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   半自动双行蔬菜移植机之研制与介绍




    前言
    
    台湾近年来经济快速发展, 生活水准提升, 国人对于农产品的消费习惯不再但求温饱而已, 更重视食的品质, 所以粮食作物的需求量逐年减少, 取而代之的是蔬菜、 水果等园艺产品。以蔬菜而言, 民国85年每人每年平均消费量为143公斤, 较光复初年的38公斤, 增加了3.8倍; 栽培面积亦由3.5万公顷成长至17.7万公顷, 并分别占农作物生产百分比的4.3%与20.3%, 显见蔬菜的重要性与日俱增。
    
    蔬菜的栽培方式不外乎有播种与移植, 其中采先育苗再移植, 而且田间种植型态相仿的甘蓝、 结球白菜、 花椰菜、 大芥菜、 番茄、 番椒、 茄子等逾3万公顷, 这些作物若每公顷平均需苗量3.4万株, 则换算每年共需移植10亿株以上的菜苗。目前种苗生产自动化技术已渐趋成熟, 而穴盘苗亦正迈入全面推广的阶段, 但农友仍大多以人工手植方式进行菜苗移植作业, 每公顷需耗费19人日, 约占总生产管理工时的10.8%。在此农村劳动力外移与老化的情况下, 移植人力不足的问题将日益严重, 也更显现出蔬菜移植机械化的殷切需要。
    
    鉴于此, 本场与中兴大学农机系合作开发一台手扶自走式、 跨畦操作, 且一次种两行之半自动移植机, 可供蔬菜穴盘苗田间移植作业之应用, 并达到节省工时、 提高效率的成果。兹针对机械构造与作业功能等介绍予农友参考。
    
     
    
    机械设计原则与目标
    
    开发蔬菜移植机是为了配合穴盘苗之推广应用, 并解决农村劳力不足的问题, 所以笔者等在机械设计规划之初, 先征询蔬菜产区农友的反应与需求, 亦参酌国内、 外发展或应用之相关机型, 可归纳如下五点原则与目标, 以做为机械研制组装的依据。
    
    一、 机械操作人力需求尽量少, 并以一人为目标。
    
    二、 能供给本省多数小面积菜园使用, 机械宜轻巧灵活、 便于转弯, 将以手扶式机型为原则。
    
    三、 机械不受穴盘型式、 种类之限制, 且短时间即可商品化推广, 所以采行人工供苗之半自动机型。
    
    四、 配合一畦种两行的栽培习惯、 菜苗呈三角形(或称品字形)的交错排列, 以及要求种植美观性等考量, 采用鸭嘴杯种植机构作业。
    
    五、 机械田间作业性能能符合「 蔬菜移植机性能测定方法及暂订标准」 , 以便将来能通过性能测定并列入国产新型农机补助, 可减轻农友购买机械之负担。
    
    机械构造说明
    
    完成之雏型机以前述设计原则与目标为依据, 其外观型式如图一所示, 而主要构造与性能扼要说明如下:
    
    一、 底盘及动力源: 本机设计为自走四轮式, 后二轮驱动、 前二轮支撑导向, 并以6Hp/2,000rpm单缸汽油引擎为动力, 同时兼负机体行走、 油压升降、 供苗转盘与鸭嘴杯种植机构之作业需求。
    
    二、 传动系统: 引擎动力以皮带轮减速至油压帮浦, 再传递到具前进二速、 后退一速之变速箱, 而后分导给盛苗转盘与鸭嘴杯种植杯使用。其中后二者运转方式必须与行走速度相配合, 所以采同步设计, 意即操作时作业速度快慢与否, 皆可维持固定的种植株距。
    
    三、 盛苗转盘: 转盘周缘环设十只待植苗杯, 其底部各有一片结合轴承为滚轮的挡片, 并内接回转于具两个条状开口之环形管壁上。当圆盘做逆时针方向回转且滚轮经过开口时, 挡片瞬间靠弹簧力打开, 使奇、 偶数杯内的菜苗分别落于左、 右两侧种植机构中。此奇数或偶数杯轮流周而复始地于两侧开口落苗, 即可达到一个盛苗转盘供两行种植的目的。
    
    四、 种植机构: 本机构参考采用日制烟草移植机与桃改型乘坐双行式蔬菜移植机的鸭嘴杯型式, 其运动方式系藉由连杆组带动, 呈椭圆形回转轨迹。当两组种植杯交互到达最高点时, 分别承接自盛苗转盘奇数杯或偶数杯落下之菜苗, 再回转至较低点时, 鸭嘴杯开启并将带介质块的菜苗插入畦土内, 随即由后方两块具挠性的覆土板回填松土。此两组种植杯依续接苗、 插植菜苗并配合覆土的动作, 即可达到菜苗交错种植的功能。
    
    五、 油压举升机构: 本机构系借油压缸升降来带动前、 后轮之间的连杆机构, 以调整机体距地高度, 可供道路行驶、 田间换行转弯或不同畦高时的需求而弹性应用。
    
    性能规格与测试结果
    
    一、 研制完成之手扶式半自动双行蔬菜移植机经初步操作测试, 可达成所设计之目标与动作, 在确定各机构功能后, 调查量测机械各部规格尺寸与作业性能等资料, 并汇整如表一所示。
    
    表一、手扶式半自动双行蔬菜移植机性能规格
    
    项  目
    
    说          明
    
    引擎型式
    
    6Hp/2,000rpm单缸汽油引擎
    
    传动档位
    
    前进二速、后退一速
    
    驱动方式
    
    后二输驱动
    
    机体重量
    
    300kg
    
    机体尺寸
    
    长217cm,宽130cm,高124cm
    
    轮胎规格
    
    3.50-8-4PR×2(前轮) 、 4.00-7-2PR×2(后轮)
    
    底盘高度
    
    23~40cm(可调)
    
    轮距轴距
    
    110~125cm(前轮,可调) 、 120或126cm(后轮),40cm
    
    转弯半径
    
    140cm
    
    载苗量
    
    7盘穴盘苗
    
    作业方式
    
    人工取苗、盛苗转盘供苗给鸭嘴杯种植机构种植,并覆土
    
    种植行数
    
    一次种两行
    
    行距株距
    
    45cm,45cm
    
    行走速度
    
    ~2.24km/hr(道路),~1.13km/hr(田间)
    
    行业效率
    
    11.7hr/ha
    
    二、 雏型机作业时, 二前轮依循畦形导引自行前进, 操作者只需自穴盘取苗, 并投入盛苗转盘之十只待植苗杯内(以操作方向左侧落苗杯之前一、 二杯为最佳投苗位置), 俟该杯回转对准下方种植机构时, 底部档片瞬间弹开使菜苗落于鸭嘴种植杯内, 再由其交错定植于畦面上并覆土。而位于传动齿轮箱至盛苗转盘上方的苗盘架, 至多可同时承载7盘穴盘苗, 大约是供应2.5厘地之种植所需。
    
    三、 研制完成之半自动蔬菜移植机经田间测试结果发现, 其作业速度的快慢, 并非取决于机械本身的传动设计, 而是在于操作者供苗的熟练度。所以, 在避免因供苗不及而造成缺株的情况下, 以直线速度0.2m/sec最为适合, 若菜苗种植行、 株距皆设定为45cm, 则每公顷机械移植需花费11.7人时, 约是人工手植作业的13倍。
    
    四、 以引擎转速1,300rpm (即行走速度0.2m/sec)进行田间作业精度测试, 其各项测试结果与「 蔬菜移植机性能测定方法及暂订标准」 相比较, 则皆可符合暂订标准的要求, 其结果如表二所示:
    
    表二、雏型机作业精度测试结果
    
    测试项目
    
    暂   订   标   准
    
    试验结果
    
    缺株率
    
    5%以下
    
    0
    
    倒伏率
    
    倒伏大于60度以上者在10%以下
    
    0
    
    种植深度
    
    菜苗根块高度一半以上至生长点占90%以上
    
    90.0%
    
    伤苗率*
    
    5%以下
    
    0.4%
    
    实际株距
    
    45cm±10%以内达85%以上
    
    95.9%
    
    *苗叶被切断、苗茎弯折或根块被切割三分之一以上者视为伤苗
    
    
    
    本机之特点
    
    一、 机械操作与供苗动作皆由同一个人来进行, 较现阶段半自动双行式蔬菜移植机必须有三个人配合的作业方式, 除可节省二个人工与二份工资, 并解决农村劳力不足的问题之外, 亦能达到降低成本的目的。
    
    二、 为能达到单人即可作业的设计目标, 以一个盛苗转盘供苗给两个种植机构使用, 较传统半自动机型每种植一行需一个人工与一个转盘的作业模式, 更为简便、创新与省工。
    
    三、 为配合栽培习惯与筑畦规格有地域性及季节性的差异, 本机设计之前轮轮距有15cm的调整范围, 后轮亦有二段选择, 以使因应农友之需求而弹性应用。
    
    四、 菜苗种植方式采交错排列, 可避免如日制往复二行式(一次种一行, 每一畦种两次)机型, 会因车轮打滑而造成菜苗并列的情形, 不仅符合本省一畦两行式的栽培习惯,


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