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農(nóng)機(jī)小“藍(lán)海”市場(chǎng)需求大雙行全自動(dòng)蔬菜移栽機(jī)助力培育自動(dòng)化

2021-06-10 10:22:35 來源：科技日?qǐng)?bào)

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(diǎn)，但從蔬菜的產(chǎn)量、品質(zhì)和國(guó)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(dòng)移栽機(jī)已經(jīng)10年的胡建平坦言，自動(dòng)移栽機(jī)多年來一直是眾多科研機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)部門關(guān)注的熱點(diǎn)，但掣肘于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、控制精度要求嚴(yán)格、機(jī)械化效益不夠突出等因素，至今仍處于研究和試驗(yàn)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(tuán)隊(duì)研發(fā)的雙行全自動(dòng)蔬菜移栽機(jī)的研發(fā)轉(zhuǎn)化有了新進(jìn)展。

農(nóng)機(jī)小“藍(lán)海”市場(chǎng)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(jī)械取苗？”在江蘇南京舉辦的第十一屆江蘇國(guó)際農(nóng)業(yè)機(jī)械展覽會(huì)上，胡建平教授團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的手扶自走式全自動(dòng)蔬菜移栽機(jī)進(jìn)行了首秀。這臺(tái)完全實(shí)現(xiàn)“苗盤輸送、取苗、投苗、栽植、覆土、壓實(shí)、苗盤回收”全過程自動(dòng)化的移栽機(jī)吸引了眾多觀展者駐足。

展會(huì)上來自12個(gè)國(guó)家和地區(qū)的300多家農(nóng)機(jī)企業(yè)的各種高端農(nóng)機(jī)產(chǎn)品同臺(tái)競(jìng)技，但全自動(dòng)移栽機(jī)卻不多。“與拖拉機(jī)、聯(lián)合收獲機(jī)等大類產(chǎn)品相比，移栽機(jī)屬于細(xì)分產(chǎn)品，但是對(duì)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(guó)是世界上最大的蔬菜生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，但國(guó)內(nèi)蔬菜種植機(jī)械化水平低于30%，與糧食作物種植的機(jī)械化水平不可同日而語。

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

“攻克自動(dòng)移栽技術(shù)難關(guān)，必須依靠自己的專家團(tuán)隊(duì)，必須研制出適合國(guó)內(nèi)地形土壤特點(diǎn)和蔬菜品種種植要求的機(jī)械。”胡建平說，國(guó)外全自動(dòng)移栽機(jī)技術(shù)先進(jìn)、性能可靠，但是價(jià)格非常昂貴，是半自動(dòng)移栽機(jī)的5倍以上，超出了國(guó)內(nèi)大多數(shù)農(nóng)機(jī)用戶的購(gòu)買能力。

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

目前國(guó)內(nèi)得到應(yīng)用的大多為半自動(dòng)移栽機(jī)，由于每臺(tái)需要兩名取投苗手和一名機(jī)器操作手，仍不能較高程度解放人力勞動(dòng)。同時(shí)相比人工栽插的每小時(shí)1200至1800株，半自動(dòng)移栽機(jī)栽植效率每小時(shí)約3000株，但高昂的人力成本，使其機(jī)械化收益并不突出。因此，胡建平認(rèn)為，實(shí)現(xiàn)穴盤苗的自動(dòng)化取投是推動(dòng)半自動(dòng)移栽機(jī)械向全自動(dòng)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(shí)際上，團(tuán)隊(duì)研發(fā)的這臺(tái)穴盤苗蔬菜移栽機(jī)臨展前在上海農(nóng)業(yè)科學(xué)院莊行綜合實(shí)驗(yàn)基地進(jìn)行了4天的試驗(yàn)驗(yàn)證。

在基地大棚里，看著移栽機(jī)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(dòng)移栽機(jī)，到2017年第一代手扶自走式自動(dòng)移栽機(jī)，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(jī)械試驗(yàn)鑒定站的檢驗(yàn)報(bào)告顯示，第一代蔬菜穴盤苗自動(dòng)移栽機(jī)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(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

“然而當(dāng)時(shí)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(tuán)隊(duì)通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(jiǎn)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(dòng)作，一套動(dòng)作均在毫秒間完成。”胡建平說，針對(duì)整排迎面取苗出現(xiàn)的帶苗現(xiàn)象，團(tuán)隊(duì)繼續(xù)進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，在國(guó)內(nèi)最先研發(fā)了使用氣缸驅(qū)動(dòng)的四針取苗機(jī)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(shí)大大減少夾帶苗和對(duì)苗的損傷。

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

團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)電動(dòng)栽植器，通過傳感器感知實(shí)現(xiàn)了株距任意調(diào)節(jié)。“機(jī)手只需在操作屏幕上輸入相關(guān)數(shù)字，就可以實(shí)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(yàn)、數(shù)據(jù)分析、仿真計(jì)算、再試驗(yàn)與分析……現(xiàn)下，通過與潤(rùn)禾（鎮(zhèn)江）農(nóng)業(yè)裝備有限公司合作，第二代樣機(jī)終于研制成功。胡建平介紹說，該臺(tái)移栽機(jī)作業(yè)效率可達(dá)每小時(shí)6000—7200株，較半自動(dòng)移栽機(jī)高2—3倍，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

近年來，圍繞自動(dòng)移栽機(jī)胡建平團(tuán)隊(duì)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(tuán)隊(duì)自主研發(fā)，這也成功帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)與企業(yè)開展技術(shù)合作，邁出成果轉(zhuǎn)化第一步。

連接實(shí)驗(yàn)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(gòu)置過一臺(tái)胡教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)的全自動(dòng)蔬菜移栽機(jī)。聽說如今做了升級(jí)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(tuán)隊(duì)保持密切聯(lián)系。他一直想再購(gòu)置一臺(tái)可靠性更高的移栽機(jī)用于自己的科研，看到這款市面上少見的全自動(dòng)移栽機(jī)，張兆輝似乎看到了希望。

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

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

“這臺(tái)移栽機(jī)采用雙排并列取苗抓插入穴盤取苗，適用于現(xiàn)有市場(chǎng)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(qiáng)。”張兆輝說，該臺(tái)移栽機(jī)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(tái)上，操作十分方便，是他想要的“傻瓜式”自動(dòng)移栽機(jī)。

觀摩完移栽機(jī)的作業(yè)過程，基地中的農(nóng)機(jī)手謝文平也提出了自己的需求。“苗太大時(shí)，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(huì)更好。”胡建平馬上接受了謝文平的建議，還表示會(huì)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(tái)最新全自動(dòng)移栽機(jī)參加了農(nóng)機(jī)推廣鑒定，為未來申請(qǐng)農(nóng)機(jī)購(gòu)置補(bǔ)貼做準(zhǔn)備”。

實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的全自動(dòng)移栽機(jī)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(duì)農(nóng)機(jī)的要求相較于糧食機(jī)械來說嚴(yán)格得多。“但即便如此，我們可以一個(gè)環(huán)節(jié)一個(gè)環(huán)節(jié)地解決，一個(gè)難題一個(gè)難題地破解。”胡建平說。

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