半自動雙行蔬菜移植機之研製與介紹

台中區農業改良場／田雲生、龍國維

前言

　　 台 灣 近 年 來 經 濟 快 速 發 展 ， 生 活 水 準 提 升 ， 國 人 對 於 農 產 品 的 消 費 習 慣 不 再 但 求 溫 飽 而 已 ， 更 重 視 食 的 品 質 ， 所 以 糧 食 作 物 的 需 求 量 逐 年 減 少 ， 取 而 代 之 的 是 蔬 菜 、 水 果 等 園 藝 產 品 。 以 蔬 菜 而 言 ， 民 國 85 年 每 人 每 年 平 均 消 費 量 為 143 公 斤 ， 較 光 復 初 年 的 38 公 斤 ， 增 加 了 3.8 倍 ； 栽 培 面 積 亦 由 3.5 萬 公 頃 成 長 至 17.7 萬 公 頃 ， 並 分 別 佔 農 作 物 生 產 百 分 比 的 4.3% 與20.3% ， 顯 見 蔬 菜 的 重 要 性 與 日 俱 增 。

          蔬 菜 的 栽 培 方 式 不 外 乎 有 播 種 與 移 植 ， 其 中 採 先 育 苗 再 移 植 ， 而 且 田 間 種 植 型 態 相 仿 的 甘 藍 、 結 球 白 菜 、 花 椰 菜 、 大 芥 菜 、 番 茄 、 番 椒 、 茄 子 等 逾 3 萬 公 頃 ， 這 些 作 物 若 每 公 頃 平 均 需 苗 量 3.4 萬 株 ， 則 換 算 每 年 共 需 移 植 10 億 株 以 上 的 菜 苗 。 目 前 種 苗 生 產 自 動 化 技 術 已 漸 趨 成 熟 ， 而 穴 盤 苗 亦 正 邁 入 全 面 推 廣 的 階 段 ， 但 農 友 仍 大 多 以 人 工 手 植 方 式 進 行 菜 苗 移 植 作 業 ， 每 公 頃 需 耗 費 19 人 日 ， 約 佔 總 生 產 管 理 工 時 的 10.8% 。 在 此 農 村 勞 動 力 外 移 與 老 化 的 情 況 下 ， 移 植 人 力 不 足 的 問 題 將 日 益 嚴 重 ， 也 更 顯 現 出 蔬 菜 移 植 機 械 化 的 殷 切 需 要 。

　　鑑 於 此 ， 本 場 與 中 興 大 學 農 機 系 合 作 開 發 一 台 手 扶 自 走 式 、 跨 畦 操 作 ， 且 一 次 種 兩 行 之 半 自 動 移 植 機 ， 可 供 蔬 菜 穴 盤 苗 田 間 移 植 作 業 之 應 用 ， 並 達 到 節 省 工 時 、 提 高 效 率 的 成 果 。 茲 針 對 機 械 構 造 與 作 業 功 能 等介 紹 予 農 友 參 考 。

機械設計原則與目標

　　開 發 蔬 菜 移 植 機 是 為 了 配 合 穴 盤 苗 之 推 廣 應 用 ， 並 解 決 農 村 勞 力 不 足 的 問 題 ， 所 以 筆 者 等 在 機 械 設 計 規 劃 之 初 ， 先 徵 詢 蔬 菜 產 區 農 友 的 反 應 與 需 求 ， 亦 參 酌 國 內 、 外 發 展 或 應 用 之 相 關 機 型 ， 可 歸 納 如 下 五 點 原 則 與 目 標 ， 以 做 為 機 械 研 製 組 裝 的 依 據 。

一、 機 械 操 作 人 力 需 求 儘 量 少 ， 並 以 一 人 為 目 標 。

二、 能 供 給 本 省 多 數 小 面 積 菜 園 使 用 ， 機 械 宜 輕 巧 靈 活 、 便 於 轉 彎 ， 將 以 手 扶 式 機 型 為 原 則 。

三、 機 械 不 受 穴 盤 型 式 、 種 類 之 限 制 ， 且 短 時 間 即 可 商 品 化 推 廣 ， 所 以 採 行 人 工 供 苗 之 半 自 動 機 型 。

四、 配 合 一 畦 種 兩 行 的 栽 培 習 慣 、 菜 苗 呈 三 角 形 (或 稱 品 字 形) 的 交 錯 排 列 ， 以 及 要 求 種 植 美 觀 性 等 考 量 ， 採 用 鴨 嘴 杯 種 植 機 構 作 業 。

五、 機 械 田 間 作 業 性 能 能 符 合 「 蔬 菜 移 植 機 性 能 測 定 方 法 及 暫 訂 標 準 」 ， 以 便 將 來 能 通 過 性 能 測 定 並 列 入 國 產 新 型 農 機 補 助 ， 可 減 輕 農 友 購 買 機 械 之 負 擔 。

機械構造說明

　　完 成 之 雛 型 機 以 前 述 設 計 原 則 與 目 標 為 依 據 ， 其 外 觀 型 式 如 圖 一 所 示 ， 而 主 要 構 造 與 性 能 扼 要 說 明 如 下 ：

一、 底 盤 及 動 力 源 ： 本 機 設 計 為 自 走 四 輪 式 ， 後 二 輪 驅 動 、 前 二 輪 支 撐 導 向 ， 並 以 6Hp/2,000rpm 單 缸 汽 油 引 擎 為 動 力 ， 同 時 兼 負 機 體 行 走 、 油 壓 升 降 、 供 苗 轉 盤 與 鴨 嘴 杯 種 植 機 構 之 作 業 需 求 。

二、 傳 動 系 統 ： 引 擎 動 力 以 皮 帶 輪 減 速 至 油 壓 幫 浦 ， 再 傳 遞 到 具 前 進 二 速 、 後 退 一 速 之 變 速 箱 ， 而 後 分 導 給 盛 苗 轉 盤 與 鴨 嘴 杯 種 植 杯 使 用 。 其 中 後 二 者 運 轉 方 式 必 須 與 行 走 速 度 相 配 合 ， 所 以 採 同 步 設 計 ， 意 即 操 作 時 作 業 速 度 快 慢 與 否 ， 皆 可 維 持 固 定 的 種 植 株 距 。

三、 盛 苗 轉 盤 ： 轉 盤 周 緣 環 設 十 只 待 植 苗 杯 ， 其 底 部 各 有 一 片 結 合 軸 承 為 滾 輪 的 擋 片 ， 並 內 接 迴 轉 於 具 兩 個 條 狀 開 口 之 環 形 管 壁 上 。 當 圓 盤 做 逆 時 針 方 向 迴 轉 且 滾 輪 經 過 開 口 時 ， 擋 片 瞬 間 靠 彈 簧 力 打 開 ， 使 奇 、 偶 數 杯 內 的 菜 苗 分 別 落 於 左 、 右 兩 側 種 植 機 構 中 。 此 奇 數 或 偶 數 杯 輪 流 週 而 復 始 地 於 兩 側 開 口 落 苗 ， 即 可 達 到 一 個 盛 苗 轉 盤 供 兩 行 種 植 的 目 的 。

四、 種 植 機 構 ： 本 機 構 參 考 採 用 日 製 菸 草 移 植 機 與 桃 改 型 乘 坐 雙 行 式 蔬 菜 移 植 機 的 鴨 嘴 杯 型 式 ， 其 運 動 方 式 係 藉 由 連 桿 組 帶 動 ， 呈 橢 圓 形 迴 轉 軌 跡 。 當 兩 組 種 植 杯 交 互 到 達 最 高 點 時 ， 分 別 承 接 自 盛 苗 轉 盤 奇 數 杯 或 偶 數 杯 落 下 之 菜 苗 ， 再 迴 轉 至 較 低 點 時 ， 鴨 嘴 杯 開 啟 並 將 帶 介 質 塊 的 菜 苗 插 入 畦 土 內 ， 隨 即 由 後 方 兩 塊 具 撓 性 的 覆 土 板 回 填 鬆 土 。 此 兩 組 種 植 杯 依 續 接 苗 、 插 植 菜 苗 並 配 合 覆 土 的 動 作 ， 即 可 達 到 菜 苗 交 錯 種 植 的 功 能 。

五、 油 壓 舉 升 機 構 ： 本 機 構 係 藉 油 壓 缸 升 降 來 帶 動 前 、 後 輪 之 間 的 連 桿 機 構 ， 以 調 整 機 體 距 地 高 度 ， 可 供 道 路 行 駛 、 田 間 換 行 轉 彎 或 不 同 畦 高 時 的 需 求 而 彈 性 應 用 。

性能規格與測試結果

一、 研 製 完 成 之 手 扶 式 半 自 動 雙 行 蔬 菜 移 植 機 經 初 步 操 作 測 試 ， 可 達 成 所 設 計 之 目 標 與 動 作 ， 在 確 定 各 機 構 功 能 後 ， 調 查 量 測 機 械 各 部 規 格 尺 寸 與 作 業 性 能 等 資 料 ， 並 彙 整 如 表 一 所 示 。

表一、手扶式半自動雙行蔬菜移植機性能規格

二、 雛 型 機 作 業 時 ， 二 前 輪 依 循 畦 形 導 引 自 行 前 進 ， 操 作 者 只 需 自 穴 盤 取 苗 ， 並 投 入 盛 苗 轉 盤 之 十 只 待 植 苗 杯 內 (以 操 作 方 向 左 側 落 苗 杯 之 前 一 、 二 杯 為 最 佳 投 苗 位 置) ， 俟 該 杯 迴 轉 對 準 下 方 種 植 機 構 時 ， 底 部 檔 片 瞬 間 彈 開 使 菜 苗 落 於 鴨 嘴 種 植 杯 內 ， 再 由 其 交 錯 定 植 於 畦 面 上 並 覆 土 。 而 位 於 傳 動 齒 輪 箱 至 盛 苗 轉 盤 上 方 的 苗 盤 架 ， 至 多 可 同 時 承 載 7 盤 穴 盤 苗 ， 大 約 是 供 應 2.5 釐 地 之 種 植 所 需 。

三、 研 製 完 成 之 半 自 動 蔬 菜 移 植 機 經 田 間 測 試 結 果 發 現 ， 其 作 業 速 度 的 快 慢 ， 並 非 取 決 於 機 械 本 身 的 傳 動 設 計 ， 而 是 在 於 操 作 者 供 苗 的 熟 練 度 。 所 以 ， 在 避 免 因 供 苗 不 及 而 造 成 缺 株 的 情 況 下 ， 以 直 線 速 度 0.2m/sec 最 為 適 合 ， 若 菜 苗 種 植 行 、 株 距 皆 設 定 為 45cm ， 則 每 公 頃 機 械 移 植 需 花 費 11.7 人 時 ， 約 是 人 工 手 植 作 業 的 13 倍 。

四、 以 引 擎 轉 速 1,300rpm (即 行 走 速 度 0.2m/sec) 進 行 田 間 作 業 精 度 測 試 ， 其 各 項 測 試 結 果 與 「 蔬 菜 移 植 機 性 能 測 定 方 法 及 暫 訂 標 準 」 相 比 較 ， 則 皆 可 符 合 暫 訂 標 準 的 要 求 ， 其 結 果 如 表 二 所 示 ：

表二、雛型機作業精度測試結果

本機之特點

一、 機 械 操 作 與 供 苗 動 作 皆 由 同 一 個 人 來 進 行 ， 較 現 階 段 半 自 動 雙 行 式 蔬 菜 移 植 機 必 須 有 三 個 人 配 合 的 作 業 方 式 ， 除 可 節 省 二 個 人 工 與 二 份 工 資 ， 並 解 決 農 村 勞 力 不 足 的 問 題 之 外 ， 亦 能 達 到 降 低 成 本 的 目 的 。

二、 為 能 達 到 單 人 即 可 作 業 的 設 計 目 標 ， 以 一 個 盛 苗 轉 盤 供 苗 給 兩 個 種 植 機 構 使 用 ， 較 傳 統 半 自 動 機 型 每 種 植 一 行 需 一 個 人 工 與 一 個 轉 盤 的 作 業 模 式 ， 更 為 簡 便 、 創 新 與 省 工 。

三、 為 配 合 栽 培 習 慣 與 築 畦 規 格 有 地 域 性 及 季 節 性 的 差 異 ， 本 機 設 計 之 前 輪 輪 距 有 15cm 的 調 整 範 圍 ， 後 輪 亦 有 二 段 選 擇 ， 以 使 因 應 農 友 之 需 求 而 彈 性 應 用 。

四、 菜 苗 種 植 方 式 採 交 錯 排 列 ， 可 避 免 如 日 製 往 復 二 行 式 (一 次 種 一 行 ， 每 一 畦 種 兩 次) 機 型 ， 會 因 車 輪 打 滑 而 造 成 菜 苗 並 列 的 情 形 ， 不 僅 符 合 本 省 一 畦 兩 行 式 的 栽 培 習 慣 ， 並 將 更 為 農 友 所 接 受 。

結語

　　本 文 所 介 紹 的 半 自 動 蔬 菜 移 植 機 係 第 一 代 試 驗 研 製 之 成 果 ， 其 各 項 田 間 性 能 已 達 到預 期 目 標 ， 而 且 僅 需 單 人 即 可 操 作 自 如 ， 機 械 的 工 作 效 率 為 人 工 手 植 作 業 的 13 倍 ， 是 一 台 適 合 中 、 小 田 區 使 用 又 節 省 工 時 之 高 效 率 機 械 。 惟 雛 型 機 作 業 精 度 雖 符 合 「 蔬 菜 移 植 機 性 能 測 定 方 法 及 暫 訂 標 準 」 的 規 範 ， 但 其 中 種 植 深 度 僅 達 標 準 的 下 限 ， 探 究 原 因 是 畦 面 不 平 整 或 兩 行 進 畦 溝 高 度 不 同 所 造 成 ； 而 實 際 株 距 亦 因 車 輪 打 滑 、 支 撐 導 輪 接 觸 畦 壁 產 生 阻 力 、 覆 土 過 深 及 苗 莖 歪 斜 等 因 素 而 有 偏 差 。 未 來 將 針 對 這 些 缺 失 加 以 改 良 ， 諸 如 研 製 一 組 刮 土 板 ， 用 以 刮 平 畦 面 上 的 積 土 ； 或 開 發 一 組 畦 面 高 度 自 動 追 蹤 機 構 ， 可 隨 時 調 整 機 體 距 地 高 及 種 植 深 度 ； 另 亦 就 機 體 輕 量 化 與 株 距 可 調 整 等 多 方 面 繼 續 予 以 研 究 ， 使 機 械 更 臻 理 想 而 推 廣 給 農 友 應 用 。