展。

農(nóng)機小“藍(lán)海”市場需求巨大

“續(xù)航能力如何？工作效率怎么樣？”“單行還是多行？”“人工取苗還是機械取苗？”在江蘇南京舉辦的第十一屆江蘇國際農(nóng)業(yè)機械展覽會上，胡建平教授團隊自主研發(fā)的手扶自走式全自動蔬菜移栽機進(jìn)行了首秀。這臺完全實現(xiàn)“苗盤輸送、取苗、投苗、栽植、覆土、壓實、苗盤回收”全過程自動化的移栽機吸引了眾多觀展者駐足。

展會上來自12個國家和地區(qū)的300多家農(nóng)機企業(yè)的各種高端農(nóng)機產(chǎn)品同臺競技，但全自動移栽機卻不多。“與拖拉機、聯(lián)合收獲機等大類產(chǎn)品相比，移栽機屬于細(xì)分產(chǎn)品，但是對于細(xì)分領(lǐng)域來說，卻是一片汪洋‘藍(lán)海’。”胡建平告訴記者，當(dāng)前我國是世界上最大的蔬菜生產(chǎn)國和消費國，但國內(nèi)蔬菜種植機械化水平低于30%，與糧食作物種植的機械化水平不可同日而語。

2008年，因參與江蘇省農(nóng)機三項工程“棉花自動移栽機械研究”項目，胡建平與自動移栽機的研發(fā)結(jié)下了緣分。如今，作為江蘇大學(xué)耕種機械研究所所長，這項研究工作已經(jīng)持續(xù)了10余年。

“攻克自動移栽技術(shù)難關(guān)，必須依靠自己的專家團隊，必須研制出適合國內(nèi)地形土壤特點和蔬菜品種種植要求的機械。”胡建平說，國外全自動移栽機技術(shù)先進(jìn)、性能可靠，但是價格非常昂貴，是半自動移栽機的5倍以上，超出了國內(nèi)大多數(shù)農(nóng)機用戶的購買能力。

同時，國內(nèi)蔬菜品種繁多，特別是長三角地區(qū)，如雞毛菜、米莧、茼蒿、草頭等，國外鮮少聽聞，個性化、差異化、小批量、區(qū)域化等特性使國外先進(jìn)的移栽農(nóng)機在國內(nèi)常常“進(jìn)來又出去”，出現(xiàn)明顯的“水土不服”。

目前國內(nèi)得到應(yīng)用的大多為半自動移栽機，由于每臺需要兩名取投苗手和一名機器操作手，仍不能較高程度解放人力勞動。同時相比人工栽插的每小時1200至1800株，半自動移栽機栽植效率每小時約3000株，但高昂的人力成本，使其機械化收益并不突出。因此，胡建平認(rèn)為，實現(xiàn)穴盤苗的自動化取投是推動半自動移栽機械向全自動化方向發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。

研發(fā)與應(yīng)用兩手抓兩手都要硬

實際上，團隊研發(fā)的這臺穴盤苗蔬菜移栽機臨展前在上海農(nóng)業(yè)科學(xué)院莊行綜合實驗基地進(jìn)行了4天的試驗驗證。

在基地大棚里，看著移栽機走過的壟面上留下一列列整齊的辣椒苗，胡建平感嘆：“從2011年研發(fā)乘坐式雙行蔬菜穴苗盤自動移栽機，到2017年第一代手扶自走式自動移栽機，再到2019年的第二代，幾經(jīng)優(yōu)化，我真切感受到從科研到產(chǎn)業(yè)、從技術(shù)到產(chǎn)品，這中間很不容易，甚至有巨大的鴻溝。”

2019年，江蘇省農(nóng)業(yè)機械試驗鑒定站的檢驗報告顯示，第一代蔬菜穴盤苗自動移栽機栽植效率為單行每分鐘61株，株距變異系數(shù)為2%，栽植合格率達(dá)93%，已經(jīng)高于國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

“然而當(dāng)時苗盤輸送的定位精確度還不夠，出現(xiàn)苗取不出或抓不到的問題。”胡建平說，團隊通過電機驅(qū)動將苗盤送到指定位置，利用光電傳感器感知苗盤是否到位，且結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定可靠。

“現(xiàn)下取苗爪插、夾、拔、移，最后附加推苗環(huán)的推苗動作，一套動作均在毫秒間完成。”胡建平說，針對整排迎面取苗出現(xiàn)的帶苗現(xiàn)象，團隊繼續(xù)進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，在國內(nèi)最先研發(fā)了使用氣缸驅(qū)動的四針取苗機構(gòu)，完成夾取缽苗和釋放缽苗，改整排取苗為間隔取苗，旋轉(zhuǎn)分苗為固定分苗，提高取投苗精準(zhǔn)度的同時大大減少夾帶苗和對苗的損傷。

除了可靠的給苗部件和取苗部件是實現(xiàn)全自動移栽的關(guān)鍵外，栽植深度也是衡量移栽機栽植性能的重要指標(biāo)之一。

團隊首創(chuàng)電動栽植器，通過傳感器感知實現(xiàn)了株距任意調(diào)節(jié)。“機手只需在操作屏幕上輸入相關(guān)數(shù)字，就可以實現(xiàn)栽插深度的調(diào)節(jié)，適應(yīng)不同高度的壟面。”胡建平說。

田間試驗、數(shù)據(jù)分析、仿真計算、再試驗與分析……現(xiàn)下，通過與潤禾（鎮(zhèn)江）農(nóng)業(yè)裝備有限公司合作，第二代樣機終于研制成功。胡建平介紹說，該臺移栽機作業(yè)效率可達(dá)每小時6000—7200株，較半自動移栽機高2—3倍，達(dá)到國際先進(jìn)水平。

近年來，圍繞自動移栽機胡建平團隊已獲授權(quán)發(fā)明專利30余件，發(fā)表論文40余篇。然而最讓胡建平驕傲的還是所有的創(chuàng)新技術(shù)都是團隊自主研發(fā)，這也成功帶領(lǐng)團隊與企業(yè)開展技術(shù)合作，邁出成果轉(zhuǎn)化第一步。

連接實驗室和地頭打通“最后一公里”

科研成果“落地開花”，研發(fā)成果真正應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)第一線，才能達(dá)到服務(wù)的目的。

“我去年購置過一臺胡教授團隊研發(fā)的全自動蔬菜移栽機。聽說如今做了升級優(yōu)化，便想再來一探究竟。”上海莊行基地從事農(nóng)藝研究的副研究員張兆輝一直與胡建平團隊保持密切聯(lián)系。他一直想再購置一臺可靠性更高的移栽機用于自己的科研，看到這款市面上少見的全自動移栽機，張兆輝似乎看到了希望。

農(nóng)機農(nóng)藝融合不足是蔬菜機械化發(fā)展的瓶頸，已成為行業(yè)共識，移栽領(lǐng)域也不例外。

現(xiàn)有美國、日本等國家的先進(jìn)全自動移栽機多采用專用穴盤，這也是國外先進(jìn)移栽機在國內(nèi)難以推廣的重要因素之一。

“這臺移栽機采用雙排并列取苗抓插入穴盤取苗，適用于現(xiàn)有市場上普遍使用的72孔、128孔標(biāo)準(zhǔn)硬塑穴盤，適應(yīng)性明顯更強。”張兆輝說，該臺移栽機適應(yīng)常見的茄果類、瓜類、甘藍(lán)類等穴苗盤，且苗盤只需1人直接擺放到苗盤輸送臺上，操作十分方便，是他想要的“傻瓜式”自動移栽機。

觀摩完移栽機的作業(yè)過程，基地中的農(nóng)機手謝文平也提出了自己的需求。“苗太大時，容易出現(xiàn)堵苗現(xiàn)象，可以將導(dǎo)苗筒的結(jié)構(gòu)再改進(jìn)下，做成更明顯的‘喇叭口’會更好。”胡建平馬上接受了謝文平的建議，還表示會考慮再疊加氣吹裝置，解決堵苗問題。

鑒于技術(shù)已經(jīng)成熟，胡建平也開始忙于該成果的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化工作，“4月份，這臺最新全自動移栽機參加了農(nóng)機推廣鑒定，為未來申請農(nóng)機購置補貼做準(zhǔn)備”。

實現(xiàn)穩(wěn)定可靠的全自動移栽機推廣，路還有多遠(yuǎn)？由于蔬菜品種繁多，在種植上沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，使得蔬菜種植農(nóng)藝對農(nóng)機的要求相較于糧食機械來說嚴(yán)格得多。“但即便如此，我們可以一個環(huán)節(jié)一個環(huán)節(jié)地解決，一個難題一個難題地破解。”胡建平說。

標(biāo)簽：市場需求雙行全自動蔬菜移栽機自動化