摘要：大葱是我国广泛栽培的调味蔬菜及经济作物，在蔬菜产业发展中占有重要地位。针对传统的人工种植大葱的生产效率 低、劳动强度高等问题，设计了多功能大葱种植机。该种植机通过挖土装置、传输装置、覆土装置、施肥装置、浇水装置、驱 动装置和视觉识别装置，实现大葱种植的起垄、移栽、覆土、浇水、施肥和避障的功能。仿真结果表明，研究设计的大葱种植 机结构合理，操作简单，可满足大葱的自动化移栽作业要求。

　　关键词：大葱种植机,多功能,组合式,设计

　　1. 引言

　　大葱在我国栽培历史悠久，常年种植面积约 50 万公顷，是我国重要的蔬菜和调味品 [1] 。大葱不仅含 有对人体有益的多种矿物质和丰富的维生素，一直受 到广大群众的喜爱，而且大葱作为经济作物，种植面 积广、经济效益高，为国家创造了可观的税收[2]。目 前的传统大葱移栽方式存在一系列问题。大葱栽植期 一般在 5～7 月份，传统人工移栽分为插葱法和排葱 法。人工栽植的缺点是生产效率低，劳动强度高[3]。 其次，人工移栽容易出现根部损伤、移栽深度不一致 等问题，影响植株的生长和产量。此外，传统移栽方 式需要大量的人力投入，在大葱栽植的过程中，育 苗、移栽和收获这些环节都是需要人工来进行，增加 了劳动成本，限制了农业生产的规模和效益。大葱机 械化移栽的技术水平相对较低，机械化移栽技术应用 的时候也会受到一定的局限，这就使得大葱的栽植需 要耗费的人力和时间较多[4] 。大葱收获机械的研制起 步较晚，滞后于花生、马铃薯和大蒜等根茎类作物收 获机具[5] 。研究设计多功能大葱种植机，以满足大葱 种植业的需求，进而实现大葱的机械化种植具有实际 意义。

　　2. 设计方案概述

　　市场上的大葱种植机种类较少。搜集国内外现有 大葱种植机械的发展现状，对机械技术和参数进行总结，有助于实现新机具的研制。现有的大葱种植机可 以解决部分人工种植难题，但是机器自动化程度以及 不同地区的适用性有待提高[6] ，机械的功能并不完 善，不能完成大葱整体流程的栽植。现有的大部分大 葱种植机普遍存在体积大、结构复杂、价格昂贵等问 题，消费者对现有的大葱种植机不是很满意。因此， 研究设计的新型大葱种植机在原有机械功能的基础上 进行改进升级，用更加简单的结构去完成复杂的功 能，并添加新的功能来提高大葱种植的机械化水平。

　　研究设计的大葱种植机要求结构简单，而且功能 齐全，可以实现挖土、种苗、覆土、施肥、浇水和视 觉识别功能，工作时首先起垄，接着将葱苗移栽到土 壤中，然后进行施肥和覆土，最后完成浇水，从而完 成大葱移栽的全部过程。

　　3. 工作原理

　　研究设计的大葱种植机主要零件包括连接杆、挖 土轮、挖土板、链条、齿轮箱、差速器、行走轮、苗 箱、传送带、覆土板、覆土轮、输料器、肥箱、水箱、 摄像头。在控制上使用 ROBO 控制板进行控制， 它比 常见的 32 系统编程更加简单，便于后续升级。整机 结构如图 1 所示。

　　根据种植机设计结构，可以将其分为七大装置， 分别为由挖土轮和挖土板组成的挖土单元、由传送带 组成的输苗单元、由覆土板和覆土轮组成的覆土单元、由肥箱和施肥轮组成施肥单元、由水箱和水管组 成浇水装置、由链条和齿轮箱组成驱动单元和摄像头 装置组成的智能识别单元。工作之前需要将葱苗放到 苗箱上，并将第一棵葱苗放到传送带上。接着种植机 通过电机驱动前进，当移动到工作的指定位置时，驱 动装置开始工作，使种植机的挖土单元与覆土单元移 动到工作位置。接着挖土单元开始工作，随着种植机 的前进，挖土轮先松土，接着挖土板开出一条槽。接 着输苗单元将苗依次通过传送带传输到挖土单元挖出 的槽中，考虑到地面不平导致种植机在前进的时候不 稳定，从而导致葱苗在传送带上运输的时候会发生倾倒现象，传送带上在两旁设置挡板可使葱苗稳定地落 入槽中。接着为了防止肥料烧葱苗，覆土单元在葱苗 落地之后进行第一次覆土。接着施肥单元进行施肥， 施肥之后，为了使葱苗更加牢固，与土壤接触更加充 分，覆土单元通过两个具有一定斜度的覆土轮，将葱 苗周围的土进行压实。接着通过浇水装置进行浇水。 而摄像头装置可以通过摄像头的视觉功能判断种植机 在移动的过程中前方是否有障碍物。如果前方有障碍 物，可以进行反馈，使得种植机移动电机停止工作， 从而完成避障功能。工作原理流程如图 2所示。

　　4. 主要结构设计

　　4.1 运动单元设计及工作原理

　　运动单元采用基于 ROBO 控制器，由四个电机和 四个轮子组成。工作开始时，控制器给四个电机发出 前进信号，电机驱动轮子转动使得整机前进。

　　4.2 驱动单元设计及工作原理

　　驱动单元主要由链条与齿轮箱相连，通过电机可 以使齿条在齿轮箱中前后移动，整车一共有两个驱动 单元，两个驱动单元的齿条另一端分别和挖土单元和 覆土单元相连，使其可以在 120°以内移动。使其不 在工作状态时不影响整机的正常移动，也避免了与地 面的不必要的摩擦，增加机构的使用寿命。

　　4.3 挖土单元设计及工作原理

　　为了保证后续输苗以及移栽的便利，在最前端设 计了挖土单元以及开槽的功能，以便于防倒伏和利于 排水、灌水。对于块根、块茎类饲料作物还有促进块 根、块茎生长的作用。在松土后进行开槽，再配合后 续的输送装置，可以更方便地将葱苗整齐排列在沟槽 里边。该设计主要是由步进电机以及链条以及自行设 计的松土结构以及开沟挡板为主要结构设计的。为了 行驶方便，同样由齿轮箱、齿条以及带孔连接杆为主 要结构设计推动单元，从而使整个挖土装置可以进行 一定角度的摆动，可以在不工作时将装置拉起，保证 整机的正常行驶。挖土单元如图 3 所示。

　　4.4 输苗单元设计及工作原理

　　为了方便将葱苗从储存箱输送到土地上，我们利 用步进电机、履带以及大小不一的齿轮设计了一个简 易的传送装置，此装置能连续化、高效率、大倾角运 输，输送带操作安全，输送带使用简便，维修容易， 运费低廉，并能缩短运输距离， 降低工程造价，节省人力物力。当然我们设计的时候保证了履带与地面 有一定距离，防止与地面产生摩擦，而挡苗板的作用是保证葱苗在输送途中不会倾倒，而我们设计的履带 与最前方挖土装置在同一直线上，保证葱苗可以落在 前方挖好的沟槽里边。输苗单元如图 4 所示。

　　4.5 覆土及浇水单元设计及工作原理

　　当葱苗被输送到土里之后，葱苗周围的土壤不足 以使其牢固，容易倾斜甚至倒塌。为了避免这一现象， 我们增添了两个覆土装置。第一个覆土装置主要是由 挡板构成进行第一次覆土，此次覆土的目的是在后续 施肥的时候，防止肥料烧伤葱苗根部。第二个覆土装 置主要由轮子、带有角度的角块组成，带有角度的角 块使两个轮子倾斜放置，使其更能有效地进行覆土， 并使葱苗充分和土壤肥料相接触。为了使整车行动方 便，我们在覆土的基础上添加由齿轮箱、电机、齿条 构成的覆土推动结构，该结构可以使整个覆土装置实 现 60 度的摆动，不在工作状态时，使覆土装置升起， 保证整车的正常移动。在工作时将其放下。浇水装置 是由水箱和水管构成，水箱固定在架子上，当葱苗落 下之后，水从水箱流到水管里，进而由水管导到土里 来实现浇水的功能。

　　4.6 施肥单元设计及工作原理

　　大葱的移植施肥要求氮、磷、钾齐全，并注意硫 肥施用。追肥以速效氮肥为主， 前轻后重，攻中补后。 在葱白形成期，注重钾肥的施用。在大葱生长盛期， 追施钾肥可提高大葱产量和葱白品质。此外施用中、 微量元素钙、镁、硼、锰元素肥，能够促进大葱生长 发育。而我们除了农家肥之外使用的肥料几乎都是颗 粒肥，所以我们利用步进电机、链条传动以及自行设 计的颗粒拨动构件设计了一个施肥装置，此装置可以 将颗粒肥放在右方，因为存在一个有坡度的斜面，所 以肥料会向左方移动，再使大齿轮转动，就可以实现 运输肥料，当然齿轮的转动速度也可以调节，肥料下 落的速度也会相应改变，从而实现施肥量的控制。施肥单元如图 5 所示

　　5. 应用前景

　　5.1 提高生产效率

　　我国北方各区域的大葱移栽工艺有些差异，但移 栽作业过程基本相同，设计的机械进行对应的改造即 可适应各地工艺。多功能大葱移栽机能够自主完成移 栽作业，具备快速、准确的移栽能力。相比传统的人 工移栽方式，可以显著提高生产效率，节省人力成本 和时间成本。

　　5.2 智能控制

　　机械操作简单明了，仅需按一下开关，机器就会 自行运动 [7]。

　　5.3 降低劳动强度

　　人工移栽大葱需要弯腰挖掘、移除和种植，工作 强度大且容易造成人体疲劳和损伤。使用多功能大葱 移栽机可以减轻劳动强度，降低工人的体力消耗，提 高工作舒适度。

　　5.4 提高移栽质量

　　多功能大葱移栽机配备精准的移栽装置，相比人 工操作，机器具有更高的准确性和稳定性，可以保证 移栽的质量，减少葱苗的损伤。

　　多功能大葱移栽机的推广应用能够提高生产效 率、降低劳动强度、提高移栽质量，适应不同种植场 地，并通过智能化控制和数据分析优化种植管理。它 具有广阔的市场前景和推广应用价值，对于大葱生产 的现代化和智能化发展具有重要意义。

　　参考文献

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　　[2] 姚晗 , 高明 , 李天华 , 等 . 挠盘式高效低损大葱自动移栽机的设计 与 试 验 [J]. 农 机 化 ,2021.43(7):104-109. DOI:10.3969/j.issn.1003- 188X.2021.07.018.

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　　[4] 杨延垒 . 农机农艺融合的大葱机械化移栽关键技术研究 [J]. 新农 业 ,2021(10):75.

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　　[6] 王后新 , 吴彦强 , 李天华 , 等 . 大葱种植机械研究现状与展望 [J]. 中 国 农 机 化 学 报 ,2019.40(2):35-39. DOI:10.13733/j.jcam.issn.2095-5553.2019.02.06.

　　[7] 汤靖雯 . 基于慧鱼组合式智能多元一体化大葱机的研究 [J]. 南方 农机 , 2024. 第 55 卷 (3):142-145.