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本期视频主要内容： 山东商河县是我国的大蒜种植基地，每年到了种蒜的季节，蒜农就会因为巨大的劳动强度而发愁。发明人赵纯军也曾是手工种蒜的一员，在深知百姓种蒜的辛苦后，只有维修电视机经验的他，开始着手研发机器，最后经过13年的努力，他终于圆了自己的机械梦，成功研发出了大蒜种植机。（《我爱发明》 20150527 铁手插蒜）
发明人联系方式：赵纯军 ：18853129585
《铁手插蒜》发明摘要：本发明属于农业机械领域，特别公开了一种大蒜种植机。该大蒜种植机，包括底部安装行走轮的机架，机架上安装有连接油箱的发动机和驾驶椅，其特征在于：发动机上连接有变速箱，变速箱上方设置有位于驾驶椅前面的操控箱，变速箱内伸出若干个传动轴，机架前方通过升降杆安装有播种装置，机架后方安装有压平辊；播种装置包括安装在送料斗内的拨料辊，拨料辊上设置有均布成排的三齿状拨料爪，拨料辊下方设置有对应拨料爪的输料管，输料管末端为内部中空，底部设置出口的开孔器。本发明结构设计合理，应用灵活，使用方便，有效降低种蒜时的劳动强度，单粒播种，漏播率低，株距均匀，播种深度可自由调节，适于广泛推广应用。
[我爱发明] 20160902 站立吧 大蒜
本期节目主要内容： 山东济南的发明人崇峻发明了一台大蒜播种机。这种机器有一套橡胶履带式行走系统，在田地里有着良好的通过性。通过一套自动上料系统，一瓣一瓣的大蒜被提升到较高的地方，随后分别顺着20根塑料导管掉落在对应的20个锥形碗中，锥形碗里的弧度可以让蒜瓣的尖朝上，最后这些蒜瓣再分别通过20个中空的金属管插入土里。这样就完成了种蒜的过程。（《我爱发明》 20160902 站立吧 大蒜）
发明人联系方式：崇峻
摘要：本实用新型涉及农用机械领域，特别涉及一种大蒜播种机。该大蒜播种机，其特征在于：包括机架、发动机、传动总成、气泵、气缸、履带底盘总成、土壤整平器、以及位于履带底盘总成上方的操作台、微电脑电控系统，所述操作台的前方设有给料仓，所述给料仓与提料装置连接，所述提料装置上方均匀安装有若干分料器，所述每个分料器下方连接分料管，所述分料管底部与导向料杯总成连接，导向料杯总成固定在第一定位板上，导向料杯总成的下方为调整料杯总成，调整料杯总成下方为点插播种器总成，所述点插播种器总成安装在开合处理支撑架上，所述导向料杯总成、调整料杯总成和点插播种器总成分别通过气缸控制开合，通过行走系统控制步进幅度。
编辑手记：
蒜可是好东西，不仅可以调味，还能杀菌、增强人的免疫力，而蒜的种植过程也是很辛苦的，全程又是蹲着又是弯腰，费时费力。今天这位发明人，就是因为看到自己的乡亲邻居们常年手工种大蒜，既辛苦又伤身体，于是反复研究，制作出了一台大蒜播种机来帮助大家。
发明人：崇峻
发明项目：大蒜播种机
发明原理
机器的最上方有一排小勺，将每颗蒜分别放进一个个圆形粗管里，大蒜通过每一根管子漏入小碗中，最后，一个圆锥形铁夹将这些蒜种到地里。
给记者简单地讲解了种蒜机的运行过程后，崇峻马上开启机器演示起来，一颗颗大蒜被这台机器很快地插进土里。
大蒜在种进地里的时候，必须让它尖朝上，这样才有利于大蒜的生长，如果蒜躺倒了就算大蒜的播种不合格。崇峻的机器正是在这里出了问题，机器种的蒜大部分都是躺着的，这显然是不行的。
经过反复试验，崇峻将小碗的底部从圆弧形换成了锥子形，这样就保证了每颗掉进小碗的大蒜都是尖朝上的。
为了测试机器的性能，崇峻准备去老刘的地里试一试，进行一场人工与机器的比赛，比赛当天聚集了很多观赛者。乡亲们有支持崇峻机器的，也有人支持农民师傅的，但是大家都希望这台机器可以替代手工种蒜。
五人一组的人工队在速度上丝毫不落后于机器，两组人分别从地里的两头向中间行进。农民师傅队伍庞大、经验丰富，进展得很快。
而崇峻这边的机器却遇到了问题，插入土里的种蒜夹口里很容易被湿的泥土堵住。
另外，由于崇峻的这台大型种蒜机是履带工作，压过去的地方明显有很深的凹槽，会把种蒜的地方压的很深，使得两边的地势不一样。浇灌时水都会流向地势较低的那一边，这样一来地势低的大蒜就很容易被水泡坏，而地势高的大蒜得不到很好的浇灌，解决了大蒜竖起率和被履带碾压地势不平的问题后，崇峻的第三代大蒜播种机终于亮相。
新一代大蒜播种机通过平台操作，人工将蒜倒入到平槽内，通过一个个小勺将蒜喂入管道中，再漏进20个锥形底的小碗里，通过插入地里的种蒜口将大蒜最后种进地里。播种蒜的同时用碾子稍微用力压平，这样不仅保证了种蒜的质量，而且使大蒜能得到充分的浇灌新一轮的比试中，刘师傅把他的人工队伍壮大到了25人，比上次多出了一倍多。
这场终级比拼到底能不能让这台种蒜机大放光彩呢？我们拭目以待。
欢迎收看《我爱发明》之《站立吧，大蒜》。
紫皮大蒜因蒜头护皮为红色，蒜瓣护皮为紫色而得名。紫皮大蒜蒜瓣洁白鲜嫩，肥大坚实，口感香辣绵长，具有长存不减味，久放不变色的特点，是烹饪美食必不可少的调味品。现在为大家介绍紫皮蒜栽培技术。
紫皮蒜栽培技术
1、紫皮蒜播前准备
1.整地作畦 大蒜是一种喜好冷凉、需充足光照、喜湿怕干的作物，选择富含腐殖质而肥沃、疏松透气、保水排水性能强的土壤为宜。本身可重茬，但不能与韭菜、大葱连作，前作最好是早熟的马铃薯、菜豆和甘蓝。前茬收获后精细整地，做到土壤细碎、地面平整，畦面大小一致。
2.施好基肥因大蒜的根为弧线状须根，主要分布在25cm以内的浅土层中，而且喜湿耐肥，吸肥力弱，所以对基肥质量要求较高。基肥选用全效优质的有机肥，将3000kg/667m有机肥和适量的N、P、K复合肥或磷酸二铵，结合浇水施入。肥土要提前均匀施入土壤中，以免造成肥害。
2、紫皮蒜播种
1. 大蒜适时播种，早生快发，蒜苔抽苔早，效益高。但违时早播，大蒜叶枯病发病率高，植株易早衰。适宜播种期一般为8月下旬至9月下旬。温凉的地区可适当早播，温热地区可适当延后。。
2.种蒜选择及处理 种瓣是大蒜幼苗期的主要营养来源，其大小、好坏对产品器官的形成影响很大。俗话说，母大子肥。种瓣愈大，植株长势愈壮，形成的鳞茎也愈重，相应的产量就高。因此，播种前要挑选完成休眠期，种瓣幼芽饱满凸起，单瓣在5g左右的蒜瓣作种蒜。
3.播种方法根据土壤墒情给畦面适量灌水，待墒情适宜后，再开沟点播。蒜沟要深浅一致，栽蒜时，使母瓣的背腹连线与行向平行，长出的新叶正好与生长行向垂直。这种方式能使叶片生长时接受更多的阳光而不遮荫，
4.播种密度及深度合理密植：密度以采收蒜苔和蒜头为主，一般栽培密度为5-6万株/亩，亩播种量为120公斤。播种提倡点播。据试验结果表明，适当深播，可提高独蒜率，故播后盖土深度应掌握在4-8cm。稻后蒜及比较粘重的土壤盖土应浅些。
3、紫皮蒜田间管理
1.肥水管理：秋播大蒜萌芽期需7-10天，此时不需较多水肥。幼苗期主要长叶片，基肥可以满足此时的生长需要。一般在幼苗生长至8-15cm左右或地温在15℃以上时，小水漫灌，浇壮苗水，不可积水。幼苗期的根系横向生长较快。花芽鳞芽分化期，是蒜苔、蒜头发育的关键时期。地上部分长出50％的叶量约7-8片叶，地下部分生长花芽，在叶腋长成鳞茎。如此时4-5片叶枯黄，是营养不平衡的原因，用速效肥尿素5kg/667m，磷酸二氢钾0.3k/667m，溶于30kg水中喷施。蒜苔生长期，地下鳞茎开始膨大，需充足的水分和肥料供给，用0.2k-667m磷酸二氢钾，溶于20kg水中喷施。蒜苔花序的苞叶伸出叶鞘13-16cm时，即可采收蒜苔，采收时选取晴天下午或阴天露水干后进行。鳞茎膨大盛期叶片停止生长，地上部分发软变轻。
2.中耕除草除草松土可以疏松土壤增大透气性，可以保墒、保肥减少土壤肥力消耗。
4、紫皮蒜病虫草害防治。
大蒜的主要病害有叶枯病、紫斑病、锈病、白腐病、菌核病等。防治应以农业防治为主，化学防治为辅。化学防治关键在发病初期（5叶期以后），重点在发病高峰期。化学防治剂选用10%世高粉剂1500倍，或25%施保克乳油1000倍，或25%菌威乳油1000倍液。7-10天防治一次，连续防治3-4次，防效达90%以上。主要虫害有斑潜蝇和葱须鳞蛾、蓟马、蚜虫等。可在大蒜3-4叶期喷施1.8%害极灭乳油10-15毫升/亩,或1.8%爱福丁乳油，或菊酯类农药防治，可有效控制该虫对大蒜的危害。草害可在播种后20-25天，蒜苗3-4叶期，禾草类草2-3叶期进行一次性茎叶处理，每亩用40%蒜草净110毫升或20%的绿麦隆300克/亩兑水喷雾。一次性除草效果均达90%以上，对大蒜生产安全有效。
5、紫皮蒜适时收获
1.大蒜要求“九黄十收”。过早收蒜，蒜头嫩，水分重，晾晒后蒜皮起皱；过于迟收，蒜皮变色开裂，商品性差产品质量降低。
2.蒜头的收获掌握在采收蒜苔25天左右，即叶片发黄时采收。采收时去其泥、削根须、剪把避免机械性损伤。
3.收获后生理体眠期1-3个月，此时应贮放在温度适宜的干燥通风处。
大蒜生产机械的现状与发展
林悦香，尚书旗，杨然兵
（青岛农业大学机电工程学院，山东青岛
摘
要：
266109）
阐述了大蒜机械化播种、收获的优势和大蒜生产机械化的必要性，分析了国内外大蒜生产机械化的研
究现状，以及国内目前研究进展情况、已研发机型种类和存在的不足。明确提出了只有种植机械标准化、规范收获机械才能得到推广应用。而种植机械发展急需解决的瓶颈问题，是定向种植，也就是满足大蒜种植农艺化，
要求—播种时鳞芽朝上。目前还没有成熟的、满足农艺要求的大蒜播种机械，长期以来主要依靠人工进行栽种，生产效率低，劳动强度大。不少科研单位、高校都在着手研发大蒜播种机械，从不同方向解决蒜瓣方向控制的关并不断借鉴国外先进技术和经验，瓶颈问题会逐渐得到解键问题。随着科研项目的推进，国家惠农政策的拉动，决，大蒜生产机械化必将推广与发展。
关键词：大蒜；播种机械；收获机械；研究现状；前景展望
+
中图分类号：S225．79
文献标识码：A文章编号：1003－188X（2012）03－0242－04
0引言
大蒜营养丰富，风味独特，用途广泛，具有杀菌、
朝上时，大蒜地下部分生长姿态与播种时鳞芽的姿态一致。鳞径膨大形成蒜头以后，蒜头在地下的姿态仍然与播种时鳞芽的姿态一致（如图1所示），鳞芽朝下和随机时，发芽后，芽弯曲向上生，鳞径的生长姿态同样与播种时鳞芽的姿态一致。鳞芽平躺于地下时，蒜头也是平躺于地下，如图2所示
。
抑菌、抗毒等医疗和保健功能，因此大蒜越来越受国需求量不断增加，栽种面积呈逐年内外的高度关注，上升趋势
［1］
。
我国是世界上重要的大蒜生产国与出口国，产量约为1258万t，占全球产量的76．6%（数据来源：2008年FAO数据库）。大蒜在我国农产品贸易中居主导地位
［2］
。但因大蒜具有不规则外型，而且在栽种
过程中一般要求直立栽种，导致国内外大蒜种植机械研究缓慢，长期以来主要依靠人工进行栽种，劳动强
［3］
度大，生产效率低，生产成本大大提高。由于播种
图1
鳞芽朝上时大蒜地下部分的生长姿态
过程的不规范，收获机械也没有形成定型产品并批量生产。为此，本文重点分析大蒜播种机械及收获机械的研发现状及应用前景。
1
1．1
大蒜播种机械
大蒜种植农艺要求—播种时大蒜鳞芽朝上
鳞芽朝向对大蒜地下部分生长姿态的影响：鳞芽
［3］
图2鳞芽朝向随机时大蒜地下部分的生长姿态
收稿日期：2011－05－17
基金项目：国家公益性行业（农业）科研专项经费项目（200903053－
07）；山东省科技发展计划项目（2009GG10009039）；山东省农业科技成果转化资金项目（2009－2011）
作者简介：林悦香（1963－），女，山东栖霞人，副教授，硕士生导师，
（E－mail）yxlin@qau．edu．cn。
通讯作者：尚书旗（1958－），男，山东青州人，教授，博士生导师，（E
－mail）sqingnong@126．com。
鳞芽朝向对大蒜鳞径生长的影响：鳞芽朝上，收获时蒜头质量大，横径大；鳞芽朝向随机和朝下，收获时蒜头质量轻，横径小。大蒜头质量是鳞芽朝上播种的61%～65%，横径是其80%～83%。因此，大蒜播种时，要求鳞芽朝上。1．2
国外大蒜播种机发展现状
发达国家（如美国）人少地多，大蒜栽种主要采取
规模化和专业化栽种，12行的播种机1天能够播种10．175hm2，大大提高了生产效率；播宽可达50m，以垄作为主
［4］
确定的，在输送管中运动时在重力作用下自动调整方向并顺利落下；经落蒜口掉进已开出的种沟中，后面的覆土器覆土，完成自动播种。但该机型只能保证下落过程中的直立状态，入沟后直立状态得不到保证，经蒜农使用后，反映其入沟后直立率不高，因此该机型未能推广应用
［1］
。但是没有考虑农艺要求－大蒜鳞芽朝
上的问题，不能保证直立度。目前，国外的大蒜机械专利技术主要集中在韩国和日本，其他国家（如美国、荷兰和法国）等也有少量专利。其中，韩国关于大蒜日本有8种以上。播种机械的专利就有16种以上，
而我国曾引进的韩国大蒜播种机在山东莱芜试验后，因出芽不整齐，没有推广。1．3
国内大蒜播种机发展现状及存在问题
根据查阅有关专利、文献来看，中国目前已有十几种大蒜播种机械，但在设计上都存在一定的问题，难以推广应用。按照对农艺要求的符合情况，归纳大蒜机械种植技术有3种：
1）朝向随机的点播技术。先压穴，再用机械送种到种穴。在送种过程中，大蒜鳞芽朝向处于自由状态，鳞芽方向完全由落种瞬间朝向及落种位置随机确定，不符合农艺要求。
2）人工辅助播种技术。该技术基本上解决了大蒜栽植鳞芽向上的技术问题，但必须事先将鳞芽按尖上根下的方式逐瓣用人工装入大蒜播种器
［5－6］
。
另外，辽宁省农机研究所仿照韩国技术研制了一种全自动大蒜播种机，为解决农艺要求中鳞芽朝上直设计了蒜瓣垂直插入直立投种机构。立种植的要求，
其作用在于：首先对排种器排出的蒜瓣，通过接种斗与种植斗配合调向正位；然后采用同步式穴播的方法，垂直入土成穴并直立投种
［8］
。该机型通过试验，
芽朝上成功率也较低，因而也没有推广。
总之，目前国内还没有成熟的、满足农艺要求的大蒜播种机械。
2
2．1
大蒜收获机械
大蒜收获机械现状
近几年，由于国家实行农机购置补贴政策的力度
逐年加大，加之广大蒜农对大蒜收获机械的迫切需求，各类大蒜收获机械应运而生。目前，有关大蒜收获机械的实用新型专利有42项，已投入生产使用的收获机械有近20种。归纳专利技术及实用机械的类型，有大蒜收获专用机械，也有与花生、土豆等共用的多功能地下作物收获机械，其中多以分段收获为主，也有正在研制中的联合收获机。尽管如此，由于没有实用的播种机械，播种过程不统一，各地域农艺规范有差异，因而也没有形成大面积推广的收获机械。2．2
大蒜收获已有机械
TL－VS120型大蒜收获机：由肥城市泰龙机械厂生产，该机既能与13．2kW以上拖拉机配套又能与7．35kW以上手扶拖拉机配套，不仅能收获大蒜而且中草药等作物。该机每小时可收获大蒜还能收花生、
2
0．2～0．33hm2，用人工收获大蒜每人每天0．02hm，
。该
技术虽然申报了专利，但没有形成经济实用的产品。
3）大蒜自动定向栽种技术。该技术解决了蒜种由动力装输送过程中要求鳞芽朝上的自动调整问题，置、供料器、根部向下控制器等构成，如由中国农业机械化科学研究院研制开发的2ZDS－5型自走式大蒜栽植机（如图3所示）
［7］大蒜种植机械
。
也就是说用机器收获的效率是人工的100～150倍，深受农民欢迎。
4DS－1000型大蒜挖掘机：从山东金乡县的大蒜
图3
2ZDS－5型自走式大蒜栽植机
生产情况看，较能为农民接受的大蒜收获机械，主要是4DS－1000型大蒜挖掘机，与泰山一12型拖拉机配套。该机适用于180～300mm行距的大蒜收获作业，一次4行，液压升降。其主要功能是旋转刀具切断大蒜的根系，使土松动，并将蒜头拱起，前、后拨禾器将蒜头拨向两边（如图4所示），解决了拖拉机轮胎压蒜的问题
［9］
该机为一次完成5行播种，行距为17．5cm。其特点大蒜直立率高，能满足大蒜播种要求；生产率高，日
2
栽种大蒜为0．33～0．40hm，是人工栽种效率的25
倍。该机通过旋转的取种勺及刮板单粒取种后，种子进入瓣尖自动定向控制装置。该装置关键结构设计是基于对蒜瓣的结构特点、重心位置（下半部最厚处）
。
2012年3月农机化研究第3期
而套种作物的行距又有所不同，的套种棉花等作物，
一种机械很难适合不同种植规格的需求。这就严重影响了收获机具的适用性，最终影响了收获机具的推广普及。
2）大蒜收获机具本身设计尚存在一定的问题。大蒜收获机虽然经过多年的研制和开发，但仍存在一机具适用性差，有些机具在沙壤土地定问题。例如，
1．齿轮箱2．传动链条3．旋转刀具4．限深轮5．前拨禾器6．机体7．后拨禾器
图4
4DS－1000型大蒜挖掘机示意图
里作业效果较好，在粘壤土地中作业效果较差，甚至容易造不能作业；有些机具由于缺少自我清理装置，成地膜和蒜秸在机具上堆积缠绕影响作业质量，影响正常工作。
4SS－Ⅱ型大蒜收获机：莱芜市农机局主持研发一种大蒜收获机，研发已近10年，试验多次，为前置式，铲链组合式，配套动力4．425kW，液压提升，挖掘铲角度可液压调节（斜角入土、平角挖掘），大蒜输送过程破损不多。
4S－85型大蒜收获机：由徐州市农机技术推广站研制成功的大蒜挖掘机具，通过江苏省科技成果鉴定并获得发明专利。图5为该机示意图。该机与东风—l2型手扶拖拉机配套一次完成破土、碎石、切根、筛选集条等各项作业。该机特点：沙性土壤里作业效能完成蒜与土的分离，并集中成条铺放；作业果较好，
效率高，能大幅降低大蒜收获劳动强度农较认可的机具。
另外，还有一些简易实用的机型，如山东莱西克建农机研制厂生产的4HS－700型花生大蒜收获机，也有蒜农自行研制的大蒜收刨机等
。
［10］
3
3．1
我国大蒜生产机械化的发展前景
大蒜播种机械前景展望
大蒜机械化播种的优势：播种速度快、均匀度好，
能够保证株距、行距的均匀性，出苗整齐，为以后大蒜的机械化收获带来很大方便。随着大蒜播种机的研制，实现大蒜的精量播种，还可以节省种子、降低成本、减低劳动强度、增加农民收入，机械播种效率可达到人工的25倍以上
［11］
。
大蒜机械化播种的关键技术：播种时蒜瓣方向控制技术没有得到解决，这是影响研发进度的瓶颈问题。至今，国内没有满足农艺要求的、可以推广应用的大蒜播种机械。3．2
大蒜收获机械前景展望
大蒜收获机械的优势：相对于人工作业，机械作业不仅可以缩短收获期，减轻劳动强度，降低生产成本，而且能提高大蒜的品质和种植效益。以4DS－1000型大蒜挖掘机为例，机械挖掘效率是人工挖掘的20～30倍，其费用是人工作业的1/5；损伤率不到2%，是人工作业的1/5。由此可见，机械作业的优点是人工作业无法比拟的。
大蒜分段收获机械已有多种，结构简单，成本低，一般只承担挖掘、铺放，之后人工捡拾，扎辫凉晒，是蒜农较愿意接受的一种方式；但要真正提高生产效率，降低成本，大蒜联合收获方式将是更好的发展趋势。目前与青岛农业大学共同合作承担公益性行业（农业）科研专项经费项目的农业部南京农业机械化研究所，正在研制一款多功能根茎类作物联合收获机，该机是在花生联合收获机的基础上，通过配置可互换的滚筒式果秧分离机构和割刀式果秧分离机构，实现一机多用，可用于大蒜、花生、洋葱等多种根茎类作物的联合收获
［12］
，是当地蒜
1．限深轮2．液压千斤顶3．机体4．手扶拖拉机离合器
5．拖拉机底盘6．液压泵7．柴油机8．防滑轮9．左右拔禾轮10．泥土分离器11．碎土辊12．挖掘铲
图5
4S－85型大蒜收获机示意图
2．3大蒜收获机存在问题
尽管蒜农对大蒜机械化收获热切期盼，各级政府
也密切关注，但在推广普及大蒜收获机工作中仍存在着很多问题，主要表现在以下几方面：
1）推广大蒜收获机械受到种植农艺的制约。各地大蒜种植模式不规范、不统一，使机具作业难以应对。例如，有些地方平播种植，有些地区实行垄作，且垄距、行距不统一，缺乏统一的种植标准。再加上有
。该机可一次完成大蒜挖掘、去
土、输送、切茎、分离清选和蒜头装箱（装袋）等作业。
2012年3月农机化研究第3期
该机进行收获作业时需要对行，并要求大蒜茎秆的直立性较好。从现有机械阶段性试验情况来看，大蒜挖掘喂入、茎秆切除等作业性能，是下一步需继续完善的内容。3．3
大蒜生产机械化急需解决的问题
为进一步促进大蒜生产机械化水平的快速发展，提高大蒜生产的经济效益，首先要解决大蒜的机械化种植问题，只有种植机械标准化、规范化，收获机械才能得到推广发展。
而要解决机械化种植问题，就需要制定适宜机械化生产的大蒜农艺规范，以便为播种机械的设计提供作业参数设计依据。从种植开始就为机械化收获创造条件，农机与农艺结合，为大蒜生产机械化关键技术提升与装备优化研究奠定基础，为大蒜产业发展提供有效技术保障。
这些问题都将随着科研项目的推进，国家惠农政策的拉动，并不断借鉴国外先进技术和经验，逐渐得到解决。参考文献：
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StatusandDevelopmentofGarlicProductionMachinery
LinYuexiang，ShangShuqi，YangRanbing
（CollegeofMechanicalandElectric，QingdaoAgriculturalUniversity，Qingdao266109，China）
Abstract：Onthebasisofelaboratingtheadvantagesofgarlicmechanizedsowingandharvestingandthenecessaryofgar-licproductionmechanization，theresearchstatusofgarlicproductionmechanizationathomeandabroadaswellasthedo-mesticpresentresearchdevelopmentsituationandthetypeandtheexistenceinsufficiencyofthedevelopedmachineshavebeenanalyzed．Itproposedexplicitlythatonlyplantingmachinerywasstandardization，theharvestmachinerycouldbewidelyused．Thebottleneckquestionthedevelopmentofplantingmachineryneedtosolveisdirectionalplanting，whichsatisfiesgarlicplantingagriculturaldemands，whatisthescalebudfacingonwhensowing．Atpresent，thereisnotma-turelygarlicsowingmachinerywhichcansatisfytheagriculturaldemands，sincelong，plantingmainlyrepliesonartifi-cially，theproductionefficiencyislow，thelaborintensityisbig．ManyscientificresearchUnitsanduniversitiesarebe-ginningtoresearchanddevelopthegarlicsowingmachineryandsolvethekeyquestionsofgarlicclovesdirectionalcontrolfromdifferentdirection．Alongwithscientificresearchitem＇sadvancement，thedrawingofnationalbenefitfarmingpolicy，andwillprofitfromtheoverseasvanguardtechnologyandexperienceunceasingly，thebottleneckquestionwillbesolvedgradually，thegarlicproductionmechanizationwillcertainlytobepromotedanddeveloped．Keywords：garlic；sowingmachinery；harvestmachinery；researchstatus；prospect
1 大蒜播种过程特点及机械化播种迫切性
1.1 播种过程特点
1.1.1农艺影响
大蒜鳞牙朝向，脊背朝向是大蒜播种时的两项重要农艺要求。这两项农艺条件对大蒜生产的产量，质量和收益产生比较大影响。甚至影响到种植是否成立的程度，如果大蒜播种时，鳞牙朝下比例比较大的话，这季大蒜种植基本上亏损。
大蒜播种时的其他农艺要求，如行距，株距，播种深度，播种时间等条件虽然对大蒜的产出效益影响也比较大，但这些条件很方便采用机械化方式去实现和控制。因而在机械化大蒜播种中，这不是主要影响因素。
鳞牙的朝向对大蒜的影响，主要是对蒜头重量和横径产生影响。依据普遍农户大蒜生产得到的经验及南京农业机械化研究所的研究表明(参考文章：金诚谦等 大蒜播种时鳞芽朝向对大蒜生长发育影响的试验研究，农业工程学报，2008-04)：播种时鳞芽朝下时，收获蒜头重量轻，横径小。单体与鳞牙朝上比，重量只到60%，横径只到80%（横径与大蒜价格关系是非线性关系，基本上倒立栽培产出蒜果均处于严重低价区域），倒立播种在相同条件下的产出价值仅为朝上播种产出价值的49%(相关分析见附录)。
大蒜种植时脊背朝向主要影响大蒜生长时的叶片朝向，进而影响叶片光合作用和产量。其影响的显著度不及鳞径朝向的影响，目前有这方面研究、试验及论文，但暂时没有找到。
1.1.2 劳动强度大
为保证大蒜播种时的鳞牙朝上和行株距的一致性，国内主要采用人工播种。播种时为保证鳞牙朝上，播种人员一般从蹲到跪，或者半蹲半跪的方式播种，其劳动强度可想而言。即使和其他人工作业的农作物播种比起来，其劳动强度也基本上是最大的。
1.1.3 用工集中
依据联合国统计，世界大蒜播种面积在1000万亩左右，其中中国是大蒜的主要产地，播种面积为600万亩左右。中国主要产区在山东金乡为中心，500公里范围内；大蒜播种时间主要集中在9月下旬到10月上旬；播种时由于劳动强度比较大，播种效率比较低，熟练大蒜播种人员一天仅能完成0.02hm2（0.3亩）的播种面积，一个大蒜播种季度需要几千万人天的工时。由于播种地域，时间，效率的限制，大蒜播种用工非常集中，大蒜主产区要获得播种劳力困难。
1.2 机械化播种需求迫切
中国成为大蒜的主产区，除中国部分地区大蒜个头大，质量好外，劳动力充足及成本低是一个主要因素。大蒜从播种，薄膜开口到收蒜薹、蒜苗、蒜果，每一株大蒜需要手工完成工序数5到7次，其中每一道工序，都是非常繁重的体力劳动。过去，由于中国劳动力充足，劳动力成本低，所以大蒜种植面积很大，出口量也很大。每年出口量达到200万吨以上,是中国主要的经济作物出口品种。
随着国内经济的发展，中国的劳动力正在变得不再充足，劳动力成本也正在变得越来越高，相关资料表明，从2008年到2015年，中国农业单体从业人员成本提高了3倍，新的农村体力劳动力基本上没有得到补充。这一现象逐渐使中国大蒜的生产成本快速增长。增长到一定程度，当劳动力成本到达某个临界值时，在未来十年内，大蒜将很难再在国内进行规模化生产。受到可耕种面积制约，国外不考虑农艺要求的机械化播种方式也难适应国内环境。国内一些过去的大蒜主产区，如陕西的兴平和武功，最近一些年大蒜播种面积已经大大减少，未来几年规模种植将可能会完全从该地区消失。
依据笔者山东，河南，湖北，陕西，四川等各地的调研结果，大蒜从种植到收获，单亩人工成本已经达到1200-2500元左右，而且这一成本在未来还将不断攀升；更可怕的是，在大蒜生产季节，有时候有些地区几乎找不到用工。
实现大蒜播种、收割、提薹机械化是解决这一问题关键，也是中国经济发展的必然。今天，中国粮食作物生产基本上已经完全实现了机械化，下一步在经济作物上实现机械化，是一种大势所趋。
2 国内外大蒜播种机械化情况
国外发达国家，如美国，法国，日本，西班牙等国家，在大蒜生产上基本上都实现了播种机械化。但这种机械化是受到限制的机械化，没有考虑农艺要求，无法保证鳞牙朝上。在这些国家不保证鳞牙朝上的种植是行得通的，这些国家要么可耕地面积相对宽裕，要么蒜农可以通过大蒜分级，用比较高的价格在其国内来销售这些产品，其经济效益基本上不太受到影响。
包括中国农科院在内的多家研究所，企业，农户，都在大蒜播种机械上有过尝试，开发十几种大蒜播种机产品，但受到各种技术和适应性限制，没有一种产品得到市场认可，也没有一种形成商品化广泛推广。
国外的大蒜播种机也在国内进行过市场行为，如西班牙的宝奇和法国的艾门及韩国的大蒜播种机企业等，都在国内进行试验销售，但基本上都是无果而终。新疆昭苏引进过艾门的大蒜播种机、山东莱芜引进过韩国的大蒜播种机，都没有获得农户的认可。
综合这些情况，国内基本上还没有成功的可商业化的大蒜播种机。目前以各种方式出现的大蒜播种机大致都存在着下列问题：
1 无法满足农艺要求，特别是无法满足中国特点的农艺要求。主要就是无法保证大蒜鳞
牙朝上并且直立。
2 效率限制。大蒜播种机除满足农艺要求外，还要求具有一定的效率。大蒜播种机机具复杂，成本比较高，农户采购播种自己的种植过程因为价格高而不合算；农机手购买后为大量农户服务又因为种植效率底下而不具有经济性。
3 播种机适应性差。大蒜播种机有很多适应条件，这些条件包括地域条件(影响行株距，间作等)，土壤条件（土壤湿度，颗粒大小，土壤土质是粘土还是沙土），种子(种植尺度大且分布宽，选种)，种植目的（苗蒜、果蒜、薹蒜或者混合目标），田亩条件(面积和形状)等。
3 商业化大蒜播种机实现技术
3.1 大蒜播种机技术要求
多项研究表明，适应国内大蒜种植方式，同时能进行商业推广的大蒜播种机，主要要解决下列技术问题：
1 为保证大蒜种植后鳞牙朝上，需要大蒜播种机解决以下三个关键技术问题
1 精密排种技术 2 大蒜鳞牙识别技术 3 直立播种技术 必须在每个技术环节，解决其效率问题，使大蒜播种机在其运行的各个阶段均具有2 生产效率问题 一致或者设计的效率。
3 适应性问题
必须在功能，性能上充分考虑中国大蒜播种的适应性，这些适应性包括地域条件，土壤条件，种植目标，种子状态，田亩条件等的限制。
3.2 现存大蒜播种机技术思路问题
国内外现存的大蒜播种机都存在技术思路问题，期望采用传统的农机技术，解决大蒜播种问题。在技术实现上几乎是不成立的。这些播种机也许能解决其中的一部分问题，但是实现商业化的大蒜播种机的技术问题是相互联系，因而只要有一个问题没有解决，这样的大蒜播种机就不具备市场价值。
所谓传统农机技术，就是通过一个连续的，系列化的方式和过程，对处理的目标无差异的处理。表现在大蒜播种机上，就是对每一瓣蒜瓣都通过相无差异的排种、鳞牙识别、倒向及植入。这一方法对于其他种子尺度小，分布有限，种植要求简单的播种，在实践上证明是行得通的，但对于大蒜播种这一直立度要求严格，种子形状复杂且尺寸大且差异大，分布广的种植，要想采用传统大蒜播种技术来实现，是很困难的，这点已经得到了客观的验证。采
用这种思想开发的大蒜播种机，要么无法保证播种质量（漏播和倒立数量大），效率低下，不具有实用价值；要么机构复杂、成本大、不稳定，也不具备市场推广的价值。
3.3 新型大蒜播种机的基本技术思路
现代技术的发展，为实现大蒜播种机商业化产品的提供了技术支撑。特别在播种机中运用视觉技术，工业自动控制思想，使开发具有市场价值的大蒜播种机成为可能。
1 智能思想
智能思想就是采用智能的方式，实现对大蒜的蒜种的鳞牙的方向的识别和大蒜蒜种尺度，缺陷的确定，以便后续依据这些识别的结果，决定对单粒蒜种采取的处理方式
这一思想是主要是通过视觉技术和软件技术来实现的
这一思想，可以准确确定大蒜的尺度和质量，对不符合尺度和表面质量的大蒜进行剔除，并依据大蒜鳞牙方向决定后续处理方式。
2 自动控制思想
传统的农机，在处理对象过程中是连续的，无差异化的。采用这一思想处理复杂的过程，设备必然非常复杂。自动控制思想，是将连续的过程分解成一个个独立过程，通过控制系统来保证这些过程的时序一致性。
这一思想将大大降低大蒜播种机的复杂程度，提高大蒜播种机的效率，功能完整性和机械的适应性。为商业化大蒜播种机设计提供理论支持。
实际上，实现这些思想的技术中的一部分，国内相关的高校，研究所（如青岛农业大学，南京农业机械化研究所，西北农林科技大学，山东五征集团，中国矿业大学，南京农业大学等等），基本上都进行过一些研究。进行了一些方向性的尝试。但这些单位无法在一台设备中全面解决这些技术问题。更重要的是，这些单位的尝试，在技术可实现方面欠缺比较大。所以这些单位尚未设计一个完整的，具有商业价值的大蒜播种机。至于那些注册专利和在大蒜播种机上有过实践的农户，其目标只是希望通过一些技术灵感来降低劳动强度而已，离可推广的，具有商业价值的产品，还离得太远，毕竟他们受到得限制也太大了。
3.4 新型大蒜播种机采用的技术
1 视觉技术：采用视觉技术，可以实现鳞牙朝向的识别和解决选种问题
2 机器人智能技术：采用机器人技术，可以实现排种的精确化和播种的准确化
3 材料技术：在局部上，为保证设备性能，我们采用了一些自行研制的特殊材料。 4 自动控制技术：通过自动控制技术，保证了整个大蒜播种机的协调工作。
5 软件技术：软件技术是实现自动控制的一个重要部分
6 机械技术：所有的技术，最后都通过机械技术来实现。
7 气动技术：在某些局部行为上，采用气动技术，实现排种精确化。
这些技术应用在大蒜播种机上，不仅会使我们的大蒜播种机完全实现商业价值，同时在大蒜播种机上采用这些技术，不仅在国内是领先的，在从查询相关技术专利和发表文章来看，
在国际上也是领先的。
在我们的产品中，有8项实现的技术可以申请国内外专利，其中的2项，技术难度很高，属于完全创新技术。
4 开发产品主要技术指标和适应技术限制
4.1适应的技术限制范围
1 大蒜尺寸：适应所有的大蒜尺寸，能通过选种将不符合农艺要求和设备要求的尺寸的大蒜过滤
2 行距适应性：100-200mm,适应除苗蒜播种以外的所有大蒜播种
3 株距适应性：80-200mm,适应所有目标大蒜生产的大蒜播种
4 适应间作播种
5 土壤干燥，松软，颗粒度小且大颗粒泥土分布均匀
6 适应粘土和沙土
7 适应薹蒜和果蒜及薹果兼收型种植的播种
8 播种地块必须已完成耕地
9 播种地块限制，对那种利用小块地面自产自消耗的种植方式的地块，无法适应。 10 不伤害播种的大蒜蒜瓣(大蒜蒜瓣很容易受到伤害)，采用自动化技术进行高速蒜瓣传递，很容易伤害大蒜，影响大蒜的后期出牙和生长。
4.2 主要技术指标
1 速度指标：86000瓣/小时，按亩20000颗计算，达到4.3亩/小时，在实际播种时可以超出这一速度
2 朝向及直立度，大蒜直立且直立锥角小于10度
3 单次播种行数包括4，8，12行
4 完成包括土地整理，开沟，播种，覆土，压实等播种过程
5 能完成自动选种过程，可由农户设置选择大蒜尺寸范围
6 种箱容积可一次完成播种3-5亩
7 动力：需要45马力以上动力
8 一人操作，不需要辅助人员
我国大蒜机械化生产现状及发展思路探讨
崔荣江，张
华，徐文艺，马继春，孙广胜
250100）
（山东省农业机械科学研究院，济南
摘
要：我国是世界上最主要的大蒜生产国和出口国，实现大蒜机械化生产，对于提高我国大蒜产业国际竞争
力、减轻劳动强度和增加农民收入等具有重要意义。为此，通过对近年国内外大蒜播种机和大蒜收获机研究进展情况进行分析，发现我国大蒜播种和收获存在着农机落后于农艺、播种落后于收获的问题，并根据生产现状，提出农机农艺融合、播种服务收获的发展思路。关键词：大蒜；播种机；收获机；机械化生产中图分类号：S222．75
文献标识码：A
文章编号：1003－188X（2015）03－0264－05
DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.03.064
0引言
大蒜，别名胡蒜；百合科，多年生宿根草本，其嫩
探讨，并根据生产现状，提出农艺农机融合、播种服务收获的发展思路。
苗、花茎和鳞茎等均可食用，有增进食欲和抑菌、杀菌作用，同时作为蔬菜、调味品、保健品具有很高的经济效益。据中华商务网报道，我国是世界上最主要的大
2
蒜生产国和出口国，大蒜常年种植面积约60万hm，
1大蒜播种机研究现状
为了方便机械作业，美国、法国、西班牙等发达国
［4－8］
家多使用机器随机播种，不要求种植鳞芽朝上。
韩国现在常用压穴式同步大蒜播种机（如图1所示），先用压穴器压出半球面形蒜穴，然后将大蒜种体播到压出的蒜穴内，通过蒜穴内球面来实现大蒜鳞芽方向的控制
［9］
产量1058万t余，占全球75%，涉及到蒜农500多万户
［1－3］
。
大蒜是劳动密集型栽培作物，除耕地、整地、灌溉环节能够利用机器外，其它工序基本由人工完成，尤以收获和栽种工序最为辛苦。近几年，随着农村劳动力转移，大蒜播种、收获用工紧缺，人工成本越来越高，致使大蒜生产成本居高不下，严重影响了大蒜产2013年我国大蒜人工业的健康发展。从调研情况看，
2种植成本约4500元/hm，人工收获成本约9000元/
。日本洋马推出PH4Ｒ型大蒜种植机（如图
2所示），人工投种于橡胶种穴，然后种穴盘向下平动，当贴近地面时，排钟推杆将蒜种插入土中。试验表明，该机存在着伤蒜、直立度低、种植过深、种植后形成陇间距过大等问题，不符合我国种植习惯。欧洲国家多采用转盘式排种器，随机播种，对大蒜是否直立栽种没有要求，如图3所示。圆弧型取蒜勺均布在转盘一侧，当取蒜勺运动到取种位置时，取蒜勺在旋转挡块的作用下打开取种，并在扭转弹簧的作用下随即将其夹紧，多余的种子被毛刷刷掉，落回到种箱
。
hm2（部分地区甚至高达12000元/hm2），加上种、肥
2
总成本约45000元/hm，等物化投入，而大蒜的产出
因蒜价格的不稳定差距较大（有些年份甚至赔钱），严重影响了蒜农种蒜的积极性。实现大蒜机械化生产对于提高我国大蒜产业国际竞争力、减轻劳动强度和增加农民收入等具有重要意义。
本文对近年国内外大蒜播种机和收获机的研究进展情况进行了介绍，并对大蒜机械化发展思路进行了
收稿日期：2014－02－25
基金项目：“十二五”国家科技支撑计划项目（2013BAD08B00）；济南
市高校院所自主创新计划课题（201202005）
（E－mail）作者简介：崔荣江（1983－），男，山东巨野人，助理工程师，
cuirongjiang2009@163．com。
（E－mail）通讯作者：张华（1976－），男，济南人，高级工程师，
Zhanghua126@sina．com。
图1压穴式大蒜播种机
与探索。目前，大蒜播种机主要存在以下问题：
1）大蒜种体形态不规则，并且颗粒较大、易伤，使大蒜单粒取种困难；
2）大蒜种体形态不规则，使大蒜输送过程中鳞芽方向控制困难；
3）工作不稳定，故障率较高
。
图2PH4Ｒ
型大蒜种植机
图4
同步大蒜播种机
图3转盘式排种器
自2008年以来，国内对大蒜播种机械进行了大量的研究，并取得众多研究成果。以“大蒜播种机”为关键词在中国专利数据库进行检索，共检索到与大蒜播种机有关的发明专利13项，实用新型专利32项，（2012年15项、2011年8项、2010年5项、2009年52008年8项）。主要机型有金磊发明的一种大蒜项、播种机
［10］
（如图4所示），采用链勺式单粒取种装置、
鳞芽扶正装置和同步直立下栽装置，所采用的同步直立下栽装置能够较好地保证大蒜种体入土后的直立度；但由于大蒜种体形状的不规则，链勺式单粒取种装置无法满足单粒取种效果，另外采用的鳞芽扶正装置需要大蒜种体存在尖部，工作效果并不理想。李华峰发明水力浮种大蒜播种机
［11］
图5
水力浮种大蒜播种机
（专利号：
ZL200820021828．5），如图5所示。该发明创造性地提出利用水作为大蒜鳞芽方向控制的载体（利用大蒜大蒜种体方种体重心靠下进行大蒜鳞芽方向控制），
向性控制较好，但所采用的取种装置和直立下载装置工作效果不理想。山东五征集团有限公司发明一种大蒜种植机
［12］
图6大蒜种植机
，如图6所示。该机能够实现旋耕、撒
药、播种、覆膜一体化，利用大蒜蒜尖小的特点进行大蒜制直立度控制；但实际工作过程中，很多大蒜蒜尖卷曲或者磨损掉，致使大蒜尖部朝下种植。
综上所述，国内还没有成熟、满足农艺要求的大蒜播种机械出现，国外已有部分先进机具，要实现对大蒜栽种姿态的精确控制还需要进行进一步的研究
2大蒜收获机研究现状
西班牙、日本等发达国家大蒜收获已实现了机械
化作业。日本洋马制造了HZ1型大蒜收获机（如图7所示），可实现挖掘、输送、去土、切根、摘叶、收纳和搬运。西班牙J．J．BＲOCH公司生产的切秧式大蒜联合收获机（如图8所示），由分禾器将蒜秧导入夹持胶
带，同时挖掘铲入土将大蒜根部挖松，大蒜由夹持胶带夹蒜秧输送；大蒜被夹持输送到切秧机构把蒜秧切掉后，大蒜头掉到横向输送链上，横向输送到袋内。其配套动力为44．1kW拖拉机，行走速度为3km/h，行
［13］
且不适合距要求40～55cm。国外产品价格较高、
我国现有种植模式，不宜推广
。
（b）图9大蒜种植机械
后置式
挖掘式大蒜收获机
相对挖掘式收获机，挖拔式联合收获机能一次完清土、输送、果秧分离和集果等工序，是当前成挖掘、
大蒜收获机械化的发展方向
［18－19］
。2011年，农业部
［20］
南京农业机械化研究所研制了适于宽窄行种植模式的4DBL－2型自走式大蒜联合收获机
图7
HZ1
型大蒜收获机
，如图10所
采用全液压驱动技术，挖掘示。该机一次收获两行，
装置松土后，夹持输送装置将大蒜拔起，经过清土装置、对齐切秧装置和集果系统实现挖掘、清土、切切和收集一体化作业；但目前仍处于样机试验阶段，适于两种宽窄行种植模式，即20cm（窄行距）×40cm（宽行20cm（窄行距）×50cm（宽行距）
。距）、
图8切秧式大蒜联合收获机
小地块为主，有垄作模式、我国大蒜种植以小户、
平作模式及套种模式，多样的种植模式致使收获机械机型多样，无法定型
［14－17］
。目前，国内大蒜收获机以
挖掘式为主，有前置式、后置式，如图9所示。其采用机械挖掘方式收获时，仍需要人逐棵清理和收集，对劳动力的节省有限
。
图10
4DBL－2型自走式大蒜联合收获机
2010年，山东省农业机械科学研究院研制了4DSZ－4型自走式大蒜联合收获机［21］，如图11所示。该机一次收获4行，整机侧向配置，全液压驱动，分上下两层布置，作业过程与4DBL－2型自走式大蒜联合收获机类似；但目前处于仍处于样机试验阶段，适宜于适于4行垄作种植模式，行距要求为180mm。
综上所述，国外大蒜收获机以挖拔式为主，技术已较为成熟；国内以挖掘式为主，挖拔式联合收获机
（a）
前置式
还处于定型研究阶段，随着大蒜机械化生产进程的推进，适于一定栽培模式的挖拔式联合收获机是未来的
发展方向。目前，大蒜机械化收获主要存在以下问题：
1）大蒜种植模式不规范、不统一，致使无法对行收获；大蒜种植机械
2）由于抽薹过于靠下，致使大蒜倒伏严重，无法夹持收获；
3）大型大蒜联合收获机械价格较高，缺少小型大蒜联合收获机的研制
。
等，其种植面积较小，农机市场不大。另外，国外同类机械不适合国内种植模式，在技术上可借鉴之处不多，造成大企业不愿做、小企业做不了。为实现大蒜机械化生产，需要政策给予以下支持：
（1）在科研基金上给予支持，对关键技术进行攻关；
（2）对大蒜农机具进行补贴，扶持引导基层农机服务组织和农民购买先进、实用的大蒜播种、收获机械；
（3）建立示范基地，实施辐射带动，积极做好大蒜机械化生产技术的示范推广工作。参考文献：
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图114DSZ－4型大蒜联合收获机
3发展思路探讨
1）农机农艺融合、播种服务收获。大蒜栽培模式
不规范、不统一，是阻碍大蒜联合收获机设计和推广普及的主要因素。因此，突破传统上只从机械优化方面解决大蒜机械化生产难题的思路，根据国内大蒜种植习惯和大蒜联合获机对栽培模式需求，对大蒜标准栽培模式进行研究，得到不同栽培模式对蒜头产量及品质影响规律。同时，建立与经济效益对应的函数关系，使大蒜栽培模式评价更客观并具有可量化操作性，为大蒜实际生产提供指导，通过农机农艺融合的方法来加快大蒜机械化生产发展步伐。
2）重点技术突破。大蒜鳞芽方向控制是大蒜播种机设计的“瓶颈”问题，传统的设计方法主要集中在机械改进和优化方面。由于大蒜种体形态、大小不规则，这一关键技术问题一直没有得到有效解决。为此，提出以下思路：
（1）利用大蒜种体重心靠下这一稳定的物理特性，开展大蒜鳞芽方向控制装置研究，进行技术攻关；
（2）对我国传统大蒜种植农艺要求的经济性进行深入研究，探索大蒜种植鳞芽朝向对蒜头产量及品质影响规律，并建立与经济效益对应的函数关系，为大蒜机械化播种提供新途径。
3）政策支持。大蒜种植相对于小麦、玉米、水稻
2015年3月
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DiscussiononthePresentSituationandDevelopmentof
GarlicMechanizedProductioninChina
CuiＲongjiang，ZhangHua，XuWenyi，MaJichun，SunGuangsheng
（ShandongAgricultureMachineryＲesearchInstitute，Jinan250100，China）
Abstract：Chinaisthemostimportantgarlicproductionandexportcountryinworld，realizethemechanizedproductionofgarlichasimportantsignificancetoimprovetheinternationalcompetitivenessofChina＇sgarlicindustry，reducingthelaborintensityandincreasefarmers＇income．Basedonthedomesticresearchforgarlicharvestmachineryandseeder，foundthattheagriculturalmachinerybackwardagriculture，seedbackwardharvestinChina，accordingtotheproductionstatus，putforwardthedevelopmentdirectionofagriculturalintegrationofagriculturalmachinery，seedserviceharvest．Keywords：garlic；seed；harvester；mechanizedproduction（上接第257页）
AbstractID：1003－188X（2015）03－0254－EA
PyrolysisCharacteristicsandPhysico－chemicalPropertiesofＲiceHusk
bbbbb
WangYunpua，，LiuYuhuana，，ＲuanＲongshenga，，WenPingweib，YaoYuana，，WanYiqina，
（a．EngineeringＲesearchCenterforBiomassConversion；b．StateKeyLaboratoryofFoodScienceandTechnology，Nan-changUniversity，Nanchang330047，China）
Abstract：Thecompositionofricehuskandpyrolysischaracteristicsatdifferentheatingrates（10℃/min，15℃/min，20℃/min）insynchronousthermalanalyzerwerestudied，Itcaneffectivelyanalyzetheheatingrate，pyrolysistimeandpyrolysischaracteristicsinfluenceontheprocess．Thepyrolysisofthericehuskwasdividedinto3stages：extractionofwaterandpre－heating，mainfastpyrolysisandcharring，Thepyrolysisprocesscanbedescribedbysecondorderreac-tionmodel，withthemethodofCoasts－Ｒedfern，theactivationenergyandfrequencyfactorofdifferentheatingrateswereattained．Thestudyprovidesagoodreferenceforricehuskwasterecyclingandbiomasspyrolysisdevicedesign，aswellasprocessparametersoptimization．
Keywords：ricehusk；physico－chemicalproperties；pyrolysischaracteristics；kineticscalculation
2015年5月农机化研究第5期
大蒜种植机械蒜瓣方向识别算法与控制系统设计
1
席东河，陆
12，32，34剑，刘志刚，汪小志，林卫国
（1．河南工业职业技术学院电子工程系，河南南阳环境与化学工程学院，南昌摘
473000；2．南昌工学院，南昌
430070）
330108；3．南昌大学
330031；4．华中农业大学工学院，武汉
要：依据小波算法理论和PLC控制技术，设计了大蒜蒜瓣方向的自动图像采集算法，并在PLC控制过程中
设置了PID控制器，开发出了一种新的大蒜种植机械蒜瓣方向识别的PLC控制系统。该系统的硬件系统采用西门子S7－300系列产品，并利用Step7进行软件编程控制。为了验证该系统的有效性和可靠性，选择了158瓣形状规则和不规则的蒜瓣进行方向调整测试。通过测试发现，该系统对形状不规则和蒜尾被遮住的蒜瓣图像也能进行自动化调整，且蒜瓣方向调整准确率都在90%以上，可以满足大蒜自动化种植的需要，为大蒜种植技术的研究提供了一种新的自动化控制方法。
关键词：PLC控制；大蒜种植；PID控制器；Step7软件；蒜瓣方向中图分类号：S237；TP399
DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.05.018
文献标识码：A
文章编号：1003－188X（2015）05－0082－04
0引言
我国是大蒜产量大国，其种植面积和出口量都居
图像识别系统来调整蒜瓣方向，具体过程如图2所示。
世界前列。大蒜的机械化、自动化种植是大蒜生产过程中长期以来面临的难题，如果靠手工种植，劳动强度非常大，且种植质量不高，因此急需一种高效的自动化控制方案实现大蒜自动化种植。在栽植的过程中，为了提高大蒜的产量，应尽量保证大蒜的方向，使蒜种的蒜尖朝上。为此，结合小波算法实现了大蒜蒜瓣方向的自动化识别，使用PLC控制技术对自动化过程进行控制，为了提高控制的准确性，在PLC控制中使用了PID调节器，提高了蒜瓣自动化种植的水平。
Fig．1
图1
大蒜种植机械示意图
Schematicdiagramofgarlicplanting
machine
1PLC控制概述
最常用的是如图1大蒜种植机械的种类有很多，
所示的大蒜种植机械。该机械特定机构扶正蒜瓣，振动抖槽定向器来解决蒜瓣在输送过程中的定向问题，但是没有完全从根本上解决瓣尖朝向问题。
图1是典型的2ZDS－5型自走式大蒜栽植机，但是该机械的蒜瓣方向识别依靠单纯的机械控制，不能解决蒜瓣朝向问题。本文利用PLC控制的方式，根据
收稿日期：2014－05－18
基金项目：国家自然科学基金青年基金项目（51305152）；河南省矿山
信息化开放实验室项目（KY2012－01）
（E－mail）作者简介：席东河（1980－），男，河南南阳人，讲师，硕士，
xd212@163．com。
（E－通讯作者：刘志刚（1980－），男，湖北天门人，副教授，博士，
mail）fiberhome@126．com。
Fig．2
图2
蒜瓣方向调整PLC控制过程图
PLCcontrolchartofgarlicdirectionadjustment
利用PID控制器可以实现蒜瓣方向如图2所示，
的自动化反馈调节，系统运行的稳定性更好，控制更加精准。同时，通过比对监测值和设定值SP，使自动化控制的误差达到最小。
2蒜瓣图像自动识别PLC控制算法设计
蒜瓣方向识别的准确率是影在蒜瓣种植机械中，
响种植质量的关键因素，本文在PLC控制算法中引入PID控制器，通过不断地自动调整蒜瓣方向的准确性，
2015年5月农机化研究
pid_calcute（folatfeedback_value）｛
myPID．en=feedback_value－set_value；if（myPID．en＜=M）……
第5期
提高种植质量，一般的PID控制系统控制方程为
1
S（t）=Kp［e（t）+大蒜种植机械
Ti
∫e（t）dt+T
1
d
de（t）
］（1）dt
S（t）是系统的输出数值，e（t）是系统输出其中，
Kp是比例调节系数，Ti是时间积值和设定值的偏差，
Td是时间微分系数。为了实现对蒜瓣方向的分系数，
PID调节控制，首先需要对蒜瓣的图像尺寸进行识别，本文利用小波算法理论首先求取图像信号的特征值，有
α=
1
Yj
n∑j=1
n
3蒜瓣方向识别PLC控制系统设计
本文利用Step7编程的方在小波算法的基础上，
Step7的开启界面如图3式对S7－300进行编程控制，
（2）
左图所示，利用Step7本文设计了PID控制器的基本框架图
。
求解该图像矩阵的求解需要借助于协方差矩阵，协方差矩阵为
1
M=
n
n
∑（Yj－α）（Yj－α）
j=1
T
（3）
有利用式（4）对蒜瓣尺寸的特征值进行求解，
Mrj=λrj
a
a
（4）
根据蒜瓣头部尺寸值来检验求解的特征尺寸，有
λj/n∑λj≥P∑j=1j=1
（5）
根据蒜瓣图像尺寸特征值可以有效识别蒜瓣的方向，蒜瓣头部的特征尺寸要明显高于尾部。因此，可以利用最大特征值对蒜瓣方向进行识别，并利用PID控制器不断调整识别结果。
表1
Table1
PID功能编号
12345
PID主要控制函数ThemaincontrolfunctionofPIDPID控制功能比例项选择积分项选择比例增益积分初始化积分保持
控制函数P_SELI_SELGAINI_ITL_ONINT_HOLD
Fig．3
图3
PLC编程控制框架图
ThecontrolframeworkofPLCprogramming
PLC的控制过程采用ADC0832串口转换器，在ADC0832停止工作时，CS输入高电平，这时控制芯片是被禁用的。利用DI输入数据信号，利用DO输出数据信号，实现图像模拟信号和数字控制信号的转变。
根据实际大蒜种植的需要，在市场上随机选取了15个蒜头，蒜瓣总数为158个作为实验对象，对其尺寸进行测量得到了如表2所示的大蒜测量结果。根据测量结果，本选择拍摄图像的面积为6cm×6cm，像素为280×280。
表2Table2
参数长/mm宽/mm高/mm质量/g
个数158158158158
大蒜选取参数测量Garlicparametersmeasurement
平均值32．3218．9823．217．52
最大值38．6224．1226．179．28
最小值28．5315．2318．355．18
表1表示本文在PID调节器中使用的主要功能函数，其比例项和积分项分别通过P_SEL和I_SEL来实现。本文使用私服电机PWM对蒜瓣识别控制系统进行设计，实现装置的自动控制功能，其中使用的主要控制程序如下：
#definePWM_FＲEQ1#definePWM_STOP0#defineESC_KEY0X1FstructPID｛floatKp；……｝
2015年5月农机化研究第5期
根据拍摄的图像，利用MatLab软件对图像进行处理，利用小波算法实现了蒜瓣特征尺寸的识别和过滤，并在XY平面内绘制的大蒜的边界轮廓。由图4可以看出，蒜瓣的蒜头弦长值明显小于蒜尾，因此可以利用弦长的数值来自动识别蒜瓣的方向
。
识别率高，识别率都在90%以上。由测试的综合结果可以看出，蒜瓣方向的调整准确率在90%以上，可以满足大蒜种植的需要，为大蒜种植自动化研究提供了技术支持
。
图5
Fig．5Table3
表3
大蒜蒜瓣方向调整结果图
Ｒesultsfigureofdirectionadjustmentofgarliccloves
大蒜机械方向识别系统测试结果
Testresultsofdirectionrecognitionsystemofgarlicmachine
图像总数1586890
正确调整个数
1476582
调整准确率
/%93．0495．5991．11
测试项目综合值规则形状不规则形状
4结论
建立了蒜瓣方向识别的小波图像处理算法，并利
用PLC控制技术设计了蒜瓣方向调整的自动化控制
图4
Fig．4
原始图像边界对应的弯曲度值
系统，在控制系统中加入了PID调节器，提高了系统自动化控制的准确性。
利用西门子S7－300设计了系统的硬件部分，软件部分采用Step7进行编程控制。为了验证系统的有效性和可靠性，在市场上随机选取了158瓣蒜瓣进行方向识别测试。
通过对系统的测试发现，该系统对蒜瓣方向识别的适应性较好，可以识别不规则或者部分形状被遮住的蒜瓣，方向调整的准确度都在90%以上。该研究为蒜瓣种植自动化精准程度控制的研究提供了理论参考。
Thebendingdegreethatoriginalimageboundarycorrespondsto
图5表示利用PLC蒜瓣方向控制系统对蒜瓣方向的调整结果。为了验证系统的可靠性，本文对形状不规则的蒜瓣以及蒜尾被遮住的蒜瓣图像进行自动化调整试验，发现当瓣尖被极度弯曲时，该系统依然能够正确地调整蒜瓣的种植方向，并且当蒜尾部分被部分遮住时，也能够正确调整。
表3表示大蒜机械方向识别的测试结果，其测试的主要蒜瓣类型为规则形状和不规则形状两种。通过测试发现，蒜瓣规则形状要比不规则形状方向的准确
2015年5月参考文献：
农机化研究第5期
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AlgorithmandControlSystemDesignonGarlicDirectionIdentificationof
GarlicPlantingMachine
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XiDonghe1，LuJian1，LiuZhigang2，，WangXiaozhi2，，LinWeiguo4
（1．DepartmentofElectronicEngineering，HenanPolytechnicInstitute，Nanyang473000，China；2．SchoolofEnviron-ment＆ChemicalEngineering，NanchangUniversity，Nanchang330108，China；3．NanchangInstituteofScience＆Technology，Nanchang330031，China；4．CollegeofEngineeringTechnology，HuazhongAgriculturalUniversity，Wuhan430070，China）
Abstract：BasedonwavelettheoryandPLCcontroltechnology，thispaperdesignedautomaticimageacquisitionalgo-rithm，andsetPIDcontrollersettingsinPLCcontrolprocess，developedanewPLCcontrolsystemofgarlicdirectioniden-tificationofgarlicplantingmachine．UsingSiemensS7－300seriesproductsashardwaresystem，itusedStep7topro-gramandcontrolthesystem．Inordertoverifythevalidityandreliabilityofthesystem，itchose158petalregularandir-regularshapegarlictoresearchondirectionadjustmentandtest．Thetestshowedthatthesystemcanalsoautomaticallyadjustirregularshapeandgarlicclovetailwithobscuredimage，andthegarlicdirectionadjustmentaccuracyisabove90%bythetestresults．Itcanmeettheneedofgarlicplantingautomation，andprovidesanewautomaticcontrolmethodforthestudyofgarlicplantingtechnology．
Keywords：PLCcontrol；garlicplanting；PIDcontroller；S7－300；Step7；garlicdirection